ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Прямое лазерное выращивание (ПЛВ) рассматривается как перспективный метод формирования изделий сложной конфигурации из сплавов на основе титана, так как позволяет минимизировать применение механообработки и потери материала на отходы. В настоящее время технологический процесс ПЛВ титанового сплава ВТ23 не разработан, не исследованы особенности структуры сплава после данного метода получения, которые позволят определить область применения материала в состоянии после ПЛВ. Цель работы. Определение оптимальных технологических параметров процесса ПЛВ для синтеза качественных изделий из титанового сплава ВТ23. Методы исследования. В работе проанализированы образцы сплава, полученные в интервалах мощности лазерного излучения 700…1300 Вт с шагом 100 Вт, скорости сканирования 600…1000 мм/мин с шагом 200 мм/мин и расстояния между соседними лазерными треками 0,5…0,9L (L - ширина трека) с шагом 0,2L. Исследование элементного состава порошкового материала проводилось методами рентгенофлуоресцентного анализа и восстановительного сжигания в газоанализаторе. Структура объектов, полученных методом ПЛВ, анализировалась методами металлографического и рентгенофазового анализа, а также определялось значение их микротвердости. Результаты и обсуждение. Установлено, что качественные объекты без трещин, с низкой пористостью могут быть синтезированы из сплава ВТ23 методом ПЛВ при использовании следующих технологических параметров: мощности лазера 700…1100 Вт, скорости сканирования 800…1000 мм/мин, расстояния между треками 0,5…0,7 от ширины отдельного трека L. Показано, что после всех исследованных режимов ПЛВ сплав ВТ23 имел дисперсную (a+β) структуру типа «корзиночное плетение». Выявлено, что независимо от режима ПЛВ количество β-фазы в структуре сплава составляет ~ 30 %. Показано, что микротвердость наплавленного материала не зависит от режима ПЛВ и составляет 460 HV.

1. Металловедение титана и его сплавов / С.П. Белов, М.Я. Брун, С.Г. Глазунов, Б.А. Колачев; под общ. ред. С.Г. Глазунова и Б.А. Колачева. – М.: Металлургия, 1992. – 352 с.

2. A review on additive manufacturing of titanium alloys for aerospace applications: Directed energy deposition and beyond Ti-6Al-4V / Z. Liu, B. He, T. Lyu, Y. Zou // Jom. – 2021. – Vol. 73. – P. 1804–1818. – DOI: 10.1007/s11837-021-04670-6.

3. A fatigue life posterior analysis approach for laser-directed energy deposition Ti-6Al-4V alloy based on pore-induced failures by kernel ridge / L. Dang, X. He, D. Tang, B. Wu, Y. Li // Engineering Fracture Mechanics. – 2023. – Vol. 289. – P. 109433. – DOI: 10.1016/j.engfracmech.2023.109433.

4. Ронжин Д.А., Григорьянц А.Г., Холопов А.А. Влияние технологических параметров на структуру металла изделий, полученных методом прямого лазерного выращивания из титанового порошка ВТ6 // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2022. – № 9 (750). – С. 30–42.

5. Ravi G.A., Qiu C., Attallah M.M. Microstructural control in a Ti-based alloy by changing laser processing mode and power during direct laser deposition // Materials Letters. – 2016. – Vol. 179. – P. 104–108. – DOI: 10.1016/j.matlet.2016.05.038.

6. Mahamood R.M., Akinlabi E.T. Laser power and powder flow rate influence on the metallurgy and microhardness of laser metal deposited titanium alloy // Materials Today: Proceedings. – 2017. – Vol. 4 (2). – P. 3678–3684.

7. Разработка режима прямого лазерного выращивания титанового сплава ВТ23 / Д.Э. Сафарова, М.Е. Луговой, Ю.Ю. Понкратова, К.О. Базалеева // VIII Всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО 2023»: сборник материалов. – М.: ИМЕТ РАН, 2023. – С. 242–243.

