CC BY
24ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ
НАПЛАВКИ
Алексеева Е.В., Петровский П.В., Земляков Е.В. Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет, Санкт-Петербург, Россия
1292ketrin@mail. ru
Для современных самолетов и конструкций самолётостроения необходимо получение деталей, состоящих из разных материалов, которые могут обеспечить получение заданного градиента свойств, включая локальную повышенную жесткость, прочность, теплопроводность, стойкость к агрессивным средам и т.д. Данные материалы могут быть получены на сегодняшний день методами аддитивных технологий, а именно селективным лазерным плавлением и прямым лазерным выращиванием. Методом селективного лазерного плавления можно получить готовое изделие без последующей обработки, а прямым лазерным выращиванием создание готовых деталей и ремонт различных частей.
В данной работе рассматривается один из методов аддитивных технологий, а именно метод прямого лазерного выращивания, как более актуальный метод для ремонта различных деталей. С помощью прямого лазерного выращивания были проведены эксперименты по наплавке на гребешки рабочей части литой лопатки из сплава ЖС6у, материалом наплавки являлся порошок из сплава ЭП648.
Анализ микроструктуры показал, что распределение и размер основной упрочняющей у'-фазы и частиц упрочняющих фаз и карбидов различное. Упрочняющие фазы и карбиды, присутствующие в сплавах на основе тугоплавких элементов, также имеют более дисперсное строение в выращенной части лопатки. В наплавленной части у'-фаза, образующая сетку, в несколько раз меньше, чем в литой части. Так же можно сказать, что на границе раздела двух сплавов и в областях литой и выращенной части дефекты (поры, трещины) отсутствуют.
Данный метод позволяет выращивать полиметаллические изделия полностью в автоматическом режиме с отсутствием ограничений по расположению границы раздела материалов, которая может формироваться путем соединения двух различных материалов как в одном слое, так и между слоями [1 -3].
1. Korsmik R.S., Turichin G.A., Klimova-Korsmik O.G., Alekseeva E.V., Novikov R.S. Development of laser powder cladding technology for restoration of heat-resistant nickel alloys turbine blades. Journal of Physics: Conference Series. 2018. 1109 (1).
2. Ivanov D.O., Travyanov A.Y., Petrovskii P.V., Logachev I.A., Cheverikin V.V., Alekseeva E.V. Study of the Possibility of Preparing Nickel Alloy Polymetallic Material of Different Compositions by Direct Laser Deposition. Metallurgist. 2018. 61(11 -12). 988-993.
3. Rashkovets M., Nikulina A., Turichin G., Klimova-Korsmik O., Sklyar M. Microstructure and Phase Composition of Ni-Based Alloy Obtained by High-Speed Direct Laser Deposition. Journal of Materials Engineering and Performance. 2018. 27. 6398-6406.
ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАЛОСТНОГО ПОВЕДЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ,
ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДАМИ SLM И DMT
Волосков Б.С., Сергеичев И.В., Евлашин С.А.
Сколковский институт науки и технологий «СКОЛТЕХ», Москва, Россия boris. [email protected]
Аустенитная сталь 316L, широко используемая в качестве конструкционного материала в различных областях промышленности, часто подвержена циклическим нагрузкам на протяжении всего срока эксплуатации [1-5]. В том числе такие материалы могут страдать и от сверхмногоцикловых (гигацикловых) нагрузок, например, в атомной промышленности [2,3]. Несмотря на то, что аддитивные технологии в настоящее время - это стремительно развивающееся направление производства, и существует множество исследований механического поведения изделий, полученных при помощи 3D-печати, найти в литературе данные по гигацикловой усталости таких образцов трудно [6-8].
В данной работе проведен экспериментальный анализ механического поведения образцов коррозионностойкой стали 316L, полученных технологиями аддитивного производства SLM и DMT. Статические испытания на растяжение показали примерное совпадение характеристик для двух рассматриваемых технологий. Однако, предел текучести образцов, полученных с помощью DMT был примерно на 25% ниже, чем для SLM. Испытания в области многоциклового и гигациклового нагружения показали, что DMT-образцы проявляют существенно более высокую усталостную выносливость, чем SLM-образцы. Фрактографический анализ показал, что во всех образцах, разрушенных в режиме мало- и многоцикловой усталости, трещина зарождалась на поверхности. Поверхность разрушения во всех случаях делилась на области усталостного распространения трещины (одна или две) и на область статического долома. Размер этих областей зависел от количества циклов до разрушения. Область усталостного разрушения характеризовалась
так называемыми усталостными бороздками, по которым можно судить о скорости распространения трещины. На SLM-образцах были обнаружены нерасплавленные частицы порошка, которые могли быть концентраторами напряжений в месте зарождения трещины. Зона статического долома DMT-образцов имеет более развитый вязкий рельеф по сравнению с SLM-образцами. В гигацикловом режиме трещина зарождалась под поверхностью. Дефект, являющийся инициатором трещины, был окружен мелкозернистой областью FGA.
