ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 180 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Модуль упругости и твердость титанового сплава, сформировавшегося в условиях электронного лучевого сплавления при 3D-печати проволокой Василий Клименов 1, a, *, Евгений Колубаев 2, b, Цзэли Хань 1, c, Андрей Чумаевский 2, d, Эдгар Двилис 1, e, Ирина Стрелкова 1, f, Екатерина Дробяз3, g, Олег Яременко 4, h, Александр Куранов 4, i 1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия 2 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634505, Россия 3 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия 4 Общество с ограниченной ответственностью «Оптон Инжиниринг» ул. Угрешская, д. 2, стр. 53, г. Москва, 115088, Россия a https://orcid.org/0000-0001-7583-0170, klimenov@tpu.ru; b https://orcid.org/0000-0001-7288-3656, eak@ispms.tsc.ru; c https://orcid.org/0000-0001-6502-6541, hanzelizy@gmail.com; d https://orcid.org/0000-0002-1983-4385, tch7av@gmail.com; e https://orcid.org/0000-0002-6853-6448, dvilis@tpu.ru; f https://orcid.org/0000-0002-2222-2865, strelkova@tpu.ru; g https://orcid.org/0000-0002-5364-3574, ekaterina.drobyaz@yandex.ru; h https://orcid.org/0009-0002-8193-8027, oy@opton.ru; i https://orcid.org/0009-0001-5593-9053, ak@opton.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 180–201 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-180-201 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.722; 620.178; 620.186 История статьи: Поступила: 17 июля 2023 Рецензирование: 10 августа 2023 Принята к печати: 18 сентября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: Электронно-лучевое сплавление проволоки Титановые сплавы Модуль упругости Методы индентирования Ультразвуковой контроль Твердость Финансирование Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 2379-00066, https://rscf.ru/project/23-79-00066/. Благодарности В работе для исследований было использовано оборудование ЦКП НОИЦ НМНТ ТПУ, поддержанного проектом Минобрнауки России № 075-15-2021-710. В работе для исследований было использовано оборудование Центра коллективного пользования «Структура, механические и физические свойства материалов» Новосибирского государственного технического университета. Благодарим ведущего инженера ЛФУП ИФПМ СО РАН Никонова Сергея Юрьевича за печать образцов. АННОТАЦИЯ Введение. Развитие и промышленное освоение аддитивных технологий зависит от многих факторов, среди которых немаловажную роль играет производительность процесса печати и коэффициент использования материала. Поэтому интерес к применению проволочных технологий в условиях печати все более привлекает внимание. Использование электроннолучевых установок для этих целей является наиболее эффективным и конкурентноспособным в случае изготовления деталей из сплавов, обладающих повышенной окисляемостью (титан, нержавеющие стали и др.), так как процесс послойного сплавления происходит в вакууме. Применение для этих целей сварочной титановой проволоки типа ВТ6св представляется наиболее предпочтительным вследствие доступности и широкой номенклатуры по толщине. Однако одной из особенностей такого титанового сплава является его отличие по легирующим элементам (в меньшую сторону) в сравнении со сплавами типа ВТ6 и Ti-6Al-4V. Высокая производительность процесса печати проволокой и состав сплава ВТ6св влияют на особенность структурно-фазового состояния и свойств формирующегося сплава. Известно, что модуль упругости и твердость сплавов являются очень важными характеристиками, которые могут измеряться быстро, в том числе и с помощью методов неразрушающего контроля. Целью работы является исследование возможности применения различных методов измерения модуля упругости и контроля твердости для исследования образцов, напечатанных титановой проволокой ВТ6св на электронно-лучевой установке Института физики прочности и материаловедения СО РАН. Методы исследования образцов из титановых сплавов ВТ6св, полученных трехмерной печатью, и титановых сплавов типа ВТ1-0, ВТ6 и Ti-6Al-4V в разных структурных состояниях: металлографический анализ, исследование модуля упругости методом ультразвукового контроля, индентированием на макро- и микроуровнях, измерение твердости индентированием. Результаты и обсуждение. Установлено, что формирующийся при электронно-лучевой печати титановый сплав из проволоки ВТ6св имеет типичную столбчатую структуру, простирающуюся на всю высоту образца и сформировавшуюся при различных термических условиях в различных зонах при получении образца. Особенности формирования структуры обеспечивают особенности измеряемых значений модуля упругости и твердости в различных участках образца. Анализ полученных значений модуля упругости для напечатанного образца показал, что они несколько выше, чем значения модуля, полученные для сплавов в состоянии поставки типа Ti-6Al-4V, в то время как значения твердости, наоборот, оказались более низкими. Анализ данных по измерению модуля упругости методами индентирования показал, что получаемые значения при микроиндентировании более низкие, чем при макроиндентировании, которые близки к значениям, полученным с помощью ультразвука, а также к известным из других источников. Разница значений модулей упругости в различных пространственных участках напечатанного образца свидетельствует о структурно-фазовой чувствительности модуля упругости и демонстрирует возможности используемых в работе методов их измерения. Для цитирования: Модуль упругости и твердость титанового сплава, сформировавшегося в условиях электронного лучевого сплавления при 3D-печати проволокой / В.А. Клименов, Е.А. Колубаев, Ц. Хань, А.В. Чумаевский, Э.С. Двилис, И.Л. Стрелкова, Е.А. Дробяз, О.Б. Яременко, А.Е. Куранов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 180–201. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-180-201. ______ *Адрес для переписки Клименов Василий Александрович, д.т.н., профессор Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, 634050, г. Томск, Россия Тел.: +7 (3822) 701-777, e-mail: klimenov@tpu.ru
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1