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

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

1. Kubiak K. et al. The unidirectional crystallization of metals and alloys (turbine blades). Handbook of Crystal Growth. 2015:413‒457.

2. 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.

3. 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.

4. Blakey-Milner B. et al. Metal additive manufacturing in aerospace: A review. Materials & Design. 2021;209:110008.

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

6. Hosseini E., Popovich V.A. A review of mechanical properties of additively manufactured Inconel 718. Additive Manufacturing. 2019;30:100877.

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

8. Балякин А.В., Олейник М.А., Злобин Е.П., Скуратов Д.Л. Обзор гибридного аддитивного производства металлических деталей. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022;21(2):48–64.

9. Wang H. et al. Review on adaptive control of laser-directed energy deposition. Optical engineering. 2020;59(7):070901‒070901.

10. 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.

11. 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.

12. Евгенов А.Г., Горбовец М.А., Прагер С.М. Структура 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-S1-8-15

13. Xu G. et al. 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.

14. Коробейников Д.А., Базалеева К.О., Алек-сандрова А.А., Голубничий А.А., Шевердяев М.С., Хватов Д.М. Структурные особенности титанового сплава ВТ6, синтезированного методом прямого лазерного выращивания. В кн.: XV Международный Семинар «Структурные Основы Модифицирования Материалов» МНТ-XV. Обнинск. 2019:103.

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

16. Холопов А.А., Мельникова М.А., Мианджи З. Повышение качества поверхности тонко-стенных деталей, изготовленных методом слс. Аддитивные технологии в цифровом производстве. Металлы, сплавы, композиты. 2019;1:19–20.

17. Sadali M.F. et al. Influence of selective laser melting 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.

18. 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. Materials Today: Proceedings. 2020;30:688‒693.

19. 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.

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

21. 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/10.18577/2307-6046-2021-0-8-3-11

22. Bozhko S.A. et al. Investigation of the Influ-ence of Thermomechanical Treatment on the Structural-Phase State and Mechanical Properties of a VZh171 Alloy. Russian Physics Journal. 2020;62:2306‒2313.

23. 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.

24. 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.

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