ВПЛИВ ФРИКЦІЙНО-ЗМІШУВАЛЬНОЇ ОБРОБКИ (FRICTION STIR PROCESSING)  НА МІКРОСТРУКТУРУ ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ  АДИТИВНО ВИГОТОВЛЕНОГО TI-6AL-4V

С. В. Кирилаха

doi:10.32782/2521-6643-2025-2-70.33

С. В. Кирилаха Національний університет «Запорізька політехніка» https://orcid.org/0009-0001-5688-5616

DOI: https://doi.org/10.32782/2521-6643-2025-2-70.33

Ключові слова: Friction Stir Processing, адитивне виробництво, Ti-6Al-4V, мікроструктура, зона перемішування (SZ), термомеханічно впливова зона (TMAZ), зона термічного впливу (HAZ), β-фаза, механічні властивості, гібридні технологічні маршрути, електронно-променеве плавлення (EBM), фрикційно-змішувальне зварювання (FSW), авіаційні конструкційні деталі

Анотація

У роботі досліджено вплив фрикційно-змішувальної обробки (Friction Stir Processing, FSP) на мікроструктуру та механічні властивості адитивно виготовленого титаново-алюмінієвого сплаву Ti-6Al-4V. Розглянуто гібридний технологічний маршрут «адитивне виробництво + FSW», який включає процес електронно-променевого плавлення (EBM) для виготовлення вихідних зразків та подальше фрикційно-змішувальне зварювання (FSW) з детальним аналізом зон шва: зона перемішування (SZ), термомеханічно впливова зона (TMAZ) та зона, що не зазнала впливу тепла (HAZ). Проведено мікроструктурну характеристику із визначенням орієнтації зерен, рекристалізації β-фази та градієнту деформації, а також оцінено механічні властивості швів, включно з межею міцності на розрив і пластичністю. Порівняльний аналіз з результатами FSW чистого титану дозволив виділити специфічні особливості адитивно виготовленого Ti-6Al-4V, такі як вплив початкової колонної структури та дефектів плавленої мікроструктури на формування дрібнозернистої SZ і механічну стабільність шва. Висновки підкреслюють, що оптимізація параметрів FSW критично впливає на мікроструктурну однорідність та підвищення експлуатаційних властивостей, що робить технологію перспективною для авіаційної та транспортної галузей. Результати дослідження створюють наукову основу для подальшого вдосконалення гібридних маршрутів AM + FSW і прогнозування механічної поведінки адитивно виготовлених деталей під високим навантаженням.

Посилання

1. Rajath N., Rao S. S., Rao V. V. A comprehensive review of friction stir welding parameters on Ti-6Al-4V alloy microstructure and mechanical properties. Advanced Materials Processing and Technology. 2024. Vol. 10(2). P. 196–237 https://doi.org/10.1080/2374068X.2024.2306571
2. Singh A. K., Kumar N., Jha K., Astarita A., Squillace A., Franchitti S., Arora A. Friction stir welding of additively manufactured Ti-6Al-4V: Microstructure and mechanical properties. Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 283. P. 392–401. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116433
3. Liu X., Zhang P., Li W., Ye T., Xia C., Zhang T., Shi J., Xie J. Ni Z. Microstructure and Mechanical Properties of TC4 Titanium Alloy Joint Fabricated By Vortex Flow-Based Friction Stir Welding. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2024. Vol. 37. P. 159. https://doi.org/10.1186/s10033-024-01152-z
4. Terry B., Shelton A. Strauss A. Microstructure and mechanical properties of dissimilar friction stir welding between butted, thin sheet NiTi and Ti-6Al-4V. Weld World (2025). https://doi.org/10.1007/s40194-025-02162-8
5. Prabhakar D.A.P., Arun Kumar Shettigar, Mervin A. Herbert, Manjunath Patel G C, Danil Yu. Pimenov, Khaled Giasin, Chander Prakash A comprehensive review of friction stir techniques in structural materials and alloys: challenges and trends. Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 20. P. 3025–3060. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.08.034
6. Liu H., Nakata K., Liao J. Friction stir welding of pure titanium lap joint. Science and Technology of Welding and Joining. 2010. Vol. 15, Issue 5. https://doi.org/10.1179/136217110X12731414740031
7. Rubino F., Scherillo F., Franchitti S., Squillace A., Astarita A., Carlone P. Microstructure and surface analysis of friction stir processed Ti-6Al-4V plates manufactured by electron beam melting. Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 37. P. 392–401 https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.12.015
8. Mishra R. S., Ma Z. Y. Friction stir welding and processing. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2005. Vol. 50(1–2), P. 1–78. https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.07.001
9. MA Z. Y. Friction Stir Processing Technology: A Review. METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A. 2008. Vol. 39, P. 642–658. https://doi.org/10.1007/s11661-007-9459-0
10. Wikipedia contributors. (2025, October 21). Friction stir processing. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Friction_stir_processing]
11. Hovanski Ю., Mishra Р., Sato Ю. (ред.). Friction Stir Welding and Processing IX. Cham: Springer Cham, 2017. 324 с. ISBN 978-3-319-52382-8. https://doi.org/10.1007/978-3-319-52383-5