Управление структурно-фазовым состоянием и механическими свойствами сплава Ti-Al-V введением Cu или Fe при электронно-лучевом аддитивном производстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Николаева Александра Владимировна

• Николаева Александра Владимировна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Николаева Александра Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1 ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 ПРИ АДДИТИВНЫХ МЕТОДАХ ПРОИЗВОДСТВА

1.1 Классификация аддитивных методов получения титановых сплавов

1.2 Особенности формирования структуры в аддитивно изготовленном титановом сплаве ВТ6

1.3 Влияние фактора ограничения роста на формирование зеренной структуры титанового сплава ВТ6 при аддитивном производстве

1.3.1 Влияние инокулирующих и тугоплавких добавок на формирование первичных зерен Р-Т1 в титановом сплаве ВТ6

1.3.2 Влияние Р-стабилизаторов на формирование первичных зерен (3-Т1 в титановом сплаве ВТ6

1.4 Постановка задач исследований

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования и методика электронно-лучевого аддитивного производства титанового сплава ВТ6, дополнительно легированного медью или железом

2.1.1 Материалы исследования

2.1.2 Методика аддитивного получения изделий из сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью или железом, в процессе электроннолучевого аддитивного производства

2.2 Методы исследования

2.2.1 Металлографические исследования

2.2.2 Исследования методами электронной микроскопии

2.2.3 Рентгеноструктурные исследования

2.2.4 Исследования механических свойств образцов титанового сплава ВТ6, дополнительно легированного медью или железом

3 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВА ВТ6, ДОПОЛНИТЕЛЬНО ЛЕГИРОВАННОГО МЕДЬЮ, В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

3.1 Структурно-фазовое состояние сплава ВТ6, дополнительно легированного медью в диапазоне 0,5 - 10,0 вес. %

3.1.1 Рентгеноструктурные исследования сплава ВТ6, дополнительно легированного медью

3.1.2 Макро- и микроструктура сплава ВТ6, легированного медью

3.1.3 Исследования структуры сплава ВТ6, легированного медью, методами электронной микроскопии

3.2 Механические свойства сплава ВТ6, дополнительно легированного медью

3.3 Зависимости механических свойств и структурных составляющих от содержания меди в сплаве ВТ6 после легирования

3.4 Закономерности формирования зеренной структуры сплава ВТ6 при дополнительном легировании медью

3.5 Оценка вкладов механизмов упрочнения в общее упрочнение сплава ВТ6, дополнительно легированного медью

3.6 Выводы по главе

4 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВА ВТ6, ДОПОЛНИТЕЛЬНО ЛЕГИРОВАННОГО ЖЕЛЕЗОМ, В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

4.1 Структурно-фазовое состояние сплава ВТ6, дополнительно легированного железом в диапазоне 1,0 - 8,0 вес. %

4.1.1 Рентгеноструктурные исследования сплава ВТ6, дополнительно легированного железом

4.1.2 Макро- и микроструктура сплава ВТ6, легированного железом

4.1.3 Исследования структуры сплава ВТ6, легированного железом, методами электронной микроскопии

4.2 Механические свойства сплава ВТ6, дополнительно легированного железом

4.3 Зависимости механических свойств и структурных составляющих от содержания железа в сплаве ВТ6 после легирования

4.4 Закономерности формирования зеренной структуры сплава ВТ6 при дополнительном легировании железом

4.5 Оценка вкладов механизмов упрочнения в общее упрочнение сплава ВТ6, дополнительно легированного железом

4.6 Выводы по главе

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление структурно-фазовым состоянием и механическими свойствами сплава Ti-Al-V введением Cu или Fe при электронно-лучевом аддитивном производстве»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время аддитивные технологии применяются в авиационной и ракетно-космической промышленности для изготовления шар-баллонов, лопаток вентилятора и компрессора авиационных двигателей из титановых сплавов [1-3]. Одним из самых известных недостатков аддитивно изготовленных изделий из титановых сплавов является формирование крупных первичных столбчатых зерен Р-Т1 по механизму эпитаксиального роста зерен на ранее осажденных слоях, что после Р^-а+Р превращения приводит к анизотропии и снижению уровня механических свойств полученных материалов.

Анализ литературных данных показал, что подавить рост столбчатых зерен Р-Т можно за счет введения в ванну расплава легирующих добавок, обеспечивающих формирование доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной структуры титанового сплава. Однако возникают сложности, связанные с образованием оксидов, хрупких интерметаллидных фаз, неравномерным распределением легирующих элементов, а также технологическими трудностями введения легирующих добавок в ряде аддитивных методов.

Так как механические свойства двухфазных титановых сплавов в значительной степени определяются типом сформировавшейся в них микроструктуры после Р^а+Р превращения, то актуальной задачей является исследование влияния легирующих элементов на морфологию зеренной структуры титанового сплава, полученного методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства. Так как этот метод позволяет дополнительно легировать титановый сплав за счет подачи второй проволоки в ванну расплава, что открывает новые возможности для управления структурой и свойствами титановых сплавов.

В настоящее время известно, что измельчение первичных зерен Р-Т1, а также уменьшение размеров а/р колоний связано с увеличением ширины зоны концентрационного переохлаждения, которая прямо пропорциональна температурному диапазону затвердевания сплава между линиями ликвидус и

солидус и достигается за счет растворения в ванне расплава соответствующего элемента. Относительный вклад растворенного вещества в концентрационное переохлаждение оценивается с помощью фактора ограничения роста зерен Q, который зависит от концентрации введенной добавки в расплав [4]. Анализ литературных данных показал, что медь и железо характеризуются высоким значением фактора ограничения роста зерен, что является условием для измельчения столбчатых зерен Р-^ [5]. Легирование титанового сплава медью или железом снижает температуру его воспламенения на воздухе, повышая стойкость к возгоранию. Данные материалы могут быть использованы в авиационно-космической отрасли при изготовлении конструкций, работающих в условиях высоких температур [6,7].

Таким образом, при получении титанового сплава, дополнительно легированного медью или железом, можно достичь повышения стойкости к возгоранию, а также измельчения зеренной структуры и повышения механических свойств. В литературе существует недостаточное количество исследований, посвященных влиянию меди или железа на структуру и свойства титанового сплава ВТ6, полученного методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства. В данной диссертационной работе будут исследованы сплавы ВТ6-Си и ВТ6-Ре, поскольку Си и Fe являются эффективными Р-стабилизаторами, обладают высокой доступностью в промышленности и сравнительно низкой стоимостью.

Степень разработанности темы исследования. Получение равноосных зерен в аддитивно полученных титановых сплавах может быть достигнуто с помощью термообработки изделия; введения в процессе печати инокулирующих добавок (La2Oз, ZrN, B и ЫЪ), расширения зоны концентрационного

переохлаждения путем легирования титанового сплава элементами из ряда Si, N1, Fe и

Термическая обработка используется для измельчения микроструктуры титанового сплава, поскольку изменение параметров обработки, таких как температура, время и скорость охлаждения, позволяет формировать различные

структурные и фазовые состояния [8-10]. Однако при термообработке аддитивно изготовленного сплава ВТ6 могут возникнуть сложности, связанные с особенностями фазовых превращений и рекристаллизационных процессов, происходящих при нагреве и охлаждении материала. В работе [11] было показано, что нагрев аддитивно полученных образцов сплава ВТ6 до 950 °С и 1040 °С с последующим охлаждением как на воздухе, так и в печи не привел к улучшению их механических свойств. Термообработка ниже температуры Р-превращения (950 °С) привела лишь к незначительным изменениям микроструктуры по сравнению с обработкой выше температуры Р-превращения (1040 °С), которая вызвала интенсивный рост зерен Р-^. Введение инокулирующих добавок в титановый сплав, особенно тугоплавких элементов, является дорогостоящим процессом и требует точного контроля их распределения в расплаве, что усложняет производственный процесс [12-14].

За последние несколько лет очень много публикаций в мировых научных изданиях посвящено дополнительному легированию титановых сплавов, что подтверждает актуальность проводимых исследований. С. Мередди, М. Дж. Бермингем и другие изучали возможности добавления легирующих элементов, таких как Si, N1, ^ и Fe [15-20] для предотвращения эпитаксиального роста столбчатых зерен в титановом сплаве. Таким образом, в данной работе предлагается дополнительное легирование титанового сплава медью или железом, обеспечивающих расширение зоны концентрационного переохлаждения, с использованием двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства, за счет подачи второй проволоки легирующего состава.

Целью работы является выяснение возможностей формирования зеренной структуры, фазового состава и механических свойств титанового сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью или железом, при двухпроволочном электронно-лучевом аддитивном производстве.

В работе решались следующие задачи:

1. Получить изделия упрощенной формы в виде вертикальных стенок из сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью в диапазоне

0,5 - 10,0 вес. % или железом в диапазоне 1,0 - 8,0 вес. %, методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства.

2. Выявить влияние концентраций меди или железа на фактор ограничения роста и формирование первичных зерен Р-Тц морфологию зеренной структуры; выделение интерметаллидных фаз в сплаве Т1-Л1-У.

3. Установить зависимости механических свойств сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью или железом различной концентрации, от структурно-фазового состава.

4. Установить закономерности эволюции зеренной структуры сплава Т1-Л1-У при переходе от столбчатой структуры к равноосной с увеличением содержания меди или железа в сплаве.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1 . Описаны процессы кристаллизации и структурообразования титанового сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью или железом, при формировании изделий в неравновесных условиях проволочного электроннолучевого аддитивного производства;

2. Выявлено влияние легирования медью или железом в широком интервале концентраций на формирование первичных и вторичных интерметаллидных фаз, их локализацию и объемную долю в материале аддитивно изготовленного изделия из сплава на основе ВТ6;

3. Установлены закономерности формирования зеренной структуры (столбчатой, столбчато-равноосной, равноосной), обусловленные расширением концентрационно переохлажденной зоны в ванне расплава в процессе электроннолучевого аддитивного производства изделий из сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью или железом различной концентрации, с высоким значением фактора ограничения роста зерен;

4. Выявлены зависимости механических свойств во взаимосвязи со структурно-фазовым составом и содержанием легирующих элементов (меди или железа) с высоким значением фактора ограничения роста зерен сплавов ВТ6-Си или ВТ6-Ре;

5. Предложен способ электронно-лучевого аддитивного производства изделий из сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью в диапазоне 0,5 - 10,0 вес.%, посредством одновременной подачи в ванну расплава проволок из титанового сплава и меди, с возможностью формирования в материале аддитивно изготовленного изделия трех типов зеренной структуры первичных зерен Р-Тц

6. Предложен способ электронно-лучевого аддитивного производства изделий из сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного железом в диапазоне 1,0 - 8,0 вес.%, посредством одновременной подачи в ванну расплава проволок из титанового сплава и низколегированной стали, с возможностью формирования в материале аддитивно изготовленного изделия двух типов зеренной структуры первичных зерен Р-Т1.

В работе впервые получены следующие новые результаты:

1. Установлено, что в материале аддитивно изготовленного изделия из сплава на основе ВТ6 в результате дополнительного легирования медью в диапазоне от 0,5 до 10 вес.% возрастает значение фактора ограничения роста первичных зерен Р-Т1 с переходом от столбчатой структуры к столбчато-равноосной и далее к равноосной за счет формирования в ванне расплава расширенной концентрационно переохлажденной зоны;

2. Установлено, что предел прочности сплава, дополнительно легированного медью, увеличивается линейно с ростом содержания меди от 0,5 до 10 вес.%. Среднее значение предела прочности сплавов ВТ6-6,0Си и ВТ6-9,7Си на 67 % и 80 % больше среднего значения предела прочности сплава ВТ6, соответственно, при этом относительное удлинение при испытаниях на статическое растяжение не превышает 3 %. Дополнительное легирование титанового сплава ВТ6 медью приводит к увеличению предела текучести главным образом за счёт зернограничного упрочнения, что обусловлено измельчением как первичных зерен Р-Т1, так и а-пластин;

3. Установлено, что в материале аддитивно изготовленного изделия из сплава на основе ВТ6 в результате дополнительного легирования железом от 1,0 до 8,0 вес.%, увеличивается значение фактора ограничения роста зерен и

осуществляется переход столбчато-равноосной структуры к полностью равноосной;

4. Экспериментально установлено, что среднее значение предела текучести сплавов ВТ6-1^е и ВТ6-2^е на 22 % и 40 % больше среднего значения предела текучести сплава ВТ6, соответственно. При этом значения относительного удлинения для сплавов ВТ6-1^е и ВТ6-2^е составляют 0,10 и 0,08, соответственно. С увеличением содержания железа до 7,5 вес.% наблюдается снижение предела текучести при растяжении до 674 ± 57 МПа, что может быть связано с формированием ю-фазы. Установлено, что для сплава ВТ6, дополнительно легированного железом в диапазоне от 1,5 до 3 вес.%, основной вклад в повышение предела текучести вносит зернограничное упрочнение.

Теоретическая значимость работы. Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты вносят существенный вклад в развитие физики конденсированного состояния. Зависимости структурно-фазового состава от содержания дополнительных легирующих элементов, а также закономерности эволюции зеренной структуры при переходе от столбчатой структуры к равноосной могут быть использованы для управления балансом стабильных и метастабильных фаз в конечной микроструктуре материала аддитивно изготовленного изделия из сплава на основе ВТ6 и, следовательно, его механическими свойствами. Предложен подход, подразумевающий легирование титанового сплава элементами с высоким значением фактора ограничения роста зерен, что позволит управлять процессами кристаллизации материала из расплава при проволочном электронно-лучевом аддитивном производстве.

Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные данные подтверждают возможность успешного получения изделий из сплава на основе ВТ6, дополнительно легированного медью или железом, методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства, с заданным набором физико-механических и эксплуатационных свойств, для получения изделий ответственного назначения.

Методология и методы исследования. В работе использованы методики, описанные в научной литературе, что обеспечило достоверность и воспроизводимость полученных результатов. В диссертационной работе для исследования образцов были использованы следующие методы исследования: рентгеноструктурный анализ, оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, механические испытания на одноосное растяжение, измерение микротвердости.

Положения, выносимые на защиту:

1. Формирование расширенной зоны концентрационного переохлаждения при электронно-лучевом аддитивном производстве способствует переходу от столбчатой структуры доэвтектоидного титанового сплава ВТ6 к равноосной структуре заэвтектоидного сплава за счет легирования медью.

2. Метод повышения предела текучести титанового сплава ВТ6 при его дополнительном легировании медью в процессе электронно-лучевого аддитивного производства за счет действия механизма зернограничного упрочнения, вызванного измельчением структуры.

3. Способ устранения столбчатой структуры первичных зерен доэвтектоидного титанового сплава ВТ6, дополнительно легированного железом, обусловленный повышением фактора ограничения роста зерен, в процессе проволочного электронно-лучевого аддитивного производства.

Достоверность полученных экспериментальных данных и обоснованность выносимых на защиту положений достигается за счет применения современных методов исследования, сертифицированного оборудования, статистической обработки результатов измерений, а также согласования полученных данных с результатами, представленными в современной научной литературе. Такой комплексный подход гарантирует надежность и воспроизводимость результатов, подтверждая их соответствие актуальным научным исследованиям в данной области.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: LXIV

Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 2022 г., Екатеринбург; XIX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», 2022 г., Томск; Международная конференция «Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения», 2022 г., Томск; Международная научно-техническая молодежная конференция «Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения», 2022 г., Томск; XX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», 2023 г., Томск; Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», 2023 г., Томск; V Международная школа-конференция «Перспективные высокоэнтропийные материалы», 2023 г. Санкт-Петербург; XXXV Ежегодная региональная междисциплинарная конференция аспирантов и молодых ученых «Recent Advances in Science and Technology. Современные достижения в естественных и технических науках», 2023 г., Томск; XVIII Международная конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций», 2024 г., Екатеринбург; XXI Международная конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», 2024 г., Томск; Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», 2024 г., Томск.

Личный вклад автора состоит в совместной с научным руководителем постановке цели и задач исследования, формулировании выводов и положений, выносимых на защиту, подготовке образцов, их исследовании методами оптической и сканирующей электронной микроскопии, проведении механических испытаний, обработке и анализе результатов, написании публикаций по теме диссертации.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей, из них 6 статей в индексируемых базах данных Web of Science и Scopus, из которых, 2 статьи опубликованы в научном журнале третьего квартиля (Q3), входящем в перечень ВАК [21,22], 3 статьи - в зарубежных научных журналах второго квартиля (Q2) [23-25], 1 статья - в сборнике материалов конференций, индексируемом в Web of Science и Scopus [26].

