CC BY
3
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Трушников Д.Н., Кривоносова Е.А., Юрченко А.Н., Неулыбин С.Д., Хомутинин И.С., Пономарев И.С. Влияние полярности тока на формирование структуры и свойств двухфазного титанового сплава при CMT аддитивной наплавке // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. - 2023. - Т. 25, № 2. - С. 78-86. DOI: 10.15593/2224-9877/2023.2.09
Please cite this article in English as:
Trushnikov D.N., Krivonosova E.A., Yurchenko A.N., Neulybin S.D., Khomutinin I.S.,Ponomarev I.S. Influence of current polarity on formation of structure and properties of two-phase titanium alloy during additive cladding. Bulletin of PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2023, vol. 25, no. 2, pp. 78-86. DOI: 10.15593/2224-9877/2023.2.09
ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение
Т. 25, № 2, 2023 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science
http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/
Научная статья
DOI: 10.15593/2224-9877/2023.2.09 УДК 621.791.755
1 11 Д.Н. Трушников , Е.А. Кривоносова , А.Н. Юрченко ,
С.Д. Неулыбин1, И.С. Хомутинин1, И.С. Пономарев2
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация 2ООО «АСОИК», Пермь, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ ТОКА НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ДВУХФАЗНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ПРИ CMT АДДИТИВНОЙ НАПЛАВКЕ
Представлены результаты исследования основных закономерностей формирования структуры и свойств титанового сплава системы Ti-6Al-4V в технологии аддитивного производства с использованием СМТ-наплавки проволочного материала с применением дуги прямой и обратной полярности. В ходе работы определялись оптимальные условия послойной наплавки, обеспечивающие высокие физико-механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V. Особое внимание уделялось влиянию термической обработки на стабилизацию структуры и повышение механических свойств.
Выполнены макро- и микроструктурные исследования и анализ механических характеристик наплавленного металла. Микроструктура состоит из первичных, преимущественно столбчатой формы p-зерен, внутри p-зерен присутствует субструктура, представленная а-фазой (а-оторочка) и игольчатой мартенситной а'-фазой разной дисперсности. Также в микроструктуре присутствует а2-фаза, которая представляет собой упорядоченный твердый раствор на основе Ti3Al. а2-фаза достаточно дисперсна и находится в объемах а-фазы в виде частиц неравноосной формы.
Установлено, что термическая обработка приводит к выравниванию структуры по всему сечению образцов, о чем свидетельствуют слабо выраженные границы после травления между зонами термического влияния на образцах после термической обработки, однако структурная анизотропия все равно сохраняется. Структура образцов после термической обработки отличается большей однородностью и большей дисперсностью.
Установлено, что механические свойства образцов, полученных при наплавке дугой обратной полярности, не уступают свойствам металла, полученного наплавкой на прямой полярности.
Обеспечение оптимальных показателей режима наплавки позволяет получить благоприятную структуру наплавленного металла и механические свойства на уровне свойств металла традиционных технологий.
Ключевые слова: титановые сплавы, аддитивные технологии, СМТ-наплавка, прямая и обратная полярности тока, структура, механические свойства, химический состав.
1 11
D.N. Trushnikov , E.A. Krivonosova , A.N. Yurchenko , S.D. Neulybin1, I.S. Khomutinin1, I.S. Ponomarev2
Verm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation 2LLC ASOIK, Perm, Russian Federation
INFLUENCE OF CURRENT POLARITY ON FORMATION OF STRUCTURE AND PROPERTIES OF TWO-PHASE TITANIUM ALLOY DURING ADDITIVE CLADDING
The paper presents the results of the study of main regularities of structure and property formation of titanium alloy of Ti-6Al-4V system in additive manufacturing technology using SMT cladding of wire material with arc forward and reverse polarity. The optimum conditions of layer-by-layer cladding providing high physical and mechanical properties of titanium alloy Ti-6Al-4V were determined in the course of the work. It has been established that the mechanical properties of the samples obtained by reverse polarity arc cladding are not inferior to those of the metal obtained by direct polarity cladding. Particular attention was paid to the influence of heat treatment on structure stabilization and improvement of mechanical properties.
Macro- and microstructural studies and studies of mechanical properties of deposited metal were performed. The microstructure consists of primary predominantly columnar p-grains, inside the p-grain there is a substructure represented by a-phase (a-top) and needle martensitic a'-phase of different dispersion. Also present in the microstructure is the a2-phase, which is an ordered solid solution based on Ti3Al. The a2-phase is sufficiently dispersed and located in the a-phase volumes in the form of particles of unequal shape.
