ПРОЦЕСС ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ЖАРОПРОЧНОГО CПЛАВА: ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Авторы

  • Андрей Владимирович Балякин Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева https://orcid.org/0000-0002-1558-1034

DOI:

https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-64-78

Ключевые слова:

процесс прямого подвода энергии и материала, сплав ЭП648, мощность лазерного излучения, механические свойства при растяжении, термическая обработка, микроструктура, твердость

Аннотация

Изучены микроструктура и механические свойства при растяжении образцов из жаропрочного сплава на никелевой основе, полученных с использованием процесса прямого подвода энергии и материала (LP-DED). Мощность лазерного излучения варьировали от 1200 до 2000 Вт. Было отмечено, что низкая мощность лазера может привести к более высоким скорости охлаждения и дефектности в микроструктуре образцов. Мощность излучения 2000 Вт привела к получению самых высоких механических свойств при растяжении. Было исследовано влияние термической обработки на микроструктуру, твердость и свойства при растяжении. При исследовании образцов после разрушения обнаружено, что в изломах образцов, полученных при мощности 1400 ‒ 1800 Вт, присутствуют дефекты в виде непроплавов и трещин. В изломах образцов,изготовленных при мощности лазера 1200 и 1600 Вт, присутствуют не расплавившиеся частицы порошка. На поверхностях излома всех образцов присутствовали ямки и классическая форма чашечки и конуса, указывающие на вязкий механизм разрушения. Было обнаружено, что термическая обработка может полностью гомогенизировать микроструктуру, привести к относительно однородным, равноосным зернам и увеличить твердость материала. Термическая обработка снижает анизотропию свойств, приводит к повышению уровня свойств на растяжение при разной мощности лазера. Исследование предоставляет первоначальную основу, чтобы помочь конструкторам и специалистам с выбором мощности лазера, а также понимать его воздействие на жаропрочный сплав, влияние на микроструктуру и механические свойства при комнатной температуре.

Биография автора

Андрей Владимирович Балякин, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

старший преподаватель кафедры технологий производства двигателей

Библиографические ссылки

KubiakK. etal. The unidirectional crystalliza-tion of metals and alloys (turbine blades). Handbook of Crystal Growth. 2015:413‒457.

Raza M.H. et al. Grain Selection and Crystal Orientation in Single‐Crystal Casting: State of the Art. Crystal Research and Technology. 2019;54(2):1800177.

Bondarenko Y.A. Trends in the development of high-temperature metal materials and technologies in the production of modern aircraft gas turbine en-gines. Aviation. 2020;2021(2022):2023.

Blakey-Milner B. et al. Metal additive manufac-turing in aerospace: A review. Materials & De-sign. 2021;209:110008.

Smelov V.G., Sotov A.V., Agapovichev A.V. Re-search on the possibility of restoring blades while repairing gas turbine engines parts by selective la-ser melting. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016;140(1):012019.

Hosseini E., Popovich V.A. A review of mechani-cal properties of additively manufactured Inconel 718. AdditiveManufacturing. 2019;30:100877.

Балякин А.В. и др. Применение прямого лазерного сплавления металлических порошков из жаропрочных сплавов в двигателестроении. Вестник Московского авиационно-го института. 2021;28(3):202–217.

Балякин А.В., Олейник М.А., Злобин Е.П., Скуратов Д.Л. Обзор гибридного аддитивно-го производства металлических деталей. Вестник Самарского университета. Аэро-космическая техника, технологии и машино-строение. 2022;21(2):48–64.

WangH. etal. Review on adaptive control of laser-directed energy deposition. Opticalengi-neering. 2020;59(7):070901‒070901.

Климов В.С., Карягин Д.А., Ерохин П.А. Освоение технологии производства гранул жаропрочного никелевого сплава ЭП648 и их применение в аддитивном производстве. Технология легких сплавов. 2022;3:49–55.

