STUDY OF THE COMPOSITION AND PROPERTIES OF VT6 ALLOY GRANULES OBTAINED BY CENTRIFUGAL PLASMA SPRAYING

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Mathematical modeling of the motion and cooling rates of VT6 alloy powders (granules) obtained from an ingot by plasma-centrifugal spraying is performed. Calculations are performed for particles with diameters of 30, 50 and 70 µm in an inert gas environment of 90% He-10% Ar at an electrode rotation speed of 25000 min-1. It is shown that molten particles of all sizes solidify at close distances (~10 cm) from the molten electrode surface. The particle cooling rates at the initial stage of motion reach values of 3.6 105–1.5 106 K/s. The time intervals of particle crystallization (their complete solidification) were ~0.3–1 ms. Changes in the microstructure, microhardness, chemical and phase compositions of VT6 alloy granules obtained after separation into three fractions are studied. Using X-ray microanalysis in SEM, a uniform distribution of the main elements over the granule cross-section was noted, as well as a slight difference in the chemical composition of different fractions, which generally indicates the homogeneity of the obtained powder. It was shown that the structure of particles of different fractions differs in the parameters of the crystal lattice and is a mixture of two solid solutions, which is probably due to the difference in cooling rates and the content of alloying components. It was noted that in granules after centrifugal spraying, the microhardness values increase (compared to the original ingot), while with an increase in the average diameter of the particles, the average microhardness values decrease.

About the authors

I. A Logachev

Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education National Research University "MISIS"

Moscow, Russia

A. G Gnedovets

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Moscow, Russia

S. N Anuchkin

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Email: AnuchkinSN@yandex.ru
Moscow, Russia

