CC BY
27
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОЙ АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ МЕТАЛЛОПОРОШКОВОЙ КОМПОЗИЦИИ
ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА ХН50ВМТЮБ (ЭП648)
12 1 2 Хакимов Алексей Мунирович ' , аспирант , начальник НИО
(e-mail: alexeykhakimov@yandex.ru) Жаткин Сергей Сергеевич1, к.т.н., доцент (e-mail: laser@samgtu.ru, sergejat@mail.ru)
13 1 3
Жадяев Александр Александрович , аспирант , инженер 1ФГБОУ ВО «СамГТУ», Самара 2филиал АО «ОДК» «НИИД», Москва АО «Волгабурмаш», Самара
В данной статье приведены методики исследований металлопорошко-вой композиции жаропрочного сплава ЭП648 планируемой к использованию для изготовления образцов аддитивной технологией прямого лазерного выращивания, а также методика изготовления и исследования полученных образцов. По результатам проведенных исследований сформулированы выводы.
Ключевые слова: Аддитивная технология, технология прямого лазерного выращивания, жаропрочный сплав, ЭП648, металлопорошковая композиция.
Аддитивные технологии в настоящее время активно развиваются и повсеместно внедряются в производственные процессы изготовления деталей. Технология прямого лазерного выращивания (далее ПЛВ) крупногабаритных заготовок позволяет получать крупногабаритные заготовки деталей из жаропрочных сплавов в максимально сжатые сроки. Производство деталей аддитивным методом сокращает цикл изготовления до 10 раз по сравнению с традиционным методом.
Аддитивная технология ПЛВ относится, согласно ГОСТ Р 57558-2017, к такому типу процесса, как прямой подвод энергии (directed energy deposition).
Изготовление образцов в данной работе производилось по технологии ПЛВ из металлопорошковой композиции (далее МПК) жаропрочного сплава ЭП648 производства АО «Композит», полученной технологией центробежного распыления.
Методика исследований:
МПК исследовалась по следующей методике:
- контроль формы частиц производился на электронном микроскопе TESCAN VEGA 3;
- размер частиц определялся методом сухого просеивания по ГОСТ 18318-94 на сетках по ГОСТ 6613-86;
- текучесть по ГОСТ 20899-98;
- насыпная плотность по ГОСТ 19440-94;
- влажность по ГОСТ 18317-94;
- наличие посторонних включений определялось визуально в процессе ситового анализа путем осмотра остатка на сетке;
- химический состав (содержание основных химических элементов) определялся по 10 точкам на растровом электронном микроскопе TESCAN VEGA 3 и методиками аналитической химии.
Полученные технологией ПЛВ образцы исследовались по следующей методике:
- наплавка образцов для исследований проводилась на технологической установке лазерного выращивания производства ИЛиСТ по 4 режимам (таблица 1):
Таблица 1 - Режимы ПЛВ образцов
Смещение
№ Мощность лазерного Ширина Высота ва- между цен-
образца излучения, Вт валика, мм лика, мм трами ва-
ликов, мм
1 1000 2,7 0,4 1,6
2 1200 2,7 0,4 1,6
3 1400 2,7 0,4 1,6
4 1600 2,7 0,4 1,6
Технология наплавки описана в ранее опубликованной статье; [1] - металлографическое исследование проводилось на оптическом микроскопе CARL ZEISS AXIO OBSERVER на шлифах, изготовленных вдоль направления роста образцов в трёх сечениях: на расстоянии 10 мм от краев и по центральному сечению относительно длины образца (условное обозначение х-1, х-2, х-ц (рис.1)). Травление шлифов проводилось в реактиве Васильева (CuSO4 - 5г., H2SO4 - 1,4 мл., HCl -50 мл., H2O - 40мл.);
1 ц 2
> > >
Рис. 1 - Схема разрезки образцов
- замер микротвердости образцов проводился на приборе ПМТ-3 с нагрузкой Р=100г.
Результаты исследований:
Для обеспечения текучести в системе подачи МПК технологической установки лазерного выращивания форма частиц МПК должна быть сферической согласно ГОСТ 25849-83.
В результате анализа выявлено, что форма частиц МПК - сферическая (рис. 2).
Рисунок 2 - Морфология частиц МПК
Остальные результаты полученные при исследовании МПК представлены в таблице 2:
Таблица 2 - Результаты исследований МПК жаропрочного сплава _ХН50ВМТЮБ (ЭП648) __
№ п. п. Наименование исследуемого параметра Значение Единица измерения
1. Размеры частиц МПК основной фракции 40 - 150 мкм плюсовая фракция (более 150 мкм) отсутствует %
минусовая фракция (менее 40 мкм) 4 %
2. Текучесть МПК 14,5 с
3. Насыпная плотность 4,91 г/см3
4. Влажность 0,001 %
Наличие посторонних включений не обнаружено.
