blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-8-623-630blackmet-1954Research ArticleПо итогам Международной научной конференции «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ» им. академика А.М. САМАРИНА, Москва, 25 – 28 ноября 2019 г.Futher to the International Scientific Conference “PHYSICO-CHEMICAL BASES OF METALLURGICAL PROCESSES” named after Academician A.M. SAMARIN, Moscow, November 25 – 28, 2019Исследование динамики изменения структуры сплава ВТ6 от слитка к сплавленному материалуChange dynamics of alloy VT6 structure from ingot to alloyed materialЛогачевИ. А.LogachevI. A.

к.т.н., ведущий инженер лаборатории гибридных аддитивных технологий

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Cand. Sci. (Eng.), Leading Engineer of the Laboratory of Hybrid Additive Technologies

Moscow

ЖелезныйМ. В.ZheleznyiM. V.

инженер-исследователь лаборатории диагностики материалов

119049, Москва, Ленинский пр., 4119991, Москва, Ленинский пр., 49 

Research Engineer of the Laboratory of Materials Diagnostics

Moscow

КомоловаО. А.KomolovaO. A.

к.т.н., доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов, старший научный сотрудник лаборатории диагностики материалов

119049, Москва, Ленинский пр., 4119991, Москва, Ленинский пр., 49

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection, Senior Researcher of the Laboratory of Materials Diagnostics

Moscow

o.a.komolova@gmail.comГригоровичК. В.GrigorovichK. V.

академик РАН, д.т.н., профессор кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов, заведующий лабораторией диагностики материалов

119049, Москва, Ленинский пр., 4119991, Москва, Ленинский пр., 49

Academician, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection, Head of the Laboratory of Materials Diagnostics

Moscow

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАНРоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS); Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RASRussian Federation202008102020638623630Copyright © Логачев И.А., Железный М.В., Комолова О.А., Григорович К.В., 20202020Логачев И.А., Железный М.В., Комолова О.А., Григорович К.В.Logachev I.A., Zheleznyi M.V., Komolova O.A., Grigorovich K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1954

Современное развитие технологий и промышленности неразрывно связано с задачами улучшения качества и эксплуатационных характеристик оборудования. Аддитивное производство позволяет изготавливать оптимизированные конструкции или узлы оборудования при сохранении всех эксплуатационных характеристик. Использование аддитивных технологий при производстве деталей и узлов для авиакосмической техники требует тщательного изучения изменений эксплуатационных свойств материалов на каждом этапе производства, проведения сравнительной оценки результатов с параметрами изделий, полученных традиционными технологиями, а также прогнозирования характеристик конечного изделия. В работе проведено исследование изменения химического и фазового состава, микроструктуры и микротвердости образцов сплава ВТ6 на различных этапах производства: исходная заготовка после выплавки; порошок, полученный плазменным центробежным распылением заготовки и слиток после селективного электронно-лучевого сплавления порошка. Анализ элементного состава образцов проводили на рентгенофлуоресцентном спектрометре с волновой дисперсией Rigaku Primus ZSXII, рентгеноструктурные исследования – на дифрактометре Rigaku Mini Flex 600 (CuKα -излучение, λ = 1,54178 Å), оснащенном линейным (1-D) полупроводниковым детектором D/teXUltra. Изучение микроструктуры порошковых (гранулированных) образцов проводили с использованием методов оптической и сканирующей электронной микроскопии, измерение микротвердости – с помощью микротвердомера LECO M-400-H по методу Виккерса. Показано, что микроструктура образцов после центробежного распыления представляла собой смесь двух твердых растворов на основе гексагональной модификации титана (ГПУ) с несколько отличающимися параметрами кристаллической решетки из-за различия в концентрациях легирующих элементов. Элементный состав сплава после селективного лазерного сплавления практически не отличался от сплава в исходном состоянии.

The modern development of technology and industry depends to a large extent on improving the quality and performance of equipment. Additive technologies allow production of optimized designs and equipment while maintaining all operational characteristics. The use of additive technologies in the production of parts for aerospace engineering requires a thorough study of the operational properties of materials at each stage of production, a comparative assessment of the test results with the parameters of products obtained by traditional technologies, as well as predicting the characteristics of the final product. In this work, a study of changes in the chemical and phase compositions, microstructure and microhardness of the VT6 titanium alloy samples was carried out at various stages of production: initial cast billet; a powder obtained by plasma centrifugal spraying of an ingot and a product obtained by selective laser melting (SLM). Analysis of the samples’ chemical composition was carried out on an X-ray fluorescence spectrometer with wave dispersion Rigaku Primus ZSX II, X-ray structural studies – on a Rigaku MiniFlex 600 diffractometer (CuKα -radiation, λ = 1.54178 Å), equipped with a linear (1-D) D/teX semiconductor detector. Study of the microstructure of powder (granular) samples was carried out using the methods of optical and scanning electron microscopy, the measurement of microhardness – on a microhardness tester LECO M-400-H by the Vickers method. It was shown that microstructure of the samples after centrifugal sputtering was a combination of two solid solutions based on the hexagonal titanium modification (HCP) with slightly different crystal lattice parameters due to difference in concentrations of the alloying elements. Chemical composition of the alloy after selective laser melting practically did not differ from the alloy in the initial state.

