EFFECT OF SELECTIVE ELECTRON BEAM MELTING PARAMETERS ON CHEMICAL COMPOSITION, MICROSTRUCTURE, AND POROSITY OF A TiAl-ALLOY Ti–Al–V–Nb–Cr–Gd
Authors: Панин П.В. , Лукина Е.А. , Богачев И.А. , Наприенко С.А. 
Published: October 2023

Исследовано влияние линейной плотности энергии (EL), варьируемой от 120 до 300 Дж/м за счет изменения тока электронного луча (I) от 4 до 20 мА и скорости сканирования (v) от 2 до 8 м/с, на остаточную пористость, локальное распределение алюминия и микроструктуру в синтезированных образцах из нового шестикомпонентного интерметаллидного бета-затвердевающего TiAl-сплава Ti–44,5Al–2V–1Nb–2Cr–0,1Gd, ат. % (Ti–31,0Al–2,5V–2,5Nb–2,5Cr–0,4Gd, масс. %) после селективного электронно-лучевого сплавления (СЭЛС). Установлено, что послойный синтез при EL≥250 Дж/м позволяет получать плотный материал с остаточной пористостью менее 1 об. %. Выявлено, что увеличение EL приводит к уменьшению среднего содержания алюминия до ΔAl=1,7 ат. % при EL=300 Дж/м и его неоднородному распределению в вертикальном сечении образцов (в направлении построения Z), с образованием чередующихся полос с повышенным и пониженным содержанием Al. Показано, что при параметрах синтеза EL<200 Дж/м и I<8 мА формируется равноосная мелкозернистая микроструктура; повышение EL и I приводит к формированию, а также увеличению размеров и объемной доли столбчатых зерен, расположенных преимущественно в обедненных Al полосах. После всех опробованных режимов СЭЛС, как в столбчатых, так и в равноосных зернах наблюдаются пластинчатые внутризеренные (γ+α2)-колонии, с фазами γ и β0/B2 по границам зерен, что соответствует последовательности фазовых превращений, прогнозируемой термодинамическим моделированием.

The influence of the line energy input (EL), varied from 120 to 300 J/m due to changing of the electron beam current (I) from 4 to 20 mA and the scanning speed (v) from 2 to 8 m/s, on residual porosity, content and local distribution of aluminum, and microstructure has been studied on asbuilt samples of a new six-component intermetallic beta-solidifying TiAl-alloy Ti–44.5Al–2V–1Nb–2Cr–0.1Gd, at. % (Ti–31.0Al–2.5V–2.5Nb–2.5Cr–0.4Gd, wt. %) produced by selective electron beam melting (SEBM). It has been found that layer-by-layer processing at EL≥250 J/m makes it possible to obtain dense material with residual porosity of less than 1 vol. %. It has been revealed that an increase of EL results in the average aluminum content reduction by ΔAl=1.7 at. % at EL=300 J/m and distribution inhomogeneity thereof in the vertical cross-section of the samples (building direction Z), with the formation of layered structure consisting of Al-enriched and Al-depleted alternating layers. It has been shown that a fine-grained equiaxed microstructure is formed after processing at EL<200 J/m and I<8 mA; increasing of EL and I results in the formation of columnar grains, as well as their size and fraction growth, predominantly located in Al-depleted layers. After all studied SEBM modes, both columnar and globular grains exhibit intragranular (γ+α2) lamellar colonies with some γ and β0/B2 phases at grain boundaries, which correspond to the sequence of phase transformations predicted by thermodynamic modeling.