CC BY
59В связи с возросшей конкуренцией на рынке металлопродукции, производители вынуждены искать новые способы снижения ее себестоимости. Существенным резервом на сегодняшний день для снижения себестоимости продукции остается повышение эффективности использования рабочего инструмента и деталей оборудования за счет их ремонтопригодности и повышения функциональных свойств рабочих поверхностей инструмента [1,2].
Лабораторией механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий ЮУрГУ ведутся работы по разработке технологии восстановления изношенных поверхностей прокатных валков [3], штамповой оснастки, роликов волочильного инструмента и других инструментов и деталей металлургического и машиностроительного оборудования методом аддитивных технологий.
Целью настоящей работы являлось изучение особенностей получения функционального покрытия на рабочей поверхности бочки прокатного валка методом аддитивных технологий.
Методом прямого лазерного сплавления на изношенную поверхность валка (Рисунок 1) из марки стали 9ХС был нанесен порошок Со-28Сг-4,5\Л/. После осуществления наплавки валок был механически обработан. Для изучения микроструктуры и определения микротвердости восстановленного слоя были изготовлены микрошлифы наплавленного слоя и основного металла (Рисунок 2).
Рисунок 1 - Валок в процессе восстановления. Рисунок 2 - Наплавленный слой
(х100).
Как показали результаты исследований твердость наплавленного слоя составляет 48 HRC, пористость не превышает 0,1%, трещины и микротрещины отсутствуют. Однако на поверхности металла, прилегающей к зоне наплавки, появились цвета побежалости.
Таким образом, как показали результаты исследований метод аддитивных технологий является востребованным не только для восстановления инструмента и деталей металлургического и машиностроительного оборудования, но и перспективным для создания функциональных покрытий, обеспечивающих повышение ресурса эксплуатации этого оборудования.
1. Тяпаев О.В., Трайно А.И., Соболев В.Ф., Смирнов B.C., Голованов A.B., Глухов В.В., Скорохватов Н.Б. Патент РФ №02218220, 10.12.2003. Способы восстановления прокатного валка. 2003.
2. Невельд С.А., Тоноли А., Джямберини Л. Патент РФ №2014102661/02, 03.08.2011. Система восстановления ковочного штампа. 2011.
3. Быков В.А., Радионова Л.В., Самодурова М.Н. Восстановление изношенной поверхности шеек прокатных валков ме-тодом прямого лазерного сплавления. MAGNITOGORSK ROLLING PRACTICE 2019. Материалы IV международной молодежной научно-практической конференции. 2019. 120-122.
СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ПОМОЩИ 3D-METOAA ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛА
Герман М.А., Иванов А.Е., Макаров Ф.В.
Московский Авиационный Институт (НИУ), Москва, Россия ferrariperman@pmail. com
Изделия, полученные при помощи Зй-печати, имеют большой потенциал применения в различных отраслях промышленности, таких как авиация, машиностроение и медицина [1]. Предметом научного интереса в данной сфере является поиск различных способов модификации структуры и свойств изделий, получаемых при помощи аддитивного производства [1, 2].
В представленной работе были исследованы структура и свойства образцов, полученных при помощи Зй-технологии прямого нанесения металла (DMD - Direct Metal Deposition). В технологии DMD используют мелкодисперсные металлические гранулы, которые с помощью потока инертного газа поступают в точку нанесения. В ту же точку направляется сфокусированный луч лазера. Под действием его энергии происходит
частичное оплавление частиц и диффузия порошкового материала с уже имеющимся слоем [1, 3]. Исследования проводились на образцах, полученных при помощи 3й-печати по технологии йМЮ из металлического порошка сплава ВТ6. Большая доля частиц имела размеры до 80 мкм.
На первом этапе на исходных образцах была исследована структура и измерена твердость. Проведенные исследования показали, что структура 3й-образцов представлена а-фазой пластинчатой морфологии и небольшим количеством р-фазы, что подтверждает рентгеноструктурный анализ. В плоскости, перпендикулярной выращиванию образца, четко просматривается а-«оторочка», наличие которой объясняется тем, что границы р-зерен являются наиболее дефектными местами и, следовательно, при охлаждении -предпочтительными местами зарождения а-фазы.
