CC BY
28ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОМПОЗИТНЫХ СЛОЁВ В УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ПУТЁМ ЛАЗЕРНОГО ОПЛАВЛЕНИЯ С СООСНЫМ ВВЕДЕНИЕМ ЧАСТИЦ WC
Пересторонин А.В.
Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана (НИУ), Москва, Россия
a.v.perestoronin@bmstu.ru
Поверхностные композиционные слои системы металл плюс твердые частицы обладают крайне высокими показателями износостойкости. Их нанесение на поверхность изделия позволяет многократно продлить срок службы при работе в условиях интенсивного абразивного изнашивания [1].
Получить такой слой можно либо наплавкой смеси порошков металла и керамических частиц, образующих соответственно матрицу и армирующую фазу композитного слоя, либо путём введения упрочняющих частиц непосредственно в материал изделия. Первый вариант на сегодняшний день используется при изготовлении и восстановлении деталей бурового оборудования [1,2]. Объемная доля армирующих частиц при этом может достигать 50 % по объему, что необходимо для создания равномерно упрочненного по глубине покрытия. Во втором случае отсутствует расход дорогостоящих материалов на создание матрицы и снижается искажение геометрии обрабатываемой детали, доля упрочняющих частиц также может быть меньшей [3]. Этот подход может быть применен к более дешевым и массовым деталям, однако данный технологический процесс и образующиеся слои имеют ряд особенностей.
В настоящей работе исследованы особенности формирования, структуры и износостойкости поверхностных композитных слоёв, полученных в стали марки 2 по ГОСТ 398-2010 при лазерной обработке с оплавлением и соосным лучу введением сферических частиц монокарбида вольфрама диаметром от 50 до 150 мкм.
Показано, что износостойкость композитных слоёв возрастает с увеличением доли армирующей фазы, причём её введение играет более существенную роль, чем закалка металла матрицы. Установлено, что формирование бездефектных упрочненных слоёв возможно при содержании частиц WC на уровне до 10 % по объему. Параметры лазерного излучения обуславливают форму ванны расплава, которая оказывает определяющее влияние на распределение армирующих частиц по глубине упрочненного слоя. Возможно получение равномерно упрочненных слоёв толщиной до 1,2 мм при доле армирующих частиц на уровне 8-10 %, существенно меньшей, чем при наплавке, и обеспечивающей повышение износостойкости в десятки раз.
1. Grigoryants A.G., Misyurov A.I., Tretyakov R.S., Perestoronin A.V. A device for removing metal from the weld pool when studying the shape of the weld pool. Welding International. 2017. 31. 10. 814-816
2. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Третьяков Р.С., Брюнчуков Г.И., Асютин Р.Д., Пересторонин А.В. Упрочнение поверхности колёс железнодорожных локомотивов путём создания композитного слоя методом лазерно-порошковой обработки. Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». 2018. 4. 40-50.
3. Perestoronin A., Grigoryants A., Tretyakov R., Misiurov A., Asytin R. The features of surface composite layer formation by laser-powder treatment of steel with tungsten carbide particles. Journal of Physics. 2018. 1109. 012028.
ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА Т1-6АЬ^ И МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА Т!-6АЬ4МТЮ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДАМИ АДДИТИВНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Синякова Е.А., Панин С.В., Колмаков А.Г.
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва, Россия
mea@ispms.tsc.ru
Несмотря на высокие прочностные свойства изделий из титанового сплава Т1-6Д!-4У, полученных методами аддитивных технологий, они характеризуются относительно низкими значениями износостойкости. В настоящее время наблюдается громадный интерес к проведению фундаментальных, поисковых и прикладных исследований в области получения трехмерных металлических матричных композитов на основе Т1-6Д!-4У, армированных высокопрочными керамическими частицами ТЮ [1,2]. Комбинация твердых и жестких керамических частиц и вязкой титановой матрицы обеспечивает высокие механические и трибологические характеристики композита, что открывает широкую перспективу его использования в авиа- и ракетно-космической отросли.
Недостатком изделий из титанового сплава Т1-6Д!-4У, полученных методами аддитивных технологий, является высокая шероховатость их поверхности и неоднородная микроструктура, состоящая из крупных столбчатых первичных 3 зерен, содержащих неравновесную мартенситную а' фазу [3]. В свою очередь, в процессе 3й-печати композита Т1-6Д!-4У/Т1С фаза ТЮ может приобретать форму грубого дендрита. Более того, большие карбидные частицы могут растворяться не полностью, вызывая формирование пор и трещин, а также охрупчивание титановых композитов.