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по цели, задачам, методам исследования, содержанию и научной новизне соответствует п. 4, 6 паспорта специальности 1.3.8. Физика конденсированного состояния (технические науки).

Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (государственное задание ИФПМ СО РАН проект FWRW-2021-0012, FWRW-2024-0001), также в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ НШ-1174.2022.4 и в рамках соглашения о предоставлении из федерального бюджета гранта на проведение крупных научных проектов по приоритетным направлениям научно-технологического развития Минобрнауки России № 075-15-2024-552.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов по работе, списка литературы из 141 наименования. Всего 125 страниц, в том числе 53 рисунка и 16 таблиц.

Автор выражает благодарность:

- научному руководителю д.т.н., профессору РАН Колубаеву Евгению Александровичу за обсуждение цели, задач и результатов работы, помощь в написании диссертационной работы;

- к.ф.-м.н. Зыковой Анне Петровне и к.т.н. Воронцову Андрею Владимировичу за время, посвященное обсуждению результатов исследований, внимательное отношение и помощь на всех этапах выполнения диссертационной работы;

- д.т.н. Тарасову Сергею Юльевичу и д.т.н. Савченко Николаю Леонидовичу за высококвалифицированное и полезное обсуждение результатов;

- д.т.н. Чумаевскому Андрею Валерьевичу за обсуждение работы и полезные советы;

- к.т.н. Фортуне Сергею Валерьевичу и д.ф.-м.н. Иванову Константину Вениаминовичу за ценные советы и полезные замечания, которые позволили улучшить работу;

- всему коллективу лаборатории структурного дизайна перспективных материалов ИФПМ СО РАН за помощь, поддержку и ценные советы;

- родителям и близким за оказанную поддержку и заботу.

1 ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 ПРИ АДДИТИВНЫХ МЕТОДАХ ПРОИЗВОДСТВА

Многочисленные исследования аддитивно полученных титановых сплавов за последние годы выявили необходимость предотвращения эпитаксиального роста столбчатых зерен Р-Т [27,28]. Наличие текстурированной крупнозернистой структуры в титановых сплавах вызывает анизотропию механических свойств, что создает проблемы при эксплуатации изделий. Попытки оптимизировать технологические параметры аддитивного производства не привели к созданию условий, способствующих формированию равноосной структуры в титановых сплавах [29]. Таким образом, получение титановых сплавов с однородной мелкозернистой равноосной структурой является важной задачей аддитивного производства и требует дальнейших исследований.

1.1 Классификация аддитивных методов получения титановых сплавов

Аддитивные технологии позволяют получать титановые сплавы за счёт послойного добавления материала с использованием источника тепла, такого как лазер [30-33], электронный луч [24,34,35], электрическая дуга или плазма [36]. Главное преимущество аддитивного производства (АП) заключается в возможности изготовления деталей сложной формы без необходимости использования традиционных методов обработки [37]. Технологии АП по сравнению с традиционными методами позволяют создавать детали в кратчайшие сроки, так как во время аддитивного изготовления изделий не требуются такие этапы как формование, профилирование и литье. Таким образом, применение аддитивных технологий в промышленности позволяет значительно экономить ресурсы и расходные материалы.

Аддитивные методы построения изделий из титановых сплавов классифицируются по способу нанесения слоев, по виду и форме используемого материала. В данной главе будут рассмотрены процессы аддитивного производства

титановых сплавов на основе плавления порошкового слоя (powder-bed fusion, PBF) и прямого подвода энергии (direct energy deposition, DED) (рисунки 1.1 и 1.2).

Плавление порошкового слоя (powder-bed fusion)

Плавка лазером

Г

Электронно-лучевая плавка

• селективное лазерное

спекание

(selective laser sintering, SLS )

• прямое лазерное спекание

металлов

(direct metal laser sintering, DMLS)

• селективное лазерное

плавление

(selective laser melting, SLM)

1

• электронно-лучевое сплавление

(electron-beam melting, EBM)

Рисунок 1.1 - Процессы аддитивного производства титановых сплавов на основе

технологии РЬБ

Прямой подвод энергии (Direct energy deposition)

Плавка лазером

Г

©Электронно-лучевая плавка

Т

Электрическая дуга

• технология лазерного спекания • электронно-лучевое распыляемого порошка аддитивное производство

(laser engineered net shaping, LENS)

• проволочное электродуговое аддитивное производство

(electron beam additive manufacturing, ЕВАМ) (wire and arc additive manufacturing, WAAM)

• производство электроннолучевой плавкой

(electron beam freeform fabrication, EBF3)

Рисунок 1.2 - Процессы аддитивного производства титановых сплавов на основе

технологии DED

К технологиям, основанным на плавлении предварительно нанесенного порошкового слоя (powder-bed) относятся следующие методы аддитивного производства: селективное лазерное спекание (selective laser sintering, SLS), прямое лазерное спекание металлов (direct metal laser sintering, DMLS), селективное лазерное плавление (selective laser melting, SLM), электронно-лучевое сплавление (electron beam melting, EBM). К технологии прямого подвода энергии относятся: технология лазерного спекания распыляемого порошка (laser engineered net shaping, LENS), электронно-лучевое аддитивное производство (electron beam additive

manufacturing, EBAM), производство электронно-лучевой плавкой (electron beam freeform fabrication, EBF3), проволочное электродуговое аддитивное производство (wire and arc additive manufacturing, WAAM).

Используемый материал в аддитивных методах производства может находиться в виде проволоки или порошка [38]. Выбор вида материала зависит от конкретно используемой технологии АП, требуемых свойств готового изделия, а также стоимости и доступности сырья. В методах АП, таких как SLS и DMLS, в качестве сырья используется порошок, в то время как в методах WAAM, EBAM и EBF3 в качестве сырья для изготовления металлических компонентов используется металлическая проволока [39].

PBF является технологией создания 3D-компонентов, в которой используется источник тепла для выборочного расплавления материала в заранее сформированном слое (рисунок 1.3) [40]. При этом платформа с порошком перемещается вниз после того, как напечатан очередной слой, затем новый слой порошка распределяется поверх недавно наплавленного слоя, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет создан весь объект. Технологии плавления порошкового слоя обеспечивают изготовление деталей сложной формы с высокой точностью [41].

Рисунок 1.3 - Схема процесса технологии PBF [42]

Перспективным методом аддитивного изготовления трехмерных металлических деталей является метод ЕВМ, который представляет собой формирование последовательных слоев путем выборочного плавления металлического порошка толщиной слоя 70-250 мкм сфокусированным электронным лучом в вакуумной камере [43]. Полученное изделие требует небольшой последующей обработки.

БЬМ и ЭМЬБ - это два метода лазерного плавления металлических порошков, используемые для металлов и сплавов. Метод БЬМ основан на полном плавлении и соединении частиц металлических порошков толщиной слоя 20-75 мкм лазером в твердые трехмерные объекты [44], в то время как технология ЭМЬБ основана на точечном спекании металлических порошков по слоям. Спекание отличается от плавления тем, что оно предполагает связывание частиц в твердом состоянии или частичное плавление вместо их полного плавления [45]. БЬБ представляет собой метод плавления порошкового слоя, при котором мощный лазер выборочно сплавляет порошкообразные материалы, слой за слоем, создавая трехмерные объекты [46]. Процесс БЬБ начинается с равномерного распределения тонкого слоя порошка по платформе сборки. Затем лазер сканирует и выборочно спекает порошок, чтобы сформировать первый слой изготавливаемого объекта.

ЭЕЭ - это технология АП, использующая сфокусированный источник тепла для расплавления материала в виде порошков или проволоки (рисунок 1.4) [47]. Затем расплавленный металл наносится на строительную платформу, где он быстро застывает и образует слой. Слой за слоем эта процедура повторяется до тех пор, пока объект не будет напечатан полностью [48]. Одним из ключевых преимуществ технологии ЭЕЭ является то, что помимо создания новых объектов, его также можно использовать для ремонта уже существующих деталей или заготовок. Кроме того, данная технология позволяет создавать изделия с одновременной подачей нескольких материалов во время аддитивного производства [49].

