Сучасна електрометалургія, 2026, №02

2026 №02 (05)

DOI of Article
10.37434/sem2026.02.06

2026 №02 (07)

Сучасна електрометалургія, 2026, #2, 52-56 pages

Особливості формування пористості в сплаві Ti–6Al–4V під час виготовлення за технологією селективного лазерного плавлення

С.В. Аджамський¹, Р.В. Подольський², З.В. Сазанішвілі³, Г.А. Кононенко²

¹Інститут транспортних систем та технологій НАН України. 49000, м. Дніпро, вул. Писаржевського, 5. E-mail: as@alt-print.com
²Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України. 49000, м. Дніпро, пл. Академіка Стародубова, 1
³Національний технічний університет «Дніпровська політехніка». 49005, м. Дніпро, пр. Дмитра Яворницького,19

Реферат
Досліджено особливості формування мікроструктури та геометрії пор у зразках із титанового сплаву Ti–6Al–4V, виготовлених методом селективного лазерного плавлення за раціональних технологічних режимів. Метою дослідження є встановлення закономірностей впливу параметрів SLM-процесу на характер пороутворення та просторове розташування пор відносно траєкторій лазерного сканування. Основними задачами роботи є аналіз мікроструктури матеріалу, кількісна оцінка пористості, визначення розмірів, форми, скупчень і просторового розподілу пор, а також встановлення механізмів їх формування. Дослідження виконано на зразках, отриманих за рекомендованих режимів селективного лазерного плавлення: потужність лазера 195 Вт, швидкість сканування 1000 мм/с, відстань між треками 0,12 мм та товщина шару 40 мкм. Для вивчення мікроструктури використано оптичну мікроскопію, а кількісний аналіз пористості, включно з визначенням площі, еквівалентного діаметра, коефіцієнта сферичності та щільності розподілу пор, проведено з використанням програмного забезпечення ImageJ. Встановлено, що пори характеризуються різною морфологією та утворюють як поодинокі включення, так і локальні скупчення, просторово пов’язані з межами треків та зонами перекриття. Вперше показано наявність кореляції між сферичністю пор та їх розташуванням відносно структури треків: більш сферичні пори локалізуються переважно в центральних зонах ванн розплаву, тоді як витягнуті та неправильної форми пори зосереджені поблизу меж сканування. Отримані результати поглиблюють розуміння механізмів пороутворення в Ti–6Al–4V за SLM та можуть бути використані для подальшої оптимізації технологічних параметрів адитивного виробництва. Бібліогр. 24, табл. 2, рис. 3.
Ключові слова: технологія SLM, Ti–6Al–4V, пори, дискретність, мікроструктура

Отримано 26.02.2026
Отримано у переглянутому вигляді 28.04.2026
Затверджено до друку 20.05.2026
Розміщено онлайн 28.05.2026

