ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ И НЕОДНОРОДНОСТЕЙ СТРУКТУРЫ ПРИ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ПРОВОЛОЧНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-1(47)-58-68Ключевые слова:
электронно-лучевая аддитивная технология, механические свойства, фрикционная перемешивающая обработка, взаимодействие инструмента и материала, титановые сплавыАннотация
Исследованы закономерности формирования структуры в образцах титанового сплава ВТ6св, полученных методом аддитивной электронно-лучевой проволочной технологии и подвергнутых фрикционной перемешивающей обработке. Проведенные исследования показывают, что в процессе обработки происходит интенсивное взаимодействие инструмента и материала, приводящее к значительным изменениям структуры зоны перемешивания. Взаимодействие инструмента из никелевого жаропрочного сплава и материала имеет адгезионную, механическую, термическую и диффузионную природу. Его характерные особенности определяют формирование структуры и свойств материала зоны перемешивания и, соответственно, полученных деталей. По этой причине были рассмотрены основные
формируемые дефекты и неоднородности зоны перемешивания образцов в сопоставлении с процессами, происходящими в области контакта инструмента и материала. Основными изменениями в структуре титанового сплава ВТ6св после фрикционной перемешивающей обработки, обусловленными взаимодействием его с никелевым инструментом, являются формируемые области с композитной структурой с высокой локальной объемной долей интерметаллидных фаз. При обработке возможно избыточное внедрение инструмента в материал так, что в нижней части пластины происходит его контакт с подложкой. Даже незначительное углубление инструмента в подложку приводит к внедрению частиц стали в зону перемешивания за счет реализации в ней вертикального течения материала. Описанные изменения с формированием ряда неоднородностей и дефектов в структуре после обработки приводят к снижению пластичности и прочности образцов в сравнении с материалом с бездефектной структурой.
Библиографические ссылки
DebRoy T., Wei H.L., Zuback J.S., Mukherjee T.,
Elmer J.W., Milewski J.O., Beese A.M., Wilson-Heid A., De A., Zhang W. Additive manufacturing of metallic components ‒ Process, structure and properties. Progress in Materials Science. 2018;92:112–224. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001
Ван Я., Коновалов С.В., Чэн С., Панченко И.А., Коток М.М. Исследование влияния термической обработки на сплавы системы Сu – Аl, полученные проволочно-дуговым аддитивным способом. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2023;1(43):89–97.
http://doi.org/10.57070/2304-4497-2023- 1(43)-89-97
Astafurova E.A., Astafurov S.V., Reunova K.A., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Maier G.G., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. Structure Formation in Vanadium-Alloyed Chromium-Manganese Steel with a High Concentration of Interstitial Atoms C + N = 1.9 wt % during Electron-Beam Additive Manufacturing. Physical Mesomechanic. 2022;25(1):1–11. https://doi.org/10.1134/S1029959922010015; EDN: FXWPYU.
Гэн Я., Панченко И.А., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Чен С. Влияние электроннопучковой обработки на структуру аддитивного сплава Al –Mg. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2023;2(44):13–19. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-13-19; EDN:HEJAEC.
Kolubaev E.A., Rubtsov V.E., Chumaevsky A.V., Astafurova E.G. Micro-, meso- and macrostructural design of bulk metallic and polymetallic materials by wire-feed electron-beam additive manufacturing. Physical Mesomechanic. 2022;25(6):479–491. http://dx.doi.org/10.1134/S1029959922060017
Niendorf T., Leuders S., Riemer A., Brenne F., Tröster T., Albert Richard H., Schwarze D. Functionally Graded Alloys Obtained by Additive Manufacturing. Advanced engineering materials. 2014;16(7):857–861. https://doi.org/10.1002/adem.201300579
Su Y., Chen B., Tan C., Song X., Feng J. Influence of composition gradient variation on the microstructure and mechanical properties of 316L/Inconel718 functionally graded material fabricated by laser additive manufacturing. Journal of Materials Processing Technology. 2020;283:116702. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116702
Muller P., Hascoet J.-Y., Mognol P. Toolpaths for additive manufacturing of functionally graded materials (FGM) parts. Rapid Prototyping Journal. 2014;20(6):511–522. https://doi.org/10.1108/rpj-01-2013-0011
Sun Z., Chueh Y.-H., Li L. Multiphase mesoscopic simulation of multiple and functionally gradient materials laser powder bed fusion additive manufacturing processes. Additive Manufacturing. 2020;35:101448. http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2020.101448
. Ghanavati R., Naffakh-Moosavy H. Additive manufacturing of functionally graded metallic materials: A review of experimental and numerical studies. Journal of Materials Research and Technology. 2021;13:1628–1664. https://doi.org/10.1016/J.JMRT.2021.05.022
Mironov S., Sato Y.S., Kokawa H. Grain Structure Evolution during Friction-Stir Welding. Physical Mesomechanic. 2020;23(1):21–31. https://doi.org/10.1134/S1029959920010038
Arif M., Malik W., Mir M.A., Ahmad T., Lone N.F., Siddiquee A.N. Green welding. Exploring the environmental and health benefits of friction stir welding over conventional welding methods. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2023;1(43):83–88. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-1(43)-83-88; EDN:TZAXLM.
Qie M., Wei J., He C. Microstructure evolution and mechanical properties of wire-arc additive manufactured Al–Zn–Mg–Cu alloy assisted by interlayer friction stir processing. Journal of Materials Research and Technology. 2023;24:2891–2906. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.03.205
Cui J., Guo X., Hao S., Guo X., Xu R., Achieving high strength-ductility properties of wirearc additive manufactured Al-Mg-Sc aluminum alloy via friction stir processing post-treatment
and high temperature aging treatment. Materials Letters. 2023;350:134913. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.134913
Klimenov V., Kolubaev E., Anatoly K., Chumaevskii A., Ustinov A., Strelkova I., Rubtsov V., Gurianov D., Han Z., Nikonov S., Batranin A., Khimich M. Influence of the Coarse Grain Structure of a Titanium Alloy Ti–4Al–3V Formed by Wire-Feed Electron Beam Additive Manufacturing on Strain Inhomogeneities and
Fracture. Materials. 2023;16(11):3901. https://doi.org/10.3390/ma16113901
Du S., Liu H., Jiang V., Zhou L., Gao F. The performance of a Co-based alloy tool in the friction stir welding of TA5 alloy. Wear. 2022;488–489:204180. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204180
Mashinini P.M., Dinaharan I., David Raja Selvam J., Hattingh D.G. Microstructure evolution and mechanical characterization of friction stir welded titanium alloy Ti–6Al–4V using lanthanated tungsten tool. Materials Characterization. 2018;139:328–336. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchar.2018.03.020
Seighalani K.R., Givi M.K.B., Nasiri A.M., Bahemmat P. Investigations on the effects of the tool material, geometry, and tilt angle on friction stir welding of pure titanium. Journal of Materials Engineering and Performance. 2010;19(7):955–962. http://dx.doi.org/10.1007/s11665-009-9582-8
Buffa G., Fratini L., Micari F. Mechanical and microstructural properties prediction by artificial neural networks in FSW processes of dual phase titanium alloys. Journal of Manufacturing Processes. 2012;14(3):289–296. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmapro.2011.10.007
Zykova A., Vorontsov A., Chumaevskii A., Gurianov D., Gusarova A., Kolubaev E., Tarasov S. Structural evolution of contact parts of the frictionstir processing heat-resistant nickel alloy tool used for multi-pass processing of Ti6Al4V/(Cu+Al) system. Wear. 2022;488–489:204138. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204138; EDN: SPJDGX.
Zykova A.P., Tarasov S.Y., Chumaevskiy A.V., Kolubaev E.A. A review of friction stir processing of structural metallic materials: Process, properties, and methods. Metals. 2020;10(6):772
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Андрей Максимович Черемнов, Денис Андреевич Гурьянов, Андрей Валерьевич Чумаевский, Александр Евгеньевич Кобзев, Валерий Евгеньевич Рубцов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