Рисунок 1.4 - Схема процесса технологии DED [42]

Метод LENS использует мощный лазер от 400 Вт до 3 кВт для расплавления металлических порошков. Данный метод использует технологию выдувания порошка, который затем расплавляется лазерным лучом и выборочно осаждается на подложку [50]. Процесс LENS осуществляется в герметичной камере, которая продувается аргоном, что сводит к минимуму содержание кислорода и влаги. Это позволяет сохранить поверхность детали чистой и предотвратить ее окисление. Преимуществами данного метода являются производство изделий в короткие сроки, а также возможность изготовления и ремонт конструктивных элементов из титановых сплавов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Николаева Александра Владимировна, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Peters, M. Titanium Alloys for Aerospace Applications / M. Peters, J. Kumpfert, C.H. Ward, C. Leyens // Advanced Engineering Materials. - 2003. - V. 5, N 6. - P. 419427.

2. Uhlmann, E. Additive Manufacturing of Titanium Alloy for Aircraft Components / E. Uhlmann, R. Kersting, T.B. Klein, M.F. Cruz, A.V. Borille // Procedia CIRP. - 2015. - V. 35. - P. 55-60.

3. Williams, J.C. Opportunities and Issues in the Application of Titanium Alloys for Aerospace Components / J.C. Williams, R.R. Boyer // Metals. - 2020. - V. 10. - P. 705.

4. Schmid-Fetzer, R. Thermodynamic Aspects of Grain Growth Restriction in Multicomponent Alloy Solidification / R. Schmid-Fetzer, A. Kozlov // Acta Materialia. -2011. - V. 59. - P. 6133-6144.

5. Easton, M.A. A Model of Grain Refinement Incorporating Alloy Constitution and Potency of Heterogeneous Nucleant Particles / M.A. Easton, D.H. Stjohn // Acta Materialia. - 2001. - V. 49. - P. 1867-1878.

6. Shao, L. The Effect of Cu Content and Ti2Cu Precipitation on the Combustion Behaviour and Mechanism of Ti-xCu Alloys / L. Shao, G. Xie, X. Liu, Y. Wu, J. Yu, K. Feng, W. Xue // Corrosion Science. - 2021. - V. 190. - P. 109641.

7. Han, J.H. Microstructural Modulation of Ti-Fe-V Ultrafine Eutectic Alloys with Enhanced Mechanical Properties / J.H. Han, G.A. Song, J.M. Park, J.K. Lee, S. Yi, D.H. Kim, K.B. Kim // Journal of Alloys and Compounds. - 2010. - V. 491. - P. 178-181.

8. Chong, Y. Mechanical Properties of Fully Martensite Microstructure in Ti-6Al-4V Alloy Transformed from Refined Beta Grains Obtained by Rapid Heat Treatment (RHT) / Y. Chong, T. Bhattacharjee, J. Yi, A. Shibata, N. Tsuji // Scripta Materialia. -2017. - V. 138. - P. 66-70.

9. Ahmed, M. The Effect of Thermo-Mechanical Processing and Ageing Time on Microstructure and Mechanical Properties of Powder Metallurgy Near p Titanium Alloys

/ M. Ahmed, D.G. Savvakin, O.M. Ivasishin, E.V. Pereloma // Journal of Alloys and Compounds. - 2017. - V. 714. - P. 610-618.

10. Lin, Y.C. Effects of Solution Temperature and Cooling Rate on Microstructure and Micro-Hardness of a Hot Compressed Ti-6Al-4V Alloy / Y.C. Lin, Y. Tang, X.Y. Zhang, C. Chen, H. Yang, K.C. Zhou // Vacuum. - 2019. - V. 159. - P. 191-199.

11. de Formanoir, C. Electron Beam Melted Ti-6Al-4V: Microstructure, Texture and Mechanical Behavior of the As-Built and Heat-Treated Material / C. de Formanoir, S. Michotte, O. Rigo, L. Germain, S. Godet // Materials Science and Engineering A. -2016. - V. 652. - P. 105-119.

12. Das, M. In Situ Synthesized TiB-TiN Reinforced Ti6Al4V Alloy Composite Coatings: Microstructure, Tribological and In-Vitro Biocompatibility / M. Das, K. Bhattacharya, S.A. Dittrick, C. Mandal, V.K. Balla, T.S. Sampath Kumar, A. Bandyopadhyay, I. Manna // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2014. - V. 29. - P. 259-271.

13. Wang, H. Role of Trace Boron in the Microstructure Modification and the Anisotropy of Mechanical and Wear Properties of the Ti6Al4V Alloy Produced by Electron Beam Freeform Fabrication / H. Wang, Z. Yao, X. Tao, S. Zhang, D. Xu, M. Oleksander // Vacuum. - 2020. - V. 172. - P. 109053.

14. Gou, J. Effects of Trace Nb Addition on Microstructure and Properties of Ti-6Al-4V Thin-Wall Structure Prepared via Cold Metal Transfer Additive Manufacturing / J. Gou, Z. Wang, S. Hu, J. Shen, Y. Tian, G. Zhao, Y. Chen // Journal of Alloys and Compounds. - 2020. - V. 829. - P. 154481.

15. Chen, Z. Influence of Trace Silicon Addition on Microstructure and Properties of Ti6Al4V Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing / Z. Chen, Y. Peng, X. Zhang, J. Fan, S. He, J. Kong, K. Wang // Journal of Materials Research and Technology. - 2023. - V. 23. - P. 1347-1359.

16. Chen, G. Effect of Cr Content on Microstructure, Mechanical Properties and Corrosion Behavior of Ti6Al4V Alloy Produced by Selective Laser Melting / G. Chen, Q. Zhai, Z. Ma, X. Yin, Q. Zhang, H. Zhou, L. Meng, K. Wang, S. Wang, L. Wang // Materials Technology. - 2022. - V. 37. - P. 1062-1074.

17. Xiong, Z. Hierarchical Refinement of Nickel-Microalloyed Titanium during Additive Manufacturing / Z. Xiong, X. Pang, S. Liu, Z. Li, R.D.K. Misra // Scripta Materialia. - 2021. - V. 195. - P. 113727.

18. Mosallanejad, M.H. Laser Powder Bed Fusion In-Situ Alloying of Ti-5%Cu Alloy: Process-Structure Relationships / M.H. Mosallanejad, B. Niroumand, A. Aversa, D. Manfredi, A. Saboori // Journal of Alloys and Compounds. - 2021. - V. 857. - P. 157558.

19. Chen, M. Microstructural Engineering of a Dual-Phase Ti-Al-V-Fe Alloy via In Situ Alloying During Laser Powder Bed Fusion / M. Chen, S. Van Petegem, Z. Zou, M. Simonelli, Y.Y. Tse, C.S.T. Chang, M.G. Makowska, D. Ferreira Sanchez, H. Moens-Van Swygenhoven // Additive Manufacturing. - 2022. - V. 59. - P. 103173.

20. Bermingham, M.J. Effect of trace lanthanum hexaboride and boron additions on microstructure, tensile properties and anisotropy of Ti-6Al-4V produced by additive manufacturing / M.J. Bermingham, S.D. McDonald, M.S. Dargusch // Materials Science and Engineering A. - 2018. - V. 719. - P. 1-11.

21. Nikolaeva, A.V. Tribological Behavior of the Electron Beam Additive Manufactured Ti6Al4V-Cu Alloy / A.V. Nikolaeva, A.P. Zykova, A.V. Chumaevskii, A.V. Vorontsov, E.O. Knyazhev, A.V. Nikonenko, S.Y. Tarasov // Letters on Materials. - 2023. - V. 13, N 2. - P. 158-163.

22. Nikolaeva, A.V. Evaluation of Contributions of Hardening Mechanisms to the Yield Strength of Ti6Al4V-Cu Alloys Produced by Wire Electron Beam Additive Manufacturing / A.V. Nikolaeva, A.P. Zykova, V.V. Shmakov, S.Y. Tarasov // Letters on Materials. - 2024. - V. 14. - P. 204-209.

23. Zykova, A.P. Effect of Copper Content on Grain Structure Evolution in Additively Manufactured Ti-6Al-4V Alloy / A.P. Zykova, A.V. Nikolaeva, A.V. Vorontsov, A.V. Chumaevskii, S.Y. Nikonov, E.N. Moskvichev, D.A. Gurianov, N.L. Savchenko, E.A. Kolubaev, S.Y. Tarasov // Physical Mesomechanics. - 2023. - V. 26. -P. 107-125.

24. Zykova, A. Structural Design and Performance Evaluation of Ti6Al4V/5%Cu Produced by Electron-Beam Additive Technology with Simultaneous Double-Wire

Feeding / A. Zykova, A. Vorontsov, A. Nikolaeva, A. Chumaevskii, K. Kalashnikov, D. Gurianov, N. Savchenko, S. Nikonov, E. Kolubaev // Materials Letters. - 2022. - V. 312. - P. 131586.