Финогеев Д.Ю., Войко А.В. Влияние процессов селективного лазерного плавления на структуру жаропрочного сплава ЭП648. Перспективы развития технологий обработки и оборудова-ния в машиностроении. 2022:203–206.

Евгенов А.Г., Горбовец М.А., Прагер С.М. Струк-тура и механические свойства жаропрочных сплавов ВЖ159 и ЭП648, полученных методом селективного лазерного сплавления. Авиационные материалы и технологии. 2016; S1(43):8–15. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2016-0-S1-8-1513.

XuG. etal. Microstructure and mechanical properties of directed energy deposited 316L/Ti6Al4V functionally graded materials via constant/gradient power. Materials Science and Engineering: A.2022;839:142870.

Коробейников Д.А., БазалееваК.О., Алек-сандроваА.А., ГолубничийА.А., ШевердяевМ.С., Хватов Д.М. Структурныеособенно-стититановогосплаваВТ6, синтезированно-гометодомпрямоголазерноговыращивания. В кн.: XV Международный Семинар «Структурные Основы Модифицирования Материалов» МНТ-XV. Обнинск. 2019:103.

Zhang B. et al. Microstructure and mechanical properties of directed energy deposited U75V/15–5PH structurally graded material. JournalofAlloysandCompounds. 2022;898:163001.

Холопов А.А., Мельникова М.А., Мианджи З. Повышение качества поверхности тонкостенных деталей, изготовленных методом слс. Аддитив-ные технологии в цифровом производстве. Ме-таллы, сплавы, композиты.2019;1:19–20.

SadaliM.F. etal. Influence of selective laser melt-ing scanning speed parameter on the surface mor-phology, surface roughness, and micropores for manufactured Ti6Al4V parts. Journal of materials research. 2020;35(15):2025‒2035.

Dolgun E. et al. The influence of heat treatment on the microstructure of products manufactured by di-rect laser deposition using titanium alloy Ti‒6Al‒4V. MaterialsToday: Proceedings. 2020;30:688‒693.

Носова Е.А., Балякин А.В., Олейник М.А. Исследование влияния отжига на микро-структуру и твердость сплава ЭП648 после прямого лазерного выращивания: 10.25712/ASTU. 1811-1416.2023. 01.014. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2023;20(1):115–122.

Балякин А.В., Носова Е.А., Олейник М.А. Влияние термической обработки на структуру и свойства заготовок из жаропрочных никеле-вых сплавов, полученных по аддитивным тех-нологиям. Вестник Московского авиационного института. 2023;30(3):209–219.

Оспенникова О.Г.,Наприенко С.А., Медведев П.Н., Зайцев Д.В., Рогалев А.М. Особенности формирования структурно-фазового состояния сплава ЭП648 при селективном лазерном сплавлении. Труды ВИАМ. 2021;8(102):3–11. http://doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-8-3-1122.

BozhkoS.A. etal. Investigation of the Influence of Thermomechanical Treatment on the Struc-tural-Phase State and Mechanical Properties of a VZh171 Alloy. Russian Physics Journal. 2020;62:2306‒2313.

Baskov F.A. et al. Structure and properties of ep741np heat-resistant nickel alloy produced by selective laser melting. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021;62:302‒310.

Sanin V.V. et al. Structure and Properties of Heat-Resistant Alloys NiAl–Cr–Co–X (X= La, Mo, Zr, Ta, Re) and Fabrication of Powders for Additive Manufacturing. Materials.2021;14(12):3144.

Римша П.Б., Толоконский А.О. Разработка системы автоматического нагрева и охла-ждения при проведении термической обра-ботки дисков газотурбинных двигателей. Вестник Национального исследовательского ядерного университета МИФИ.2021;10(5):448–458. https://doi.org/10.1134/S2304487X21050084

Загрузки

Опубликован

30.12.2023

Как цитировать

Балякин, А. В. . (2023). ПРОЦЕСС ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ЖАРОПРОЧНОГО CПЛАВА: ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 1(4), 64–78. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-64-78

Выпуск

Раздел

Металлургия и материаловедение