Оценка вкладов механизмов упрочнения в повышение предела текучести сплавов Ti6Al4V-Cu, полученных методом электронно-лучевого аддитивного производства

Сотрудники молодежной лаборатории структурного дизайна перспективных материалов и лаборатории физики упрочнения поверхности ИФПМ СО РАН установили влияние различного содержания Cu (0,6, 1,6, 6 и 9,7 вес.%) на механизмы формирования трех типов зеренной структуры первичных β-зерен титанового сплава Ti6Al4V, полученного методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства (ЭЛАП). Показано, что введение Cu в титановый сплав способствует эффективному уменьшению размера зерен и переходу от столбчатой структуры к столбчато-равноосной и полностью равноосной структуре.
Обнаружено, что среднее значение параметра соотношения длины к ширине столбчатого первичного β-зерна (l/d) для сплава Ti6Al4V-0,6Cu составляет 2,92, в то время как у сплавов Ti6Al4V-1,6Cu, Ti6Al4V-6Cu и Ti6Al4V-9,7Cu среднее значение параметра l/d резко снижается до 2,46, 2,06 и 1, соответственно. Кроме того, с увеличением содержания Cu среднее значение толщины α-пластин уменьшается с 1,23 до 0,37 мкм. На основании анализа структуры и механических характеристик сплавов Ti6Al4V-Cu установлено, что измельчение структуры и выделение частиц Ti2Cu способствовали увеличению предела текучести сплавов Ti6Al4V-6Cu и Ti6Al4V-9,7Cu на ~48% и ~88% по сравнению со сплавом Ti6Al4V-0,6Cu, соответственно.
Впервые была проведена оценка вкладов механизмов упрочнения в повышение предела текучести сплавов Ti6Al4V с разным содержанием Cu. Было выявлено, что их значения в общем упрочнении сплав Ti6Al4V с содержанием меди 0,6, 1,6, 6 и 9,7 вес.% различны. Таким образом, проведенные исследования показали, что улучшение механических характеристик сплавов Ti6Al4V обусловлено в большей мере зернограничным упрочнением (38% для Ti6Al4V-6Cu и 40% для Ti6Al4V-9,7Cu). Значения дисперсионного (22% для Ti6Al4V-6Cu и 22% для Ti6Al4V-9,7Cu) и твердорастворного упрочнения (28% для Ti6Al4V-6Cu и 29% для Ti6Al4V-9,7Cu) соизмеримы и вносят меньший вклад в повышение механических характеристик по сравнению с зернограничным упрочнением.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW- FWRW-2024-0001. Результаты исследования опубликованы в журнале Letters on Materials (Q3).

A.V. Nikolaeva, A.P. Zykova, V.V. Shmakov, S.Y. Tarasov. Evaluation of contributions of hardening mechanisms to the yield strength of Ti6Al4V-Cu alloys produced by wire electron beam additive manufacturing // Letters on Materials, 2024, 14(3) pp. 204-209. https://doi.org/10.48612/letters/2024-3-204-209