Измерение твердости после 3й-печати показало существенное ее отличие в разных направлениях - 37 ед. ИЯС в плоскости выращивания и 32 ед. ИЯС в продольном направлении.
На следующем этапе работы был проведен отжиг по режиму - 800°С, 1 час, с охлаждением на воздухе. В результате термической обработки кардинальных изменений в структуре не произошло. В структуре заметен незначительный рост пластин а-фазы. Твердость после термической обработки во всех направлениях выравнивается и составляет 37 ед. ИЯС.
На следующем этапе работы были проведены механические испытания образцов в исходном состоянии непосредственно после выращивания. Исследования подтвердили высокую анизотропию свойств в различных направлениях. Предел прочности существенно выше в продольном направлении (1100 МПа), чем в перпендикулярном (1030 МПа). Далее были проведены механические испытания образцов после термической обработки. Отжиг при температуре 800°С исходных 3й-образцов приводит к некоторому снижению прочностных характеристик и обеспечивает значение предела прочности около 990 МПа в направлении выращивания и 1050 МПа поперек выращивания заготовки. Кроме того, наблюдается некоторое увеличение пластичности. Анизотропия свойств в двух перпендикулярных направлениях сохраняется.
1. Зленко М.А., Нагайцев М.В., Довбыш В.М. Аддитивные технологии в машиностроении. Пособие для инженеров. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ». 2015. 220.
2. Литунов С.Н., Слободенюк В.С., Мельников Д.В. Обзор и анализ аддитивных технологий. Омский научный вестник. 2016. 1 (145). 12 -17.
3. Сироткин О.С. Современное состояние и перспективы развития аддитивных технологий. Авиационная промышленность. 2015. 2. 22-25.
СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТА СТУПЕНЧАТОСТИ ВЫРАЩЕННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Гирфанова А. Г.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
aleksandr davidenko@oaovils.ru
Шероховатость и «ступенчатость», которая является следствием послойного формирования заготовки по заданным перед построением «сечениями», напрямую влияет на функциональные свойства, например, усталостные и фрикционные свойства, так как любые неровности на поверхности изделия являются концентраторами напряжения [1,2]. Также фактором, влияющим на степень шероховатости выращенных деталей, является угол между соплом и поверхностью наплавки. По мере увеличения данного угла увеличивается шероховатость за счет увеличения количества нерасплавленных частиц порошка. Это происходит из-за градиента температуры между сыпучим порошком и затвердевшей зоной, что приводит к спеканию металлических частиц на поверхность без полного расплавления.
Рассматривая на примере SLM (selective laser melting - селективное лазерное спекание) образцов из Ti-6AI-4V [3]. При изменении угла выращивания наблюдаются следующие тенденции: 1) образцы, полученные ковкой, имели самую низкую шероховатость; 2) наибольшая шероховатость выявлена для SLM 80°; 3) с увеличением угла выращивания шероховатость постепенно увеличивалась в диапазоне 40-80°, с относительно небольшим уменьшением в случае 90°.
Тенденция увеличения шероховатости с увеличением угла выращивания может быть следствием ступенчатости и увеличения количества нерасплавленных частиц. В случае SLM 80° и 90° значения Ra составляли 3,13 и 3,05 мкм, что было значительно выше, чем значения при более низком аддитивном угле, из-за отсутствия края шага для SLM 80° и 90°.
Другим подходом к решению проблемы ступенчатости является изменение и адаптация методов «нарезания» изделия на слои при построении модели в САПР. По данной тематике ведется много исследований. Основным методом является использование программ последовательного квадратичного программирования для аналитического расчета нормальной кривизны поверхности в направлении нарезки. Модель САПР сначала нарезается равномерно на слои толщиной, равной максимально доступной толщине изготовления, а затем каждый слой равномерно накладывается по мере необходимости для обеспечения желаемой точности поверхности [4].
Снижение шероховатости за счет подбора оптимального угла наплавки для уменьшения ступенчатости является способом компенсировать последствия выращивания. Данный метод позволяет влиять на ступенчатость, но в перспективе данный метод уступает адаптивному моделированию нарезки изделий.
