Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 125 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ сплавы, содержащие 40…45 мас. % ниобия, так как они имеют пониженный модуль упругости, что очень важно для механической совместимо- сти имплантата с костной тканью [6, 7]. Сплавы Ti–Nb представляют собой систему с полной растворимостью компонентов друг в друге при высокой температуре и с ограни- ченной растворимостью при комнатной тем- пературе [8]. Кристаллизация таких сплавов происходит в интервале температур и в случае неравновесных условий сопровождается форми- рованием химической неоднородности внутри растущего зерна – внутрикристаллической лик- вации [9]. Сохранение внутрикристаллической ликвации на последующих этапах обработки ма- териала может приводить к неоднородности фи- зико-механических свойств в готовом изделии. Поэтому слитки сплавов Ti–Nb, которые обычно получают электродуговой плавкой, подвергают многократной деформации с промежуточными отжигами, что приводит к устранению дендрит- ной ликвации, формированию равноосной зе- ренной структуры и выравниванию физико-ме- ханических свойств по объему слитка [10]. Альтернативными методами получения спла- вов Ti–Nb с однородной структурой являются методы интенсивной пластической деформа- ции (ИПД), такие как гидростатическая экстру- зия [11], кручение под высоким давлением [12–14], равноканальная угловая экструзия [15] и дру- гие [16]. В этом случае формируется ультрамел- козернистый материал с высокими прочностны- ми характеристиками сплава. ИПД фактически не повышает модуль упругости сплава, но его значение составляет 60…70 ГПа [11], что выше, чем у костной ткани (10…30 ГПа) [17]. Для производства имплантатов точной инди- видуальной конфигурации и плотности исполь- зуют аддитивные технологии [18]. Одним из ме- тодов является селективное лазерное сплавление (СЛС) [19–21]. СЛС можно получать имплантаты, начиная от компактных, с почти 100 %-й плотно- стью, до трехмерных металлических решеток с пористостью до 80 % [22]. Это дает возможность снижать интегральный модуль упругости полу- чаемого материала вплоть до 1 ГПа [23]. Цель работы – выполнить оценку структур- ных характеристик сплава Ti – 40 мас. % Nb, полученного в условиях высокоэнергетического воздействия методами селективного лазерного сплавления и интенсивной пластической дефор- мации, с учетом неоднородности элементного состава. Методика исследований Для получения слитков использовалась печь электродуговой плавки с нерасходуемым элек- тродом и водоохлаждаемым медным тиглем. Плавка проводилась в атмосфере инертного газа при избыточном давлении, напряжении 40 В и токе 30·10 3 А. Для получения большей однород- ности получаемого сплава слиток проплавляли пять раз с его переворотом. Слитки сплава име- ли концентрацию Nb, равную 40 мас. % (здесь и далее концентрации приводятся в мас. %). По- лучаемый слиток повторял форму тигля – лунки диаметром 80 мм и высотой 20 мм [24]. СЛС выполнялось на установке ВАРИСКАФ- 100МВС [25]. Режим СЛС был следующим: мощность – 100 Вт, скорость сканирования луча лазера – 25 мм/с, диаметр лазерного луча на по- верхности сплавляемого слоя – 250мкм. ДляСЛС был выбран композитный порошок, который по- лучали механическим легированием смеси по- рошков титана – ниобия с массовым соотноше- нием 60: 40. Обработка порошка проводилась в планетарной шаровой мельнице АГО-2С [26]. Полученный композитный порошок со средним размером частиц 25 мкм распределяли из бунке- ра ровным слоем на титановой подложке, нагре- той перед сплавлением порошка до температуры 200 °C. Толщина единичного слоя порошка со- ставляла 150 мкм. В каждом образце сплавля- лось 24 слоя порошкового материала. Стратегия сканирования лазерного луча – построчный зиг- заг с шагом сканирования 50 мкм. Для каждого последующего слоя направление сканирования изменялось на 90°. В результате были получены объемные образцы площадью 10 × 10 мм 2 и тол- щиной ~3 мм. ИПД сплава осуществлялась комбиниро- ванным способом, включающим прессование в симметричный канал, многоосевую ковку и многоходовую прокатку в ручьевых валках [27]. Для этого слитки предварительно закаливали от 1100 ºC в воду. Далее заготовки, вырезанные из слитка, подвергались трехуровневой ИПД. Пер-