Исследование формирования микроструктуры титанового сплава ВТ6 при изготовлении крыльчатки компрессора малоразмерного газотурбинного двигателя методами аддитивных технологий

DOI: 10.34759/vst-2023-2-196-203

Авторы

Дмитриева М. О.^*, Мельников А. А.^**, Носова Е. А.^***, Кяримов Р. Р.^****, Кржевицкий Г. Е.^*****

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: mdmitr1ewa@yandex.ru
**e-mail: melnickov.alex@yandex.ru
***e-mail: eanosova@mail.ru
****e-mail: rustam9395@mail.ru
*****e-mail: krzhevitskiy2016@mail.ru

Аннотация

Статья посвящена изучению формирования микроструктуры титанового сплава ВТ6 в процессе изготовления крыльчатки компрессора малоразмерного ГТД методом селективного лазерного сплавления. Исследования проводились на образцах, выращенных вертикально и горизонтально к платформе построения. Исследована микроструктура, проведены электронно-микроскопические и рентгеноспектральные исследования материала ВТ6. Определены механические свойства образцов после селективного лазерного сплавления. Проанализирован механизм разрушения образцов в процессе испытания на растяжение.

Ключевые слова:

титановый сплав, микроструктура, селективное лазерное сплавление, электронная микроскопия, фрактография, крыльчатка

