Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 4 2018 61 MATERIAL SCIENCE прочности [1]. Высокая стоимость деталей из титановых сплавов определяется высокой материалоемкостью при механической обра- ботке, плохой обрабатываемостью, вызванной низкой теплопроводностью и высокой хими- ческой реактивностью с материалами режуще- го инструмента, что является сдерживающим фактором для широкого использования. При- менение аддитивных технологий позволяет снизить затраты при производстве изделий из титановых сплавов [2] за счет изготовления высокоточных заготовок, которые в дальней- шем требуют минимальной механической об- работки. При этом ключевым требованием при изготовлении таких заготовок является сохра- нение высоких механических характеристик как самого исходного материала, так и изго- тавливаемой детали в целом. Большинство представленных в литературе результатов по аддитивному получению изде- лий из титановых сплавов относится к постро- ению детали лазером в защитной атмосфере в порошковом слое либо путем локальной пода- чи порошка в зону выращивания. Как прави- ло, металлические порошки имеют высокую удельную поверхность, что обусловливает не- избежное наличие пористости, а также перенос адсорбированных на поверхности порошинок загрязняющих веществ в объем готового из- делия. Известно, что титан обладает высокой реакционной способностью к химическим эле- ментам, содержащимся в атмосферном возду- хе, – кислороду и азоту, а также к углероду. По- падание данных элементов в титановые сплавы приводит к их сильному охрупчиванию [3]. Самым эффективным средством для предот- вращения попадания загрязняющих элементов в титановые сплавы в процессе аддитивного производства является проведение технологи- ческого процесса в вакууме. Однако даже пере- нос процесса изготовления изделия в вакуум не позволяет избавиться от пористости, а так- же от наличия оксидов и других загрязняющих элементов, которые в той или иной степени всегда присутствуют на поверхности исходно- го порошка. Перспективной альтернативной технологией, лишенной описанных выше не- достатков использования порошков в качестве исходного сырья, является послойное выращи- вание изделий электронным пучком в вакууме с использованием проволочного филамента [4]. Технологии, применяющие проволоку, в отли- чие от порошка обеспечивают более высокий уровень стабильности и повторяемости про- цесса выращивания, а также более высокую производительность [4, 5]. Известно [6], что если при получении ти- тановых сплавов, близких по составу с Ti-6Al- 4V, температура понижается ниже температуры β-α-перехода, которая составляет 995 °C, β-фаза начинает превращаться в α-фазу. Вследствие вы- соких скоростей охлаждения, характерных для аддитивных технологий, внутри β-зерен часто формируется мартенситная α  -фаза. Когда ряд пластин α  -фазы растет параллельно, они образу- ют так называемые «α-колонии». Если скорость охлаждения высокая, то зарождение α  -фазы происходит одновременно из нескольких мест, они встречаются друг с другом, образуя замкну- тую сетку из тонких мартенситных пластин [6]. Размер пластин α  -фазы считается одним из наиболее важных микроструктурных признаков, определяющих механические свойства. Сплавы с меньшими по толщине пластинами α  -фазы обычно обладают более высокими механиче- скими характеристиками [6]. В работах [7, 8] пластины α  -фазы, обнаруженные в образцах из сплава Ti-6Al-4V, полученных электронно-луче- вой аддитивной технологией (electron beam addi- tive manufacturing – EBAM ), оказались более тон- кими по сравнению с литым сплавом Ti-6Al-4V, а прочностные свойства сопоставимыми. Грабе и Куинн [9] показали, что величина микротвер- дости по Виккерсу полученного EBAM -сплава Ti-6Al-4V лежит в диапазоне от 345 до 350 HV, и эти высокие значения связали с тонкой микро- структурой α/β в соответствии с соотношением Холла–Петча. На основе вышесказанного можно ут- верждать, что электронно-лучевая проволоч- ная аддитивная технология обладает большим потенциалом как с точки зрения высокой произ- водительности, так и в плане получения матери- алов с уникальной структурой и высокими меха- ническими свойствами. Цельюработы является изучение структуры, фазового состава и микротвердости образцов из сплава Ti-6Al-4V, полученных с использованием электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии.