RAS Energy, Mechanics & ControlИзвестия Российской академии наук. Механика твердого тела Mechanics of Solids

  • ISSN (Print) 1026-3519
  • ISSN (Online) 3034-6428

FATIGUE LIFE OF TITANIUM ALLOY TI-6AL-4V OBTAINED BY ADDITIVE COLD METAL TRANSFER TECHNOLOGY

PII
S30346428S1026351925030099-1
DOI
10.7868/S3034642825030099
Publication type
Article
Status
Published
Authors
Volume/ Edition
Volume / Issue number 3
Pages
161-177
Abstract
The work presents the experimental study results of the titanium alloy Ti-6Al-4V fatigue life obtained during additive manufacturing by wire-arc surfacing using the cold metal transfer welding. This additive manufacturing technology is used for fusing large-sized products in the Laboratory of methods for creating and designing systems “material-technology-construction” PNRPU. The quality of the resulting blank is confirmed by the results of chemical analysis, microstructural research and static tensile tests. Samples were cut from the deposited plate in the longitudinal and transverse direction with respect to the formation plane of the layers. Experimental studies of fatigue life were conducted in the Center of Experimental Mechanics PNRPU using Instron testing equipment. According to the test results, the dependences of cyclic durability on the level of applied stresses are obtained. It is noted that the direction of cutting samples from the deposited fragment significantly affect to the resistance characteristics of the low- and high-cycle fatigue of the additive titanium alloy VT6. It is concluded that there is a significant anisotropy of cyclic properties, which must be taken into account when designing and manufacturing products from additive materials.
Keywords
аддитивные технологии проволочно-дуговая наплавка холодный перенос металла титановый сплав малоцикловая усталость многоцикловая усталость
Date of publication
26.11.2024
Year of publication
2024
Number of purchasers
0
Views
12