It is established that heat treatment results in the alignment of the structure over the entire sample cross section as evidenced by the weakly pronounced boundaries between the heat-affected zones on the samples after the heat treatment, but the structural anisotropy is still preserved. The structure of samples after heat treatment is characterized by greater homogeneity and greater dispersion.
It is established that mechanical properties of samples obtained by reverse polarity arc cladding are not inferior to properties of metal obtained by direct polarity cladding.
Provision of optimum parameters of cladding regime allows to receive favorable structure of clad metal and mechanical properties at the level of properties of metal of traditional technologies.
Keywords: titanium alloys, additive technologies, SMT cladding, direct and reverse current polarity, structure, mechanical properties, chemical composition.
Применение аддитивных дуговых процессов, дающих возможность синтезировать крупногабаритные металлические детали с минимальным припуском на механическую обработку и свойствами на уровне металла традиционных технологий, позволяет получить значительную экономию металла и многократно сократить затраты на технологическую подготовку производства [1—4]. Это в полной мере относится к изготовлению изделий алюминиевых [5; 6], титановых [7; 8] и других легких высокопрочных сплавов.
Среди дуговых способов СМТ-процесс (Cold Metal Transfer - холодный перенос металла) - это модифицированный вариант сварки плавящимся электродом в защитном газе, основанный на механизме управляемого режима поступления металла в сварочную ванну при использовании импульсного тока и возвратно-поступательном движении проволоки - применительно к аддитивным технологиям имеет ряд неоспоримых преимуществ [5; 7]. Система обратной подачи проволоки синхронизирована с высокоскоростным цифровым управлением, которое определяет длину дуги, короткую замыкающую фазу и теплопередачу в зону сварки [7]. Этот процесс исключает разбрызгивание металла, стабильность формирования шва, минимальную теплопередачу в зону обработки. СМТ-процесс может быть успешно применен для материалов аэрокосмической отрасли, таких как высокопрочные и жаропрочные титановые сплавы.
Однако существенной проблемой титановых сплавов в технологиях наплавки являются факто-
ры, связанные как с особенностями их физических свойств, так и с технологическим моментами [819]. Поскольку значение коэффициента теплопроводности у титана почти в 3 раза меньше, чем у железа, и в 15 раз меньше, чем у алюминия, при сварке титана имеет место большой перегрев околошовной зоны и соответственно рост исходного зерна высокотемпературной р-И-фазы при значительном градиенте максимальных температур нагрева. Это приводит к росту сварочных остаточных напряжений.
В процессе аддитивной наплавки сплава Т1-6Л1-4У после каждого прохода затвердевший материал нагревается до температуры выше полиморфного в ^ а-превращения на глубину, эквивалентную глубине примерно 4-5 наплавленных слоев, и преобразуется при охлаждении в пластинчатую а(а')-микроструктуру, с небольшой объемной долей остаточной в-фазы. В работе [18] показано, что при нагреве в сплаве формируются крупные столбчатые ориентированные в направлении наплавки в-зерна с сильной волокнистой текстурой <001>, которая развивается путем их эпитаксиаль-ного повторного роста от границы сплавления вверх через несколько слоев наплавки. Формированию грубых в-зерен способствуют также высокие скорости нагрева при наплавке (выше 500 °С с-1), которые поднимают фактическую температуру полиморфного в-превращения относительно равновесной на 30-50 °С. В итоге время пребывания металла в интервале температур 800-980 °С увеличивается, рост в-зерна усиливается. При охлажде-
нии происходит полиморфное в ^ а-превращение и трансформация в-фазы в а(а')-фазу, при этом размер и морфология а-пластин наследует границы исходных в-зерен. Полосы зон теплового воздействия, связанные с повышением температуры от повторного нагрева в диапазоне от ~ 800 °С до температуры в-превращения (~ 980 °С), также генерируются каждым проходом источника тепла.
Таким образом, результирующий конечный масштаб структуры наплавленного сплава ТьбА1-4У является сложной функцией как скорости охлаждения в каждом проходе, так и термического цикла, испытываемого ранее наплавленным материалом при повторном нагреве в последующих проходах наплавки.
Металлургические методы по уменьшению размера в-зерен путем добавления элементов, которые действуют как ограничители роста или модификаторы (например, В, С или Бп), как правило, имеют нежелательные побочные эффекты, снижающие механические свойства [19].
Следствием всех перечисленных выше особенностей формирования неблагоприятной столбчатой структуры титановых сплавов системы ТьбА1-4У, анизотропии, полосчатости в технологиях аддитивной наплавки является снижение механических свойств - предела прочности и потеря пластичности. Тем не менее в работе [20] установлено, что режим с послойным охлаждением до температуры 150°С и его гибридные варианты обеспечивают возможность получения характеристик наплавленного титанового сплава системы ТьбА1-4У на уровне материала, полученного технологиями обработки давлением.
Традиционно наиболее благоприятным режимом наплавки титановых сплавов является наплавка на прямой полярности тока, что подтверждается результатами большинства исследований. Однако особенностями, а иногда и недостатками технологии СМТ-наплавки на прямой полярности тока являются:
1) избыточное тепловложение в локальной области анодного пятна;
2) активное перемешивание нижележащего слоя с материалом наплавки;
3) повышенные требования к чистоте поверхности (оксидные пленки и т.д.);
4) недостаточная активация периферии зоны наплавки для наилучшего смачивания поверхности материалом наплавки.
Предварительные исследования, проведенные авторами данной работы, показали хорошие предпосылки использования наплавки на токе обратной полярности [21]:
1) наплавка на обратной полярности характеризуется более равномерным распределением тепловой мощности по поверхности изделия;
2) эффект катодной очистки позволяет производить удаление оксидных плен непосредственно во время наплавки, и происходит активация поверхности, что приводит к улучшению смачиваемости.
Целью данной работы является определение оптимальных условий послойной наплавки на обратной полярности тока, обеспечивающих высокие физико-механические свойства титанового сплава системы ТьбА1-4У, получаемого при аддитивном формировании заготовок СМТ-наплавкой с локальной защитой инертных газов. Особое внимание уделено изучению влияния последующей термической обработки изделия на стабилизацию структуры и повышение механических свойств.
Технологии, исследовательские методики и материалы
Для проведения исследований механических характеристик наплавленного металла, макро- и микроструктурных исследований были наплавлены заготовки в виде плоской стенки, из которой были вырезаны образцы для испытаний, маркировка образцов - 1.1 и 1.2 (дополнительно термообработан) на обратной полярности, а образец 2 - на прямой.
Наплавочный материал ВТб, в основу которого положена характерная для большинства жаропрочных титановых сплавов тройная система Ть бА1-4У, относится к двухфазным (а + в)-сплавам. В соответствии с принципами жаропрочного легирования титановых сплавов, многокомпонентный сплав легирован а-стабилизаторами (А1), в-стаби-лизаторами (У, Бе,) и нейтральными элементами (О, С, №), что обеспечивает эффективное сочетание дисперсионного и твердорастворного механизмов упрочнения. Химический состав наплавочной проволоки ВТб приведен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав сплава марки ВТб по ОСТ 1.90013-81 (основные компоненты, массовая доля, %
Марка сплава Т1 А1 Mg Мо У гг Сг Бп Бе С Бе гг О N Н Примеси
ВТб Основа 5,75-б,5 - - 3,4-4 - - - - - 0,10 0,40 0,07 - 0,070,20 0,05 0,01 0,30
Примечание: в сплаве марки ВТбч содержание каждого элемента из прочих примесей должно быть не более: медь, никель, марганец, цирконий, хром, олово - 0,05 %, молибден - 0,10 %.
Схема процесса проволочно-дуговой трехмерной CMT-наплавки плавящимся электродом показана на рис. 1. Наплавка производились на роботе Fanuc Arc Mate 100iC (рис. 2, г) с контроллером Fanuc R-30iA (рис. 2, в) и источником питания Fronius TransPuls Synergic 5000 CMT (рис. 2, б). Для защиты наплавленного металла от окружающего воздуха использовалась локальная защитой атмосферой аргона (рис. 2, а). Термообработка проводилась в вакуумной печи, режим -температура 850 °С, выдержка 2 ч и охлаждение с печью.
Рис. 1. Схема процесса проволочно-дуговой
механических свойств включали в себя испытания микротвердости, испытания на растяжение, испытания ударной вязкости. Анализ химического состава проведен методом спектрального анализа. Структурные исследования наплавленного материала, зон сплавления между слоями осуществлялись с применением световой микроскопии (№орЬо1 32). Количественный металлографический анализ выполнен на автоматизированном программно-аппаратном комплексе анализа изображений и моделирования структур «Видеотест-металл» на базе металлографического микроскопа «Альтами-587». Испытания микротвердости проводились на приборе ПМТ-3 при нагрузке 200 г с шагом 0,15 мм. Испытания прочностных свойств выполнены в соответствии с ГОСТ 9454-78, испытательный комплекс Ш^ТКОК 5982. Анализ химического состава проведен методом спектрального анализа по ГОСТ 7727-81. Пористость наплавленных слоев анализировали с использованием комплекса количественного металлографического анализа 81ЛМ8 рЬо1:о1аЬ.
Термическую обработку проводили на заготовках в вакуумной печи. Режим термической обработки состоит: из нагрева на 580 °С, выдержки, нагрева на 850 °С, выдержки и медленного охлаждения до комнатной температуры.
Внешний вид заготовок, полученных многослойной СМТ-наплавкой в контролируемой атмосфере, показан на рис. 3. Рабочий объем камеры позволял получать заготовки с размерами 500x500x250 мм.
Рис. 2. Применяемое оборудование: а - камера с контролируемой атмосферой; б - источник питания Fronius TransPuls Synergic 5000 CMT; в - контроллер Fanuc R-30iA; г - робот Fanuc Arc Mate 100iC
Структурные исследования наплавленного материала, зон сплавления между слоями проводились с применением световой микроскопии, количественного металлографического анализа. Испытания
Рис. 3. Внешний вид стенок, полученных многослойной СМТ наплавкой с локальной защитой: а - прямая полярность; б - обратная полярность
Результаты химического анализа сплавов, полученных в исследованных технологических схемах ЭБ-печати двухфазного титанового сплава
Химический состав сплавов, полученных по методу СМТ-наплавки с применением проволочного материала в камере с контролируемой атмосферой, соответствует требованиям стандарта, показан в табл. 2.
Таблица 2
Химический состав наплавленного металла, полученного при наплавке в камере с контролируемой атмосферой
Описание Химический состав, %
Бе С У Т1 А1 О N Н
Требования ОСТ 1.90013-81 для ВТб <0,30 <0,10 <0,07 3,5-4,5 основа 5,5-б,75 0,07-0,2 <0,05 <0,01
СМТ-наплавка 1.1 0,119 - <0,015 3,91 90,1 5,б2 - - -
1.2 0,11б - <0,015 3,8б 90,3 5,53 - - -
2 0,115 0,0113 <0,015 3,75 89,9 5,92 0,14 0,012 0,0031
Исследования микроструктуры наплавленных слоев титанового сплава, полученных технологией СМТ-наплавки на прямой и обратной полярности
Исследование титанового сплава ВТб в нетравленом состоянии в продольном и поперечном направлениях показало, что в теле заготовок дефектов в виде пор, трещин, раковин не обнаружено. Загрязненность титанового сплава ВТб неметаллическими включениями низкая, балл загрязненности составляет не более единицы.
При наплавке титанового сплава ВТб формируется структура, состоящая из первичных, преимущественно столбчатой формы в-зерен, сформировавшихся за счет транскристаллитного роста в результате собирательной рекристаллизации (рис. 4). Длина столбчатых зерен может достигать 5000 мкм (см. рис. 4).
отжига титанового сплава ВТб после наплавки. Также наблюдаются фрагментированные участки мартенситной а'-фазы (рис. 7, д, е), что говорит о частичном распаде исходной структуры и делении а'-фазы.
Рис. 4. Панорамы поверхностей образцов 1.1, 1.2 и 2 после травления
Внутри в-зерен присутствует субструктура, представленная а-фазой (а-оторочка) и игольчатой мартенситной а'-фазой разной дисперсности с длиной игл до б0 мкм. В целом субструктура в-зерен представлена так называемым «корзиночным плетением» (рис. 5-10). Встречаются как тонкие, так и более утолщенные границы в-зерен. Толщина а-ото-рочки в рамках одного и того же образца имеет разную величину в диапазоне 2-15 мкм, не зависящую от режима наплавки и дальнейшей обработки.
При больших увеличениях можно наблюдать частичную коагуляцию а-фазы, которая в большей степени выражена на образце 1.1 (рис. б, в, г, 7, в, г).
На образце 1.2 после термической обработки в субструктуре а'-пластин были обнаружены двойники отжига (рис. 7, д, е), что характерно для рек-ристаллизованного состояния после проведения
Рис. 5. Микроструктура образца № 1.1 в поперечном направлении: а - центральная часть образца (увеличение х2); б - периферия образца (увеличение х2); в - центральная часть (увеличение х50); г - периферия (увеличение х50); д - центральная (увеличение х100); е - периферия (увеличение х100)
Рис. б. Микроструктура образца № 1.1 в продольном направлении: а - центральная часть образца (увеличение х2); б - периферия образца (увеличение х2); в - центральная часть (увеличение х50); г - периферия (увеличение х50)
Помимо вышеперечисленных фазовых составляющих, в микроструктуре присутствует а2-фаза, которая представляет собой упорядоченный твердый раствор на основе Т13Л1 (рис. 5, д, е, рис. 6, д, е, рис. 9, д, е). а2-фаза достаточно дисперсна и находится в объемах а-фазы в виде частиц неравноосной формы длиной от 100 до 1500 А. Наличие и размер а2-фазы особенно хорошо видно на снимках микроструктуры после термической обработки (рис. 5, д, е, рис. 7, д, е).
Рис. 7. Микроструктура образца № 1.2 в поперечном направлении: а - центральная часть образца (увеличение х2); б - периферия образца (увеличение х2); в - центральная часть (увеличение х50); г - периферия (увеличение х50); д - центральная (увеличение х100); е - периферия (увеличение х100)
Рис. 9. Микроструктура образца № 2 в поперечном направлении: а - центральная часть образца (увеличение х2); б - периферия образца (увеличение х2); в - центральная часть (увеличение х50); г - периферия (увеличение х50); д - центральная (увеличение х100); е - периферия (увеличение х100)
Рис. 8. Микроструктура образца № 1.2 в продольном направлении: а - центральная часть образца (увеличение х2); б - периферия образца (увеличение х2); в - центральная часть (увеличение х50); г - периферия (увеличение х50)
Следует отметить, что термическая обработка приводит к выравниванию структуры по всему сечению образцов, о чем свидетельствуют слабо выраженные границы после травления между зонами термического влияния на образцах после термической обработки (см. рис. 4). Однако структурная анизотропия все равно сохраняется. Также замечено, что структура образца № 1.2 отличается от таковой образца № 1.1 большей однородностью и большей дисперсностью.
Известно, что в титановых (а+р)-сплавах всегда присутствует р-фаза, но металлографически она не выявляется в связи с ее дисперсностью и небольшим количеством - не более 5-10 %. Поэтому во всех образцах эта фаза присутствует.
Рис. 10. Микроструктура образца № 2 в продольном направлении: а - центральная часть образца (увеличение х2); б - периферия образца (увеличение х2); в - центральная часть (увеличение х50); г - периферия (увеличение х50)
Исследование механических свойств титанового сплава, полученного различными вариантами аддитивной наплавки
В табл. 3 представлены механические характеристики исследуемых образцов. Термическая обработка практически не оказывает влияния на прочностные характеристики или несколько сни-
жает их. Исключением является образец № 1.2, у которого предел прочности наряду с характеристиками пластичности и надежности после термической обработки незначительно, но увеличился.
Заключение
Таким образом, проведенные исследования показали, что технология многослойной СМТ-наплавки дугой обратной полярности с локальной защитной атмосферой позволяет использовать высокотехнологичные двухфазные титановые сплавы для получения изделий заданной геометрической формы с повышенным комплексом механических свойств.
Механические свойства образцов, полученных при наплавке дугой обратной полярности, не уступают таковым образца, полученного наплавкой на прямой полярности.
Обеспечение оптимальных показателей режима наплавки позволяет получить благоприятную структуру наплавленного металла и механические свойства на уровне свойств металла традиционных технологий. В последующих работах будет рассмотрена возможность дополнительного повышения механических свойств за счет применения последующей межслойной проковки.
Библиографический список
1. Incorporating grain-level residual stresses and validating a crystal plasticity model of a two-phase Ti-6Al-4V alloy produced via additive manufacturing / K. Kapoor, Y.S.J. Yoo, T.A. Book, J.P. Kacher, M.D. Sangid // J. Mech. Phys. Solids. - 2018. - Vol. 121. - P. 447-462.
2. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: properties, defects and quality improvement / Wu Bintao, Pan Zengxi, Ding Donghong, Cuiuri Dominic, Li Huijun, Xu Jing, Norrish John // Journal of manufacturing processes. - 2018. - Vol. 35. - P. 127-139.
3. Liu S., Shin Y.C. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review // Mater. Des. - 2019. -Vol. 164. - P. 107552.
4. Design for Wire + Arc Additive Manufacture: design rules and build orientation selection / Lockett Helen, Ding Jialuo, Williams Stewart, Martina Filomeno // Journal of Engineering Design. - 2017. - Vol. 28(7-9). - P. 568-598.