Можно сделать вывод, что более низкое сопротивление усталостному разрушению SLM-образцов возможно связано с наличием нерасплавленных во время печати частиц порошка.
1. Alsalla H. H., Smith C., Hao L. Effect of build orientation on the surface quality, microstructure and mechanical properties of selective laser melting 316L stainless steel. Rapid Prototyp. J. 2017.
2. Hutar P. et al. Short fatigue crack behaviour under low cycle fatigue regime. Int. J. Fatigue. 2017. 103. 207-215.
3. Yadollahi A., Shamsaei N. Additive manufacturing of fatigue resistant materials: Challenges and opportunities. Int. J. Fatigue. 2017. 98. 14-31.
4. Mower T.M., Long M.J. Mechanical behavior of additive manufactured, powder-bed laser-fused materials. Mater. Sci. Eng. A. 2016. 651. 198-213.
5. Yadollahi A., Shamsaei N., Thompson S.M., Seely D.W. Effects of process time interval and heat treatment on the mechanical and microstructural properties of direct laser deposited 316L stainless steel. Mater. Sci. Eng. A. 2015. 644. 171-183.
6. Mower T.M., Long M.J. Mechanical behavior of additive manufactured, powder-bed laser-fused materials. Mater Sci Eng. 2016. 651. 198-213.
7. Spierings A.B., Starr T.L., Wegener K. Fatigue performance of additive manufactured metallic parts. Rapid Prototyp J. 2013.
8. Leuders S., Lieneke T., Lammers S., Tröster T., Niendorf T. On the fatigue properties of metals manufactured by selective laser melting - The role of ductility. J Mater Res. 2014.
МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ ИЗ СПЛАВА Т!-6ЛЬ4^ ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО СПЛАВЛЕНИЯ
Глебов Л.А., Радионова Л.В., Пашкеев К.Ю.
Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия [email protected]
Изделия из титанового сплава Т1-6Д!-4У широко востребованы в высокотехнологичных производствах, связанных с космонавтикой, авиацией, судостроением, энергетическим машиностроением, химической промышленностью и медициной. Сплав Т1-6Д!-4У в технических системах известен давно. Однако, изделия из этого сплава, полученные аддитивными методами мало изучены [1-2]. Лабораторией «Механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий» ЮУрГУ была организована серия работ по получению возможности получения изделий из указанного сплава методами аддитивных технологий, в том числе и сложной геометрической формы [3].
Целью настоящей работы являлось изготовление образцов из титанового сплава для дальнейшего исследования и разработки технологии по выращиванию изделий.
В качестве сырья для изготовления образцов был выбран порошок из сплава Т1-6Д!-4У с размером частиц от 25 до 100 мкм. Наплавка производилась в защитной атмосфере (аргоновой ванне) при повышенном расходе аргона и максимальном значении давления несущего газа подачи порошка в питателе во избежание налипания порошка на поверхность изготавливаемого образца и неравномерного формирования поверхности наплавки.
Для выбора и отработки режимов наплавки выращивались образцы прямоугольной формой. Основные критерии режимов: мощность лазерного излучения, скорость перемещения установки, количество подаваемого порошка, диаметр пятна, расход газа.
В ходе работы выращенные образцы были исследованы на наличие пор и трещин. На Рисунке 1 приведен металлографический шлиф до травления одного из образцов. Количественная оценка показала, что пористость на этом участке не превышает 0,2%. Результаты исследований позволяют говорить о том, что полученный материал не имеет тенденций к растрескиванию и обладает очень низкой пористостью. После травления образца (Рисунок 2, (а)) установлено, что микроструктура представляет из себя (а+р) сплав мартенситного типа. Также была измерена твердость образца вдоль направления выращивания, ее значение варьируется в пределах от 490 до 500 НУ, что говорит о высокой однородности полученной микроструктуры.
