Властивості решітчастих структур Ti-6Al-4V із in-situ легуванням та функціональним градієнтом
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute
Анотація
Проблематика. Об’єктом дослідження є решітчасті структури з титанових сплавів Ti-6Al-4V, виготовлені за допомогою методів selective laser melting (SLM) та laser powder bed fusion (LPBF), включно з in-situ легованими та функціонально градієнтними варіантами. Проблема полягає у відсутності систематизованих даних щодо взаємозв’язку технологічних параметрів процесу адитивного виробництва, мікроструктури матеріалу та його механічних властивостей, що обмежує застосування таких матеріалів у авіаційній та космічній промисловості. Мета дослідження. Визначення впливу in-situ легування та функціонального градієнту решітчастих структур на формування мікроструктури, модуль пружності, міцність і енергопоглинальні властивості Ti-6Al-4V, отриманого методом SLM/LPBF. Методика реалізації. Експериментальні зразки з Ti-6Al-4V–3 % Cr виготовлялися шляхом SLM/LPBF із контрольованими параметрами енергетичної щільності та сканування. Для оцінки структури застосовували рентгенівську дифрактометрію (XRD), електронну мікроскопію (SEM, EBSD, EDS), а також аналіз геометрії решітчастих структур. Паралельно використовували комп’ютерне моделювання методом кінцевих елементів (FEM) для прогнозування механічної поведінки. Результати дослідження. Отримані результати демонструють, що in-situ легування Cr дозволяє стабілізувати b-фазу та контролювати розподіл a + b мікроструктури, підвищуючи міцність та жорсткість сплаву (UTS до 1050 МПа, відносне видовження 8–10 %). Решітчасті структури еліптичної та спіральної геометрії показали максимальний модуль пружності 0,76 ГПа та 0,41 ГПа відповідно, при одночасному зниженні маси конструкцій. Функціонально градієнтні решітчасті структури із змінним діаметром стержнів
(1–1,2 мм) забезпечили більш ефективне передавання напружень і контрольовану локальну жорсткість. Спостережений ефект пояснюється впливом підготовки підкладки та циклічного нагріву під час LPBF, що сприяло дифузійному розпаду мартенситу a¢, стабілізації b-фази та зменшенню концентрацій напружень у критичних ділянках решітки. Висновки. Особливістю роботи є поєднання in-situ легування та функціонального градієнту геометрії, що дозволяє досягти оптимального співвідношення міцність/маса, підвищити енергопоглинальні властивості матеріалу та забезпечити контрольовану механічну відповідь по всьому об’єму деталі. Сфера практичного застосування охоплює авіаційну й космічну техніку, де критично важливе зменшення маси при високій жорсткості та міцності деталей, а також можливе використання у структурних компонентах із підвищеною вимогою до стійкості до локальних навантажень.
Опис
Ключові слова
решітчасті структури, Ti-6Al-4V, SLM, LPBF, in-situ легування, функціонально градієнтні матеріали, механічні властивості, модуль пружності, міцність, анізотропія, lattice structures, Ti-6Al-4V, SLM, LPBF, in-situ alloying, functionally graded materials, mechanical properties, elastic modulus, strength, anisotropy
Бібліографічний опис
Кирилаха, С. В. Властивості решітчастих структур Ti-6Al-4V із in-situ легуванням та функціональним градієнтом / С. В. Кирилаха // Mechanics and Advanced Technologies. – 2025. – Vol. 9, No. 4(107). – P. 469–482. – Bibliogr.: 20 ref.