25. Nikolaeva, A.V. Copper-Bearing Titanium Alloy Prepared by Two-Wire Electron Beam Additive Manufacturing with Enhanced Antibacterial Activity / A.V. Nikolaeva, A.V. Nikonenko, O.V. Bakina, V.R. Chzhou, A.A. Miller, N.G. Rodkevich, A.P. Zykova // Materials Letters. - 2023. - V. 351. - P. 135051.

26. Nikolaeva, A.V. Grain Structure and Mechanical Properties Management for Titanium Alloy in Electron Beam Additive Manufacturing / A.V. Nikolaeva, A.P. Zykova, A.V. Chumaevskii, A.V. Vorontsov, D.A. Gurianov, A.A. Gusarenko // AIP Conference Proceedings. - 2023. - V. 2899. - P. 20104.

27. Singh, N. Selective Laser Manufacturing of Ti-Based Alloys and Composites: Impact of Process Parameters, Application Trends, and Future Prospects / N. Singh, P. Hameed, R. Ummethala, G. Manivasagam, K.G. Prashanth, J. Eckert // Materials Today Advances. - 2020. - V. 8. - P. 100097.

28. Dutta, B. The Additive Manufacturing (AM) of Titanium Alloys / B. Dutta, F.H. Froes // Metal Powder Report. - 2017. - V. 72. - P. 96-106.

29. Herzog, D. Additive Manufacturing of Metals / D. Herzog, V. Seyda, E. Wycisk, C. Emmelmann // Acta Materialia. - 2016. - V. 117. - P. 371-392.

30. Qiu, C. Fabrication of Large Ti-6Al-4V Structures by Direct Laser Deposition / C. Qiu, G.A. Ravi, C. Dance, A. Ranson, S. Dilworth, M.M. Attallah // Journal of Alloys and Compounds. - 2015. - V. 629. - P. 351-361.

31. Wu, X. Direct Laser Fabrication and Microstructure of a Burn-Resistant Ti Alloy / X. Wu, R. Sharman, J. Mei, W. Voice // Materials & Design. - 2002. - V. 23. -P. 239-247.

32. Blackwell, P.L. Laser-Aided Manufacturing Technologies; Their Application to the Near-Net Shape Forming of a High-Strength Titanium Alloy / P.L. Blackwell, A. Wisbey // Journal of Materials Processing Technology. - 2005. - V. 170. - P. 268-276.

33. Kobryn, P.A. The Effect of Laser Power and Traverse Speed on Microstructure, Porosity, and Build Height in Laser-Deposited Ti-6Al-4V / P.A. Kobryn, E.H. Moore, S.L. Semiatin // Scripta Materialia. - 2000. - V. 43. - P. 299-305.

34. Antonysamy, A.A. Effect of Build Geometry on the ß-Grain Structure and Texture in Additive Manufacture of Ti6Al4V by Selective Electron Beam Melting / A.A. Antonysamy, J. Meyer, P.B. Prangnell // Materials Characterization. - 2013. - V. 84. -P. 153-168.

35. Al-Bermani, S.S. The Origin of Microstructural Diversity, Texture, and Mechanical Properties in Electron Beam Melted Ti-6Al-4V / S.S. Al-Bermani, M.L. Blackmore, W. Zhang, I. Todd // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2010. -V. 41. - P. 3422-3434.

36. Bermingham, M.J. Optimising the Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Components Produced by Wire + Arc Additive Manufacturing with Post-Process Heat Treatments / M.J. Bermingham, L. Nicastro, D. Kent, Y. Chen, M.S. Dargusch // Journal of Alloys and Compounds. - 2018. - V. 753. - P. 247-255.

37. Kannan, G.B. A Review on Status of Research in Metal Additive Manufacturing / G.B. Kannan, D.K. Rajendran // Advances in 3D Printing & Additive Manufacturing Technologies. - 2017. - P. 95-100.

38. Ding, D. Wire-Feed Additive Manufacturing of Metal Components: Technologies, Developments and Future Interests / D. Ding, Z. Pan, D. Cuiuri, H. Li // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2015. - V. 81. - P. 465481.

39. Armstrong, M. An Overview of Modern Metal Additive Manufacturing Technology / M. Armstrong, H. Mehrabi, N. Naveed // Journal of Manufacturing Processes. - 2022. - V. 84. - P. 1001-1029.

40. Gong, H. Analysis of Defect Generation in Ti-6Al-4V Parts Made Using Powder Bed Fusion Additive Manufacturing Processes / H. Gong, K. Rafi, H. Gu, T. Starr, B. Stucker // Additive Manufacturing. - 2014. - V. 1-4. - P. 87-98.

41. Merz, B. Camera-Based High Precision Position Detection for Hybrid Additive Manufacturing with Laser Powder Bed Fusion / B. Merz, R. Nilsson, C. Garske, K.

Hilgenberg // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2023. -V. 125. - P. 2409-2424.

42. Kanishka, K. Revolutionizing Manufacturing: A Comprehensive Overview of Additive Manufacturing Processes, Materials, Developments, and Challenges / K. Kanishka, B. Acherjee // Journal of Manufacturing Processes. - 2023. - V. 107. - P. 574619.

43. Kolamroudi, M.K. Developments on Electron Beam Melting (EBM) of Ti-6Al-4V: A Review / M.K. Kolamroudi, M. Asmael, M. Ilkan, N. Kordani // Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2021. - V. 74. - P. 783-790.

44. Shipley, H. Optimisation of Process Parameters to Address Fundamental Challenges during Selective Laser Melting of Ti-6Al-4V: A Review / H. Shipley, D. McDonnell, M. Culleton, R. Coull, R. Lupoi, G. O'Donnell, D. Trimble // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 2018. - V. 128. - P. 1-20.

45. Bayraktar, §. Comparison of the SLM, SLS, and DLMS Techniques in Additive Manufacture of AlSi10Mg Alloys / §. Bayraktar, C. Alparslan // Innovations in Sustainable Manufacturing Research and Development. - 2023. - P. 231-253.

46. Yan, C. Ti-6Al-4V Triply Periodic Minimal Surface Structures for Bone Implants Fabricated via Selective Laser Melting / C. Yan, L. Hao, A. Hussein, P. Young // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2015. - V. 51. - P. 6173.

47. Svetlizky, D. Directed Energy Deposition (DED) Additive Manufacturing: Physical Characteristics, Defects, Challenges and Applications / D. Svetlizky, M. Das, B. Zheng, A.L. Vyatskikh, S. Bose, A. Bandyopadhyay, J.M. Schoenung, E.J. Lavernia, N. Eliaz // Materials Today. - 2021. - V. 49. - P. 271-295.

48. Hegab, H. Design for Sustainable Additive Manufacturing: A Review / H. Hegab, N. Khanna, N. Monib, A. Salem // Sustainable Materials and Technologies. -2023. - V. 35. - Article e00576.

49. Hamilton, J.D. Mechanical Behavior of Bimetallic Stainless Steel and Gray Cast Iron Repairs via Directed Energy Deposition Additive Manufacturing / J.D.

Hamilton, S. Sorondo, B. Li, H. Qin, I.V. Rivero // Journal of Manufacturing Processes. - 2023. - V. 85. - P. 1197-1207.

50. Kumar, S. Composites by Rapid Prototyping Technology / S. Kumar, J.P. Kruth // Materials & Design. - 2010. - V. 31. - P. 850-856.

51. Lin, Z. A Review on Wire and Arc Additive Manufacturing of Titanium Alloy / Z. Lin, K. Song, X. Yu // Journal of Manufacturing Processes. - 2021. - V. 70. - P. 2445.

52. Williams, S.W. Wire + Arc Additive Manufacturing / S.W. Williams, F. Martina, A.C. Addison, J. Ding, G. Pardal, P. Colegrove // Materials Science and Technology. - 2016. - V. 32. - P. 641-647.

53. Xu, J. Microstructure and Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Alloy Fabricated Using Electron Beam Freeform Fabrication / J. Xu, J. Zhu, J. Fan, Q. Zhou, Y. Peng, S. Guo // Vacuum. - 2019. - V. 167. - P. 364-373.

54. Nguyen, H.D. A Critical Review on Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V Alloy: Microstructure and Mechanical Properties / H.D. Nguyen, A. Pramanik, A.K. Basak, Y. Dong, C. Prakash, S. Debnath, S. Shankar, I.S. Jawahir, S. Dixit, D. Buddhi // Journal of Materials Research and Technology. - 2022. - V. 18. - P. 4641-4661.

