OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 181 MATERIAL SCIENCE Введение Титан и его сплавы широко используются в биомедицинской сфере благодаря хорошей биосовместимости, коррозионной стойкости и высокой удельной прочности. В случае использования титановых сплавов при изготовлении имплантатов и эндопротезов их усталостная прочность, прочность на растяжение и удлинение важны для заменителей твердых тканей, несущих нагрузку [1]. Прочность и твердость деталей, сформированных традиционными методами обработки, относительно легко контролировать, так как механические свойства изготавливаемых деталей почти такие же, как у выбранных заготовок. Однако из-за того, что, например, при фрезеровании часть материалов уходит в отходы, производство деталей с помощью процессов аддитивного производства становится все более предпочтительным для потребностей как медицины, так и других производств, использующих недешевые и труднообрабатываемые материалы [2]. В то же время многие параметры процесса аддитивного производства (мощность и скорость источника тепла, удельная мощность, режим сканирования и др.) влияют на форму и размер ванны расплава во время производственного процесса, что в свою очередь определяет термический цикл, скорость охлаждения, температурный градиент и скорость затвердевания расплавленного металла, которые влияют на формирование структуры и свойства напечатанных деталей [3]. Изучение механических свойств материала, формирующегося в условиях селективного сплавления или прямого осаждения энергии в зависимости от образующейся структуры, обусловленной термическими условиями, являлось предметом широкого круга исследований, направленных на понимание механизмов и оптимизацию процессов аддитивного производства [4–9], так как современный уровень использования аддитивных технологий (АТ) все чаще требует от свойств получаемых изделий соответствия требованиям стандартов [10]. При этом широко применялись методы как физического материаловедения, так и механических испытаний, сопровождающихся разрушением образцов. Естественно, что интерес к применению для этих целей методов неразрушающего контроля, способных определить и измерить прочностные характеристики исследуемого материала изделия, вполне понятен. Среди механических характеристик, которые наиболее часто измеряются методами неразрушающего контроля, следует выделить модуль упругости, измеряемый с помощью ультразвука [11–14], а также твердость и модуль упругости при индентировании, измеряемые методами индентирования [15–18]. При этом когда ультразвуковой метод применяется для контроля качества изделия, он не требует разрушения образца, однако в случае измерения модуля упругости существуют особые требования к размерам образца, обусловленные физикой процесса и размерами датчиков. Поэтому реально обсуждать в плане перспективы применения неразрушающего метода можно только методы индентирования. Сравнение же результатов измерения модуля методами индентирования и ультразвука очень полезно и информативно [19]. ГОСТ Р 8.748–2011 определяет требования к нагрузке при индентировании с учетом масштабных уровней (макро- и микро-), но вопросы, связанные с обсуждением получаемых результатов при индентировании на различных масштабных уровнях, по-прежнему требуют тщательного обсуждения и сравнения [20]. Следует отметить, что модуль упругости является ключевым параметром в инженерном проектировании и разработке материалов. Ранее модуль нормальной упругости для чистых металлов считался структурно малочувствительной характеристикой [21]. Однако в современных исследованиях было обнаружено, что при переходе чистых металлов от крупнокристаллического к нанокристаллическому состоянию происходит изменение значений модуля [22, 23]. Для титановых сплавов, большинство которых относится к двухфазным материалам, вопросы стабильности значений модуля упругости после различных видов термической обработки также важны [24], и по результатам многочисленных исследований, например, для титанового сплава типа ВТ6 (Ti-6Al-4V) значение модуля упругости может варьироваться в диапазоне от 90 до 145 ГПа [24]. В целом многими исследованиями показано, что значения модуля упругости зависят от ряда факторов, таких как структура, однородность структуры, размеры образца и размеры измеряемой зоны.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1