Дослідники надрукували архітектурні монокристали зі сплаву титану
Дослідники представили метод 3D-друку монокристалічних деталей зі сплаву Ti-6Al-4V та перевірили їхню структуру і властивості.
Автори дослідження представили метод адитивного виготовлення монокристалічних деталей зі сплаву Ti-6Al-4V, зокрема похилих опорних стрижнів без додаткових підтримок. Як повідомляє Nature, технологія базується на пошаровому наплавленні дроту з імпульсним тепловим впливом і має забезпечувати контроль кристалічної структури під час друку.
У роботі використали режим глибоких імпульсів: піковий струм становив 200 А, базовий — 20 А. Моделювання та експерименти показали, що за такого режиму формується неглибока й широка ванна розплаву з опуклою межею між твердою та рідкою фазами. Дослідники пов’язують таку форму з усуненням сторонніх зерен під час наступних циклів переплавлення.
Перевірка структури та геометрії
Електронно-мікроскопічний аналіз зразків показав, що у більшій частині надрукованого матеріалу кристалографічна дезорієнтація була меншою за 4°. Поодинокі сторонні зерна виявили лише поблизу верхньої поверхні останнього шару; за розрахунками авторів, вони мають бути переплавлені під час подальшого нанесення шарів.
Команда виготовила монокристалічні зразки діаметром 6 мм і 20 мм. Для зразка більшого діаметра монокристалічність перевіряли у дев’яти вибраних ділянках поперечного перерізу. Також дослідники випробували друк похилих стрижнів: за одних умов 16-міліметровий стрижень був стабільним за кута нахилу 60°, але втрачав стабільність за 45°. За інших параметрів успішно надрукували 8-міліметровий стрижень із нахилом 45°.
Механічні випробування
Автори порівняли властивості надрукованих монокристалів із кованим полікристалічним Ti-6Al-4V під час розтягу зі швидкістю деформації 7 × 10−5 с−1. За температури нижче приблизно 773 K межа текучості полікристалічних зразків була вищою, тоді як за вищих температур спостерігали протилежну тенденцію.
Після 3% пластичної деформації за 873 K у монокристалах переважала деформація дислокаціями у базисній площині. У полікристалічних зразках автори зафіксували більшу кількість дислокацій у призматичних і базисних площинах, а також їхню взаємодію та накопичення на межах.
