CC BY
22ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Татару А.С., Петровский П.В., Куминова Я.В.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
tataru as@list.ru
В рамках постановления Правительства Российской Федерации №218 от 09.04.2010 в настоящее время на ПАО «ОДК-УМПО» с участием НИТУ «МИСиС» и СПбГМТУ реализуется высокотехнологичное производство крупногабаритных титановых заготовок из высокопрочных и жаростойких сплавов для перспективных двигателей авиационно-космической, наземной и морской техники, на основе технологий прямого лазерного выращивания и послойного лазерного синтеза.
В настоящей работе, представлены результаты проведенных в НИТУ «МИСиС» исследований, влияния технологических условий прямого лазерного выращивания (ПЛВ) и последующей термообработки (ТО) на механические свойства титанового (Ti) сплава Ti6-Al4-V (Вт6) для определения оптимальных режимов ПЛВ.
Из результатов проведенных исследований влияния режимных параметров ПЛВ (мощность лазера, скорость выращивания) и размера фракции порошка на механические свойства образцов в исходном состоянии, после двухстадийной ТО, либо после ГИПа следует, что с размером фракции пороНОшка 45-90 мкм потребуется дополнительная операция ГИП для обеспечения заданных механических свойств согласно ГОСТ 26492-85[1]. Однако с размером фракции 106-180 мкм достаточным оказалось обеспечение двухстадийной ТО (закалка + отпуск) после ПЛВ, с точки зрения предъявляемых в ГОСТ 26492-85 требований [2].
В ходе исследования влияния состава рабочей атмосферы и содержания газов (O, N, H) в образцах с размером фракции 45-90 мкм (после 2-х стадийной ТО) на механические свойства выявлено, что с увеличением содержания О в рабочей камере УПЛВ (с 0,05-0,1 до 1,55%) снижается содержание N в наплавленном материале более, чем в 4 раза с 0,1 до 0,023 % соответственно (верхний предел допуска равен 0,05%, согласно ГОСТ 19807-91 [3]), при этом увеличиваются пластические и снижаются прочностные свойства. Требованиям ГОСТ 26492-85 отвечают образцы, полученные с минимальным содержанием N (0,023 %) в наплавленном материале. Анализ содержания газов (O_, N, H) в Ti образцах с разным размером фракции порошка и содержанием O в рабочей камере УПЛВ, равной 0,05-0,1%, выявил более чем шестикратное снижение содержания N (0,016%) в образцах с размером фракции 106-180 мкм по сравнению с размером фракции 45-90 мкм [4].
В качестве заключения следует отметить, что при мощности лазера 2200 Вт, скорости выращивания 40 мм/с и размере фракции 45-90 мкм содержание O в рабочей камере УПЛВ должно быть свыше 0,55%. При более низком содержании O в рабочей камере УПЛВ потребуется операция ГИП, либо смена фракции порошка на более крупную 106-180 мкм. С технологической точки зрения операция двух стадийной ТО является более подходящей, так как разрабатываемый комплексный технологический процесс предусматривает изготовление точных титановых заготовок с размером до 2.1 м, а объем камеры газостата, входящего в состав «ОДК-УМПО» не подходит под размеры заготовок свыше 0,4 м.
1. ГОСТ 26492-85. Прутки катаные из титана и титановых сплавов. Технические условия (с Изменениями N 1, 2).
2. Turichin G.A., Klimova-Korsmik O.G., Gushchina M.O., Shalnova S.A., Korsmik R.S., Cheverikin V.V., Tataru A.S. Features of structure formation in alfa+betta titanium alloys. 10th CIRP Conference on Photonic Technologies. 2018. 74. 188-191.
3. ГОСТ 19807-91. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки (с Изменением N 1).
4. Gushchina M.O., Klimova-Korsmik O.G., Vildanov A.M., Shalnova S.A., Tataru A.S., Norman E.A. Influence of the protective atmosphere on the structure and properties parts from titanium alloy Ti-6Al-4V produced by direct laser deposition. Journal of Physics: Conf. Series. 2018. 1109. 012060.
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ КЛП
Холопов А.А., Мельникова М.А., Мианджи З.
Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана (НИУ), Москва, Россия
holopiy@yandex.ru, maria.a.bogdanova@yandex.ru
Коаксиальное лазерное плавление (КЛП) - вид аддитивных технологий, который является одним из наиболее актуальных направлений выращивания. В отличие от селективного лазерного плавления за счёт прямой подачи порошка в зону обработки технология КЛП имеет значительно более высокую производительность процесса [1].
При изготовлении тонкостенных изделий методом КЛП можно выделить две проблемы, которые необходимо решить для достижения необходимого качества поверхности. К ним относятся отклонение от
заданных шероховатости и геометрии [2]. Другим направлением исследований в области выращивания методом КПП является повышение производительности выращивания изделий. Для решения данных задач был проведён ряд экспериментов [3].
В МГТУ имени Н.Э. Баумана разработана уникальная пятикоординатная установка для ЗР выращивания КЛП-400. В качестве источника излучения используется волоконный лазер мощностью 3 кВт. Для создания управляющей программы используется специализированный программный продукт, позволяющий разбивать объемное изображение детали на слои, управлять стратегией заливки и варьировать параметры обработки. В процессе исследования проводилось выращивание валиков различной высоты и различным количеством слоёв. Для снижения шероховатости стенок контура было предложено оплавлять каждый нанесённый слой на пониженной мощности без использования порошка. По результатам эксперимента показано, что данная технология имеет положительные результаты, однако, требуется варьирование мощности и скорости обработки для получения равномерной высоты валиков. Выявление особенностей формирования валиков и режимов позволит в дальнейшем задавать параметры программно без внедрения дополнительных итераций со стороны оператора. Так же, подобный метод обработки позволит сократить технологическую цепь на один этап - этап дополнительной механической постобработки.
а) без переплавления б) с переплавлением
Рисунок 1 - Поперечное сечение тонкой стенки.
Стоит отметить, что актуальным направлением оптимизации процесса КПП является увеличение производительности. В работе предложен способ выращивания тонкостенных деталей переменной толщины, при котором ширина слоя меняется в результате варьирования величины пятна лазерного излучения в зоне обработки. Таким образом появляется возможность существенно повысить скорость выращивания.
1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И., Третьяков Р.С. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2019. 280.
2. Caiazzo F. Laser-aided Directed Metal Deposition of Ni-based superaiioy powder. Optics & Laser Technology. 2018. 103. 193-198.
3. Volpp J., Prasad H. S., Riede M., Brueckner F., Kaplan A. F. H. Powder particle attachment mechanisms onto liquid material. Procedia CIRP. 2018. 74. 140-143.
RESEARCH OF THE MECHANICAL PROPERTIES AND STRUCTURE OF Ti6AI4V DEPOSITS PRODUCED BY
COLD SPRAY TECHNOLOGY
Черешнева A.A., Чеверикин В.В., Петровский П.В., Барков Р.Ю. Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
15_nasti_03@mail.ru
The method of cold gas-dynamic spraying is a new method for producing deposits from titanium alloys [1-3]. The advantage of this method is the absence of surface oxidation and thermal stresses due to the absence of surface melting [3-6]. In this work, a study was conducted on the selection of optimal technological spraying conditions, the effectiveness of the use of encapsulated hot isostatic pressing, as well as increasing the mechanical properties of samples and reducing porosity.
It was found that using encapsulated HIP by standard technology for titanium alloys significantly changes the microstructure of the samples due to diffusion and recrystallization [7-10]. The total porosity of the samples decreased from 7.5% to 0.2%. The yield strength of the samples after uniaxial tensile tests in various states was ~ 70 and ~ 950 MPa, respectively (as-built and after the HIP). The plasticity of the samples after hot isostatic pressing also increased from 0% to ~ 14%.
1. Papyrin A., Kosarev V., Klinkov S. Alkhimov A., Fomin V. Cold Spray Technology. Elsevier Science. 2007.
2. Champagne V.K. The cold spray materials deposition process: Fundamentals and applications. 2007. 1-362.
3. Maev R.G., Leshchynsky V. Introduction to Low Pressure Gas Dynamic Spray: Physics & Technology. Wiley-VCH. 2008.
4. Assadi H., Gärtner F., Stoltenhoff Т., Kreye H. Bonding mechanism in cold gas spraying. Acta Materialia. 2003. 51 (15). 4379-4394.
