Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 4 2018 67 MATERIAL SCIENCE вочно 600…650 °С. Это позволяет мартенситу разлагаться на α- и β-фазы по диффузионному механизму. При этом, кроме увеличения коли- чества β-фазы, происходит увеличение толщи- ны пластин остаточной α  -фазы (рис. 4, в , г ). После завершения процесса послойного выра- щивания происходит последующее медленное охлаждение образца. Известно, что размер предшествовавших β-зерен определяется главным образом време- нем пребывания между температурой ликвидуса и температурой β-α перехода (995 °C для сплава Ti–6Al–4V [13]. В работе [14] приведен краткий обзор преимуществ лазерной и электронно-лу- чевой аддитивной технологии по сравнению с другими, где отмечается, что такие процессы характеризуются рекордно большими темпера- турными градиентами и высокими скоростями охлаждения, а также показано, что оба этих ме- тода с точки зрения размера столбчатых β-зерен в образцах заметно выигрывают по сравнению с другими методами. Для лазерной технологии указан диапазон зерен 0,5…1,5 мм, а для элек- тронно-лучевой 1,4…5,0 мм. Ориентируясь на эти цифры, можно сделать вывод, что в настоя- щем исследовании удалось получить структуру с относительно небольшими предшествующими β-зернами (табл. 2), при этом зафиксированные размеры β-зерен, в высоту не превышающие 1,3…1,5 мм, находятся в начале диапазона воз- можных размеров β-зерен для электронно-луче- вых аддитивных технологий. Толщина пластин α  -фазы зависит от скоро- сти охлаждения и от температуры β-α-перехода. Быстрое охлаждение проявляется в более тон- ких пластинах α  -фазы, и наоборот [6]. В насто- ящее время установлено, что толщина α  -планок внутри предшествовавших β-зерен в материале, изготовленных с использованием электронно- лучевых аддитивных технологий, как правило, меньше, чем у большинства других материалов, изготовленных другими аддитивными метода- ми, что указывает на относительно высокую ско- рость охлаждения от температуры β-перехода. В ряде работ сообщалось о различиях в твер- дости между верхней и нижней частями части Ti-6Al-4V, осажденной с использованием элек- тронно-лучевого плавления [15–18]. На осно- вании этих исследований представляется, что изменения твердости с высотой выращенного изделия являются побочным продуктом терми- ческого циклирования, присущего лазерным и электронно-лучевым аддитивным технологиям, поскольку микроструктура изменяется в каждом отдельном слое. Микроструктура верхних слоев образца, по- лученная при высоких скоростях охлаждения (рис. 4, а , б ), состоит из большого количества тонких пластин α  -фаз неравновесного состава, которые обычно более твердые и имеют более высокую прочность, чем те, которые получают при более низких скоростях охлаждения. По- скольку α  -фаза сплава Ti-6Al-4V с гексагональ- ной плотноупакованной структурой имеет более высокое значение объемного модуля, чем ОЦК- структура β-фазы [19], верхние слои полученно- го сплава Ti-6Al-4V тверже, чем нижние, содер- жащие повышенное количество β-фазы (около 10 об.%) и утолщенные по сравнению с верхни- ми слоями пластины α  -фазы (рис. 4, в , г ). Обращает на себя внимание тот факт, что классическое соотношение Холла–Петча доста- точно корректно отражает связь между масшта- бом предварительных зерен β-фазы и величиной твердости. Из данных, представленных в табл. 2 и на рис. 5, видно, что структуры с малым мас- штабом имеют высокие значения твердости, и наоборот. Хорошее согласие с соотношением Холла–Петча показывает, что градиент по зна- чениям твердости обусловлен в основном нали- чием градиентной микроструктуры, возникшей в результате термоциклирования при получении образцов. В работе [20] показано, что существует ли- нейная зависимость между твердостью по Вик- керсу ( H V ), пределом текучести (σ y ) и пределом прочности при растяжении (σ u ) для Ti-6Al-4V: σ y = 3,013 Н V – 127,000; (1) σ u = 3,586 H V – 237,900. (2) Расчетный предел текучести и предельная прочность на разрыв верхних слоев выращен- ного образца (толщиной около 1,5 мм), получен- ные в соответствии с (1) и (2), сопоставимы со свойствами кованого сплава Ti-6Al-4V (предел