55. Zhang, L.C. Additive Manufacturing of Titanium Alloys by Electron Beam Melting: A Review / L.C. Zhang, Y. Liu, S. Li, Y. Hao // Advanced Engineering Materials. - 2018. - V. 20. - 1700842.

56. Liu, S. Additive Manufacturing of Ti6Al4V Alloy: A Review / S. Liu, Y.C. Shin // Materials & Design. - 2019. - V. 164. - P. 107552.

57. Frazier, W.E. Metal Additive Manufacturing: A Review / W.E. Frazier // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2014. - V. 23. - P. 1917-1928.

58. Saboori, A. An Overview of Additive Manufacturing of Titanium Components by Directed Energy Deposition: Microstructure and Mechanical Properties / A. Saboori, D. Gallo, S. Biamino, P. Fino, M. Lombardi // Applied Sciences. - 2017. - V. 7. - P. 883.

59. Basak, A. Epitaxy and Microstructure Evolution in Metal Additive Manufacturing / A. Basak, S. Das // Annual Review of Materials Research. - 2016. - V. 46. - P. 125-149.

60. Kalashnikov, K.N. Defect Formation in Titanium Alloy During Non-Stationary Process of Local Metallurgy / K.N. Kalashnikov, A.V. Chumaevskii, T.A. Kalashnikova, K.S. Osipovich, E.A. Kolubaev // Russian Physics Journal. - 2020. - V. 63. - P. 962967.

61. Zhao, X. Comparison of the Microstructures and Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Fabricated by Selective Laser Melting and Electron Beam Melting / X. Zhao, S. Li, M. Zhang, Y. Liu, T.B. Sercombe, S. Wang, Y. Hao, R. Yang, L.E. Murr // Materials & Design. - 2016. - V. 95. - P. 21-31.

62. Qiu, C. Microstructure and Tensile Properties of Selectively Laser-Melted and of HIPed Laser-Melted Ti-6Al-4V / C. Qiu, N.J.E. Adkins, M.M. Attallah // Materials Science and Engineering A. - 2013. - V. 578. - P. 230-239.

63. Book, T.A. Strain Localization in Ti-6Al-4V Widmanstâtten Microstructures Produced by Additive Manufacturing / T.A. Book, M.D. Sangid // Materials Characterization. - 2016. - V. 122. - P. 104-112.

64. Moridi, A. Deformation and Failure Mechanisms of Ti-6Al-4V as Built by Selective Laser Melting / A. Moridi, A.G. Demir, L. Caprio, A.J. Hart, B. Previtali, B.M. Colosimo // Materials Science and Engineering A. - 2019. - V. 768. - P. 138456.

65. Yang, J. Formation and Control of Martensite in Ti-6Al-4V Alloy Produced by Selective Laser Melting / J. Yang, H. Yu, J. Yin, M. Gao, Z. Wang, X. Zeng // Materials & Design. - 2016. - V. 108. - P. 308-318.

66. Gorsse, S. Additive Manufacturing of Metals: A Brief Review of the Characteristic Microstructures and Properties of Steels, Ti-6Al-4V and High-Entropy Alloys / S. Gorsse, C. Hutchinson, M. Gouné, R. Banerjee // Science and Technology of Advanced Materials. - 2017. - V. 18. - P. 584-610.

67. Narra, S.P. Location Specific Solidification Microstructure Control in Electron Beam Melting of Ti-6Al-4V / S.P. Narra, R. Cunningham, J. Beuth, A.D. Rollett // Additive Manufacturing. - 2018. - V. 19. - P. 160-166.

68. Galarraga, H. Effects of Heat Treatments on Microstructure and Properties of Ti-6Al-4V ELI Alloy Fabricated by Electron Beam Melting (EBM) / H. Galarraga, R.J.

Warren, D.A. Lados, R.R. Dehoff, M.M. Kirka, P. Nandwana // Materials Science and Engineering A. - 2017. - V. 685. - P. 417-428.

69. Galarraga, H. Effects of the Microstructure and Porosity on Properties of Ti-6A1-4V ELI Alloy Fabricated by Electron Beam Melting (EBM) / H. Galarraga, D.A. Lados, R.R. Dehoff, M.M. Kirka, P. Nandwana // Additive Manufacturing. - 2016. - V. 10. - P. 47-57.

70. Bertsch, K.M. Critical Differences Between Electron Beam Melted and Selective Laser Melted Ti-6Al-4V / K.M. Bertsch, T. Voisin, J.B. Forien, E. Tiferet, Y.I. Ganor, M. Chonin, Y.M. Wang, M.J. Matthews // Materials & Design. - 2022. - V. 216.

- P. 110533.

71. Beese, A.M. Review of Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Made by Laser-Based Additive Manufacturing Using Powder Feedstock / A.M. Beese, B.E. Carroll // JOM. - 2016. - V. 68. - P. 724-734.

72. Voisin, T. Defects-Dictated Tensile Properties of Selective Laser Melted Ti-6Al-4V / T. Voisin, N.P. Calta, S.A. Khairallah, J.B. Forien, L. Balogh, R.W. Cunningham, A.D. Rollett, Y.M. Wang // Materials & Design. - 2018. - V. 158. - P. 113-126.

73. Kok, Y. Anisotropy and Heterogeneity of Microstructure and Mechanical Properties in Metal Additive Manufacturing: A Critical Review / Y. Kok, X.P. Tan, P. Wang, M.L.S. Nai, N.H. Loh, E. Liu, S.B. Tor // Materials & Design. - 2018. - V. 139.

- P. 565-586.

74. Amsterdam, E. High Cycle Fatigue of Laser Beam Deposited Ti-6Al-4V and Inconel 718 / E. Amsterdam, G.A. Kool // Proceedings of the 25th Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF). - 2009. - P. 1261-1274.

75. Zhai, Y. Fatigue Crack Growth Behavior and Microstructural Mechanisms in Ti-6Al-4V Manufactured by Laser Engineered Net Shaping / Y. Zhai, D.A. Lados, E.J. Brown, G.N. Vigilante // International Journal of Fatigue. - 2016. - V. 93. - P. 51-63.

76. Sandgren, H.R. Characterization of Fatigue Crack Growth Behavior in LENS Fabricated Ti-6Al-4V Using High-Energy Synchrotron X-Ray Microtomography / H.R.

Sandgren, Y. Zhai, D.A. Lados, P.A. Shade, J.C. Schuren, M.A. Groeber, P. Kenesei, A.G. Gavras // Additive Manufacturing. - 2016. - V. 12. - P. 132-141.

77. Zykova, A. Effect of "ColdArc" WAAM Regime and Arc Torch Weaving on Microstructure and Properties of As-Built and Subtransus Quenched Ti-6Al-4V / A. Zykova, N. Savchenko, A. Nikolaeva, A. Panfilov, A. Vorontsov, V. Semenchuk, D. Gurianov, E. Kolubaev, S. Tarasov // Materials. - 2024. - V. 17. - P. 2325.

78. Akerfeldt, P. Electron Backscatter Diffraction Characterization of Fatigue Crack Growth in Laser Metal Wire Deposited Ti-6Al-4V / P. Akerfeldt, M.H. Colliander, R. Pederson, M.L. Antti // Materials Characterization. - 2018. - V. 135. - P. 245-256.

79. Bruschi, S. Coupling Machining and Heat Treatment to Enhance the Wear Behaviour of an Additive Manufactured Ti6Al4V Titanium Alloy / S. Bruschi, R. Bertolini, A. Ghiotti // Tribology International. - 2017. - V. 116. - P. 58-68.

80. Li, R. Investigation on Thermal Stress Evolution Induced by Wire and Arc Additive Manufacturing for Circular Thin-Walled Parts / R. Li, J. Xiong, Y. Lei // Journal of Manufacturing Processes. - 2019. - V. 40. - P. 59-67.

81. Zykova, A. Microstructural and Phase Evolution of Ti6Al4V in Electron Beam Wire Additive Manufacturing and on the Subtransus Quenching and Normalization / A. Zykova, A. Panfilov, A. Vorontsov, V. Shmakov, N. Savchenko, D. Gurianov, A. Gusarenko, V. Utyaganova, V. Krasnoveikin, S. Tarasov // Materials Science and Engineering A. - 2024. - V. 898. - P. 146384.

