Relationship between mechanical properties and density of Ti obtained by additive technology

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

1 Citation (Scopus)

Abstract

Целью работы является установление связей между относительной плотностью образцов из титана, полученных по аддитивной технологии, с их механическими характеристиками. Исходным сырьем для 3D-печати служил порошок титана сферической формы с диапазоном размеров 10-50 мкм. Сравнение химического состава исходного порошка с данными об известных марках титана показывало его повышенную чистоту, что является важным параметром для достижения необходимых свойств при изготовлении высококачественных имплантатов. Образцы для исследования физических и механических свойств материала изготавливали на установке послойного синтеза методом селективного лазерного плавления. При отработке режимов сплавления порошка использовали следующие параметры работы установки: размер пятна лазерного излучения на сплавляемом порошковом слое 60-70 мкм, толщина слоя 50 мкм, защитная атмосфера Ar (содержание кислорода до 900 ppm). Аддитивным методом изготавливали цилиндрические заготовки с направлением наплавления ортогонально продольной оси. Далее из них делали образцы для испытаний на растяжение до разрыва. Плотность образцов измеряли методом гидростатического взвешивания. Изменение режимов лазерной обработки внутри указанных диапазонов приводило к получению образцов различной плотности. Каждой плотности соответствовал свой уровень механических характеристик. Получены линейные возрастающие зависимости условного предела текучести и относительного удлинения от относительной плотности. При относительной плотности 92 % предел текучести равен 300 МПа, а при больших плотностях достигается предел текучести ≥500 МПа. Установлено, что использование аддитивных технологий для титана позволяет получать материал с остаточной пористостью, характеризуемой относительной плотностью 92-98 %. Несмотря на наличие пор, такой материал обладает повышенной прочностью относительно титана той же химической чистоты, полученного традиционными методами. Повышение относительной плотности приводит к линейному росту условного предела текучести и относительного удлинения до разрыва, т. е. к повышению уровня как прочностных, так и пластических свойств. Пониженная плотность обусловлена наличием пор, образовавшихся в процессе сплавления, наличием частиц, имеющих ограниченные поверхности контакта между собой.
Translated title of the contributionСООТНОШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ТИТАНА, ПОЛУЧЕННОГО АДДИТИВНЫМ МЕТОДОМ
Original languageEnglish
Pages (from-to)51-55
Number of pages5
JournalЦветные металлы
Issue number5
DOIs
Publication statusPublished - 1 Jan 2018

Fingerprint

Yield stress
mechanical properties
Powders
Mechanical properties
Melting
Lasers
Elongation
3D printers
Chemical analysis
Oxygen
Argon
Weighing
chemical composition
Density (specific gravity)
Shielding
Mass spectrometry
Ductility
melting
Printing
Raw materials

Keywords

  • Additive manufacturing
  • Density
  • Ductility
  • Mechanical properties
  • Porosity
  • Titanium
  • Titanium powder
  • Yield strength

ASJC Scopus subject areas

  • Ceramics and Composites
  • Condensed Matter Physics
  • Physical and Theoretical Chemistry
  • Surfaces, Coatings and Films
  • Metals and Alloys
  • Materials Chemistry

GRNTI

  • 53.00.00 METALLURGY

Level of Research Output

  • VAK List

Cite this

@article{155176e90e8e41b88560a4bc403ac064,
title = "Relationship between mechanical properties and density of Ti obtained by additive technology",
abstract = "Целью работы является установление связей между относительной плотностью образцов из титана, полученных по аддитивной технологии, с их механическими характеристиками. Исходным сырьем для 3D-печати служил порошок титана сферической формы с диапазоном размеров 10-50 мкм. Сравнение химического состава исходного порошка с данными об известных марках титана показывало его повышенную чистоту, что является важным параметром для достижения необходимых свойств при изготовлении высококачественных имплантатов. Образцы для исследования физических и механических свойств материала изготавливали на установке послойного синтеза методом селективного лазерного плавления. При отработке режимов сплавления порошка использовали следующие параметры работы установки: размер пятна лазерного излучения на сплавляемом порошковом слое 60-70 мкм, толщина слоя 50 мкм, защитная атмосфера Ar (содержание кислорода до 900 ppm). Аддитивным методом изготавливали цилиндрические заготовки с направлением наплавления ортогонально продольной оси. Далее из них делали образцы для испытаний на растяжение до разрыва. Плотность образцов измеряли методом гидростатического взвешивания. Изменение режимов лазерной обработки внутри указанных диапазонов приводило к получению образцов различной плотности. Каждой плотности соответствовал свой уровень механических характеристик. Получены линейные возрастающие зависимости условного предела текучести и относительного удлинения от относительной плотности. При относительной плотности 92 {\%} предел текучести равен 300 МПа, а при больших плотностях достигается предел текучести ≥500 МПа. Установлено, что использование аддитивных технологий для титана позволяет получать материал с остаточной пористостью, характеризуемой относительной плотностью 92-98 {\%}. Несмотря на наличие пор, такой материал обладает повышенной прочностью относительно титана той же химической чистоты, полученного традиционными методами. Повышение относительной плотности приводит к линейному росту условного предела текучести и относительного удлинения до разрыва, т. е. к повышению уровня как прочностных, так и пластических свойств. Пониженная плотность обусловлена наличием пор, образовавшихся в процессе сплавления, наличием частиц, имеющих ограниченные поверхности контакта между собой.",
keywords = "Additive manufacturing, Density, Ductility, Mechanical properties, Porosity, Titanium, Titanium powder, Yield strength",
author = "Loginov, {Yu N.} and Stepanov, {S. I.} and Yudin, {A. V.} and Tretyakov, {E. V.}",
year = "2018",
month = "1",
day = "1",
doi = "10.17580/tsm.2018.05.07",
language = "English",
pages = "51--55",
journal = "Цветные металлы",
issn = "0372-2929",
publisher = "Izdatel'stvo Ruda i Metally",
number = "5",

}

Relationship between mechanical properties and density of Ti obtained by additive technology. / Loginov, Yu N.; Stepanov, S. I.; Yudin, A. V.; Tretyakov, E. V.

