lastnosti utrujenosti aditivno izdelane titanove zlitine GR5 na podlagi različnih metod naknadne obdelave

Za izboljšanje delovanja aditivno izdelanih delov se pogosto uporabljajo različne metode naknadne obdelave, kot so toplotna obdelava (HT), vroče izostatično stiskanje (HIP), laserska površinska modifikacija itd. Izvedenih je bilo nekaj študij, ki so poskušale optimizirati in preučiti učinke različnih metod naknadne obdelave na lastnosti utrujenosti aditivno izdelanih zlitin. Vendar pa ni jasno, kateri so glavni dejavniki, ki vplivajo na odpornost proti utrujenosti aditivno izdelanih titanovih zlitin, zato optimalna metoda naknadne obdelave za izboljšanje trdnosti proti utrujenosti aditivno izdelanih titanovih zlitin še ni bila določena. Poleg tega učinek toplotne obdelave pred obdelavo HIP na izboljšanje odpornosti proti utrujenosti, zlasti za zlitino Ti-6Al-4V, skoraj ni bil raziskan.

Ta članek proučuje in primerja natezne lastnosti in lastnosti utrujenosti zlitine Ti-6Al-4V, pripravljene z metodo selektivnega laserskega taljenja s plastjo prahu v začetnem stanju, stanju toplotne obdelave in stanju vročega izostatičnega stiskanja. Zapolnite raziskovalne vrzeli na tem področju.

 

Začetno stanje zlitine Ti-6Al-4V, pridobljene s 3D-tiskom, ima največjo mejo tečenja, natezno trdnost in trdoto; zlitina Ti-6Al-4V je v pogojih strojne obdelave s toplotno obdelavo z vročim izostatičnim stiskanjem (HT+HIP+M) močnejša v smislu trdnosti. Nizka, vendar ima najvišjo duktilnost. To je posledica grobenja letve in razgradnje ′ martenzitne strukture ter zmanjšanja gostote dislokacij faznih mej med toplotno obdelavo. Podatki o specifični statični trdnosti in natezni duktilnosti so prikazani v tabeli 1.

 

Tabela 1 Rezultati statične trdnosti in nateznih lastnosti, dobljeni z različnimi metodami naknadne obdelave aditivno izdelanih titanovih zlitin. AB predstavlja začetno stanje, HT predstavlja stanje po toplotni obdelavi pri 850 stopinjah za 2 uri, HIP pa predstavlja stanje, ki se vzdržuje pri 920 stopinjah in 120 MPa za 2 uri.

 

Slika 1 Mikrostruktura aditivno izdelane titanove zlitine v različnih pogojih naknadne obdelave. (a) AB: Začetno stanje (b) HT: 850 stopinj za 2 uri; (c) HIP: 920 stopinj, 120MPa za 2 uri; (d) stanje HT + HIP. Smer, označena na desni strani slike, je smer zlaganja materiala pri tiskanju.

 

Slika 1 prikazuje mikrostrukturo aditivno izdelanih titanovih zlitin v različnih stanjih naknadne obdelave. Ta slika je povratno razpršena slika, posneta pod elektronskim mikroskopom. Na tej sliki je faza z belim kontrastom faza, faza s črnim in sivim kontrastom pa faza. Edinstvene mikrostrukturne značilnosti natisnjenih titanovih zlitin so označene na sliki, vključno z originalnimi faznimi mejami zrn in Widmanstattenovo strukturo. Rezultati na sliki 2 prikazujejo rezultate testa TEM pri različnih pogojih naknadne obdelave.

 

Slika 2 Rezultati opazovanja TEM aditivno izdelanega Ti-6Al-4V v različnih stanjih po obdelavi in ​​začetnih stanjih. (a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.

 

Pred vročim izostatičnim stiskanjem je bila uporabljena toplotna obdelava, to je pogoji HT+HIP, nato pa je bila površina vzorca polirana (HT + HIP + M). Ugotovljeno je bilo, da se je utrujenostna trdnost Ti-6Al-4V pod tem pogojem bistveno izboljšala v primerjavi z Začetno stanje se je izboljšalo za skoraj 5-krat, medtem ko je samo toplotna obdelava povečala njegovo utrujenostno trdnost za skoraj 3-krat v primerjavi s prvotnim stanjem. Specifična krivulja SN je prikazana na sliki 3.

 

Slika 3 Krivulje SN pri različnih pogojih naknadne obdelave. Posebna metoda naknadne obdelave je prikazana v legendi v zgornjem desnem kotu slike. Med njimi M pomeni, da je površina vzorca polirana, noben M pa ne pomeni, da je površina vzorca v stanju po končanem tiskanju.

 

Toplotna obdelava (HT) in vroče izostatično stiskanje (HIP) vodita do sprememb v mikrostrukturi znotraj aditivno izdelane zlitine Ti-6Al-4V. Po toplotni obdelavi se metastabilna acikularna 'martenzitna struktura razgradi v + lamelarno strukturo, debelina lamel pa se postopoma povečuje z zvišanjem temperature toplotne obdelave. HT obdelava izboljša utrujenostno trdnost v primerjavi s stanjem AB, predvsem zaradi obstrukcije -kolonij (kristalnih skupin s podobno orientacijo zrn) v + lamelarni strukturi in natezne preostale napetosti, ki jo uvede postopek 3D tiskanja. sprostitev. Razlog, zakaj obdelava HIP izboljša utrujenostno trdnost, nista le dve točki, omenjeni v stanju HT, ampak tudi spodbuja odpravo napak v materialu. Posebni rezultati rentgenskega μCT testa so prikazani na sliki 4 spodaj.

 

Slika 4 Tridimenzionalne rekonstrukcijske upodobitve notranjih napak v različnih stanjih naknadne obdelave. (a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.

Podatki o citiranju prispevka:

Bhandari L, Gaur V. Različne metode naknadne obdelave za izboljšanje lastnosti utrujenosti aditivno izdelane zlitine Ti-6Al-4V [J]. International Journal of Fatigue, 2023: 107850.