5. Influence of surfacing technologies on structure formation of high-temperature nickel alloys / E.A. Krivo-nosova, Yu.D. Schitsin, D.N. Trushnikov, S.N. Myshkina, A.V. Akulova, S.D. Neulybin., A Yu Dushina // Metallur-
gist. - 2019. - Vol. 63, no. 1-2. - P. 197-205. DOI: 10.1007/s11015-019-00810-1
6. Формирование структуры и свойств сплава системы алюминий-магний-скандий в аддитивных технологиях плазменной наплавки с послойным деформационным упрочнением / Ю.Д. Щицын, Е.А. Кривоносо-ва, Т.В. Ольшанская, С.Д. Неулыбин // Цветные металлы. - 2020. - № 2. - C. 89-94.
7. A Comprehensive Study on Processing Ti-6Al-4V ELI with High Power EDM / Panagiotis Karmiris-Obratanski, Emmanouil L. Papazoglou, Beata Leszczynska-Madej, Krzysztof Zagörski, Angelos P. Markopoulos // Materials. - 2021. - Vol. 14(2). - P. 303. DOI: 10.3390/ma14020303
8. Modeling the Role of Epitaxial Grain Structure of the Prior ß Phase and Associated Fiber Texture on the Strength Characteristics of Ti-6Al-4V Produced via Additive Manufacturing / Michael D. Sangid, Andrea Nicolas, Kartik Kapoor, Eric Fodran, John Madsen // Materials. - 2020. -Vol. 13(10). - P. 2308. DOI: 10.3390/ma13102308
9. The effectiveness of combining rolling deformation with Wire-Arc Additive Manufacture on ß-grain refinement and texture modification in Ti-6Al-4V / J. Do-noghue, A.A. Antonysamy, F. Martina, P.A. Colegrove, S.W. Williams, P.B. Prangnell // Materials Characterization. -2016. - Vol. 114. - P. 103-114.
10. Effect of Molten Pool Size on Microstructure and Tensile Properties of Wire Arc Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V Alloy / Qianru Wu, Jiping Lu, Changmeng Liu, Hongli Fan, Xuezhi Shi, Jie Fu, Shuyuan Ma // Materials. - 2017. - Vol. 10. - P. 749.
11. Interpass rolling of Ti-6Al-4V wire+arc additive-ly manufactured features for microstructural refinement / Anthony R. McAndrew, Marta Alvarez Rosales, Paul A. Colegrove, Jan R. Hönnige, Alistair Ho, Romain Fayolle, Kamal Eyitayo, Ioan Stan, Punyawee Sukrongpang, Antoine Crochemore, Zsolt Pinter // Additive Manufacturing. - 2018. -Vol. 21. - P. 340-349.
12. Investigation of microstructure and hardness of a rib geometry produced by metal forming and wire-arc additive manufacturing / Markus Hirtler, Angelika Jedynak, Benjamin Sydow, Alexander Sviridov, Markus Bambach // MATEC Web of Conferences. - 2018. - Vol. 190. -P. 02005.
13. Martina F., Williams S.W., Colegrove P.A. Improved microstructure and increased mechanical properties of additive manufacture producedTi-6Al-4V by interpass cold rolling // 24th International Free form abrication Symposium. - Austin, Texas, USA, 2013.
14. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов. - М.: МГТУ им. Баумана, 2018. - 549 с.
15. Сварка плавлением титанового сплава ВТ 18У / В.И. Лукин, Е.Н. Иода, М.Д. Пантелеев, А.А. Скупов // Труды ВИАМ. - 2015. - № 5. - С. 1-13.
16. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / Е.А.Борисова, Г.А. Бочвар [и др.]. - М.: Металлургия, 1980.
17. Development of a Dynamic Model of Thermal Processes for Plasma Surfacing at Direct and Reverse Polarity / S.D. Neulybin, G.L. Permyakov, D.N. Trushnikov,
Таблица 3
Механические свойства исследуемых образцов
№ образца аВ, МПа а0 2, МПа 5, % V, % HRC
1.1 910 805 8,0 15,0 32
1.2 935 790 9,0 17,0 32
2 925 810 8,0 19,0 32
Y.D. Shchitsyn, V.Y. Belenkiy // International Journal of Applied Engineering Researchro - 2017. - Vol. 12, no. 22. -P.11847-11854.
18. The Effectiveness of Grain Refinement by Machine Hammer Peening in High Deposition Rate Wire-Arc AM Ti-6Al-4V / J.R. Honnige, A.E. Davis, A. Ho, J.R. Kennedy, L. Neto, P. Prangnell, S. Williams // Metallurgical and materials transactions. - 2020. - Vol. 51. - P. 3692-3703.