Библиографический список

1. Каблов Е.Н. Разработки ВИАМ для газотурбинных двигателей и установок // Крылья Родины. 2010. № 4. С. 31–33.
2. Сомонов В.В. Прямое лазерное выращивание из титановых сплавов: сравнение методов получения изделий из порошка и проволоки // Технические науки: проблемы и перспективы: сборник статей VI Международной научной конференции (Санкт-Петербург, 2018). — СПб.: Свое издательство, 2018. С. 44—
3. Ni Ch., Zhu L., Zheng Zh., et al. Effect of material anisotropy on ultra-precision machining of Ti-6Al-4V alloy fabricated by selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 848, DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.156457
4. Гарибов Г.С. Металлургия гранул — основа создания новых материалов для перспективных авиадвигателей // Пермские авиационные двигатели. № 26. С. 58–63.
5. Chang K., Liang E., Huang W., et al. Microstructural feature and mechanical property in different building directions of additive manufactured Ti6Al4V alloy // Materials Letters. 2020. Vol. 267, DOI: 10.1016/j.matlet.2020.127516
6. Тлустенко С.Ф., Первышин А.Н. Формирование структуры и свойств титановых сплавов по механическим свойствам в процессах обработки металлов давлением // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2011. № 1 (25). С. 110–119.
7. Павлинич С.П., Мысик Р.К., Бакерин С.В., Брусницын С.В., Сулицин А.В. Исследование структуры и механических свойств литых лопаток турбины низкого давления из интерметаллидного титанового сплава // Учёные записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2014. Т. 1. № 4-1(20). С. 62–69.
8. Колесников А.В., Михайлов И.В. Пневмотермическая формовка деталей и многослойных конструкций авиакосмической техники из титанового сплава ВТ20 // Вестник Московского авиационного института. Т. 26. № 1. С. 244–250.
9. Солдатенко И.В. К вопросу о контроле качества полуфабрикатов из титановых сплавов // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 4. С. 189—
10. Муравьев В.И., Бахматов П.В., Григорьев В.В. Особенности образования специфических дефектов при сборке крупногабаритных титановых конструкций летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 4. С. 17–27. DOI: 10.34759/vst-2019-4-17-27
11. Song J., Han Y., Fang M., et al. Temperature sensitivity of mechanical properties and microstructure during moderate temperature deformation of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy // Materials Characterization. 2020. Vol. 165, 110342. DOI: 1016/j.matchar.2020.110342
12. Caia Ch., Wua X., Liub W., Zhua W., Chenc H., Chua Dong Qiud J., Sund Ch-N., Liua J., Weia Q., Shia Y. Selective laser melting of near-α titanium alloy Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V: Parameter optimization, heat treatment and mechanical performance // Journal of Materials Science & Technology. Vol 57, pp. 51-64. DOI: 10.1016/j.jmst.2020.05.004
13. Gu D.D., Meiners W., Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Laser Additive Manufacturing of Metallic Components: Materials, Processes and Mechanisms // International Materials Reviews. 2012. Vol. 57. No. 3, pp. 137-164. DOI: 1179/1743280411Y.0000000014
14. Waddell M., Walker K., Bandyopadhyay R., et al. Small fatigue crack growth behavior of Ti-6Al-4V produced via selective laser melting: In situ characterization of a 3D crack tip interactions with defects // International Journal of Fatigue. 2020. Vol. 137, 105638. DOI: 1016/j.ijfatigue.2020.105638
15. Lu P., Wu M., Liu X., Duan W., Han J. Study on Corrosion Resistance and Bio-Tribological Behavior of Porous Structure Based on the SLM Manufactured Medical Ti₆Al₄V // Metals and Materials International. Vol. 26, pp. 1182-1191. DOI: 10.1007/s12540-019-00506-w
16. Балякин А.В., Жученко Е.И., Смирнов Г.В., Проничев Н.Д. Исследование проблем появления негативной технологической наследственности при изготовлении деталей ГТД методом селективного лазерного сплавления // Известия Самарского научного центра РАН. 2019. Т. 21. № 1. С. 61–70.
17. Keaveney S., Shmeliov A., Nicolosi V., Dowling P.D. Investigation of process by-products during the Selective Laser Melting of Ti₆AL₄V powder // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 36, DOI: 10.1016/j.addma.2020.101514
18. Gu H., Gong H., Dilip J.J.S. et al. Effects of powder variation on the microstructure and tensile strength of Ti6Al4V parts fabricated by selective laser melting // 25^th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium (4-6 August 2014; University of Texas Libraries at Austin), pp. 470-483.
19. Yan Q., Chen B., Kang N. et al. Comparison study on microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V alloys fabricated by powder-based selective-laser-melting and sintering methods // Materials Characterization. 2020. Vol. 164: 110358. DOI: 1016/j.matchar.2020.110358
20. Liu S., Shin Y.C. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review // Materials & Design. Vol. 164: 107552. DOI: 10.1016/j.matdes.2018.107552
21. Каплан М.А., Смирнов М.А., Кирсанкин А.А., Севостьянов М.А. Свойства изделий из титанового сплава Ti-6Al-4V, полученных методом селективного лазерного сплавления // Физика и химия обработки материалов. 2019. № 3. С. 46–57. DOI: 30791/0015-3214-2019-3-46-57
22. Пескова А.В., Сухов Д.И., Мазалов П.Б. Исследование формирования структуры материала титанового сплава ВТ6, полученного методами аддитивных технологий // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1(58). С. 38-44. DOI: 18577/2071-9140-2020-0-1-38-44
23. Оспенникова О.Г., Наприенко С.А., Медведев П.Н., и др. Особенности структуры сплава Ti-6Al-4V, полученного методом селективного лазерного сплавления // Труды ВИАМ. 2019. № 10(82). С. 14-24. DOI: 18577/2307-6046-2019-0-10-14-24
24. Агаповичев А.В., Смелов В.Г. Методика проектирования технологических процессов изготовления заготовок моноколес ГТД технологией селективного лазерного сплавления // Вестник УГАТУ. 2020. Т. 24. № 1(87). С. 85–92.
25. Дмитриева М.О., Мельников А.А., Головач А.М., Бондарева О.С., Смелов В.Г., Сотов А.В., Агаповичев А.В. Исследование структуры и свойств образцов из жаропрочного сплава Inconel 738, полученных методом селективного лазерного сплавления (SLM) // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2020. № 1. С. 23–31.
26. Алишин М.И., Князев А.Е. Производство металлопорошковых композиций высокой чистоты титановых сплавов методом индукционной газовой атомизации для аддитивных технологий // Труды ВИАМ. 2017. № 11 (59) С. 37–45. DOI: 18577/2307-6046-2017-0-11-5-5
27. Князев А.Е., Неруш С.В., Алишин М.И., Куко И.С. Исследования технологических свойств металлопорошковых композиций титановых сплавов ВТ6 и ВТ20, полученных методом индукционной плавки и газовой атомизации // Труды ВИАМ. 2017. № 11(59). С. 37-45. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-11-6-6