Высокотемпературное in situ синхротронное исследование структурно-фазовых превращений в 3D-напечатанных титановых сплавах Ti–6Al–4V и Ti–5Al–3Mo–V

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии получены образцы из титановых сплавов Ti–6Al–4V и Ti–5Al–3Mo-V. С помощью оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии показано, что микроструктура 3D-напечатанных образцов состоит из столбчатых первичных зерен β-фазы, внутри которых формируются мартенситные αʹ-пластины. Методом высокотемпературной синхротронной рентгеновской дифракции продемонстрировано развитие в сплавах αʹ→α+β+αʹʹ-превращений, вызывающих увеличение содержания остаточной β фазы и образование орторомбической αʹʹ-фазы. Распад αʹ-фазы в образцах Ti–6Al–4V и Ti–5Al–3Mo–V начинается при температурах 600 и 400°C соответственно. Интенсивное окисление титановых сплавов внутри высокотемпературной камеры при температуре выше 900°C приводит к снижению объемной доли β- и α''-фаз, а также подавлению полиморфного α→β-превращения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. А. Лобова

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tal@ispms.ru
Россия, Томск, 634055

А. В. Панин

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; Национальный исследовательский политехнический университет

Email: tal@ispms.ru
Россия, Томск, 634055; Томск, 634050

О. Б. Перевалова

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Email: tal@ispms.ru
Россия, Томск, 634055

М. С. Сыртанов

Национальный исследовательский политехнический университет

Email: tal@ispms.ru
Россия, Томск, 634050

Список литературы

  1. Veiga C., Davim J.P., Lourerio A. Properties and applications of titanium alloys: a brief review // Rev. Adv. Mater. Sci. 2012. V. 32. P. 133–148.
  2. Williams J.C., Boyer R.R. Opportunities and Issues in the Application of Titanium Alloys for Aerospace Components // Metals. 2020. 10(6). P. 705.
  3. Vafadar A., Guzzomi F., Rassau A., Hayward K. Advances in Metal Additive Manufacturing: A Review of Common Processes, Industrial Applications, and Current Challenges // Appl. Sci. 2021. 11(13). P. 1213.
  4. Wanjara P., Watanabe K., Formanoir C., Yang Q., Bescond C., Godet S., Brochu M., Nezaki K., Gholipour J., Patnaik P. Titanium Alloy Repair with Wire-Feed Electron Beam Additive Manufacturing Technology // Adv. Mater. Sci. Eng. 2019. 3979471. P. 23.
  5. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2015. V. 81. P. 465–481.
  6. 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 // Физ. мезомех. 2022. Т. 25. № 4. С. 5–18.
  7. Xu J., Zhu J., Fan J., Zhou Q., Peng Y., Guo S. Microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy fabricated using electron beam freeform fabrication // Vacuum. 2019. 167. P. 364–373.
  8. Present S.J., Taminger K.M., Domack C.S., Hemker K.J. The Inhomogeneous Microstructure and Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Additively Manufactured by Electron Beam Freeform Fabrication // Metall. Mater. Trans. A. 2023. V. 54. P. 312–319.
  9. Ter Haar G.M., Becker T.H. Selective Laser Melting Produced Ti-6Al-4V: Post-Process Heat Treatments to Achieve Superior Tensile Properties // Materials. 2018. V. 11(1). P. 146.
  10. Zhang C., Zou D., Mazur M., Mo J.P.T., Li G., Ding S. The State of the Art in Machining Additively Manufactured Titanium Alloy Ti-6Al-4V // Materials. 2023. 16. P. 2583.
  11. Панин А.В., Казаченок М.С., Казанцева Л.А., Перевалова О.Б., Мартынов С.А. Изменение микроструктуры и фазового состава 3D-напечатанного сплава Ti-6Al-4V при механическом нагружении // ФММ. 2023. Т. 124. № 2. С. 226–232.
  12. Malinov S., Sha W., Guo Z., Tang C.C., Long A.E. Synchrotron X-ray diffraction study of the phase transformations in titanium alloys // Mater. Charact. 2002. V. 48. P. 279–295.
  13. Perevalova O.B., Syrtanov M.S. In situ study of phase transformations in electron beam additive manufactured Ti-6Al-4V titanium alloy by high temperature synchrotron X-ray diffraction and TEM // J. Alloys Compd. 2022. V. 917. P. 165463.
  14. Perevalova O.B., Panin A.V., Syrtanov M.S. In Situ Synchrotron Study of the Phase Transformations in Ti-5.7Al-1.6V-3Mo Titanium Alloy at High Temperature // J. Mater. Eng. Perform. 2023.
  15. Gornakova A.S., Straumal A.B., Khodos I.I., Gnesin I.B., Mazilkin A.A., Afonikova N.S., Straumal B.B. Effect of composition, annealing temperature, and high pressure torsion on structure and hardness of Ti–V and Ti–V–Al alloys // J. Appl. Phys. 2019. V. 125. P. 082522.
  16. Wang C.H., Yang C.D., Liu M., Li X., Hu P.F., Russell A.M., Cao G.H. Martensitic microstructures and mechanical properties of as-quenched metastable β-type Ti–Mo alloys // J. Mater. Sci. 2016. V. 51. P. 6886–6896.
  17. Lütjering G., Williams J.C. Titanium. 2nd ed. Springer. Berlin. Heidelberg. 2007. P. 27–31.
  18. 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.
  19. 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. P. 100382.
  20. Kumar M.S., Begum S.R., Vasumathi M., Nguyen С.C., Le Q.V. Influence of molybdenum content on the microstructure of spark plasma sintered titanium alloys // Synth. Sinter. 2021. V. 1(1). P. 41–47.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оптические изображения (а, г), EBSD-карты (б, д) и ПЭМ-изображения (в, е) структуры 3D-напечатанных титановых сплавов Ti–6Al–4V (а, б, в) и Ti–5Al–3Mo–V (г, д, е).

Скачать (677KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Участки дифрактограмм 3D-напечатанных образцов Ti–6Al–4V (а) и Ti–5Al–3Mo–V (б), полученных в процессе нагрева до 1100°С и при последующем охлаждении.

Скачать (701KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Графики изменения объемных долей вторых фаз в 3D-напечатанных образцах Ti–6Al–4V (а) и Ti–5Al–3Mo–V (б) в процессе нагрева до 1100°С и при последующем охлаждении.

Скачать (160KB)
Метаданные
5. Рис. 4. График изменения отношения c/a кристаллической решетки α/αʹ-фазы в 3D-напечатанных образцах Ti–6Al–4V (1) и Ti–5Al–3Mo–V (2) в процессе нагрева до 1100°С и при последующем охлаждении.

Скачать (90KB)
Метаданные