19. . Grain Refinement of Alloys in Fusion-Based Additive Manufacturing Processes / D. Zhang, A. Prasad, M.J. Bermingham, C.J. Todaro, M.J. Benoit, M.N. Patel, D. Qiu, D.H. StJohn, M. Qian, M.A. Easton // Metallurgical and Materials Transactions. - 2020. - Vol. 51. - P. 4341-4359.
20. Использование СMT-наплавки для аддитивного формирования заготовок из титановых сплавов / Т.В. Ольшанская, Д.Н. Трутников, М.Ф. Карташев, С.Д. Неулыбин, Е.А. Кривоносова, Ю.Д. Щицын // Металлург. - 2020. - № 1. - С. 63-68.
21. Щицын Ю.Д., Белинин Д.С., Неулыбин С.Д. Создание многослойных материалов методом плазменной наплавки дугой прямого действия обратной полярности // Сварочное производство. - 2017. - № 8. - С. 35-39.
References
1. Kapoor K., Yoo Y.S.J., Book T.A., Kacher J.P., Sangid M.D. Incorporating grain-level residual stresses and validating a crystal plasticity model of a two-phase Ti-6Al-4V alloy produced via additive manufacturing. Juornal Mech. Phys. Solids, 2018, vol. 121, pp. 447-462.
2. Wu Bintao, Pan Zengxi, Ding Donghong et al. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: properties, defects and quality improvement. Journal of manufacturing processes, 2018, vol. 35, pp. 127-139.
3. Liu S., Shin Y.C. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review. Mater. Des., 2019, vol. 164, pp. 107552.
4. Lockett Helen, Ding Jialuo et al. Design for Wire + Arc Additive Manufacture: design rules and build orientation selection. Journal of Engineering Design, 2017, vol. 28(7-9), pp. 568-598.
5. Krivonosova E.A., Schitsin Yu.D., Trushnikov D.N., Myshkina S.N., Akulova A.V., Neulybin S.D., Dushina A.Yu. Influence of surfacing technologies on structure formation of high-temperature nickel alloys. Metallurgist, 2019, vol. 63, no. 1-2, pp. 197-205. DOI: 10.1007/s11015-019-00810-1
6. Shchitsyn Iu.D., Krivonosova E.A., Ol'shanskaia T.V., Neulybin S.D. Formirovanie struktury i svoistv splava si-stemy aliuminii-magnii-skandii v additivnykh tekhno-logiiakh plazmennoi naplavki s posloinym deformatsi-onnym uprochneniem [Formation of structure and properties of aluminum-magnesium-scandium system alloy in additive technologies of plasma cladding with layer-by-layer strain-hardening]. Tsvetnye metally, 2020, no. 2, pp. 89-94.
7. Panagiotis Karmiris-Obratanski, Emmanouil L. Papazoglou, Beata Leszczynska-Madej et al. A Comprehensive Study on Processing Ti-6Al-4V ELI with High Power EDM. Materials, 2021, vol. 14(2), pp. 303. DOI: 10.3390/ma14020303
8. Michael D. Sangid, Andrea Nicolas et al. Modeling the Role of Epitaxial Grain Structure of the Prior в Phase
and Associated Fiber Texture on the Strength Characteristics of Ti-6Al-4V Produced via Additive Manufacturing. Materials, 2020, vol. 13(10), pp. 2308. DOI: 10.3390/ma13102308
9. Donoghue J., Antonysamy A.A., Martina F., Colegrove P.A., Williams S.W., Prangnell P.B. The effectiveness of combining rolling deformation with Wire-Arc Additive Manufacture on ß-grain refinement and texture modification in Ti-6Al-4V. Materials Characterization, 2016, vol. 114, pp. 103-114.
10. Qianru Wu, Jiping Lu, Changmeng Liu et al. Effect of Molten Pool Size on Microstructure and Tensile Properties of Wire Arc Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V Alloy. Materials, 2017, vol. 10, pp. 749.
11. Anthony R. McAndrew, Marta Alvarez Rosales, Paul A. Colegrove, Jan R. Hönnige, Alistair Ho et al. Interpass rolling of Ti-6Al-4V wire+arc additively manufactured features for microstructural refinement. Additive Manufacturing, 2018, vol. 21, pp. 340-349.
12. Markus Hirtler, Angelika Jedynak, Benjamin Sydow at al. Investigation of microstructure and hardness of a rib geometry produced by metal forming and wire-arc additive manufacturing. MATEC Web of Conferences, 2018, vol. 190, p. 02005.