In: Цветные металлы, No. 5, 01.01.2018, p. 51-55.

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

TY - JOUR

T1 - Relationship between mechanical properties and density of Ti obtained by additive technology

AU - Loginov, Yu N.

AU - Stepanov, S. I.

AU - Yudin, A. V.

AU - Tretyakov, E. V.

PY - 2018/1/1

Y1 - 2018/1/1

N2 - Целью работы является установление связей между относительной плотностью образцов из титана, полученных по аддитивной технологии, с их механическими характеристиками. Исходным сырьем для 3D-печати служил порошок титана сферической формы с диапазоном размеров 10-50 мкм. Сравнение химического состава исходного порошка с данными об известных марках титана показывало его повышенную чистоту, что является важным параметром для достижения необходимых свойств при изготовлении высококачественных имплантатов. Образцы для исследования физических и механических свойств материала изготавливали на установке послойного синтеза методом селективного лазерного плавления. При отработке режимов сплавления порошка использовали следующие параметры работы установки: размер пятна лазерного излучения на сплавляемом порошковом слое 60-70 мкм, толщина слоя 50 мкм, защитная атмосфера Ar (содержание кислорода до 900 ppm). Аддитивным методом изготавливали цилиндрические заготовки с направлением наплавления ортогонально продольной оси. Далее из них делали образцы для испытаний на растяжение до разрыва. Плотность образцов измеряли методом гидростатического взвешивания. Изменение режимов лазерной обработки внутри указанных диапазонов приводило к получению образцов различной плотности. Каждой плотности соответствовал свой уровень механических характеристик. Получены линейные возрастающие зависимости условного предела текучести и относительного удлинения от относительной плотности. При относительной плотности 92 % предел текучести равен 300 МПа, а при больших плотностях достигается предел текучести ≥500 МПа. Установлено, что использование аддитивных технологий для титана позволяет получать материал с остаточной пористостью, характеризуемой относительной плотностью 92-98 %. Несмотря на наличие пор, такой материал обладает повышенной прочностью относительно титана той же химической чистоты, полученного традиционными методами. Повышение относительной плотности приводит к линейному росту условного предела текучести и относительного удлинения до разрыва, т. е. к повышению уровня как прочностных, так и пластических свойств. Пониженная плотность обусловлена наличием пор, образовавшихся в процессе сплавления, наличием частиц, имеющих ограниченные поверхности контакта между собой.

AB - Целью работы является установление связей между относительной плотностью образцов из титана, полученных по аддитивной технологии, с их механическими характеристиками. Исходным сырьем для 3D-печати служил порошок титана сферической формы с диапазоном размеров 10-50 мкм. Сравнение химического состава исходного порошка с данными об известных марках титана показывало его повышенную чистоту, что является важным параметром для достижения необходимых свойств при изготовлении высококачественных имплантатов. Образцы для исследования физических и механических свойств материала изготавливали на установке послойного синтеза методом селективного лазерного плавления. При отработке режимов сплавления порошка использовали следующие параметры работы установки: размер пятна лазерного излучения на сплавляемом порошковом слое 60-70 мкм, толщина слоя 50 мкм, защитная атмосфера Ar (содержание кислорода до 900 ppm). Аддитивным методом изготавливали цилиндрические заготовки с направлением наплавления ортогонально продольной оси. Далее из них делали образцы для испытаний на растяжение до разрыва. Плотность образцов измеряли методом гидростатического взвешивания. Изменение режимов лазерной обработки внутри указанных диапазонов приводило к получению образцов различной плотности. Каждой плотности соответствовал свой уровень механических характеристик. Получены линейные возрастающие зависимости условного предела текучести и относительного удлинения от относительной плотности. При относительной плотности 92 % предел текучести равен 300 МПа, а при больших плотностях достигается предел текучести ≥500 МПа. Установлено, что использование аддитивных технологий для титана позволяет получать материал с остаточной пористостью, характеризуемой относительной плотностью 92-98 %. Несмотря на наличие пор, такой материал обладает повышенной прочностью относительно титана той же химической чистоты, полученного традиционными методами. Повышение относительной плотности приводит к линейному росту условного предела текучести и относительного удлинения до разрыва, т. е. к повышению уровня как прочностных, так и пластических свойств. Пониженная плотность обусловлена наличием пор, образовавшихся в процессе сплавления, наличием частиц, имеющих ограниченные поверхности контакта между собой.

KW - Additive manufacturing

KW - Density

KW - Ductility

KW - Mechanical properties

KW - Porosity

KW - Titanium

KW - Titanium powder

KW - Yield strength

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85048995338&partnerID=8YFLogxK

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=35091017

U2 - 10.17580/tsm.2018.05.07

DO - 10.17580/tsm.2018.05.07

M3 - Article

SP - 51

EP - 55

JO - Цветные металлы

JF - Цветные металлы

SN - 0372-2929

IS - 5

ER -