ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ И НЕОДНОРОДНОСТЕЙ СТРУКТУРЫ ПРИ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ПРОВОЛОЧНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

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.

1. DebRoy T., Wei H.L., Zuback J.S., Mukherjee T., Elmer J.W., Milewski J.O., Beese A.M., Wil-son-Heid A., De A., Zhang W. Additive man-ufacturing of metallic components ‒ Process, structure and properties. Progress in Materials Science. 2018;92:112–224.

2. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001

3. Ван Я., Коновалов С.В., Чэн С., Панченко И.А., Коток М.М. Исследование влияния терми-ческой обработки на сплавы системы Сu –Аl, полученные проволочно-дуговым адди-тивным способом. Вестник Сибирского гос-ударственного индустриального универси-тета. 2023;1(43):89–97.

4. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-1(43)-89-97

5. 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. Phys-ical Mesomechanic. 2022;25(1):1–11. https://doi.org/10.1134/S1029959922010015; EDN: FXWPYU.

6. Гэн Я., Панченко И.А., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Чен С. Влияние электронно-пучковой обработки на структуру аддитив-ного сплава Al –Mg. Вестник Сибирского государственного индустриального универ-ситета. 2023;2(44):13–19.

7. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-13-19; EDN:HEJAEC.

8. Kolubaev E.A., Rubtsov V.E., Chumaevsky A.V., Astafurova E.G. Micro-, meso- and macrostruc-tural 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

9. Niendorf T., Leuders S., Riemer A., Brenne F., Tröster T., Albert Richard H., Schwarze D. Functionally Graded Alloys Obtained by Addi-tive Manufacturing. Advanced engineering materials. 2014;16(7):857–861.

10. https://doi.org/10.1002/adem.201300579

11. Su Y., Chen B., Tan C., Song X., Feng J. In-fluence of composition gradient variation on the microstructure and mechanical properties of 316L/Inconel718 functionally graded mate-rial fabricated by laser additive manufacturing. Journal of Materials Processing Technology. 2020;283:116702. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116702

12. Muller P., Hascoet J.-Y., Mognol P. Toolpaths for additive manufacturing of functionally graded materials (FGM) parts. Rapid Prototyp-ing Journal. 2014;20(6):511–522.

13. https://doi.org/10.1108/rpj-01-2013-0011

14. Sun Z., Chueh Y.-H., Li L. Multiphase mesoscopic simulation of multiple and func-tionally gradient materials laser powder bed fusion additive manufacturing processes. Ad-ditive Manufacturing. 2020;35:101448.

15. http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2020.101448

16. Ghanavati R., Naffakh-Moosavy H. Additive manufacturing of functionally graded metallic materials: A review of experimental and nu-merical studies. Journal of Materials Research and Technology. 2021;13:1628–1664.

17. https://doi.org/10.1016/J.JMRT.2021.05.022

18. 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

19. Arif M., Malik W., Mir M.A., Ahmad T., Lone N.F., Siddiquee A.N. Green welding. Exploring the environmental and health bene-fits of friction stir welding over conventional welding methods. Вестник Сибирского госу-дарственного индустриального универси-тета. 2023;1(43):83–88. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-1(43)-83-88; EDN:TZAXLM.

20. Qie M., Wei J., He C. Microstructure evolu-tion and mechanical properties of wire-arc ad-ditive manufactured Al–Zn–Mg–Cu alloy as-sisted 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

21. Cui J., Guo X., Hao S., Guo X., Xu R., Achieving high strength-ductility properties of wire-arc additive manufactured Al-Mg-Sc aluminum alloy via friction stir processing post-treatment and high temperature aging treatment. Materials Letters. 2023;350:134913.

22. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.134913

23. Klimenov V., Kolubaev E., Anatoly K., Chumaev-skii A., Ustinov A., Strelkova I., Rubtsov V., Guri-anov 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.

24. https://doi.org/10.3390/ma16113901

25. 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

26. Mashinini P.M., Dinaharan I., David Raja Selvam J., Hattingh D.G. Microstructure evo-lution and mechanical characterization of fric-tion stir welded titanium alloy Ti–6Al–4V us-ing lanthanated tungsten tool. Materials Characterization. 2018;139:328–336.

27. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchar.2018.03.020

28. 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

29. Buffa G., Fratini L., Micari F. Mechanical and microstructural properties prediction by artifi-cial neural networks in FSW processes of dual phase titanium alloys. Journal of Manufactur-ing Processes. 2012;14(3):289–296.

30. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmapro.2011.10.007

31. Zykova A., Vorontsov A., Chumaevskii A., Guri-anov D., Gusarova A., Kolubaev E., Tarasov S. Structural evolution of contact parts of the friction stir processing heat-resistant nickel alloy tool used for multi-pass processing of Ti6Al4V/(Cu+Al) system. Wear. 2022;488–489:204138.

32. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204138; EDN: SPJDGX.

33. 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.