CC BY
95
УДК 621.9.044, 621.791.725
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ, СФОРМИРОВАННОЙ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ
А. В. Гирш Научный руководитель - Т. С. Огнева
Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, 20 E-mail: n.girsh@mail.ru, pandorra.06@mail.ru
Приведены результаты структурных исследований образцов нержавеющей стали, полученных методом селективного лазерного плавления порошковых материалов на SD-принтере для печати металлических изделий.
Ключевые слова: металлический порошок, нержавеющая сталь, селективное лазерное плавление, микроструктура.
INVESTIGATION OF STAINLESS STEEL STRUCTURE, OBTAINED BY THE METHOD OF SELECTIVE LASER MELTING
A. V. Girsh Scientific Supervisor - T. S. Ogneva
Novosibirsk State Technical University 20, K. Marx Av., Novosibirsk, 630073, Russian Federation E-mail: n.girsh@mail.ru, pandorra.06@mail.ru
This paper is discussed structural investigations of stainless steel samples, obtained by selective laser melting of powders on a 3D printer for printing metallic products.
Keywords: metal powder, stainless steel, selective laser melting, microstructure.
На сегодняшний день по всему миру активно развиваются технологии 3В-печати, позволяющие в краткие сроки изготовить физический прототип любого объекта из его компьютерной модели. Преимуществами аддитивных технологий перед традиционными способами создания трехмерных изделий из различных материалов являются значительное сокращение времени производства и снижение себестоимости готовой продукции вне зависимости конфигурации изделия. Одним из методов данной технологии является селективное лазерное плавление (СЛП) -последовательное наплавление металлического порошка при помощи лазерного излучения. С помощью этого метода возможно изготовление деталей для различных областей промышленности: аэрокосмической, автомобильной, медицинской отраслей.
Цель данной работы заключалась в изучении микроструктуры образцов, полученных методом СЛП. В качестве исходного материала для исследованного образца использовался порошок дисперсностью 20...40 мкм следующего состава: С < до 5 вес. %, Si 1...3 вес. %, Cr до 26...28 %, Mn, Fe - основа, Ni 10.12 вес. %, Mo 5.7 вес. % (рис. 1).
Плавление материала производилась на подложке хромистой нержавеющей стали. В качестве защитного газа использовался аргон. Микроструктура спеченных образцов исследовалась в сечении, параллельном подложке, а также в сечении, перпендикулярном направлению сканирования лазерного луча. Анализ исходных порошковых материалов осуществлялся методом растровой электронной микроскопии на приборе Carl Zeiss EVO 50XVP. Металлографические исследования проводились на полуавтоматическом микроскопе Axio Observer Z1m производства Carl Zeiss. Структура образца в поперечном сечении представлена на рис. 2.
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
Структура сплавленного материала имеют четкую волнообразную границу раздела с материалом подложки (рис. 2). На границе раздела материала с основанием также не было зафиксировано несплошностей, пор или трещин, что свидетельствует о хорошей адгезии сплавленного материала и основы. Металлографически не выявлено признаков диффузионного взаимодействия материалов на границе. Изменений микроструктуры подложки, увеличения размеров зерна, а также зон термического влияния также обнаружено не было.
Рис. 1. Растровая электронная микроскопия исходного порошка
После травления образца отчетливо выделаются сформированные в процессе СЛП дугообразные ванны расплава диаметром ~80 мкм и глубиной ~50 мкм, границы которых отчетливо выявляются после травления образца. Их структура состоит из множества ячеек кристаллизации. Ячейки кристаллизации формируются блоками, внутри которых они сориентированы в одном направлении (рис. 2). Подобная структура является типичной для образцов, полученных методом СЛП. Авторы многих публикаций указывают, что границы ячеек кристаллизации представляют собой сплетения дислокаций [1-2]. Резкое охлаждение микрообъемов сплава при реализации технологии 8ЬМ приводит к возникновению высоких термических напряжений в структуре, таким образом, образование дислокационных сплетений является механизмом релаксации напряжений. Литературные данные свидетельствуют о том, что в материалах на основе нержавеющей стали, получаемых методом СЛП, границы деформационных ячеек и границы ячеек кристаллизации, как правило, совпадают [3].
В продольном сечении структура материала представляет собой протяженные ванны расплава, формирующиеся в результате сканирования порошкового материала лазерным лучом (рис. 3).
Рис. 2. Оптическая металлография образца Рис. 3. Оптическая металлография образца
на границе с подложкой в сечении, параллельном подложке
По итогам проделанной работы можно сделать вывод, что селективное лазерное плавление является эффективным способом, позволяющим формировать на основе порошковых материалов качественные заготовки и изделия, характеризующиеся высокой степенью структурной однородности.
Библиографические ссылки
1. Amato K. N., S Gaytan. M., Murr L. E., Martinez E., Shindo P. W., Hernandez J., Collins S., Medina F. Microstructures and mechanical behavior of Inconel 718 fabricated by selective laser melting // Acta Materialia. 2012. № 60. Р. 2229-2239.
2. Pinkerton A. J., Lin Li. The effect of laser width on multiple-layer 316-L steel clad microstructure and surface finish // Applied Surface Science 208-209 (2003) 411-416.
3. Базалеева К. О., Е Цветкова. В., Балакирев Э. В. Процессы рекристаллизации аустенитного сплава, полученного методом селективного лазерного плавления // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 5.
© Гирш А. В., 2017
