únavové vlastnosti aditívne vyrobenej titánovej zliatiny GR5 na základe rôznych metód následného spracovania
Na zlepšenie výkonu aditívne vyrábaných dielov sa často používajú rôzne metódy následného spracovania, ako je tepelné spracovanie (HT), izostatické lisovanie za tepla (HIP), úprava povrchu laserom atď. Uskutočnilo sa niekoľko štúdií, ktoré sa pokúšali optimalizovať a študovať účinky rôznych metód dodatočného spracovania na únavové vlastnosti aditívne vyrábaných zliatin. Nie je však jasné, aké sú hlavné faktory ovplyvňujúce únavové vlastnosti aditívne vyrábaných titánových zliatin, takže optimálna metóda dodatočného spracovania na zlepšenie únavovej pevnosti aditívne vyrábaných titánových zliatin ešte nebola stanovená. Okrem toho, vplyv použitia tepelného spracovania pred spracovaním HIP na zlepšenie únavovej pevnosti, najmä v prípade zliatiny Ti-6Al-4V, sa sotva preskúmal.
Tento článok študuje a porovnáva ťahové a únavové vlastnosti zliatiny Ti-6Al-4V pripravenej metódou selektívneho tavenia laserom v práškovom lôžku v počiatočnom stave, stave tepelného spracovania a stave izostatického lisovania za tepla. Vyplňte medzery vo výskume v tejto oblasti.
Počiatočný stav zliatiny Ti-6Al-4V získanej 3D tlačou má najvyššiu medzu klzu, pevnosť v ťahu a tvrdosť; zliatina Ti-6Al-4V v podmienkach strojového spracovania izostatickým lisovaním za tepla (HT+HIP+M) je pevnejšia z hľadiska pevnosti. Nízka, ale má najvyššiu ťažnosť. Je to spôsobené zhrubnutím laty a rozkladom ′ martenzitovej štruktúry a znížením hustoty dislokácií fázových hraníc počas tepelného spracovania. Údaje o špecifickej statickej pevnosti a ťažnosti v ťahu sú uvedené v tabuľke 1.
Tabuľka 1 Výsledky statickej pevnosti a ťahových vlastností získané rôznymi metódami dodatočného spracovania aditívne vyrábaných zliatin titánu. AB predstavuje počiatočný stav, HT predstavuje stav po tepelnom spracovaní pri teplote 850 stupňov počas 2 hodín a HIP predstavuje stav udržiavaný pri teplote 920 stupňov a 120 MPa počas 2 hodín.
Obrázok 1 Mikroštruktúra aditívne vyrobenej titánovej zliatiny za rôznych podmienok následného spracovania. (a) AB: Počiatočný stav (b) HT: 850 stupňov počas 2 hodín; (c) HIP: 920 stupňov, 120 MPa počas 2 hodín; (d) Stav HT + HIP. Smer vyznačený na pravej strane obrázku je smer stohovania materiálu pri tlači.
Obrázok 1 ukazuje mikroštruktúru aditívne vyrobených titánových zliatin v rôznych stavoch následného spracovania. Tento obrázok je spätne rozptýlený obrázok urobený pod elektrónovým mikroskopom. Na tomto obrázku je fáza s bielym kontrastom fázou a fáza s čiernym a sivým kontrastom je fázou. Jedinečné mikroštrukturálne charakteristiky tlačených titánových zliatin sú vyznačené na obrázku, vrátane pôvodných fázových hraníc zŕn a Widmanstattenovej štruktúry. Výsledky na obrázku 2 ukazujú výsledky testu TEM za rôznych podmienok následného spracovania.
Obrázok 2 Výsledky TEM pozorovania aditívne vyrábaného Ti-6Al-4V v rôznych stavoch následného spracovania a počiatočných stavoch. a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Tepelné spracovanie, to znamená podmienky HT+HIP, sa aplikovalo pred izostatickým lisovaním za tepla a potom sa povrch vzorky vyleštil (HT + HIP + M). Zistilo sa, že únavová pevnosť Ti-6Al-4V sa za týchto podmienok výrazne zlepšila v porovnaní s počiatočným stavom sa zlepšil takmer 5-krát, zatiaľ čo samotné tepelné spracovanie zvýšilo jeho únavovú pevnosť takmer 3x oproti pôvodnému stavu. Špecifická krivka SN je znázornená na obrázku 3.
Obrázok 3 Krivky SN za rôznych podmienok následného spracovania. Konkrétny spôsob následného spracovania je uvedený v legende v pravom hornom rohu obrázku. Medzi nimi M znamená, že povrch vzorky je vyleštený a žiadne M znamená, že povrch vzorky je v stave po dokončení tlače.
Tepelné spracovanie (HT) a izostatické lisovanie za tepla (HIP) vedú k zmenám v mikroštruktúre v aditívne vyrábanej zliatine Ti-6Al-4V. Po tepelnom spracovaní sa metastabilná ihlicovitá ′ martenzitická štruktúra rozkladá na + lamelárnu štruktúru a hrúbka lamiel sa postupne zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou tepelného spracovania. Ošetrenie HT zlepšuje únavovú pevnosť v porovnaní so stavom AB, hlavne kvôli obštrukcii -kolónií (kryštálových skupín s podobnou orientáciou zŕn) v + lamelárnej štruktúre a zvyškového napätia v ťahu zavedené procesom 3D tlače. relaxácia. Dôvodom, prečo úprava HIP zlepšuje únavovú pevnosť, nie sú len dva body uvedené v stave HT, ale podporuje aj odstránenie defektov v materiáli. Konkrétne výsledky röntgenového μCT testu sú znázornené na obrázku 4 nižšie.
Obrázok 4 Trojrozmerné rekonštrukčné vykreslenie vnútorných defektov v rôznych stavoch postprocesingu. a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Informácie o citácii papiera:
Bhandari L, Gaur V. Rôzne metódy následného spracovania na zlepšenie únavových vlastností aditívne zostavenej zliatiny Ti-6Al-4V[J]. International Journal of Fatigue, 2023: 107850.