References

  1. 1. Zhao B., Wang H., Qiao N., Wang C., Hu M. Corrosion resistance characteristics of a Ti-6Al-4V alloy scaffold that is fabricated by electron beam melting and selective laser melting for implantation in vivo // Mater. Sci. Eng. C. 2017. V. 70. P. 832-841. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.07.045
  2. 2. Blakey-Milner B., Gradl P., Snedden G., Brooks M., Pitot J., Lopez E. et al. Metal additive manufacturing in aerospace: A review // Mater. Des. 2021. V. 209. 110008. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110008
  3. 3. Gorelik M. Additive manufacturing in the context of structural integrity // Int. J. Fatigue. 2017. V. 94. Part 2. P.168-177. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.07.005
  4. 4. Manzhirov A.V., Parshi, D.A. Influence of the erection regime on the stress state of a viscoelastic arched structure erected by an additive technology under the force of gravity // Mech. Solids. 2015. V. 50. P. 657-675. https://doi.org/10.3103/S0025654415060072
  5. 5. Manzhirov A.V., Parshin D.A. Application of prestressed structural elements in the erection of heavy viscoelastic arched structures with the use of an additive technology // Mech. Solids. 2016. V. 51. P. 692-700. https://doi.org/10.3103/S0025654416060091
  6. 6. Пескова А.В., Сухов Д.И., Мазалов П.Б. Исследование формирования структуры материала титанового сплава ВТ6, полученного методами аддитивных технологий // Авиац. материалы и технологии. 2020. № 1. С. 38-44. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-1-38-44
  7. 7. Butt, M.M., Laieghi, H., Kvvssn, V. et al. Fatigue performance in additively manufactured metal alloys // Prog. Addit. Manuf. 2024. https://doi.org/10.1007/s40964-024-00738-2
  8. 8. Черемнов А.М., Гурьянов Д.А., Чумаевский А.В., Кобзев А.Е., Рубцов В.Е. Закономерности образования дефектов и неоднородностей структуры при фрикционной перемешивающей обработке изделий из титанового сплава, полученных методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии // Вестник СибГИУ. 2024. № 1. С. 58-68. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-1 (47)-58-6
  9. 9. Акулова С.Н., Мышкина А.В., Варушкин С.В., Неулыбин С.Д., Кривоносова Е.А., Щицын Ю.Д., Ольшанская Т.В. О влиянии схем плазменной наплавки на формирование структуры и свойств титанового сплава // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23. № 3. С. 75-83. https://doi.org/10.15593/2224-9877/2021.3.09
  10. 10. Баяндин Ю.В., Дудин Д.С., Ильиных А.В., Пермяков Г.Л., Чудинов В.В., Келлер И.Э., Трушников Д.Н. Характеристики прочности и пластичности ряда металлических сплавов и нержавеющих сталей, созданных проволочно-дуговой наплавкой, в широком диапазоне скоростей деформаций // Вестник ПНИПУ. Механика. 2023. № 1. С. 33-45. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2023.1.04
  11. 11. Панин П.В., Лукина Е.А., Наприенко С.А., Алексеев Е.Б. Влияние термической обработки на структуру и свойства TiAl-сплава системы Ti-Al-V-Nb-Cr-Gd, синтезированного методом селективного электронно-лучевого сплавления // Физ. мезомех. 2023. Т. 26. № 6. С. 61-74. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2023_26_6_61
  12. 12. Liu H., Yu H., Guo C., Chen X., Zhong S., Zhou L., Osman A., Lu J. Review on fatigue of additive manufactured metallic alloys: microstructure, performance, enhancement, and assessment methods // Adv. Mater. 2023. V. 36. № 17. 2306570. https://doi.org/10.1002/adma.202306570
  13. 13. Волков И.А., Коротких Ю.Г. Моделирование процессов усталостной долговечности материалов и конструкций при малоцикловом нагружении // Изв. РАН. МТТ. 2014. № 3. С. 66-78.
  14. 14. Zhang, P., He, A.N., Liu, F., Zhang, K., Jiang, J., Zhang, D.Z. Evaluation of low cycle fatigue performance of selective laser melted titanium alloy Ti-6Al-4V // Metals. 2019. V. 9. № 10. 1041. https://doi.org/10.3390/met9101041
  15. 15. Bressan, S., Ogawa, F., Itoh, T., Berto, F. Low cycle fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V under non-proportional and proportional loading // Frattura ed Integrità Strutturale. 2019. V. 13. № 48. P. 18-25. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.48.03
  16. 16. Fatemi A., Molaei R., Sharifimehr S., Shamsaei N., Phan N. Torsional fatigue behavior of wrought and additive manufactured Ti-6Al-4V by powder bed fusion including surface finish effect // Int. J. Fatigue. 2017. V. 99. P. 187-201. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2017.03.002
  17. 17. Cao F., Zhang T., Ryder M.A. et al. A review of the fatigue properties of additively manufactured Ti-6Al-4V // JOM. 2018. V. 70. P. 349-357. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2728-5
  18. 18. Hassanifard S., Adibeig M.R., Hashemi S.M. Determining strain-based fatigue parameters of additively manufactured Ti-6Al-4V: effects of process parameters and loading conditions // Int J Adv Manuf Technol. 2022. V. 121. P. 8051-8063. https://doi.org/10.1007/s00170-022-09907-5
  19. 19. Rehmer B., Bayram F., Ávila Calderón L.A. et al. Elastic modulus data for additively and conventionally manufactured variants of Ti-6Al-4V, IN718 and AISI 316 L // Sci. Data. 2023. V. 10. 474. https://doi.org/10.1038/s41597-023-02387-6
  20. 20. Qian M., Xu W., Brandt M. et al. Additive manufacturing and postprocessing of Ti-6Al-4V for superior mechanical properties // MRS Bulletin. 2016. V. 41. P. 775-784. https://doi.org/10.1557/mrs.2016.215
  21. 21. Колубаев Е.А., Рубцов В.Е., Чумаевский А.В., Астафурова Е.Г. Научные подходы к микро-, мезо- и макроструктурному дизайну объемных металлических и полиметаллических материалов с использованием метода электронно-лучевого аддитивного производства // Физ. мезомех. 2022. Т. 25. № 4. С. 5-18. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2022_25_4_5
  22. 22. Gou J., Wang Z., Hu S., Shen J., Liu Z, Yang C. et al. Effect of cold metal transfer mode on the microstructure and machinability of Ti-6Al-4V alloy fabricated by wire and arc additive manufacturing in ultra-precision machining // J. Mater. Res. Technol. 2022. V. 21. P. 1581-1594. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.10.011
  23. 23. Mohd Mansor M.S., Raja S., Yusof F., Muhamad M.R., Manurung Y.H., Adenan M.S. et al.Integrated approach to wire arc additive manufacturing (WAAM) optimization: Harnessing the synergy of process parameters and deposition strategies // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 30. P. 2478-2499. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.03.170
  24. 24. Xizhang Chen, Su, C., Wang, Y. et al. Cold Metal Transfer (CMT) Based Wire and Arc Additive Manufacture (WAAM) System // J. Surf. Investig. 2018. V. 12. P. 1278-1284. https://doi.org/10.1134/S102745101901004X
  25. 25. Shchitsyn Y.D., Krivonosova E.A., Trushnikov D.N., Olshanskaya T.V., Kartashov M.F., Kartashov M.F., Neulybin S.D. Use of CMT-Surfacing for Additive Formation of Titanium Alloy Workpieces // Metallurg. 2020. V. 64. № 1-2. P. 67-74. https://doi.org/10.1007/s11015-020-00967-0
  26. 26. Shchitsyn Y., Kartashev M., Krivonosova E., Olshanskaya T., Trushnikov D. Formation of structure and properties of two-phase Ti6Al-4V alloy during cold metal transfer additive deposition with interpass forging // Materials. 2021. V. 14. № 16. 4415. https://doi.org/10.3390/ma14164415
  27. 27. Trushnikov D.N., Kartashev M.F., Olshanskaya T.V., Mindibaev M.R., Shchitsyn Y.D., Saucedo-Zendejo F.R. Improving VT6 titanium-alloy components produced by multilayer surfacing // Russ. Eng. Res. 2021. V. 41. P. 848-850. https://doi.org/10.3103/S1068798X21090264
  28. 28. Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Eliseev A.A., Osipovich K.S., Kalashnikov K.N., Savchenko N.L. et al. Structure and phase composition of Ti-6Al-4V alloy obtained by electron-beam additive manufacturing / // Russ. Phys. 2019. V. 62. № 8. P. 1461-1468. https://doi.org/10.1007/s11182-019-01864-z
  29. 29. Ходинев И.А., Горбовец М.А., Монин С.А., Рыжков П.В. Исследование характеристик малоцикловой усталости жаропрочного деформируемого сплава ВЖ175 // Труды ВИАМ. 2022. № 1. С. 97-110. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-1-97-110
  30. 30. Ильиных А.В., Паньков А.М., Лыкова А.В., Пермяков Г.Л. Экспериментальное исследование циклической долговечности аддитивного титанового сплава ВТ6 в условиях концентрации напряжений // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2023. № 75. С. 120-132. https://doi.org/10.15593/2224- 9982/2023.75.10
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library