ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 182 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Для титановых сплавов, применяемых в медицине, модуль упругости является важной характеристикой, от которой зависит биомеханическая совместимость материала имплантата или эндопротеза. Снижение значения этого показателя до значений модуля костной ткани достигается методами дополнительного легирования используемых сплавов, что приводит к серьезным структурным и фазовым изменениям [25, 26]. Контроль значений модуля упругости сплавов, особенно на стадии отработки технологии, очевидно важен и необходим. Титановые сплавы, используемые в АТ, как уже отмечалось выше, подвергаются специфическим воздействиям, которые приводят к формированию в сплаве неоднородных и анизотропных структур и фаз. В случае селективного сплавления порошковых сплавов титана лазером или электронным лучом удается выращивать изделия с необходимыми характеристиками [27]. При решении задач повышения экономической эффективности аддитивного производства, например, повышение производительности процесса печати за счет применения проволоки сопряжено со сложностями управления термическими режимами. Это значит, что и сплав формируется с особым структурно-фазовым состоянием [28, 29]. Как показывает анализ литературы, посвященной титановым сплавам, сформировавшимся в условиях АТ, данные о модуле упругости получались при обработке кривых деформации при растяжении или сжатии либо методами наноиндентирования [29] и в меньшей степени – с применением ультразвука [30]. В то же время в случае исследования сплавов сложного фазового и структурного состояния предлагается использовать одновременно несколько методов для измерения модуля упругости [31]. В последнее время все большее применение для измерения модуля на реальных объектах находит метод индентирования, который помимо модуля упругости позволяет получить и другие прочностные характеристики, такие как предел прочности, предел текучести, трещиностойкость и др. [32, 33]. В настоящей работе проводятся исследования модуля упругости и твердости с применением ультразвукового контроля и методов макро- и микроиндентирования испытуемых пластин из титанового сплава типа ВТ6св, напечатанных электронным лучевым сплавлением проволоки, в сравнении со свойствами титановых сплавов типа ВТ1-0, ВТ6 и Ti-6Al-4V, полученных традиционными технологиями. Взаимное обсуждение результатов измерений модулей упругости, получаемых различными методами, и значений твердости на макро- и микроуровнях позволит углубить представление о зависимости значений модулей упругости от структурно-фазовых состояний титановых сплавов, сформированных в условиях АТ. Методика исследований Материал Объектом исследований служил титановый сплав, сформировавшийся при послойном сплавлении титанового сплава ВТ6св из проволоки диаметром 1,6 мм. Химический состав проволоки ВТ6св соответствовал ГОСТ 27265–87 (ГОСТ на сварочную проволоку), он отличается от сплава ВТ6 тем, что содержание легирующих элементов соответствует нижнему пределу значений легирования. Исследовали также титановые сплавы типа ВТ1-0 (технически чистый титан Grade 2), ВТ6 и Ti-6Al-4V из листов проката. Химический состав исследуемых сплавов ВТ1-0 и ВТ6 соответствовал ГОСТ 19807–91, а сплава Ti-6Al-4V – национальному стандарту КНР GB/T 3620.1–2016. Химический состав исследуемых сплавов представлен в табл. 1. Образцы были получены на лабораторной установке электронно-лучевого аддитивного производства, разработанной в ИФПМ СО РАН [34]. Процесс формирования образцов осуществлялся путем сплавления титановой проволоки ВТ6св диаметром 1,6 мм в условиях вакуума при давлении 10–3…10–2 Па. В качестве подложки использовались пластины 150×60×2,5 мм3 из ВТ1-0. Подложка размещалась на защитной подкладке из нержавеющей стали (160×60×5 мм3) и все вместе крепилось к охлаждаемому трехкоординатному рабочему столу с помощью металлических прижимов. Стол имел жидкостное охлаждение, в процессе печати температура стола поддерживалась на уровне 13–15 ℃. Для снижения тепловложения после 20-го слоя ток пучка уменьшался с 55 до 40 мA. С помощью CADпрограммы осуществлялась печать образцов в виде пластин размерами 100×60×8 мм3. Вид пластины представлен на рис. 1, а. После печати
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1