le proprietà di fatica della lega di titanio GR5 prodotta in modo additivo sulla base di diversi metodi di post-elaborazione
Diversi metodi di post-elaborazione, come il trattamento termico (HT), la pressatura isostatica a caldo (HIP), la modifica della superficie laser, ecc., vengono spesso utilizzati per migliorare le prestazioni delle parti prodotte con la produzione additiva. Sono stati condotti alcuni studi che hanno cercato di ottimizzare e studiare gli effetti di diversi metodi di post-elaborazione sulle proprietà di fatica delle leghe prodotte in modo additivo. Tuttavia, non è chiaro quali siano i principali fattori che influenzano le prestazioni a fatica delle leghe di titanio prodotte in modo additivo, pertanto non è stato ancora determinato un metodo di post-elaborazione ottimale per migliorare la resistenza a fatica delle leghe di titanio prodotte in modo additivo. Inoltre, l'effetto dell'applicazione del trattamento termico prima del trattamento HIP sul miglioramento della resistenza alla fatica, in particolare per la lega Ti-6Al-4V, è stato appena esplorato.
Questo articolo studia e confronta le proprietà di trazione e fatica della lega Ti-6Al-4V preparata mediante il metodo di fusione selettiva laser a letto di polvere nello stato iniziale, nello stato di trattamento termico e nello stato di pressatura isostatica a caldo. Colmare le lacune della ricerca in questo campo.
La lega Ti-6Al-4V allo stato iniziale ottenuta mediante stampa 3D ha il limite di snervamento, resistenza alla trazione e durezza più elevato; la lega Ti-6Al-4V in condizioni di lavorazione con macchina per trattamento termico di pressatura isostatica a caldo (HT+HIP+M) è più forte in termini di resistenza. Basso, ma ha la massima duttilità. Ciò è dovuto all'ingrossamento del listello e alla decomposizione della struttura della martensite e alla riduzione della densità di dislocazione del confine di fase durante il trattamento termico. I dati specifici di resistenza statica e duttilità a trazione sono mostrati nella Tabella 1.
Tabella 1 Risultati di resistenza statica e proprietà a trazione ottenuti mediante diversi metodi di post-lavorazione di leghe di titanio prodotte in modo additivo. AB rappresenta lo stato iniziale, HT rappresenta lo stato dopo il trattamento termico a 850 gradi per 2 ore e HIP rappresenta lo stato mantenuto a 920 gradi e 120 MPa per 2 ore.
Figura 1 Microstruttura della lega di titanio prodotta in modo additivo in diverse condizioni di post-lavorazione. (a) AB: stato iniziale (b) HT: 850 gradi per 2 ore; (c) HIP: 920 gradi, 120 MPa per 2 ore; (d) Stato HT + HIP. La direzione contrassegnata sul lato destro della figura è la direzione di impilamento del materiale durante la stampa.
La Figura 1 mostra la microstruttura delle leghe di titanio prodotte in modo additivo in diversi stati di post-lavorazione. Questa immagine è un'immagine retrodiffusa scattata al microscopio elettronico. In questa immagine, la fase con contrasto bianco è la fase e la fase con contrasto nero e grigio è la fase. Le caratteristiche microstrutturali uniche delle leghe di titanio stampate sono evidenziate nella figura, inclusi i confini dei grani di fase originali e la struttura di Widmanstatten. I risultati nella Figura 2 mostrano i risultati del test TEM in diverse condizioni di post-elaborazione.
Figura 2 Risultati dell'osservazione TEM di Ti-6Al-4V prodotto in modo additivo in diversi stati post-elaborazione e stati iniziali. a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Il trattamento termico, ovvero condizioni HT+HIP, è stato applicato prima della pressatura isostatica a caldo, quindi la superficie del campione è stata lucidata (HT + HIP + M). Si è scoperto che la resistenza alla fatica di Ti-6Al-4V è stata significativamente migliorata in questa condizione, rispetto alla condizione iniziale è stata migliorata di quasi 5 volte, mentre il trattamento termico da solo ha aumentato la sua resistenza alla fatica di quasi 3 volte rispetto allo stato originale. La curva SN specifica è mostrata nella Figura 3.
Figura 3 Curve SN in diverse condizioni di post-elaborazione. Il metodo di post-elaborazione specifico è mostrato nella legenda nell'angolo in alto a destra della figura. Tra questi, M significa che la superficie del campione è lucida e nessuna M significa che la superficie del campione è nello stato dopo il completamento della stampa.
Il trattamento termico (HT) e la pressatura isostatica a caldo (HIP) portano a cambiamenti nella microstruttura all'interno della lega Ti-6Al-4V prodotta in modo additivo. Dopo il trattamento termico, la struttura metastabile aciculare della martensite si decompone in + struttura lamellare e lo spessore delle lamelle aumenta gradualmente all'aumentare della temperatura del trattamento termico. Il trattamento HT migliora la resistenza alla fatica rispetto allo stato AB, principalmente a causa dell'ostruzione delle colonie (gruppi cristallini con orientamento dei grani simile) nella struttura + lamellare e dello stress residuo di trazione introdotto dal processo di stampa 3D. rilassamento. Il motivo per cui il trattamento HIP migliora la resistenza alla fatica non risiede solo nei due punti menzionati nello stato HT, ma promuove anche l'eliminazione dei difetti all'interno del materiale. I risultati specifici del test μCT a raggi X sono mostrati nella Figura 4 di seguito.
Figura 4 Rendering di ricostruzione tridimensionale di difetti interni in diversi stati di post-elaborazione. a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Informazioni sulla citazione dell'articolo:
Bhandari L, Gaur V. Diversi metodi di post-elaborazione per migliorare le proprietà di fatica della lega Ti-6Al-4V[J] costruita in modo additivo. Giornale internazionale della fatica, 2023: 107850.