аддитивные технологииВТ6селективное лазерное сплавлениепорошокмикроструктураadditive technologiesVT6selective laser meltingpowdermicrostructureReferencesДобровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 486 c.Dobrovol’skii M.V. Zhidkostnye raketnye dvigateli [Liquid propellant rocket engines]. Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2005, 486 p. (In Russ.).Пацук Е.Б., Коршакевич И.С. Проблемы и перспективы развития ракетно-космической отрасли // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2017. Т. 3. № 13. С. 392 – 394.Patsuk E.B., Korshakevich I.S. Problems and prospects for development of rocket and space industry. Aktual’nye problemy aviatsii i kosmonavtiki. 2017, vol. 3, no. 13, pp. 392–394. (In Russ.).Криштофор А.П. Изменение конкурентных позиций России на мировом рынке космической̆ продукции // Вестник университета. 2019. № 5. С. 86 – 92.Krishtofor A.P. Changes in Russia’s competitive position in the market of global space products. Vestnik universiteta. 2019, no. 5, pp. 86–92. (In Russ.).Milewski J.O. Additive Manufacturing of Metals. – Springer Series in Materials Science. 2017. – 343 p.Milewski J.O. Additive Manufacturing of Metals. Springer Series in Materials Science, 2017, 351 p.Логачева А.И., Сентюрина Ж.А., Логачев И.А. Аддитивные технологии производства ответственных изделий из металлов и сплавов (обзор) // Перспективные материалы. 2015. № 5. C. 5 – 15.Logacheva A.I., Sentyurina Zh.A., Logachev I.A. Additive technologies for production of critical products from metals and alloys (Review). Perspektivnye materialy. 2015, no. 5, pp. 5–15. (In Russ.).Gasser А., Backes G., Kelbassa I. etc. Laser additive manufacturing. Laser metal deposition (LMD) and selective laser melting (SLM) in turbo-engine application // Laser Technik Journal. 2010. Vol. 7. No. 2. P. 58 – 63.Gasser А., Backes G., Kelbassa I., Weisheit A., Wissenbach K. Laser additive manufacturing. Laser metal deposition (LMD) and selective laser melting (SLM) in turbo-engine application. Laser Technik Journal. 2010, vol. 7, no. 2, pp. 58–63.Carter L.N., Martin C., Withers Ph.J., Attallah M.M. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 615. Р. 338 – 347.Carter L.N., Martin C., Withers Ph.J., Attallah M.M. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy. Journal of Alloys and Compounds. 2014, vol. 615, pp. 338–347.Bikas H., Stavropoulos P., Chryssolouris G. Additive manufacturing methods and modeling approaches: a critical review // Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 83. No. 1 – 4. P. 389 – 405.Bikas H., Stavropoulos P., Chryssolouris G. Additive manufacturing methods and modeling approaches: a critical review. Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016, vol. 83, no. 1-4, pp. 389–405.Yadroitsev I., Bertrand Ph., Smurov I. Parametric analysis of the selective laser melting process // Applied Surface Science. 2007. Vol. 253. No. 19. P. 8064 – 8069.Yadroitsev I., Bertrand Ph., Smurov I. Parametric analysis of the selective laser melting process. Applied Surface Science. 2007, vol. 253, no. 19, pp. 8064–8069.Sudarshan T.S. Additive Manufacturing: Innovations, Advances, and Applications. – Taylor & Francis Group, LLC, 2016. – 476 p.Sudarshan T.S. Additive Manufacturing: Innovations, Advances, and Applications. Taylor & Francis Group, LLC, 2016, 476 p.Kruth J.-P., Vandenbroucke B., Van Vaerenberg J., Mercelis P. Benchmarking of different SLM/SLS processes as rapid manufacturing techniques // Int. Conf. Polymers and Moulds Innovations (PMI), Gent, Belgium, April 2005. Available at URL: https://ris.utwente.nl/ws/portalfiles/portal/5676701/Wa1021.pdf.Kruth J.-P., Vandenbroucke B., Van Vaerenberg J., Mercelis P. Benchmarking of different SLM/SLS processes as rapid manufacturing techniques. Int. Conf. Polymers and Moulds Innovations (PMI), Gent, Belgium, April 2005. Available at URL: https://ris.utwente.nl/ws/portalfiles/portal/5676701/Wa1021.pdfYadroitsev I., Thivillon L., Bertrand Ph., Smurov I. Strategy of manufacturing components with designed internal structure by selective laser melting of metallic powder // Applied Surface Science. 2007. Vol. 254. No. 4. P. 980 – 983.Yadroitsev I., Thivillon L., Bertrand Ph., Smurov I. Strategy of manufacturing components with designed internal structure by selective laser melting of metallic powder. Applied Surface Science. 2007, vol. 254, no. 4, pp. 980–983.Meier H., Haberland Ch., Matwiss U. Experimental studies on selective laser melting of metallic parts // Werkstofftech. 2008. Vol. 39. No. 9. P. 665 – 670.Meier H., Haberland Ch., Matwiss U. Experimental studies on selective laser melting of metallic parts. Werkstofftech. 2008, vol. 39, no. 9, pp. 665–670.Yasa E., Kruth J.-P. Microstructural investigation of Selective Laser Melting 316L stainless steel parts exposed to laser remelting // Procedia Engineering. 2011. Vol. 19. P. 389 – 395.Yasa E., Kruth J.-P. Microstructural investigation of Selective Laser Melting 316L stainless steel parts exposed to laser remelting. Procedia Engineering. 2011, vol. 19, pp. 389–395.Kruth J.P., Froyen L., Van Vaerenbergh J. etc. Selective laser melting of iron-based powder // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 149. No. 1 – 3. P. 616 – 622.Kruth J.P., Froyen L., Van Vaerenbergh J., Mercelis P., Rombouts M., Lauwers B. Selective laser melting of iron-based powder. Journal of Materials Processing Technology. 2004, vol. 149, no. 1-3, pp. 616–622.Chen G., Zhao S.Y., Tan P. etc. A comparative study of Ti-6Al-4V powders for additive manufacturing by gas atomization, plasma rotating electrode process and plasma atomization // Powder Technology. 2018. Vol. 333. P. 38 – 46.Chen G., Zhao S.Y., Tan P., Wang J., Xiang C.S., Tanga H.P. A comparative study of Ti-6Al-4V powders for additive manufacturing by gas atomization, plasma rotating electrode process and plasma atomization. Powder Technology. 2018, vol. 333, pp. 38–46.SunYu, Aindow M., Hebert R.J. Comparison of virgin Ti-6Al-4V powders for additive manufacturing // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 21. P. 544 – 555.Sun Yu, Aindow M., Hebert R.J. Comparison of virgin Ti-6Al-4V powders for additive manufacturing. Additive Manufacturing. 2018, vol. 21, pp. 544–555Ashgriz N. Handbook of Atomization and Sprays. Theory and Applications. – Springer, 2011. – 951p.Ashgriz N. Handbook of Atomization and Sprays. Theory and Applications. Springer, 2011, 951 p.Логачев И.А., Потапкин П.А., Григорович К.В. и др. Эволюция структуры и состава сплава ВТ6 от слитка к сплавленному материалу // Тез. докл. Междунар. науч. конф. «Современные материалы и передовые производственные технологии» (СМППТ-2019). 2019. С. 86.Logachev I.A., Potapkin P.A., Grigorovich K.V., Zheleznyi M.V., Komolova O.A. Evolution of the structure and composition of VT6 alloy from ingot to alloyed material. In: Tezisy dokladov mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii “Sovremennye materialy i peredovye proizvodstvennye tekhnologii (SMPPT-2019)” [Abstracts of the Int. Sci. Conf. Modern materials and Advanced Production Technologies]. 2019, p. 86. (In Russ.).Логачев И.А., Железный М.В., Потапкин П.А. и др. Исследование образцов сплава ВТ6 на всех этапах производства детали методом СЛС // Сб. тезисов: «Физико-химические основы металлургических процессов. Международная научная конференция имени академика А.М. Самарина». 2019. С. 95.Logachev I.A., Zheleznyi M.V., Potapkin P.A., Komolova O.A., Grigorovich K.V. Investigation of VT6 alloy samples at all stages of part production using SLS method. In: Sbornik tezisov: Fiziko-khimicheskie osnovy metallurgicheskikh protsessov. Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya, imeni akademika A.M. Samarina [Collection of abstracts: Physical and Chemical Foundations of Metallurgical Processes. Int. Sci. Conf. named after Academician A.M. Samarin]. 2019, p. 95. (In Russ.).Озерской Н.Е., Попович А.А, Ермаков Б.С. Получение сферических порошков сплава ВТ6 для применения в технологии селективного лазерного плавления // Научно-технические ведомости СПБПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. № 14. С. 107 – 115.Ozerskoi N.E., Popovich A.A, Ermakov B.S. Preparation of spherical powders of VT6 alloy for use in selective laser melting technology. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPBPU. Estestvennye i inzhenernye nauki. 2019, no. 14, pp. 107–115. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.