8. Laser cladding as repair technology for Ti–6Al–4V alloy: Influence of building strategy on microstructure and hardness / H. Paydas, A. Mertens, R. Carrus, J. Lecomte-Beckers, J.T. Tchuindjang // Materials & Design. – 2015. – Vol. 85. – P. 497–510. – DOI: 10.1016/j.matdes.2015.07.035.

9. Influence of process parameters on the mechanical properties of laser deposited Ti-6Al-4V alloy. Taguchi and response surface model approach / O.S. Fatoba, E.T. Akinlabi, S.A. Akinlabi, M.F. Erinosho // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5 (9). – P. 19181–19190. – DOI: 10.1016/j.matpr.2018.06.273.

10. Direct laser cladding of layer-band-free ultrafine Ti6Al4V alloy / L. Song, H. Xiao, J. Ye, S. Li // Surface and Coatings Technology. – 2016. – Vol. 307. – P. 761–771. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.10.007.

11. Sinter formation during directed energy deposition of titanium alloy powders / L. Sinclair, S.J. Clark, Y. Chen, S. Marussi, S. Shah, O.V. Magdysyuk, P.D. Lee // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2022. – Vol. 176. – P. 103887. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2022.103887.

12. TC17 titanium alloy laser melting deposition repair process and properties / Q. Liu, Y. Wang, H. Zheng, K. Tang, H. Li, S. Gong // Optics & Laser Technology. – 2016. – Vol. 82. – P. 1–9. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2016.02.013.

13. Grain morphology evolution behavior of titanium alloy components during laser melting deposition additive manufacturing / T. Wang, Y.Y. Zhu, S.Q. Zhang, H.B. Tang, H.M. Wang // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – Vol. 632. – P. 505–513. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.01.256.

14. Григорьянц А.Г., Мисюров А.И., Третьяков Р.С. Анализ влияния параметров коаксиальной лазерной наплавки на формирование валиков // Технология машиностроения. – 2011. – № 11. – С. 19–21. – EDN: OQNYQB.

15. ОСТ 1-90013–81. Отраслевой стандарт. Титановые сплавы. Марки: введ. 01.07.1981. – ВИАМ, 1981. – 7 с.

16. Additive manufacturing technologies / I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker, M. Khorasani. – 3rd ed. – Cham, Switzerland: Springer, 2021. – DOI: 10.1007/978-3-030-56127-7.

17. Lewandowski J.J., Seifi M. Metal additive manufacturing: a review of mechanical properties // Annual Review of Materials Research. – 2016. – Vol. 46. – P. 151–186. – DOI: 10.1146/annurev-matsci-070115-032024.

18. De Oliveira U., Ocelik V., De Hosson J.T.M. Analysis of coaxial laser cladding processing conditions // Surface and Coatings Technology. – 2005. – Vol. 197 (2–3). – P. 127–136. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.06.029.

19. Processing window development for laser cladding of zirconium on zirconium alloy / A. Harooni, A.M. Nasiri, A.P. Gerlich, A. Khajepour, A. Khalifa, J.M. King // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 230. – P. 263–271. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.11.028.

20. Влияние деформационной стабильности b-фазы в титановом сплаве ВТ23 на фазовый состав, структуру и механические свойства при растяжении и ударном изгибе / С.В. Гладковский, В.Е. Веселова, А.М. Пацелова, В.А. Хотинов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 26–33.

21. Швецов О.В., Кондратьев С.Ю. Влияние режимов закалки и старения на эксплуатационные свойства сплава ВТ23 // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. – 2018. – Т. 24, № 2. – С. 119–133.

22. Grain morphology evolution behavior of titanium alloy components during laser melting deposition additive manufacturing / T. Wang, Y.Y. Zhu, S.Q. Zhang, H.B. Tang, H.M. Wang // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – Vol. 632. – P. 505–513. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.01.256.

23. Microstructure evolution and layer bands of laser melting deposition Ti–6.5Al–3.5Mo–1.5Zr–0.3Si titanium alloy / Y. Zhu, X. Tian, J. Li, H. Wang // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 616. – P. 468–474. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.07.161.