Огляд впливу теплових циклів і фазових перетворень адитивного виробництва на мікроструктуру та механічні властивості титанових сплавів Ti-6AL-4V

Abstract

Мета. Метою цієї роботи є поглиблений аналіз впливу параметрів термічної історії в процесах адитивного виробництва на формування мікроструктурних особливостей, фазової текстури й експлуатаційних властивостей титанових сплавів, зокрема Ti-6Al-4V. Особливу увагу приділено встановленню закономірностей фазових перетворень, утворення дефектів і розвитку структури зерен залежно від швидкості охолодження, термоциклування й умов постобробки. Методика. Проведено порівняльний аналіз новітніх літературних джерел з акцентом на характеристики зернової структури, фазового складу, пористості та механічних властивостей виробів, отриманих за допомогою технологій L-PBF, L-DED, WAAM, а також їх комбінацій із термічною та термомеханічною обробкою. Розглянуто вплив умов кристалізації, температурних градієнтів, багаторазового нагрівання та постобробки на стабільність мікроструктури й формування внутрішніх напружень. Результати. Встановлено, що висока швидкість охолодження в процесах L-PBF сприяє формуванню голчастої мартенситної α′-фази з високою міцністю, але низькою пластичністю. Натомість WAAM і L-DED формують грубозернисту a + b структуру з вищими значеннями деформативності. Колоноподібна текстура, орієнтація зерен і дефекти процесу (пори, незаплавлення) визначають рівень втомної довговічності й анізотропію. Наведені закономірності узгоджуються з експериментальними даними про вплив режимів охолодження на фазову стабільність, границю витривалості та герметичність з’єднань. Наукова новизна. Систематизовано експериментальні результати щодо зв’язку між термічними режимами та морфологією мікроструктури, узагальнено уявлення про поведінку фазових перетворень у Ti-6Al-4V за різних умов AM. Запропоновано концептуальні підходи до оптимізації мікроструктури шляхом контролю швидкості охолодження, кристалографічної текстури та формування дефектів. Практична значимість. Висновки огляду можуть бути використані для розробки технологій адитивного виробництва відповідальних деталей з Ti-6Al-4V для морського середовища, зокрема суднобудування, де матеріал піддається дії вологи, хлоридів і циклічного навантаження. Також результати є релевантними для біомедичної, авіаційно-космічної та енергетичної галузей, де критично важливі висока питома міцність, стабільність мікроструктури за робочих температур і низька чутливість до дефектів, характерних для AM.