ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Ni–Cr–W–Mo
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-2-60-70
Аннотация
Исследовано качество металлопорошковой композиции (МПК) из жаропрочного сплава ЭП648 (система Ni– Cr–W–Mo), применяемой для получения деталей методом прямого лазерного выращивания (DMD-технология). Установлено, что по основным требованиям (химический и гранулометрический составы, чистота, насыпная плотность, текучесть, влажность) МПК соответствует ТУ 136-225-2019. Рассмотрено влияние параметров прямого лазерного выращивания (мощность лазерного излучения, скорость наплавки) на структуру и микротвердость опытных образцов. Наибольшее количество дефектов (скопления мелких усадочных пор и несплавления) формируется в образце, полученном при мощности лазерного излучения Р = 1000 Вт и скорости наплавки v = 40 мм/с. При этом дефекты имеют максимальные размеры. Наименьшее число дефектов наблюдается в образцах, полученных при Р = 1400 и 1600 Вт и v = 45 и 38 мм/с. В этом случае формируется наиболее однородная структура зон лазерной наплавки из-за полного плавления частиц порошка и растекания расплава. Тем не менее в структуре образца, выращенного при Р = 1600 Вт и v = 38 мм/с, имеются трещины, расположенные по границам субзерен в центре треков наплавки. Их образование вызвано перегревом материала из-за повышенной мощности лазерного излучения и накоплением высоких внутренних напряжений от предыдущих выращенных слоев. Микротвердость образцов, полученных по всем режимам прямого лазерного выращивания, меняется незначительно в пределах 270–310 НV. По результатам проведенных исследований установлено, что наиболее оптимальная структура формируется в образце, полученном при мощности лазера 1400 Вт и скорости наплавки 45 мм/с.
Об авторах
А. М. Хакимов
Самарский государственный технический университет; Филиал АО «ОДК» «НИИД»
Россия
Россия
Хакимов А.М. – аспирант кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии»; начальник отдела лазерной
обработки
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244; 105118, г. Москва, пр-т Буденного, 16
С. С. Жаткин
Самарский государственный технический университет
Россия
Россия
Жаткин С.С. – канд. техн. наук, профессор кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии»
К. В. Никитин
Самарский государственный технический университет
Россия
Россия
Никитин К.В. – докт. техн. наук, профессор, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта
В. И. Никитин
Самарский государственный технический университет
Россия
Россия
Никитин В.И. – докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Литейные и высокоэффективные технологии»
В. Б. Деев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Уханьский текстильный университет
Россия
Россия
Деев В.Б. – докт. техн. наук, профессор факультета машиностроения и автоматизации; гл. науч. сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы», профессор кафедры «Обработка металлов давлением»
Textile Road, 1, Hongshan District, Wuhan, 430073, P.R. China;
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Список литературы
1. Bourell D.L., Beaman J.J., Wohlers T., Frazier W., Kuhn H., Seifi M. History of additive manufacturing. In: Additive Manufacturing Processes. Vol. 24. ASM International, 2020. P. 1—8.
2. Hopkinson N., Hague R.J.M., Dickens P.M. Rapid manufacturing an industrial revolution for the digital age. The Atrium, Southern Gate, Chichester, England: John Wiley & Sons Ltd., 2006.
3. Attaran М. The rise of 3-D printing: The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing. Business Horizons. 2017. Vol. 60. Iss. 5. P. 677—688.
4. Gradl P., Greene S. E., Protz Ch., Bullard B., Buzzell J. Additive manufacturing of liquid rocket engine combustion devices: A summary of process developments and hot-fire testing results. In: ASEE Joint Propulsion Conference. AIAA 2018-4625. Session: Additive manufacturing for propulsion systems I (July 9—11, 2018, Cincinnati, Ohio, USA). Р. 1—34.
5. Ngo T. D., Kashani A., Imbalzano G., Nguyen K.T.Q., Hui D. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites. Pt. B: Engineering. 2018. Vol. 143. No. 15. P. 172—196.
6. Dutta Bhaskar, Palaniswamy S., Choi Juneho, Song Lijun, Mazumder Jyoti. Additive manufacturing by direct metal deposition. Adv. Mater. Proces. 2011. Vol. 169. Р. 33—36.
7. Niu X., Singh S., Garg A., Singh H., Panda B., Peng X., Zhang Q. Review of materials used in laser-aided additive manufacturing processes to produce metallic products. Front. Mech. Eng. 2019. No. 14. P. 282—298.
8. Pinkerton A.J. Laser direct metal deposition: Theory and applications in manufacturing and maintenance. In: Advances in Laser Materials Processing. Coventry, UK, Woodhead Publ., 2010. Р. 461—491.
9. Хакимов А.М., Жаткин С.С., Щедрин Е.Ю. Исследование структуры и свойств деталей из жаропрочных сплавов, полученных технологией прямого лазерного выращивания. Известия Самарского научного центра РАН. 2020. Т. 22. No. 2. С. 59—66.
10. Bo Chen, Xin Xi, Tao Gu, Caiwang Tan, Xiaoguo Song. Influence of heat treatment on microstructure evolution and mechanical properties of TiB2/Al 2024 composites fabricated by directed energy deposition. J. Mater. Res. Technol. 2020. Vol. 9. Iss. 6. P. 14223—14236.
11. Xiaoqiang Zhang, Ze Chai, Huabin Chena, Luming Xu, Hao Lu, Xiaoqi Chen. A novel method to prevent cracking in directed energy deposition of Inconel 738 by in-situ doping Inconel 718. Mater. Design. 2021. Vol. 197. Art.109214.
12. Гиршов В.Л., Котов С.А., Цеменко В.Н. Современные технологии в порошковой металлургии: Учеб. пос. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010.
13. Zhi-YuHan, Ping-XiangZhang, Li-MingLei, Shu-Jin Liang, Qing-Xiang Wang, Yun-Jin Lai, Jin-Shan Li. Morphology and particle analysis of the Ni3Al-based spherical powders manufactured by supreme-speed plasma rotating electrode process. J. Mater. Res. Technol. 2020. Vol. 9. Iss. 6. P. 13937—13944.
14. Kaplanskii Yu.Yu., Zaitsev A.A., Sentyurina Zh.A., Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Loginov P.A., Logachev I.A. The structure and properties of pre-alloyed NiAl—Cr(Co,Hf) spherical powders produced by plasma rotating electrode processing for additive manufacturing. J. Mater. Res. Technol. 2018. Vol. 7. Iss. 4. P. 461—468.
15. Zhong Ch., Chen J., Linnenbrink S., Gasser A., Sui Sh., Poprawe R. A comparative study of Inconel 718 formed by high deposition rate laser metal deposition with GA powder and PREP powder. Mater. Design. 2016. Vol. 107. P. 386—392.
16. Zhang Y., Li Z., Nie P., Wu Y. Effect of cooling rate on the microstructure of laser-remelted Inconel 718 coating. Metal. Mater. Trans. A. 2013. Vol. 44. Р. 5513—5521.
17. Lee Y., Nordin M., Babu S.S., Farson Dave F. Effect of fluid convection on dendrite arm spacing in laser deposition. Metal. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. Р. 1520—1529.
18. Sui S., Chen J., Ming X.L., Zhang S.P., Lin X., Huang W.D. The failure mechanism of 50 % laser additive manufactured Inconel 718 and the deformation behavior of laves phases during a tensile process. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2017. Vol. 91. Р. 2733—2740.
19. Lakshmi L. Parimi, Ravi G. A., Daniel Clark, Moataz M. Attallah. Microstructural and texture development in direct laser fabricated IN718. Mater. Charact. 2014. Vol. 89. P. 102—111.
20. Tammas-Williams S., Withers P. J., Todd I., Prangnell P.B. The influence of porosity on fatigue crack initiation in additively manufactured titanium components. Sci. Rep. 2017. No. 7. P. 1—13.
21. Farber B., Small K.A., Allen C., Causton R.J., Nichols A., Simbolick J., Taheri M.L. Correlation of mechanical properties to microstructures in Inconel 718 fabricated by direct metal laser sintering. Mater. Sci. Eng. A-Struct. 2018. Vol. 712. Р. 539—547.
22. Sui S., Tan H., Chen J., Zhong Ch., Li Z., Fan W., Gasser A., Huang W. The influence of laves phases on the room temperature tensile properties of Inconel 718 fabricated by powder feeding laser additive manufacturing. Acta Mater. 2019. Vol. 164. P. 413—427.
23. Konovalov S., Osintsev K., Golubeva A., Smelov V., Ivanov Y., Chen X., Komissarova I. Surface modification of Ti-based alloy by selective laser melting of Ni-based superalloy powder. J. Mater. Res. Technol. 2020. Vol. 9 (4). Р. 8796— 8807. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.06.016.
24. Ageev E.V., Ageeva E.V., Altukhov A.Y. A Study of the structure and properties of hardened additive articles obtained from electroerosion cobalt-chromium powder. Metal Sci. Heat Treat. 2021. Vol. 63 (3-4). Р. 210—213. DOI: 10.1007/ s11041-021-00672-y.
25. Qian S., Dai Y., Guo Y., Zhang Y. Microstructure and wear resistance of multi-layer ni-based alloy cladding coating on 316L SS under different laser power. Materials. 2021. Vol. 14 (4). No. 781. Р. 1—15. DOI: 10.3390/ ma14040781.
Рецензия
Для цитирования:
Хакимов А.М., Жаткин С.С., Никитин К.В., Никитин В.И., Деев В.Б. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Ni–Cr–W–Mo. Известия вузов. Цветная металлургия. 2022;28(2):60-70. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-2-60-70
For citation:
Khakimov A.M., Zhatkin S.S., Nikitin K.V., Nikitin V.I., Deev V.B. Effect of direct metal deposition technology on the structure and properties of Ni–Cr–W–Mo heat-resistant nickel alloy. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2022;28(2):60-70. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-2-60-70
Просмотров:
494
Послать статью по эл. почте 