Список літератури

1. Tshephe, T.S., Akinwamide, S.O., Olevsky, E., Olubambi, P.A. (2022) Additive manufacturing of titanium-based alloys: A review of methods, properties, challenges, and prospects. Heliyon, 8(3), e09041. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09041
2. Saurabh, A., Meghana, C.M., Singh, P.K., Verma, P.C. (2022) Titanium-based materials: synthesis, properties, and applications. Materials Today: Proceedings, 56, 412-419. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.01.268
3. Suresh, G., Ramesh, M.R., Srinath, M.S. (2022) Surface engineered titanium alloys for biomedical, automotive, and aerospace applications. In: Advances in processing of lightweight metal alloys and composites: Microstructural characterization and property correlation. Eds by R.V. Vignesh, R. Padmanaban, M. Govindaraju. Singapore, Springer, 89-102. https://doi.org/10.1007/978-981-19-7146-4_5
4. Abd-Elaziem, W., Mohammed, M.M., Yehia, H.M. et al. (2024) Porous titanium for medical implants. Multidisciplinary Materials Chronicles, 1(1), 1-18. https://doi.org/10.62184/mmc.jmmc100020241
5. Bose, S., Sarkar, N., Jo, Y. (2024) Natural medicine delivery from 3D printed bone substitutes. J. of Controlled Release, 365, 848-875. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2023.09.025
6. Li, J., Zhong, H., Cao, B. et al. (2024) Comparative study of 3D-printed porous titanium alloy with rod designs of three different geometric structures for orthopaedic implantation. Acta Metallurgica Sinica, 37, 54-66. https://doi.org/10.1007/s40195-023-01573-0
7. Adjamskiy, S., Kononenko, G., Podolskyi, R., Badyuk, S. (2022) Implementation of selective laser melting technology in Ukraine. Kyiv, Naukova Dumka.
8. Li, H., Chen, Z.W., Fiedler, H., Ramezani, M. (2021) Wear behaviour of N ion implanted Ti-6Al-4V alloy processed by selective laser melting. Metals, 11(10), 1639. https://doi.org/10.3390/met11101639
9. Leo, J.R.O., Zabeen, S., Fitzpatrick, M.E. et al. (2023) A study on the effects of laser shock peening on the microstructure and substructure of Ti-6Al-4V manufactured by selective laser melting. J. of Materials Processing Technology, 316. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.117959
10. Pal, S., Lojen, G., Kokol, V., Drstvenšek, I. (2018) Evolution of metallurgical properties of Ti-6Al-4V alloy fabricated in different energy densities in the selective laser melting technique. J. of Manufacturing Processes, 35, 538-546. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2018.09.012
11. Hu, Zh., Nagarajan, B., Song, X. et al. (2019) Formation of SS316L single tracks in micro selective laser melting: surface, geometry, and defects. Advances in Materials Sci. and Eng., Article ID 9451406, 1-9. https://doi.org/10.1155/2019/9451406
12. Letenneur, M., Kreitcberg, A., Brailovski, V. (2019) Optimization of laser powder bed fusion processing using a combination of melt pool modeling and design of experiment approaches: density control. J. of Manufacturing and Materials Processing, 3, 21. https://doi.org/10.3390/jmmp3010021
13. Roehling, J.D., Perron, A., Fattebert, J.L. et al. (2018) Rapid solidification in bulk Ti-Nb alloys by single-track laser melting. JOM, 70, 1589-1597. https://doi.org/10.1007/s11837-018-2920-2
14. Chen, S., Huang, J., Pan, C. et al. (2017) Microstructure and mechanical properties of open-cell porous Ti-6Al-4V fabricated by selective laser melting. J. of Alloys and Compounds, 713, 248-254. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.190
15. Seede, R., Shoukr, D., Zhang, B. et al. (2019) An ultra-high strength martensitic steel fabricated using selective laser melting additive manufacturing: densification, microstructure, and mechanical properties. Acta Materialia, 186. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.12.037
16. Kitano, H., Kusano, M., Tsujii, M. et al. (2021) Process parameter optimization framework for the selective laser melting of Hastelloy X alloy considering defects and solidification crack occurrence. Crystals, 11, 578. https://doi.org/10.3390/cryst11060578
17. DebRoy, T., Wei, H.L., Zuback, J.S. et al. (2018) Additive manufacturing of metallic components - Process, structure and properties. Progress in Materials Sci., 92, 112-224. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001
18. Yang, J., Han, J., Yu, H. et al. (2016) Role of molten pool mode on formability, microstructure and mechanical properties of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy. Materials & Design, 110, 558-570. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.08.036
19. Dilip, J.J.S., Zhang, S., Teng, C. (2017) Influence of processing parameters on the evolution of melt pool, porosity, and microstructures in Ti-6Al-4V alloy parts fabricated by selective laser melting. Progress in Additive Manufacturing, 2, 157-167. https://doi.org/10.1007/s40964-017-0030-2
20. Gibson, I. et al. (2020) Additive manufacturing technologies. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-56127-7_12
21. Gong, H., Rafi, K., Gu, H. et al. (2014) Analysis of defect generation in Ti-6Al-4V parts made using powder bed fusion additive manufacturing processes. Additive Manufacturing, 1-4, 87-98. https://doi.org/10.1016/j.addma.2014.08.002
22. Ghio, E., Cerri, E. (2022) Additive manufacturing of AlSi10Mg and Ti-6Al-4V lightweight alloys via laser powder bed fusion: a review of heat treatments effects. Materials, 15, 2047. https://doi.org/10.3390/ma15062047
23. Wentian, S., Yude, L., Xuezhi, S. et al. (2018) Beam diameter dependence of performance in thick-layer and high-power selective laser melting of Ti-6Al-4V. Materials, 11(7), 1237. https://doi.org/10.3390/ma11071237
24. Adjamskiy, S.V., Kononenko, G.A., Podolskyi, R.V. (2021) Application of SLM-technology for manufacture of dental implants from Ti-6Al-4V alloy. Avtomaticheskaya Svarka, 11, 21-27. https://doi.org/10.37434/as2021.11.04

Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.