Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Влияние термической обработки на микроструктуру, фазовый состав и механические свойства 3D-напечатанного титанового сплава Ti – 6Al – 4V

Татьяна Анатольевна Лобова, Алексей Викторович Панин, Александра Анатольевна Панина, Ольга Борисовна Перевалова

Аннотация


Исследовано влияние закалки и старения на микроструктуру и фазовый состав 3D-напечатанного титанового сплава Ti – 6Al – 4V, полученного методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии. Изучена микроструктура сплава после закалки от 950 °C и старения при 500 °C в течение 4, 12 и 16 ч с использованием оптической и просвечивающей электронной микроскопии. Определены химический и фазовый составы сплава Ti – 6Al – 4V до и после термической обработки с помощью энергодисперсионного и рентгеновского дифракционного анализа. Показано, что в процессе 3D печати в структуре сплава образуются пластины α/α′-фазы с повышенным содержанием ванадия, разделенные прослойками остаточной β-фазы. Образование при закалке сплава мартенситных α′- и α′′-фаз в структуре является причиной увеличения микротвердости от 3,0 до 3,9 ГПа. При старении в течение 4 и 12 ч в сплаве формируется микроструктура со смешанной морфологией (пакетной и корзинчатой) α/α′-фазы, а также области с сохранившейся α′′-фазой. При этом остаточной β-фазы не обнаружено и микротвердость изменяется в широких пределах (от 2,8 до 4 ГПа). Старение при 500 °C, 16 ч привело к полному распаду α′′-фазы и образованию остаточной β-фазы в количестве 6 % (об.).


Ключевые слова


титановые сплавы; электронно-лучевая аддитивная технология; микроструктура; термическая обработка; фазовые превращения; рентгеновская дифракция; просвечивающая электронная микроскопия

Полный текст:

PDF

Литература


Lutjering G. Influence of processing on microstructure and mechanical properties of ( + ) titanium alloys // Mater. Sci. Eng. A. 1998. V. 243, Is. 1 – 2. P. 32 – 45.

Колубаев Е. А., Рубцов В. Е., Чумаевский А. В., Астафурова Е. Г. Научные подходы к микро-, мезо- и макроструктурному дизайну объемных металлических и полиметаллических материалов с использованием метода электронно-лучевого аддитивного производства // Физическая мезомеханика. 2022. Т. 6, № 4. С. 5 – 18.

Filip R., Kubiak K., Ziaja W., Sieniawski J. The effect of microstructure on the mechanical properties of two-phase titanium alloys // J. Mater. Process. Technol. 2003. V. 133. P. 84 – 89.

Egorova Y. B., Davydenko L. V., Chibisova E. V., Karataeva E. S. Influence of the structure on the mechanical properties of rods made of Ti6Al4V titanium alloy // Met. Sci. Heat. Treat. 2024. V. 66. P. 330 – 337.

Elshaer R. N., El-Hadad S., Nofal A. Influence of heat treatment processes on microstructure evolution, tensile and tribological properties of Ti6Al4V alloy // Sci. Rep. 2023. V. 13. Art. 11292.

Dutta B., Froes F. H. Additive manufacturing of titanium alloys // Met. Powder Rep. 2017. V. 72, Is. 2. P. 96 – 106.

Herzog D., Seyda V., Wycisk E., Emmelmann C. Additive manufacturing of metals // Acta Mater. 2016. V. 117. P. 371 – 392.

Kazantseva N. V., Krakhmalev P. V., Yadroitsava I. A., Yadroitsev I. A. Laser additive 3D printing of titanium alloys: current status, problems, trends // Phys. Met. Metallogr. 2021. V. 122. P. 6 – 25.

Huang S., Zhang J., Ma Y. et al. Influence of thermal treatment on element partitioning in  +  titanium alloy // J. Alloy. Compd. 2019. V. 791. P. 575 – 585.

Baker A. H., Collins P. C., Williams J. C. New nomenclatures for heat treatments of additively manufactured titanium alloys // JOM. 2017. V. 69. P. 1221 – 1227.

Panin A. V., Lobova T. A., Kazachenok M. S., Rubtsov V. E. The effect of heat treatment on the microstructure and phase composition of wrought and 3D-printed Ti – 5Al – 3Mo – 1V titanium alloy samples // J. Surf. Investig. 2023. V. 17. P. 166 – 173.

Su J., Jiang F., Li J. et al. Phase transformation mechanisms, microstructural characteristics and mechanical performances of an additively manufactured Ti – 6Al – 4V alloy under dual-stage heat treatment // Mater. Des. 2022. V. 223. Art. 111240.

Gaiani S., Ferrari E., Gozzi M. et al. Impact of post-process heat treatments performed on Ti6Al4V titanium alloy specimens obtained using LPBF technology // Tech. 2023. V. 11, Is. 4. Art. 100.

Bai P., Chen M., Du W. et al. Microstructural evolution and mechanical properties of TiC / Ti6Al4V composites manufactured by selective laser melting after solution and aging treatments // Results Phys. 2024. V. 61. Art. 107781.

Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Спавочник. М.: ВИЛС. 2009. 520 с.

Gao X., Zhang N., Zhang Y. et al. Exploring the heat treatment parameters, microstructural evolution, and mechanical properties of Ti – 6Al – 4V alloy fabricated by a selective laser melting process // Met. Mater. Int. 2022. V. 28. P. 2596 – 2612.

Xiang W., Yuan W., Deng H. et al. Effect of aging temperature on the microstructure and mechanical properties of a novel titanium alloy // Mater. 2023. V. 16. Art. 7393.

Jamhari F. I., Foudzi F. M., Buhairi M. A. et al. Influence of heat treatment parameters on microstructure and mechanical performance of titanium alloy in LPBF: A brief review // J. Mater. Res. Technol. 2023. V. 24. P. 4091 – 4110.

Su J., Ji X., Liu J. et al. Revealing the decomposition mechanisms of dislocations and metastable  phase and their effects on mechanical properties in a Ti – 6Al – 4V alloy // J. Mater. Sci. Technol. 2022. V. 107. P. 136 – 148.

Frary M., Abkowitz S., Abkowitz S. M., Dunand D. C. Microstructure and mechanical properties of Ti/W and Ti – 6Al – 4V/W composites fabricated by powder-metallurgy // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 344. P. 103 – 112.

Tonkov E. Yu. High pressure phase transformations / A handbook. Switzerland: Gordon and Breach Science Publishers, 1992. 732 p.

Bignon M., Bertrand E., Tancret F., Rivera-Díaz-del-Castillo P. E. J. Modelling martensitic transformation in titanium alloys: The influence of temperature and deformation // Materialia. 2019. V. 7(5972). Art. 100382.

Li C.-X., Luo H.-B., Hu Q.-M. et al. Lattice parameters and relative stability of  phase in binary titanium alloys from first-principles calculations // Solid. State. Commun. 2013. V. 159. P. 70 – 75.

Панин А. В., Казаченок М. С., Круковский К. В. и др. Сравнительный анализ микроструктуры сварных соединений образцов Ti – 6Al – 4V, полученных прокаткой и методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии // Физическая мезомеханика. 2023. Т. 26, № 4. С. 64 – 78.

Lancea C., Chicos L.-A., Zaharia S. M., Pop M. A. Microstructure and microhardness analyss of titanium alloy Ti – 6Al – 4V parts manufactured by selective melting // MATEC Web Conf. 2017. V. 94. Art. 03009.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.11.20-27

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026