82. Zhang, X.Y. Effect of Subtransus Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Additively Manufactured Ti-6Al-4V Alloy / X.Y. Zhang, G. Fang, S. Leeflang, A.J. Bottger, A.A. Zadpoor, J. Zhou // Journal of Alloys and Compounds. - 2018. - V. 735. - P. 1562-1575.

83. Yan, M. An Overview of Densification, Microstructure and Mechanical Property of Additively Manufactured Ti-6Al-4V - Comparison among Selective Laser Melting, Electron Beam Melting, Laser Metal Deposition and Selective Laser Sintering, and with Conventional Powder / M. Yan, P. Yu; edited by A. Lakshmanan. - London: IntechOpen Limited, 2015.

84. Kazantseva, N. Martensitic Transformations in Ti-6Al-4V (ELI) Alloy Manufactured by 3D Printing / N. Kazantseva, P. Krakhmalev, M. Thuvander, I. Yadroitsev, N. Vinogradova, I. Ezhov // Materials Characterization. - 2018. - V. 146. -P. 101-112.

85. Karthik, G.M. Heterogeneous Aspects of Additive Manufactured Metallic Parts: A Review / G.M. Karthik, H.S. Kim // Metals and Materials International. - 2021. - V. 27. - P. 1-39.

86. Bermingham, M.J. Beryllium as a Grain Refiner in Titanium Alloys / M.J. Bermingham, S.D. McDonald, D.H. StJohn, M.S. Dargusch // Journal of Alloys and Compounds. - 2009. - V. 481. - P. L20-L23.

87. Zhang, D. Additive Manufacturing of Ultrafine-Grained High-Strength Titanium Alloys / D. Zhang, D. Qiu, M.A. Gibson, Y. Zheng, H.L. Fraser, D.H. StJohn, M.A. Easton // Nature. - 2019. - V. 576. - P. 91-95.

88. Mosallanejad, M.H. In-Situ Alloying of a Fine Grained Fully Equiaxed Ti-Based Alloy via Electron Beam Powder Bed Fusion Additive Manufacturing Process / M.H. Mosallanejad, B. Niroumand, C. Ghibaudo, S. Biamino, A. Salmi, P. Fino, A. Saboori // Additive Manufacturing. - 2022. - V. 56. - P. 102878.

89. Shi, Y. Alloying Strategies for Additive Manufacturing of Ti6Al4V Based Alloys, Composites and Functionally Graded Materials: Microstructure and Phase Evolution of Intra and Inter-Layer / Y. Shi, S. Gong, H. Xu, Z. Wang, G. Yang, B. Qi // Journal of Materials Research and Technology. - 2023. - V. 27. - P. 6225-6263.

90. Bermingham, M.J. Promoting the Columnar to Equiaxed Transition and Grain Refinement of Titanium Alloys During Additive Manufacturing / M.J. Bermingham, D.H. StJohn, J. Krynen, S. Tedman-Jones, M.S. Dargusch // Acta Materialia. - 2019. -V. 168. - P. 261-274.

91. Yang, Y.F. The Effect of Lanthanum Boride on the Sintering, Sintered Microstructure and Mechanical Properties of Titanium and Titanium Alloys / Y.F. Yang, S.D. Luo, M. Qian // Materials Science and Engineering A. - 2014. - V. 618. - P. 447455.

92. Kartavykh, A.V. Lanthanum Hexaboride as Advanced Structural Refiner/Getter in TiAl-Based Refractory Intermetallics / A.V. Kartavykh, E.A. Asnis, N.V. Piskun, I.I. Statkevich, M.V. Gorshenkov, V.V. Tcherdyntsev // Journal of Alloys and Compounds. - 2014. - V. 588. - P. 122-126.

93. Kennedy, J.R. The Potential for Grain Refinement of Wire-Arc Additive Manufactured (WAAM) Ti-6Al-4V by ZrN and TiN Inoculation / J.R. Kennedy, A.E. Davis, A.E. Caballero, S. Williams, E.J. Pickering, P.B. Prangnell // Additive Manufacturing. - 2021. - V. 40. - P. 101928.

94. Xue, A. Influence of Trace Boron Addition on Microstructure, Tensile Properties and Their Anisotropy of Ti6Al4V Fabricated by Laser Directed Energy Deposition / A. Xue, X. Lin, L. Wang, J. Wang, W. Huang // Materials & Design. - 2019. - V. 181. - P. 107943.

95. Wang, Q. Laser Powder Bed Fusion Additive Manufacturing of Ti6Al4V-Matrix Composite with Outstanding Hardness/Strength: Microstructural Evolution and Performance Enhancement Mechanisms / Q. Wang, B. Jiao, J. Liu, M. Li, H. Zhang, Z. Huang, S. Zhang // Materials Science and Engineering A. - 2024. - V. 910. - P. 146923.

96. Mereddy, S. Grain Refinement of Wire Arc Additively Manufactured Titanium by the Addition of Silicon / S. Mereddy, M.J. Bermingham, D.H. StJohn, M.S. Dargusch // Journal of Alloys and Compounds. - 2017. - V. 695. - P. 2097-2103.

97. Wang, X. Fe Element Promotes the Transformation from Columnar to Equiaxed Grains and the Formation of Ultrafine Microstructure of Ti-6Al-4V Alloy by Laser Wire Deposition / X. Wang, L.J. Zhang, J. Ning, S. Li, L.L. Zhang, J. Long, W. Ma // Additive Manufacturing. - 2021. - V. 48. - P. 102442.

98. Simonelli, M. The Influence of Iron in Minimizing the Microstructural Anisotropy of Ti-6Al-4V Produced by Laser Powder-Bed Fusion / M. Simonelli, D.G. McCartney, P. Barriobero-Vila, N.T. Aboulkhair, Y.Y. Tse, A. Clare, R. Hague // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2020. - V. 51. - P. 2444-2459.

99. Huber, F. In Situ Formation of a Metastable P-Ti Alloy by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) of Vanadium and Iron Modified Ti-6Al-4V / F. Huber, T. Papke, C. Scheitler, L. Hanrieder, M. Merklein, M. Schmidt // Metals. - 2018. - V. 8. - P. 1067.

100. Cardoso, F.F. Hexagonal Martensite Decomposition and Phase Precipitation in Ti-Cu Alloys / F.F. Cardoso, A. Cremasco, R.J. Contieri, E.S.N. Lopes, C.R.M. Afonso, R. Caram // Materials & Design. - 2011. - V. 32. - P. 4608-4613.

101. Hayama, A.O.F. Effects of Composition and Heat Treatment on the Mechanical Behavior of Ti-Cu Alloys / A.O.F. Hayama, P.N. Andrade, A. Cremasco, R.J. Contieri, C.R.M. Afonso, R. Caram // Materials & Design. - 2014. - V. 55. - P. 1006-1013.

102. Li, X. Developing Cu Modified Ti6Al4V Alloys with a Combination of High Strength and Ductility by Electron Beam Freeform Fabrication / X. Li, Z. Yao, X. Tao, M. Yao, S. Zhang // Vacuum. - 2021. - V. 194. - P. 110638.

103. Sui, S. Achieving Grain Refinement and Ultrahigh Yield Strength in Laser Aided Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V Alloy by Trace Ni Addition / S. Sui, Y. Chew, F. Weng, C. Tan, Z. Du, G. Bi // Virtual and Physical Prototyping. - 2021. - V. 16. - P. 417-427.

104. Chowdhury, S. Laser Powder Bed Fusion: A State-of-the-Art Review of the Technology, Materials, Properties & Defects, and Numerical Modelling / S. Chowdhury, N. Yadaiah, C. Prakash, S. Ramakrishna, S. Dixit, L.R. Gupta, D. Buddhi // Journal of Materials Research and Technology. - 2022. - V. 20. - P. 2109-2172.

105. Easton, M.A. Recent Advances in Grain Refinement of Light Metals and Alloys / M.A. Easton, M. Qian, A. Prasad, D.H. StJohn // Current Opinion in Solid State and Materials Science. - 2016. - V. 20. - P. 13-24.

106. ГОСТ 27265-87 Проволока сварочная из титана и титановых сплавов. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 25 с.

107. ГОСТ 16130-90 Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 21 с.

108. ГОСТ 2246-70 Проволока стальная сварочная. Технические условия. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 19 с.

109. ГОСТ 19807-91 Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки. -М.: Изд-во стандартов, 1991. - 9 с.

110. Spacings, L. The Cu-Ti (Copper-Titanium) system / L. Spacings, T.

Properties // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. - 1983. - V. 4. - P. 81-95.

