НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

А. Я. Травянов, директор Института экотехнологий и инжиниринга, канд. техн. наук
А. О. Лагутин, инженер
М. Г. Хомутов, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: khomutov@misis.ru

Научно-производственная ассоциация «Технопарк авиационных технологий», Уфа, Россия:
В. В. Лукьянов, начальник отдела, канд. техн. наук

В настоящее время на стадии разработки находятся методы изготовления крупногабаритных деталей, состоящих из материалов, которые получены по различным технологиям производства и являются уникальными по своим механическим и физическим свойствам в объеме всего изделия. Одним из таких методов является метод диффузионной сварки, обеспечивающий наличие сплошного шва без пор и образования раковин, отсутствие оксидных включений, а также стабильность механических свойств. Широкое применение данный метод получил среди сплавов из цветных металлов, в частности титановых сплавов, которые необходимо обрабатывать в вакууме ввиду их высокой химической активности по отношению к кислороду, азоту и водороду. В данной работе исследованы структура и свойства материалов с диффузионным соединением частей из титанового сплава ВТ6, полученных методом селективного лазерного плавления и прокаткой с применением диффузионной сварки в автоклаве (при температуре Т = 920 ^oC, давлении 4 МПа, времени выдержки 4 ч) и во время горячего изостатического прессования (при температуре Т = 930 ^oC, давлении 100 МПа, времени выдержки 2 ч), обладающих разной микроструктурой зерен. Дефекты в зоне диффузионных соединений отсутствуют. Образцы с таким сварным соединением обладают высоким уровнем механических свойств, удовлетворяющим требованиям нормативной документации для объемных титановых образцов согласно ГОСТ 23755–79, а ударная вязкость образцов после горячего изостатического прессования выше, чем у образцов, полученных в автоклаве.

Авторы выражают благодарность канд. техн. наук В. В. Чеверикину (НИТУ «МИСиС») и канд. техн. наук П. В. Петровскому (НИТУ «МИСиС») за проведение металлографических исследований и обсуждение результатов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Постановления Правительства № 218 по соглашению о предоставлении субсидии № 075-11-2019-058 от 25.11.2019 г. «Создание производства локально армированных деталей из титановых сплавов, работающих в условиях повышенных нагрузок и температур, для перспективных авиационных газотурбинных двигателей».

1. Eskandari Sabzi H. Powder bed fusion additive layer manufacturing of titanium alloys // Materials Science and Technology. 2019. Vol. 35, No. 8. P. 875–890.
2. Ju J., Zhao C., Kang V. et al. Effect of heat treatment on microstructure and tribological behavior of Ti – 6Al – 4V alloys fabricated by selective laser melting // Tribology International. 2021. Vol. 159. P. 106966.
3. Oyesola M., Mpofu K., Mathe N. et al. Optimization of selective laser melting process parameters for surface quality performance of the fabricated Ti6Al4V // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 114, No. 5-6. P. 1585–1599.
4. Попович А. А., Суфияров В. Ш., Борисов Е. В. и др. Анизотропия механических свойств изделий, изготовленных методом селективного лазерного плавления порошковых материалов // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016. № 3. C. 4–11.
5. Doubenskaia M., Domashenkov A., Smurov I. et al. Study of selective laser melting of intermetallic TiAl powder using integral analysis // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2018. Vol. 129. P. 1–14.
6. Manca D. R., Churyumov A. Y., Pozdniakov A. V. et al. Novel heat-resistant Al – Si – Ni – Fe alloy manufactured by selective laser melting // Materials Letters. 2019. Vol. 236. P. 676–679.
7. Churyumov A. Yu., Pozdniakov A. V., Prosviryakov A. S. et al. Microstructure and mechanical properties of a novel selective laser melted Al – Mg alloy with low Sc content // Materials Research Express. 2019. Vol. 6, No. 12. P. 8.
8. Петровский П. В., Чеверикин В. В., Соколов П. Ю. и др. Зависимость структуры и свойств стали 03Х16Н15М3 от геометрии ячеистых структур, полученных методом селективного лазерного плавления // Черные металлы. 2019. № 3. P. 49–53.
9. Pozdniakov A. V., Churyumov A. Yu., Loginova I. S. et al. Microstructure and properties of novel AlSi11CuMn alloy manufactured by selective laser melting // Materials Letters. 2018. Vol. 225. P. 33–36.
10. Manca D. R., Churyumov A. Yu., Pozdniakov A. V. et al. Microstructure and properties of novel heat resistant Al – Ce – Cu alloy for additive manufacturing // Metals and Materials International. The Korean Institute of Metals and Materials. 2019. Vol. 25, No. 3. P. 633–640.
11. Liu S., Shin Y. C. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: a review // Materials and Design. 2019. Vol. 164. P. 107552.
12. Badiru A. B., Valencia V. V., Liu D. Additive manufacturing handbook: product development for the defense industry. — USA : CRC Press. — 948 p.
13. Safiullin R. V., Mukhametrakhimov M. Kh., Safiullin A. R. et al. The study of technological prop erties of the titanium alloy Ti – 6Al – 4V. Part 2 // Materials Letters. 2018. Vol. 8, No. 3. P. 329–334.
14. Lee H. S., Yoon J. H., Yi Y. M. Solid state di ffusion bonding of titanium alloys // Solid State Phenomena. 2007. Vol. 124-126. P. 1429–1432.
15. Chandrappa K., Sumukha C. S., Sankarsh B. B. et al. Superplastic forming with diffusion bonding of titanium alloys // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 27. P. 2909–2913.
16. Yakushina E., Reshetov A., Semenova I. et al. The influence of the microstructure morphology of two phase Ti – 6Al – 4V alloy on the mechanical properties of diffusion bonded joints // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 726. P. 251–258.
17. Jackson M. Superplastic forming and diffusion bonding of titanium alloys // Superplastic Forming of Advanced Metallic Materials. Elsevier. 2011. P. 227–246.
18. Froes F. H., Mashl S. J., Hebeisen J. C. et al. The technologies of titanium powder metallurgy // Journalof the Minerals Metals and Materials Society. 2004. Vol. 56, No. 11. P. 46–48.
19. Petrovskiy P., Travyanov A., Cheverikin V. V. et al. Effect of encapsulated hot isostatic pressing on properties of Ti6Al4V deposits produced by cold spray // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 107. P. 437–449.
20. Dowling L., Kennedy J., O’Shaughnessy S. et al. A review of critical repeatability and reproducibility issues in powder bed fusion // Materials and Design. 2020. Vol. 186. P. 108346.
21. ASTM F3001-14. Standard specification for additive manufacturing titanium-6 aluminum-4 vanadium ELI (Extra Low Inter stitial) with Powder Bed Fusion // ASTM Interational. 2014. P. 1–6.
22. ГОСТ 19807–91. Титан и титановые сплавы деформируемые. Марки. — Введ. 01.07.1992. — М. : Издательство стандартов, 1991.
23. ГОСТ 23755–79. Плиты из титана и титановых сплавов. Технические условия. — Введ. 18.07.1979. — М. : Издательство стандартов, 1994.
24. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986. — М. : Издательство стандартов, 1984.
25. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979. — М. : Издательство стандартов, 1978.
26. ГОСТ 14019–2003. Материалы металлические. Метод испытания на изгиб. — Введ. 01.09.2004. — М. : Издательство стандартов, 2003.