Перспективными методами постобработки 3й-деталей являются их ультразвуковая ударная обработка, основанная на пластическом деформировании поверхности, и электронно-пучковая обработка, обусловливающая плавление поверхностного слоя и его быструю кристаллизацию. Данные методы не только могут обеспечить снижение шероховатости поверхности Зй-образцов, но и увеличить твердость и износостойкость их поверхностного слоя без изменения внутренней структуры самого изделия.
В настоящей работе исследованы закономерности формирования морфологии поверхности, микроструктуры и фазового состава Зй-образцов из титанового сплава Ti-6Al-4V и композита Ti-6Al-4V/TiC. Продемонстрировано влияние ультразвуковой ударной и электронно-пучковой обработок на закономерности структурно-фазовых превращений и формирование внутренних напряжений в модифицированных поверхностных слоях исследованных образцов.
Работа выполнена в рамках Программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации; Соглашение № 05.583.21.0089, идентификатор проекта RFMEFI58318X0089.
1. Liu S.Y., Shin Y.C. The influences of melting degree of TiC reinforcements on microstructure and mechanical properties of laser direct deposited Ti6Al4V/TiC composites. Mater. Des. 2017. 136. 185-195.
2. Wang J., Li L., Lin P., Wang J. Effect of TiC particle size on the microstructure and tensile properties of TiCp/Ti6Al4V composites fabricated by laser melting deposition. Opt. Laser Technol. 2018. 105.195-206.
3. Attar H., Ehtemam-Haghighi Sh., Kent D., Wu X., Dargusch M.S. Comparative study of commercially pure titanium produced by laser engineered net shaping, selective laser melting and casting processes. Mater. Sci. Eng. 2017. 705. 385-393.
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВА ЭП708, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО
ПЛАВЛЕНИЯ
Хомутов М.Г., Чеверикин В. В., Петровский П. В.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
khomutov@misis.ru
Селективное лазерное плавление (СЛП) - инновационная технология производства изделий сложной геометрической формы посредством избирательного лазерного плавления слоя металлического порошка по CAD-моделям. С помощью СЛП создают как точные металлические детали для работы в составе узлов и агрегатов, так и неразборные конструкции. Данная технология является методом аддитивного производства и использует лазеры высокой мощности для создания трехмерных физических объектов. СЛП успешно заменяет традиционные методы производства, так как свойства изделий, построенных по технологии СЛП, зачастую превосходят свойства изделий, изготовленных по традиционным технологиям, при этом удельная плотность изделий достигает 99,9 % [1-5]. Целью работы является исследование структуры и свойств сплава ЭП708, полученного методом селективного лазерного плавления, и разработка технологии производства изделий сложной формы из сплава ЭП708 методом СЛП. Для достижения поставленной цели определены следующие задачи: 1. Проведение сравнительных структурных исследований и выявление взаимосвязи со свойствами материала образцов сплава ЭП708, полученных методом СЛП, в зависимости от вида термической и термодеформационной обработки; 2. Разработка технологии получения изделий с заданными характеристиками из сплава ЭП708 методом СЛП с использованием моделирования процессов плавления порошкового слоя и коробления изделия.
В процессе изготовления методом селективного лазерного плавления и последующей обработки горячим изостатическим прессованием (ГИП) уровень механических свойств сплава при комнатной температуре составляет: а - 825 МПа, а - 1150 МПа, 5 - 27%. Что соответствует требованиям, предъявляемым к изделиям из сплава ЭП708, которые получают стандартными методами горячей прокатки и термической обработки. С использованием теоретических и экспериментальных исследований фазовых превращений в сплаве ЭП708, полученного методом СЛП, разработаны рекомендации по оптимизации режимов термической обработки и ГИП. Показано, что за счет оптимизации режима термодеформационной обработки (при температуре 1095 °С) удается избежать преимущественного образования сетки карбидов по границам зерен, снижающих механические свойства. Разработаны рекомендации технологических параметров процесса СЛП для получения модельного изделия из сплава ЭП708. Оптимальными параметрами получения изделий из сплава ЭП708 являются: мощность лазера 250 Вт, скорость движения 600 мм/с, расстояние между треками 80 мкм, толщина слоя 60 мкм. При этом показано, что применение ГИП позволяет снизить объемную долю пор до
0.35.% с 1 %, а также помогает устранить термические трещины.
1. Nannan GUO, Ming C. LEU, Additive manufacturing: technology, applications and research needs. Front. Mech. Eng. 2013. 8 (3). 215-243.
2. Kruth J.P., Froyen L., Van Vaerenbergh J. et.al. Selective laser melting of iron-based powder. Journal of Materials Processing Technology. 2004. 149. 616-622.
