Ieffect of Ultrasonic Impact Treatment on the Microstructure and Fatigue Life of 3D-Printed Titanium Alloy Ti–6Al–4V

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Abstract

—Using a hard alloy (Co–WC) striker, ultrasonic impact treatment (UTT) of Ti–6Al–4V alloy samples obtained by electron-beam wire additive technology was carried out. Using X-ray diffraction analysis and transmission electron microscopy, it has been shown that UTT leads to the appearance of compressive macrostresses in the surface layers of the sample, elastic microdeformation in the crystal lattice of the alpha-phase, to the formation of a gradient structure from nanocrystalline at a depth of 5 μm to a submicrocrystalline structure of the alpha-phase at a depth from 15 to 40 microns.A nanocrystalline phase of titanium oxides is formed in the grains of the alpha phase. UTT leads to an increase in microhardness and fatigue life. A fractographic analysis of specimen fractures after cyclic tension in the low-cycle fatigue regime has been carried out.

About the authors

O. B. Perevalova

Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: perevalova52@mail.ru
Russia, 634055, Tomsk

A. V. Panin

Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; National Research Polytechnic University

Email: perevalova52@mail.ru
Russia, 634055, Tomsk; Russia, 634050, Tomsk

M. S. Kazachenok

Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: perevalova52@mail.ru
Russia, 634055, Tomsk

S. A. Martynov

Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: perevalova52@mail.ru
Russia, 634055, Tomsk

References

  1. Tshephe T.S., Akinwamide S.O., Olevsky E., Olubambi P.A. Additive manufacturing of titanium-based alloys-A review of methods, properties, challenges, and prospects // Heliyon. 2022. V. 8. P. e09041.
  2. Liu Zh., He B., Lyu T., Zou Yu. A review on additive manufacturing of titanium alloys for aerospace applications: directed energy deposition and beyond Ti–6Al–4V // JOM. 2021. V. 73. No 6. P. 1804–1818.
  3. Zhan Y., Liu C., Zhang J., Mo G., Liu C. Measurement of residual stress in laser additive manufacturing TC4 titanium alloy with the laser ultrasonic technique // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 762. P. 138093.
  4. Chi J., Cai Zh., Wan Z., Zhang H., Chen Z., Li L., Li Y., Peng P., Guo N. Effects of heat treatment combined with laser shock peening on wire and arc additive manufactured Ti17 titanium alloy: microstructures, residual stress and mechanical properties // Surface. Coatings Tech. 2020. V. 396. P. 125908.
  5. Lin Z., Song K., Yu X. A review on wire and arc additive manufacturing of titanium alloy // J. Manufacturing Processes. 2021. V. 70. P. 24–45.
  6. Ao N., Liu D., Zhang X., Wu Sh. Improved fretting fatigue mechanism of surface strengthened Ti–6Al–4V alloy induced by ultrasonic surface rolling process // Intern. J. Fatigue. 2023. V. 170. P. 107567.
  7. Luo X., Ren X., Jin Q., Qu H., Hou H. Microstructural evolution and surface integrity of ultrasonic surface rolling in Ti6Al4V alloy // J. Materials Research and Technology. 2021. V. 13. P. 1586–1598.
  8. Ультразвуковая обработка конструкционных материалов / Под ред. А.В. Панина. Томск: Издательский дом ТГУ, 2016. 172 с.
  9. Перевалова О.Б., Панин А.В., Казаченок М.С., Синякова Е.А. Влияние ультразвуковой ударной обработки на структурно-фазовые превращения в титановом сплаве Ti–6Al–4V // Физич. мезомеханика. 2022. Т. 25. № 1. С. 66–77.
  10. Шанявский А.А., Никитин А.Д., Солдатенков А.П. Сверхмногоцикловая усталость металлов. Синергетика и физическая мезомеханика. М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 2022. 496 с.
  11. Panin A.V., Kazachenok M.S., Dmitriev A.I., Nikonov A.Y., Perevalova O.B., Kazantseva L.A., Sinyakova E.A., Martynov S.A. 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.
  12. Panin A., Kazachenok M., Perevalova O., Martynov S., Panina A., Sklyarova E. Continuous Electron Beam Post-Treatment of EBF3-Fabricated Ti–6Al–4V Parts // Metals. 2019. V. 9. № 6. P. 699–715.
  13. Горелик C.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: Металлургия, 1970. 328 c.
  14. Перевалова О.Б., Панин А.В., Казаченок М.С. Влияние охлаждения подложки на микроструктуру и фазовый состав изделий из титанового сплава Ti–6Al–4V, полученных методами аддитивных технологий // Журн. технической физики. 2020. Т. 90. Вып. 3. С. 410–418.
  15. Panin A., Martynov S., Kazachenok M., Kazantseva L., Bakulin A., Kulkova S., Perevalova O., Sklyarova E. Effects of water cooling on the microstructure of electron beam additive-manufacted Ti–6Al–4V // Metals. 2021. V. 11. № 11. P. 111742.
  16. Прядко Т.В. Особенности гидрирования сплавов системы Ti–V // Металлофизика. Новейшие технологии. 2015. Т. 37. № 2. С. 243–255.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (2MB)
4.

Download (81KB)
5.

Download (1020KB)
6.

Download (1MB)
7.

Download (2MB)
8.

Download (3MB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».