13. Martina F., Williams S.W., Colegrove P.A. Improved microstructure and increased mechanical properties of additive manufacture producedTi-6Al-4V by interpass cold rolling. 24th International Free form abrication Symposium. - Austin, Texas, USA, 2013.
14. Makarov E.L., Iakushin B.F. Teoriia svariva-emosti stalei i splavov [Theory of weldability of steels and alloys.]. Moscow: MGTU im. Baumana, 2018, 549 p.
15. Lukin V.I., Ioda E.N., Panteleev M.D., Sku-pov A.A. Svarka plavleniem titanovogo splava VT18U [Fusion welding of titanium alloy VT18U]. Trudy VIAM, 2015, no. 5, pp. 1-13.
16. Borisova E.A., Bochvar G.A. et al. Titanovye splavy. Metallografiia titanovykh splavov [Titanium alloys. Metallography of titanium alloys]. Moscow: Metallurgiia, 1980.
17. Neulybinv S.D., Permyakov G.L., Trushnikov D.N., Shchitsyn Y.D., Belenkiy V.Y. Development of a Dynamic Model of Thermal Processes for Plasma Surfacing at Direct and Reverse Polarity. International Journal of Applied Engineering Research, 2017, vol. 12, no. 22, pp. 11847-11854.
18. Honnige J.R., Davis A.E., Ho A., Kennedy J.R., Neto L., Prangnell P., Williams S. The Effectiveness of Grain Refinement by Machine Hammer Peening in High Deposition Rate Wire-Arc AM Ti-6Al-4V. Metallurgical and materials transactions, 2020, vol. 51, pp. 3692-3703.
19. Zhang D., Prasad A., Bermingham M.J., Todaro C.J., Benoit M.J., Patel M.N., Qiu D. et al. Grain Refinement of Alloys in Fusion-Based Additive Manufacturing Processes. Metallurgical and Materials Transactions, 2020, vol. 51, pp. 4341-4359.
20. Ol'shanskaia T.V., Trushnikov D.N., Kartashev M.F., Neulybin S.D., Krivonosova E.A., Shchitsyn Iu.D. Ispol'zovanie SMT-naplavki dlia additiv-nogo formirovaniia zagotovok iz titanovykh splavov [Use of SMT remelting for additive forming of blanks from titanium alloys]. Metallurg, 2020, no. 1, pp. 63-68.
21. Shchitsyn Iu.D., Belinin D.S., Neulybin S.D. Sozdanie mnogosloinykh materialov metodom plazmennoi naplavki dugoi priamogo deistviia obratnoi poliarnosti [Creation of multilayer materials by reverse polarity plasma arc surfacing]. Svarochnoe proizvodstvo, 2017, no. 8, pp. 35-39.
Поступила: 17.12.2022
Одобрена: 09.02.2023
Принята к публикации: 03.05.2023
Об авторах
Дмитрий Николаевич Трушников - доктор технических наук, проректор по разработкам и инновациям, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: trushnikov@pstu.ru).
Екатерина Александровна Кривоносова - доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: katerinakkkkk@mail.ru).
Александр Николаевич Юрченко - старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29).
Сергей Дмитриевич Неулыбин - кандидат технических наук, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sn-1991@mail.ru).
Илья Сергеевич Хомутинин - аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: KhomutininIlya@yandex.ru).
Илья Сергеевич Пономарев - кандитат технических наук, инженер, ООО АСОИК (Россия, 614990, г. Пермь, ул. Бахаревская 1-я, 58).
About the authors
Dmitriy N. Trushnikov - PhD (technical sciences), Vice-rector for development and innovations, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: trushnikov@pstu.ru).
Ekaterina A. Krivonosova - PhD (technical
sciences), professor, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: katerinakkkkk@mail.ru).
Aleksander N. Yurchenko - Senior Lecturer, Perm National Research Polytechnic University, (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation).
Sergey D. Neulybin - PhD (technical sciences), Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: sn-1991@mail.ru).
Ilya S. Khomutinin - PhD student, Perm National Research Polytechnic University, (29, Komsomolsky ave., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: KhomutininIlya@yandex.ru).
Ilya S. Ponomarev - PhD (technical sciences), engineer, ASOIC Ltd. (58, Bakharevskaya 1 str., Perm, 614990, Russian Federation).
Финансирование. Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты» и выполнения государственного задания «Разработка научно-технологических основ формирования системы материал-конструкция со специальными свойствами на основе гибридных аддитивных технологий»-FSNM-2021-0011.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад всех авторов равноценен.
