УДК 539.3

 

DOI 10.24411/1683-805X-2019-11002

 

В работе получены экспериментальные значения модуля Юнга и модуля сдвига, определенных по изменению скорости ультразвуковых волн в процессе эволюции микроструктуры в сплавах Ti-6Al-4V с бимодальной и видманштеттоновой микроструктурой. Микроструктуру двух типов подвергали термической обработке старением при температуре 515, 545 и 575 °С в интервале от 1 мин до 576 ч с целью инициировать выделение фаз. Для установления прямой зависимости с данными измерений скорости ультразвуковых волн и упругих свойств после термической обработки искусственным старением проведены ультразвуковые измерения скоростей поперечных и продольных волн, анализ РЭМ-изображений, оптико-микроскопическое исследование и измерения микротвердости. Результаты показывают характерное изменение скорости ультразвуковых волн в ходе старения в зависимости от процесса выпадения частиц Ti₃Al внутри a-фазы. Предлагаемый метод позволяет быстро и эффективно определять упругие свойства состаренного материала, поскольку выпадение частиц приводит к повышению твердости микроструктуры материала и тем самым влияет на его конечные механические свойства.

Ключевые слова: микроструктура, упругие свойства, микроскопия, ультразвук, сплав Ti-6Al-4V ELI (со сверхнизким содержанием примесей внедрения)

 

Determination of the elastic properties at aging of medical Ti-6Al-4V ELI alloy by ultrasonic velocity measurements

In this paper, we report the experimental data of the elastic properties of the Young's modulus and shear modulus based on the variation in the ultrasonic velocity parameter during the microstructural evolution in a Ti-6Al-4V alloy with two-bimodal and Widmanstätten-varying microstructures. The two different initial microstructures were treated thermally by aging at 515, 545, and 575°C at different times from 1 min to 576 h to induce a precipitation process. Ultrasonic measurements of shear and longitudinal wave velocities, scanning electron microscopy image processing, optical microscopy, and microhardness measurements were performed, establishing a direct correlation with the measurements of the ultrasonic velocity and the elastic properties developed during the thermal treatment by artificial aging. The results of the ultrasonic velocity show a very clear trend as the aging time progresses, which is affected by precipitation of Ti₃Al particles inside the a phase. In this way, we can find, in a fast and efficient way, the elastic properties developed during the heat treatment by long-term aging, since the presence of these precipitates hardens the material microstructure, thus affecting the final mechanical properties.

Keywords: microstructure, elastic properties, microscopy, ultrasound, Ti-6Al-4V ELI (extra low interstitial) alloy

 

 

H. Carreon, M. Carreon-Garcidueñas, M.L. Carreon, V. Almanza  Определение упругих свойств состаренного медицинского сплава Ti–6Al–4V ELI методом измерения скорости ультразвуковых волн // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 1. - С. 15-21