O. A Komolova

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Moscow, Russia

K. V Grigorovich

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Moscow, Russia

References

  1. Dobrovolskiy, M.V. Liquid rocket engines / M.V. Dobrovolskiy – M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2005. 486 p.
  2. Patsuk, E.B. Problems and prospects for the development of the rocket and space industry / E.B. Patsuk, I.S. Korshakevich // Aktualnye problemy aviatsiy i kosmonavtiki. 2017. V.3. Is.13. P.392–394.
  3. Krishtofor, A.P. Changes in Russia’s competitive positions in the global space products market / A.P. Krishtofor // Vestnik universiteta. 2019. Is.5. P.86–92.)
  4. Milewski, J.O. Additive Manufacturing of Metals: From Fundamental Technology to Rocket Nozzles, Medical Implants, and Custom Jewelry / J.O. Milewski – Springer Series in Materials Science. 2017. 343 p.
  5. Logacheva, A.I. Additive manufacturing technologies for critical products made of metals and alloys (review) / A.I. Logacheva, Zh.A. Sentiurina, I.A. Logachev // Perspektivnye materialy. 2015. Is.5. P.5–15.)
  6. Gasser, А. Laser additive manufacturing. Laser metal deposition (LMD) and selective laser melting (SLM) in turbo-engine application / А. Gasser, G. Backes, I. Kelbassa, A. Weisheit, K. Wissenbach // Laser Technik Journal. 2010. V.7. Is.2. P.58–63.
  7. Carter, L.N. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy / L.N. Carter, C. Martin, Ph.J. Withers, M.M. Attallah // J. Alloys and Compounds. 2014. V.615. Р.338–347.
  8. Bikas, H. Additive manufacturing methods and modeling approaches: a critical review / H. Bikas, P. Stavropoulos, G. Chryssolouris // Int. J. Adv. Manufac. Techn. 2016. V.83. Is.1–4. P.389–405.
  9. Yadroitsev, I. Parametric analysis of the selective laser melting process / I. Yadroitsev, Ph. Bertrand, I. Smurov // Appl. Surf. Sci. 2007. V.253. Is.19. P.8064–8069.
  10. Srivatsan, T.S. Additive Manufacturing: Innovations, Advances, and Applications / T.S. Srivatsan, T.S. Sudarshan – Boca Raton: CRC Press. 2016. 476 p.
  11. Yadroitsev, I. Strategy of manufacturing components with designed internal structure by selective laser melting of metallic powder / I. Yadroitsev, L. Thivillon, Ph. Bertrand, I. Smurov // Appl. Surf. Sci. 2007. V.254. Is.4. P.980–983.
  12. Meier, H. Experimental studies on selective laser melting of metallic parts / H. Meier, Ch. Haberland // Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2008. V.39. Is.9. P.665–670.
  13. Yasa, E. Microstructural investigation of Selective Laser Melting 316L stainless steel parts exposed to laser remelting / E. Yasa, J.-P. Kruth // Procedia Eng. 2011. V.19. P.389–395.
  14. Kruth, J.P. Selective laser melting of iron-based powder / J.P. Kruth, L. Froyen, J. Van Vaerenbergh, P. Mercelis, M. Rombouts, B. Lauwers // J. Mater. Proc. Techn. 2004. V.149. Is.1–3. P.616–622.
  15. Chen, G. A comparative study of Ti-6Al-4V powders for additive manufacturing by gas atomization, plasma rotating electrode process and plasma atomization / G. Chen, S.Y. Zhao, P. Tan, J. Wang, C.S. Xiang, H.P. Tang // Powd. Techn. 2018. V.333. P.38–46.
  16. Sun, Yu. Comparison of virgin Ti-6Al-4V powders for additive manufacturing / Yu Sun, M. Aindow, R.J. Hebert // Add. Manufact. 2018. V.21. P.544–555.
  17. Ashgriz N. Handbook of Atomization and Sprays. Theory and Applications / N. Ashgriz – Springer, 2011. 951 p.
  18. Ozerskoi N.E. Production of spherical powders of VT6 alloy for use in selective laser melting technology / N.E. Ozerskoi, A.A. Popovich, B.S. Ermakov // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPBPU. Estestvennye i inzhenernye nauki. 2019. Is.14. P.107–115.)
  19. Liu, Y. A novel model of calculating particle sizes in plasma rotating electrode process for superalloys / Y. Liu, S. Liang, Z. Han, J. Song, Q. Wang // Powd. Techn. 2018. V.336. P.406–414.
  20. Yamanoglu, R. Microstructural investigation of as cast and PREP atomised Ti-6Al-4V alloy / R. Yamanoglu, R.M. German, S. Karagoz, W.L. Bradbury, M. Zeren, W. Li, E.A. Olevsky // Powd. Met. 2011. V.54(5). P.604–607.
  21. Wosch, E. Rapid solidification of steel droplets in the plasma-rotating-electrode-process / E. Wosch, S. Feldhaus, T. El Gammal // ISIJ Int. 1995. V.35. Is.6. P.764–770.
  22. Cui, Y. Effects of plasma rotating electrode process parameters on the particle size distribution and microstructure of Ti-6Al-4V alloy powder / Y. Cui, Y. Zhao, H. Numata, H. Bian, K. Wako, K. Yamanaka, K. Aoyagi, C. Zhang, A. Chiba // Powd, Techn. 2020. V.376. P.363–372.
  23. Rudskoi, A.I. Physical processes and technologies for obtaining metal powders from melts / A.I. Rudskoi, K.N. Volkov, S.Y. Kondratev, Y.A. Sokolov. – Saint Petersburg: Izd-vo Politekhnicheskogo universiteta, 2018. 610 p.)
  24. Fauchais, P.L. Thermal Spray Fundamentals: From Powder to Part / P.L. Fauchais, J.V.R. Heberlein, M.I. Boulos. – New York: Springer Science & Business Media, 2014. 1566 p.
  25. Wolff, S.J. A framework to link localized cooling and properties of directed energy deposition (DED)-processed Ti-6Al-4V / S.J. Wolff, S. Lin, E.J. Faierson, W.K. Liu, G.J. Wagner, J. Cao // Acta Materialia. 2017. V.132. P.106–117.
  26. Poling, B.E. The Properties of Gases and Liquids / B.E. Poling, J.M. Prausnitz, J.P. O’Connell. – New York: Mcgraw-Hill. 2001. 803 p.
  27. Bich, E. The viscosity and thermal conductivity of pure monatomic gases from their normal boiling point up to 5000 K in the limit of zero density and at 0.101325 MPa / E. Bich, J. Millat, E. Vogel // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1990. V.19. Is.6. P.1289–1305.
  28. Mills, K.C. Recommended values of thermophysical properties for selected commercial alloys / K.C. Mills. – Cambridge: Woodhead publishing. 2002. 249 p.
  29. Bartsch, K. Material modeling of Ti-6Al-4V alloy processed by laser powder bed fusion for application in macro-scale process simulation / K. Bartsch, D. Herzog, B. Bossen, C. Emmelmann // Mater. Sci.Eng: A. 2021. V.814. Art.141237.
  30. Logachev, I.A. Study of the dynamics of changes in the structure of VT6 alloy from ingot to alloyed material / I.A. Logachev, M.V. Zheleznyi, O.A. Komolova, K.V. Grigorovich // Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedeniy. Chernaia metallurgiia. 2020. V.63. Is.8. P.623–630.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».