Исследование динамики изменения структуры сплава ВТ6 от слитка к сплавленному материалу

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 (CuK_α -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.

аддитивные технологии, ВТ6, селективное лазерное сплавление, порошок, микроструктура

1. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 486 c.

2. 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.

3. Криштофор А.П. Изменение конкурентных позиций России на мировом рынке космической̆ продукции // Вестник университета. 2019. № 5. С. 86 – 92.

4. Milewski J.O. Additive Manufacturing of Metals. – Springer Series in Materials Science. 2017. – 343 p.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Sudarshan T.S. Additive Manufacturing: Innovations, Advances, and Applications. – Taylor & Francis Group, LLC, 2016. – 476 p.

11. 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.

12. 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. P. 980 – 983.

13. Meier H., Haberland Ch., Matwiss U. Experimental studies on selective laser melting of metallic parts // Werkstofftech. 2008. Vol. 39. No. 9. P. 665 – 670.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. SunYu, Aindow M., Hebert R.J. Comparison of virgin Ti-6Al-4V powders for additive manufacturing // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 21. P. 544 – 555.

18. Ashgriz N. Handbook of Atomization and Sprays. Theory and Applications. – Springer, 2011. – 951p.

19. 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.

20. 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.

21. 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.