Микроспектральный анализ проводился по 10 точкам. Результаты анализа с указанием средних значений представлены в таблице 3:
Таблица 3 - Химический состав МП
Мп Сг N1 Бе А1 В Т1 Мо N5 Се
Ср.знач. 0,19 33,16 0,00 55,60 0,34 1,09 0,00 0,93 2,44 0,60 0,03
ТУ 14-11072-74 <0,5 32,035,0 <0,4 остаток <4 0,51,1 <0,008 0,51,1 2,33,3 0,51,1 <0,03
К, %
Содержание остальных химических элементов, определенных методиками аналитической химии, представлено в таблице 4:
Таблица 4 - Химический состав МПК, %
Проба порошка С 5 Р Ж
Партия № 1 0,0438 0,0044 0,011 5,06
ТУ 14-1-1072-74 <0,1 <0,01 <0,015 4,3 - 5,3
При проведении макроанализа образцов полученных по технологии ПЛВ выявлено (рис. 3):
- в образце №1 обнаружены несплавления, которые расположены по границам валиков по всей высоте в виде строчек;
- в образце №2 аналогичные несплавления, что и на образце №1, но в меньшем количестве. Наименьшее количество расположено в центре образца;
- в образце №3 обнаружено незначительное количество несплавлений, также расположенные по границам валиков в виде строчек;
- в образце №4 единичные мелкие несплавления.
Рисунок 3 - Макроструктура материала образцов: а) образец №1 (1000Вт); б) образец №2 (1200 Вт); в) образец №3 (1400 Вт); г) образец №4 (1600 Вт)
Х1
При проведении микроанализа шлифов было подтверждено наличие не-сплошностей в виде рыхлот, пор и несплавлений (рис.4).
Рисунок 4 - Микроструктура материала образцов
Количество и величина обнаруженных дефектов различны на исследуемых образцах, полученных по разным режимам ПЛВ. Обнаруженные дефекты в материале образцов, приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Вид и максимальный размер дефектов в материале образцов
№ образца Максимальный размер дефекта, мм
Сечение рыхлота пора, 0 несплавление (длина)
1 1-1 0,19х0,33 0,04 -
1-ц 0,21х0,47 - 0,26
1-2 0,1х0,25 - 0,38
2 2-1 0,03х0,13 0,005 0,1
2-ц 0,04х0,13 0,07 0,09
2-2 0,04х0,09 0,05 0,4
3 3-1 0,05х0,09 0,05 0,2
3-ц 0,03х0,16 0,05 0,16
3-2 0,05х0,09 0,06 0,43
4 4-1 - * 0,1* 0,2
4-ц - 0,07* 0,15
4-2 0,03х0,11* 0,09* 0,5
*- единичные рыхлоты и поры.
Количество обнаруженных дефектов в материале образцов уменьшается с увеличением мощности лазерного излучения.
В образце №4 в двух сечениях обнаружены трещины, расположенные по границам субзерен в центре валиков. Максимальная длина трещин составляет 2,3мм.
На всех образцах просматривается трековая структура, типичная для материалов, полученных методом ПЛВ.
Микротвердость материала всех образцов практически одинакова и составляет НУср ~ 291.
Заключение
При исследовании образцов, полученных методом ПЛВ по четырем разным режимам из МПК ЭП648 производства АО «Композит», установлено:
1. На всех образцах просматривается трековая структура, типичная для материалов, полученных методом ПЛВ;
2. Количество обнаруженных дефектов в материале образцов уменьшается с увеличением мощности лазерного излучения, но при максимальной исследуемой мощности были получены дефекты в виде трещин, образовавшихся в результате перегрева. Выявленные трещины расположены по границам зерен.
С целью получения бездефектных режимов ПЛВ образцов необходим дальнейший подбор режимов с учетом следующего:
1. Уменьшения смещения между центрами валиков для увеличения перекрытия. Данная мера позволит уменьшить количество несплавлений по границам валиков при одной и той же мощности лазерного излучения. Также, уменьшение смещения позволит получить бездефектный образец с более мелкозернистой структурой и равномерным распределением свойств в различных направлениях с минимально возможной мощностью лазерного излучения;
2. Уменьшения скорости наплавки для увеличения ширины наплавляемого валика за счет большего его растекания при тех же мощностях лазерного излучения.
Список литературы
1. Исследование структуры и свойств деталей из жаропрочных сплавов, полученных технологией прямого лазерного выращивания [Текст] / А.М. Хакимов, С.С. Жаткин, Е.Ю. Щедрин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2020. Т.22, №2. С. 59-66.
Alexey Khakimov1,2, post-graduate student1, head of department2
(e-mail: alexeykhakimov@yandex.ru)
Sergey Zhatkin1, Cand. Techn. Sci., associate professor
(e-mail: laser@samgtu.ru, sergejat@mail.ru)
Alexander Jadyaev1,3, post-graduate student1, engineer3
1 SamSTU, Samara, Russia
2branch JSC «UEC» «NIID», Moscow, Russia
3JSC«Volgaburmash», Samara, Russia
INVESTIGATION OF A PROMISING ADDITIVE TECHNOLOGY FOR DIRECT LASER GROWING OF LARGE-SCALE BLANKS FROM A METAL-POWDER COMPOSITE HIGH-TEMPERATURE ALLOY EP648
Abstract. This article presents the methods of research of metal powder of heat-resistant alloy EP648, which is planned to be used for the production of samples of direct laser growth technology, as well as the method of manufacturing and research of the obtained samples. Keywords. additive technology, direct laser growth technology, heat-resistant alloy, EP648, metal-powder composite.
