3D-печатные титановые изделия поглощают водород лучше литых

Ученые Томского политехнического университета провели комплексное исследование и установили, что напечатанные на 3D-принтере изделия из титановых сплавов подвержены наводороживанию сильнее, чем литые. Результаты исследования проясняют картину процессов структурно-фазовой трансформации в сплавах при наводороживании и могут помочь усовершенствовать технологии получения и постобработки аддитивно полученных титановых сплавов.

Ученые сравнивали два титановых сплава (Ti-6Al-4V), сообщает пресс-служба вуза. Первый напечатан на 3D-принтере методом электронно-лучевого наплавления проволоки, второй получен из горячекатаной титановой пластины, произведенной по традиционной технологии литья. Оба образца подвергли нагреву до 450°C и наводороживанию с помощью модернизированного в ТПУ комплекса на базе рентгеновского дифрактометра. Исследование in situ структурно-фазовых превращений в образцах проводили в водородной среде под давлением в одну атмосферу в течение шестидесяти минут. Дополнительно образцы исследовались методом просвечивающей электронной микроскопии.

«Титановые сплавы широко применяются в авиации, медицине и машиностроении. При аддитивном изготовлении их структура и свойства сильно отличаются от традиционных литых сплавов. При этом важно понимать, как такой материал ведет себя в водородсодержащих средах и повышенных температурах, ввиду того, что водород может приводить к охрупчиванию сплава и снижению долговечности деталей», — рассказал руководитель лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ Егор Кашкаров.

Результаты исследования показали, что фазовый состав литых образцов в процессе наводороживания практически не изменился, массовая доля водорода составила 0,03% от общей массы. 3D-печатные титановые пластины активно поглощали водород: массовое содержание водорода после гидрирования составило 3,4%. Это связано с особенностями микроструктуры напечатанных образцов, способствующих более активной диффузии водорода.

По словам ученых, поглощение водорода у напечатанных образцов сопровождается развитием фазовых переходов. Политехники поминутно установили изменения в фазовом составе. Процесс гидрирования напечатанного сплава сопровождался возникновением метастабильных фаз, в том числе нестехиометрического гидрида (соединения с переменным составом), которые не присутствуют в структуре традиционно полученных литых сплавов. Длительное наводороживание напечатанных образцов привело к превращению в β-фазу титана и стабильный гидрид титана, что в конечном итоге повлияло на прочность.

«Исследования in situ позволили установить механизмы поглощения водорода и структурной трансформации титанового сплава в режиме реального времени. Это вносит существенный вклад в понимание процессов взаимодействия водорода с аддитивно-произведенными титановыми сплавами и позволяет учитывать возможные негативные эффекты их использования в водородсодержащих средах», — рассказала инженер лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ Кристина Камелина.

Результаты исследования опубликованы в издании Journal of Alloys and Compounds.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru