ВВЕДЕНИЕ 4
РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Аддитивное производство 6
1.2 Виды аддитивного производства 9
1.2.1 Прямое лазерное спекание металлов 9
1.2.2 Селективное лазерное спекание 10
1.2.3 Проволочно-дуговое аддитивное производство 11
1.2.4 Дуговая сварка плавящимся электродом в среде инертного газа 12
1.2.5 Холодный перенос металла 14
1.2.6 Плазменная дуговая сварка 15
1.2.7. Электронно-лучевая плавка металлической проволоки 16
1.3 Титан и сплавы на его основе 17
1.4 Виды превращения в титановых сплавах 21
РАЗДЕЛ 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 28
2.1 Материал исследования 28
2.2 Методика подготовки образцов 30
2.3 Определение среднего размера структурного элемента по методу
случайных секущих 31
2.4 Растровая электронная микроскопия 32
2.6 Испытания на растяжение 37
РАЗДЕЛ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 38
3.1 Исследование влияния ультразвукового воздействия на
микроструктуру стенки из титанового сплава ВТ6, наплавленного по
технологии WAAM 38
3.3 Испытания на растяжение 41
3.3 Образец сплава Ti6Al4V полученный с использованием WAAM
технологии (GEFERTEC) 47
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58
Титан и сплавы на его основе имеют широкое применение в различных областях промышленности, благодаря сбалансированному диапазону свойств: коррозионная стойкость, достаточная пластичность, значительная прочность при комнатной температуре, а также способность сохранения этих свойств в работе при высоких температурах им нашлось применение в аэрокосмической, автомобильной промышленности, а также изготовления имплантов. Существует несколько видов титановых сплавов, в данной работе исследуемым сплавом является a+0-титановый сплав ВТ6 и его зарубежный аналог Ti-6Al-4V компании Gefertec (Германия). Смесь из а- и P-стабилизирующих элементов свойства данного сплава дает возможность термической обработки, при помощи которой регулируется микроструктура и характер выделений P-фазы, влияющих на механические свойства.
Формирование микроструктуры а+Р-титановых сплавов в общем случае зависит от природы и состава сплава и контролируется в процессе термических обработок, последние зачастую имеют ряд недостатков такие как значительные денежные затраты, большой расход материала, а также непригодность в производстве деталей сложных форм. В настоящее время одним из способов их решения являются аддитивные технологии. Аддитивные технологии позволяют решить недостатки традиционных методов, к примеру, соотношение количества израсходованного материала к готовой детали методами АП составляет 1:1[1], тогда как при изготовлении аналогичных деталей из листовых заготовок, получаемых резкой с последующей сваркой, этот показатель составляет 4:9[1]. При этом механические свойства получаемых деталей близки, а иногда по некоторым показателям превосходят полученные традиционными способами аналоги. Кроме того, процесс аддитивного производства дает возможность кастомизации изделия и регулирования микроструктуры образцов.
В настоящей работе проводится исследование влияния условий наплавки, проводимой с использованием метода проволочно-дугового аддитивного производства, на микроструктуру образцов титанового сплава ВТ6, а также сравнительный анализ полученных образцов с материалом из сплава Ti6Al4V, произведенным на оборудовании компании Gefertec (Германия).
1. Анализ микроструктуры показали, что во всех исследованных в работе материалах формируется характерная для сплава ВТ6 видманштеттова структура. Так же во всех образцах наблюдается образование отдельных областей в зонах термического влияния, появление которых связано с протеканием а+р^р превращения.
2. Исследования влияния ультразвукового воздействия на микроструктуру наплавленных слоев титанового сплава ВТ6 показало, что в случае подведения ультразвукового волновода формируется структура с существенно меньшим средним размером зерна по сравнению с микроструктурой, полученной без ультразвукового воздействия.
3. Испытания на растяжения показали, что значение предела прочности и пластичность сплава ВТ6, наплавленного в условиях воздействия ультразвука, сравнимы с соответствующими значениями для сплава Ti6Al4V, наплавленного методами WAAM, известных производителей.
4. В результате исследования образца сплава ВТ6, наплавленного методом TIG с использованием проволоки производства АО ЧМЗ, было обнаружено, что в структуре материала имеются единичные дефекты двух типов: газовые поры размерами до 5 мкм и дефекты неправильной формы, расположенные строчечно. Появление последних предположительно связанно с загрязнениями, на поверхности проволоки, использованной при наплавке. Тем не менее дефектность полученного материала существенно ниже чем у образца производства Gefertec.
