43. А.В. Панин. 3D печать изделий из титановых сплавов и металломатричных композитов на их основе

22 мая 2025 г. состоялось 43-е заседание научного семинара "КОМПОЗИТЫ: технологии создания, исследование и оптимизация свойств, моделирование, применение". Доклад "3D печать изделий из титановых сплавов и металломатричных композитов на их основе. Особенности формирования микроструктуры и фазового состава" сделал А. В. Панин, д.ф.-м.н., заведующий лабораторией физики поверхностных явлений Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) Проведен сравнительный анализ влияния легирующих элементов на микроструктуру и фазовый состав α+β образцов титановых сплавов, полученных методом электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии. Для сравнения выбраны однофазный технический титан ВТ1-0 и двухфазные титановые сплавы ВТ6 (Ti 6Al 4V), ВТ14 (Ti 5Al 3Mo 1V) и ВТ16 (Ti 3Al 5Mo 5V), имеющие близкий химический состав. Показано, что характерной особенностью микроструктуры 3D-напечатанных образцов является наличие столбчатых первичных зерен β фазы, внутри которых формируются мартенситные пластины α' фазы с высоким содержанием β-стабилизирующих элементов. На основе первопринципных расчетов электронной структуры и полной энергии титановых сплавов, основанных на теории функционала электронной плотности, исследовано влияние легирующих элементов на фазовый состав сплава. Представлены результаты высокотемпературных in situ ПЭМ- и синхротронных исследований структурно-фазовых превращений в напечатанных сплавах. Исследовано влияние температуры закалки и длительности старения на микроструктуру и фазовый состав напечатанных образцов сплавов ВТ6 и ВТ14, полученных методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии. Проведен сравнительный анализ деформации и разрушения образцов ВТ6, полученных методами порошковой и проволочной аддитивной технологии, при одноосном растяжении и ударном нагружении. Продемонстрирован многоуровневый характер пластической деформации 3D-напечатанных образцов ВТ6. Изучено влияние легирующих элементов на интенсивность трансформации неравновесных мартенситных фаз при механическом нагружении. Представлены результаты исследования деформации и разрушения напечатанных образцов ВТ6 в процессе их растяжения в колонне просвечивающего электронного микроскопа. Методом молекулярно-динамического моделирования исследован механизм миграции двойниковых границ в титане при растяжении. Исследованы закономерности формирования микроструктуры и фазового состава композитов Ti-6Al-4V/TiC путем использования в качестве фидстока прутков сплава ВТ6, подвергнутых диффузионному насыщению углеродом, а также путем электронно-лучевого плавления проволоки ВТ6, подвергнутой электроискровому легированию карбидами и боридами титана, либо путем одновременного плавления проволоки ВТ6 и порошка TiC. Рассмотрены методы модификации структуры и фазового состава 3D-напечатанных образцов ВТ6 и композитов на их основе путем ультразвуковой ударной обработки, облучения электронными пучками, водородного насыщения и т.п. 1. Т.А. Лобова, А. В. Панин, О. Б. Переваловаа, М. С. Сыртанов. Высокотемпературное in situ синхротронное исследование структурно-фазовых превращений в 3D-напечатанных титановых сплавах Ti-6Al-4V и Ti-5Al-3Mo-V // ФММ, 2024, том 125, № 9, с. 1163–1170. 2. А. В. Панин, М. С. Казаченок, Л. А. Казанцева и др. Изменение микроструктуры и фазового состава 3D-напечатанного сплава Ti-6Al-4V при механическом нагружении // ФММ. 2023. т 124 №. 2. С. 226-232. 5. O.B. Perevalova, A.V. Panin, M.S. Syrtanov. In situ synchrotron study of the phase transformations in Ti-5.7Al-1.6V-3Mo titanium alloy at high temperature // Journal of Materials Engineering and Performance.- 2023, 6. A.V. Panin, A.I. Dmitriev, A.Yu. Nikonov, etc. Transformations of the Microstructure and Phase Compositions of Titanium Alloys During Ultrasonic Impact Treatment. Part I. Commercially Pure Titanium // Metals 2021, 11, 562. 7. A.V. Panin, A.I. Dmitriev, A.Yu. Nikonov, etc. Transformations of the Microstructure and Phase Compositions of Titanium Alloys during Ultrasonic Impact Treatment. Part II: Ti-6Al-4V Titanium Alloy // Metals 2022, 12, 732. 9. A.V. Panin, M.S. Kazachenok, A.I. Dmitriev, etc. The effect of ultrasonic impact treatment on deformation and fracture of electron beam additive manufactured Ti-6Al-4V under uniaxial tension // Mater. Sci. Eng, A.- 2022.- V. 832,- P. 142458. 10. Dmitriev A.I., Nikonov A.Yu., Shugurov A.R., Panin A.V. Molecular dynamics study of dislocation-twin boundary interaction in titanium subjected to scratching // Mater. Sci. Eng, A.- 2021.-- V. 800,- P. 140327. 11. A.V. Panin, M.S. Kazachenok, S.V. Panin and F.Berto. Scale Levels of Quasi-Static and Dynamic Fracture Behavior of Ti-6Al-4V Parts Built by Various Additive Manufacturing Methods // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. – 2020. – V.110. – P. 102781. 12. Panin, A.; Martynov, S.; Kazachenok, etc. Effects of Water Cooling on the Microstructure of Electron Beam Additive-Manufactured Ti-6Al-4V. Metals 2021, 11, 1742.