111. ГОСТ Р ИСО 643-2015 Сталь. Металлографическое определение наблюдаемого размера зерна. - М.: Стандартинформ, 2016. - 35 с.

112. Горелик, С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ / С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков. - М.: Металлургия, 1970. - 366 с.

113. Борисова, Е.А. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / Е.А. Борисова, Г.А. Бочвар, М.Я. Брун [и др.]; под ред. С.Г. Глазунова, Б.А. Колачёва. - М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

114. ГОСТ 2999-75 (СТ СЭВ 470-77) Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 31 с.

115. ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84) Металлы. Методы испытаний на растяжение. - М.: Стандартинформ, 2008. - 26 с.

116. DebRoy, T. Additive Manufacturing of Metallic Components - Process, Structure and Properties / T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback, T. Mukherjee, J.W. Elmer, J.O. Milewski, A.M. Beese, A. Wilson-Heid, A. De, W. Zhang // Progress in Materials Science. - 2018. - V. 92. - P. 112-224.

117. Schneider-Maunoury, C. Functionally Graded Ti6Al4V-Mo Alloy Manufactured with DED-CLAD® Process / C. Schneider-Maunoury, L. Weiss, P. Acquier, D. Boisselier, P. Laheurte // Additive Manufacturing. - 2017. - V. 17. - P. 5566.

118. Byun, Y. Effects of Cr and Fe Addition on Microstructure and Tensile Properties of Ti-6Al-4V Prepared by Direct Energy Deposition / Y. Byun, S. Lee, S.M. Seo, J.T. Yeom, S.E. Kim, N. Kang, J. Hong // Metals and Materials International. - 2018.

- V. 24. - P. 1213-1220.

119. Devaraj, A. Competing Martensitic, Bainitic, and Pearlitic Transformations in a Hypoeutectoid Ti-5Cu Alloy / A. Devaraj, S. Nag, B.C. Muddle, R. Banerjee // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science.

- 2011. - V. 42. - P. 1139-1143.

120. Mei, W. Martensitic Transformation from ß to a' and a" Phases in Ti-V Alloys: A First-Principles Study / W. Mei, J. Sun, Y. Wen // Journal of Materials Research. - 2017. - V. 32. - P. 3183-3190.

121. Obasi, G.C. Effect of ß Grain Growth on Variant Selection and Texture Memory Effect During a ^ ß ^ a Phase Transformation in Ti-6Al-4V / G.C. Obasi, S. Birosca, J. Quinta Da Fonseca, M. Preuss // Acta Materialia. - 2012. - V. 60. - P. 10481058.

122. Ильин, А.А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства / А.А. Ильин, Б.А. Колачёв, И.С. Полькин. - М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. - 520 с.

123. Александров, В.К. Полуфабрикаты из титановых сплавов / В.К. Александров, Н.Ф. Аношкин, Г.А. Бочвар [и др.]; под ред. Н.Ф. Аношкина, М.З. Ерманок. - М.: Металлургия, 1979. - 512 с.

124. Lin, Z. A Study of Cu Modified Ti-6Al-4V Deposits Fabricated by Wire-Arc Directed Energy Deposition: Alloy Design, Microstructure, and Mechanical Properties / Z. Lin, K. Song, Z. Zhu, K. Guo, W. Ya, J. Xiao, X. Yu // Materials Science and Engineering A. - 2023. - V. 887. - P. 145750.

125. Hunt, J.D. Steady State Columnar and Equiaxed Growth of Dendrites and Eutectic / J.D. Hunt // Materials Science and Engineering. - 1984. - V. 65. - P. 75-83.

126. Luo, P. A Modified Hall-Petch Relationship in Ultrafine-Grained Titanium Recycled from Chips by Equal Channel Angular Pressing / P. Luo, D.T. McDonald, W. Xu, S. Palanisamy, M.S. Dargusch, K. Xia // Scripta Materialia. - 2012. - V. 66. - P. 785-788.

127. Трефилов, В.И. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов / В.И. Трефилов, В.Ф. Моисеев, Э.П. Печковский, И.Д. Горная, А.Д. Васильев; под ред. В.И. Трефилова. - Киев: Наукова думка, 1989. - 256 с.

128. Luo, P. Analysis of Microstructure and Its Effect on Yield Strength of Pure Alpha-Titanium Consolidated by Equal Channel Angular Pressing / P. Luo // Materials Transactions. - 2018. - V. 59. - P. 1161-1165.

129. Chong, Y. Yielding Nature and Hall-Petch Relationships in Ti-6Al-4V Alloy with Fully Equiaxed and Bimodal Microstructures / Y. Chong, G. Deng, S. Gao, J. Yi, A. Shibata, N. Tsuji // Scripta Materialia. - 2019. - V. 172. - P. 77-82.

130. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. - М.: МИСИС, 2005. - 423 с.

131. Zykova, A. In Situ Intermetallics-Reinforced Composite Prepared Using Multi-Pass Friction Stir Processing of Copper Powder on a Ti6Al4V Alloy / A. Zykova, A. Vorontsov, A. Chumaevskii, D. Gurianov, N. Savchenko, A. Gusarova, E. Kolubaev, S. Tarasov // Materials. - 2022. - V. 15. - P. 2428.

132. Yao, X. Effect of Ti2Cu Precipitates on Mechanical Behavior of Ti-2.5Cu Alloy Subjected to Different Heat Treatments / X. Yao, Q.Y. Sun, L. Xiao, J. Sun // Journal of Alloys and Compounds. - 2009. - V. 484. - P. 196-202.

133. Гольдштейн, М.И. Металлофизика высокопрочных сплавов / М.И. Гольдштейн, В.С. Литвинов, Б.М. Бронфин. - М.: Металлургия, 1986. - 312 с.

134. Welk, B.A. Use of Alloying to Effect an Equiaxed Microstructure in Additive Manufacturing and Subsequent Heat Treatment of High-Strength Titanium Alloys / B.A. Welk, N. Taylor, Z. Kloenne, K.J. Chaput, S. Fox, H.L. Fraser // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2021. - V. 52. - P. 5367-5380.

135. Kriegel, M.J. Thermal Stability of Athermal ®-Ti(Fe) Produced upon Quenching of ß-Ti(Fe) / M.J. Kriegel, A. Kilmametov, V. Klemm, C. Schimpf, B.B. Straumal, A.S. Gornakova, Y. Ivanisenko, O. Fabrichnaya, H. Hahn, D. Rafaja // Advanced Engineering Materials. - 2019. - V. 21. - P. 1800158.

136. Ahmed, M. The evolution of microstructure and mechanical properties of Ti-5Al-5Mo-5V-2Cr-1Fe during ageing / M. Ahmed, T. Li, G. Casillas, J.M. Cairney, D. Wexler, E.V. Pereloma // Journal of Alloys and Compounds. - 2015. - V. 629. - P. 260273.

137. Koul, M.K. Omega phase embrittlement in aged Ti-V / M.K. Koul, J.F. Breedis // Metallurgical and Materials Transactions. - 1970. - V. 1. - P. 1451-1452.

138. Devaraj, A. Experimental evidence of concurrent compositional and structural instabilities leading to ю precipitation in titanium-molybdenum alloys / A. Devaraj, S. Nag, R. Srinivasan, R.E.A. Williams, S. Banerjee, R. Banerjee, H.L. Fraser // Acta Materialia. - 2012. - V. 60. - P. 596-609.

139. Louzguine, D.V. High-strength binary Ti-Fe bulk alloys with enhanced ductility / D.V. Louzguine, H. Kato, L.V. Louzguina, A. Inoue // Journal of Materials Research. - 2004. - V. 19. - P. 3600-3606.

140. Liu, Y. Development of an additively manufactured metastable beta titanium alloy with a fully equiaxed grain structure and ultrahigh yield strength / Y. Liu, L. Xu, C. Qiu // Additive Manufacturing. - 2022. - V. 60. - P. 103208.

141. Klein, T. Phase decomposition upon heat-treatment of a eutectoid Ti-Fe alloy processed by dual-wire-arc additive manufacturing / T. Klein, M.J. Paul, C. Simson, J. Niedermayer, B. Gludovatz // Materials Letters. - 2022. - V. 319. - P. 132305.

124

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Акт испытаний электронно-лучевой аддитивной технологии для получения изделий на основе сплава ВТ6 при дополнительном легировании медью или железом для авиа- и ракетно-космического назначения

ПРИЛОЖЕНИЕ А