втомні властивості адитивно виготовленого титанового сплаву GR5 на основі різних методів пост-обробки
Різні методи постобробки, такі як термічна обробка (HT), гаряче ізостатичне пресування (HIP), лазерна модифікація поверхні тощо, часто використовуються для покращення характеристик деталей, виготовлених за допомогою адитивів. Були проведені деякі дослідження, спрямовані на оптимізацію та вивчення впливу різних методів пост-обробки на втомні властивості сплавів, виготовлених за допомогою добавок. Однак незрозуміло, які основні фактори впливають на втомну характеристику титанових сплавів, виготовлених за допомогою добавок, тому оптимальний метод подальшої обробки для підвищення міцності на втому титанових сплавів, виготовлених за допомогою добавок, ще не визначено. Крім того, майже не досліджено вплив термічної обробки перед обробкою HIP на підвищення втомної міцності, особливо для сплаву Ti-6Al-4V.
У цій статті досліджуються та порівнюються властивості розтягування та втоми сплаву Ti-6Al-4V, отриманого методом лазерного селективного плавлення з порошковим шаром у початковому стані, стані термообробки та стані гарячого ізостатичного пресування. Заповнити прогалини в дослідженнях у цій галузі.
Сплав Ti-6Al-4V у початковому стані, отриманий за допомогою 3D-друку, має найвищу межу текучості, міцність на розрив і твердість; сплав Ti-6Al-4V під час термообробки гарячим ізостатичним пресуванням в умовах машинної обробки (HT+HIP+M) міцніший з точки зору міцності. Низька, але має найвищу пластичність. Це пов’язано з укрупненням рейки та розкладанням ′ мартенситної структури та зменшенням щільності дислокацій на межі фаз під час термічної обробки. Дані питомої статичної міцності та пластичності при розтягуванні наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 Результати статичної міцності та властивостей розтягування, отримані різними методами подальшої обробки титанових сплавів, виготовлених за допомогою добавок. AB являє собою початковий стан, HT являє собою стан після термічної обробки при 850 градусах протягом 2 годин, а HIP являє собою стан, що підтримується при 920 градусах і 120 МПа протягом 2 годин.
Рисунок 1. Мікроструктура титанового сплаву, виготовленого за допомогою добавок, за різних умов постобробки. (a) AB: Початковий стан (b) HT: 850 градусів протягом 2 годин; (c) HIP: 920 градусів, 120 МПа протягом 2 годин; (d) Стан HT + HIP. Напрямок, позначений у правій частині малюнка, є напрямком укладання матеріалу під час друку.
На малюнку 1 показано мікроструктуру титанових сплавів, виготовлених за допомогою добавок, у різних станах після обробки. Це зображення є розсіяним зображенням, зробленим під електронним мікроскопом. На цьому зображенні фаза з білим контрастом є фазою, а фаза з чорно-сірим контрастом є фазою. Унікальні мікроструктурні характеристики друкованих титанових сплавів позначені на малюнку, включаючи вихідні границі фазових зерен і структуру Відманштаттена. Результати на рисунку 2 показують результати випробувань TEM за різних умов постобробки.
Рисунок 2. Результати ТЕМ-спостережень Ti-6Al-4V, виготовленого за допомогою добавок, у різних станах після обробки та початкових станах. а) АВ; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Термообробку, тобто умови HT+HIP, застосовували перед гарячим ізостатичним пресуванням, а потім поверхню зразка полірували (HT+HIP+M). Було виявлено, що втомна міцність Ti-6Al-4V була значно покращена за цих умов, порівняно з Початковий стан був покращений майже в 5 разів, тоді як лише термічна обробка збільшила його втомну міцність майже У 3 рази порівняно з початковим станом. Конкретна крива SN показана на малюнку 3.
Рисунок 3 Криві SN за різних умов постобробки. Конкретний метод постобробки показано в легенді у верхньому правому куті малюнка. Серед них M означає, що поверхня зразка відполірована, а відсутність M означає, що поверхня зразка знаходиться в стані після завершення друку.
Термообробка (HT) і гаряче ізостатичне пресування (HIP) призводять до змін у мікроструктурі сплаву Ti-6Al-4V, виготовленого за допомогою добавок. Після термічної обробки метастабільна голчаста мартенситна структура розкладається на + пластинчасту структуру, і товщина пластин поступово збільшується зі збільшенням температури термічної обробки. HT-обробка покращує втомну міцність порівняно зі станом AB, головним чином через блокування -колоній (кристалічних груп із подібною орієнтацією зерен) у пластинчастій структурі + та залишкової напруги розтягування, введеної процесом 3D-друку. розслаблення. Причина, чому обробка HIP покращує втомну міцність, полягає не лише в двох моментах, згаданих у стані HT, але також сприяє усуненню дефектів у матеріалі. Конкретні результати рентгенівського дослідження μCT показані на малюнку 4 нижче.
Рисунок 4 Тривимірні реконструкції візуалізації внутрішніх дефектів у різних станах постобробки. а) АВ; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Інформація про цитування статті:
Bhandari L, Gaur V. Різні методи пост-обробки для покращення втомних властивостей сплаву Ti-6Al-4V [J]. Міжнародний журнал втоми, 2023: 107850.
