Прогнозування структури і механічних властивостей титанового сплаву ВТ6 при пошаровому формуванні 3D виробів за допомогою адитивної технології електронно-променевого наплавлення

Autor: Stepan Kandala, Dmitrii Kovalchuk, Andrey Babenko, Oleg Makhnenko, Nikita Ananchenko
Rok vydání: 2018
Předmět:
Cladding (metalworking)
titanium alloys
additive technology
cooling rate
microstructure
grain size
mechanical properties
mathematical modeling
Materials science
Alloy
Titanium alloy
engineering.material
Microstructure
Титановые сплавы
аддитивная технология
скорость охлаждения
микроструктура
размер зерна
механические свойства
математическое моделирование
Grain size
титанові сплави
адитивна технологія
швидкість охолодження
мікроструктура
розмір зерна
механічні властивості
математичне моделювання
Residual stress
Electron beam welding
engineering
Cathode ray
Composite material
Zdroj: Mechanics and Advanced Technologies; № 3(84) (2018); 5-14
ISSN: 2522-4255
2521-1943
Popis: The problem of providing the necessary operational properties of titanium alloy structural elements produced by additive technologies using filler materials, in particular xBeam 3D Metal Printer electron beam welding technology, is considered. An analytical review of the existing data on the dependence of mechanical properties, grain size and microstructure of the titanium alloy Ti-6Al-4V on the cooling rate of the material has been carried out. On the base of mathematical modeling, temperature fields in the process of multilayer formation of a 3D fillet sample from Ti-6Al-4V alloy, residual stress and distortions are determined. Then macro and microstructure, as well as mechanical properties of the sample material are predicted. Comparison with the results of the experimental study of the macrostructure showed satisfactory accuracy of the modeling. The developed approach can be used to predict the macrostructure and mechanical properties of titanium alloy products obtained by additive layer-forming technologies. But there is a need to obtain experimental data for high cooling rates of material in the range of 100-700 degrees/c.
Рассмотрена проблема обеспечения необходимых эксплуатационных свойств конструкционных элементов из титанового сплава, полученные с помощью аддитивных технологий с использованием присадочных материалов, в частности, технологии электронно-лучевого наплавки xBeam 3D Metal Printer. Проведенный аналитический обзор существующих данных относительно зависимости механических свойств, размера зерна и микроструктурного состава титанового сплава ВТ6 от скорости охлаждения материала. На основе математического моделирования определены температурные поля в процессе послойного формирования 3D таврового образца из сплава ВТ6, остаточные напряжения и деформации формоизменения. Сделаны прогнозные оценки макро и микроструктуры, а также механических свойств материала образца. Сравнение с результатами экспериментального исследования макроструктуры показало удовлетворительную точность моделирования. Разработанный подход может использоваться для прогнозирования макроструктуры и механических свойств изделий из титановых сплавов, полученных с помощью аддитивных технологий послойного формирования. Но есть потребность получения экспериментальных данных для высоких скоростей охлаждения материала в диапазоне 100-700 град/c.
Розглянута проблема забезпечення необхідних експлуатаційних властивостей конструкційних елементів із титанового сплаву, які отримані за допомогою адитивних технологій з використанням присадкових матеріалів, зокрема, технології електронно-променевого наплавлення xBeam 3D Metal Printer. Проведений аналітичний огляд існуючих даних щодо залежності механічних властивостей, розміру зерна та мікроструктурного складу титанового сплаву ВТ6 від швидкості охолодження матеріалу. На основі математичного моделювання визначені температурні розподіли в процесі пошарового формування 3D таврового зразку зі сплаву ВТ6, залишкові напруження та деформації формозміни. Зроблені прогнозні оцінки макро- і мікроструктури, а також механічних властивостей матеріалу зразка. Порівняння з результатами експериментального дослідження макроструктури показало задовільну точність моделювання. Розроблений підхід може використовуватися для прогнозування макроструктури і механічних властивостей виробів з титанових сплавів, отриманих за допомогою адитивних технологій пошарового формування. Але є потреба отримання експериментальних даних для високих швидкостей охолодження матеріалу в діапазоні 100-700 град/c.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: