Исследование влияния характеристик исходного порошка на микрорельефные особенности сплава ЖС6К, полученного методом селективного лазерного сплавления

Проведен анализ внешнего вида гранул сплава ЖС6К, их поверхности, внутреннего строения, а также химического состава по объему и по структурным элементам. Показана возможность управления формированием заданного состояния поверхностей раздела (треков, ячеек кристаллизации, границ блоков штриховки, зерен, фаз, несплошностей – пор и трещин) через фракционный состав, плотность упаковки при насыпке, скорость сканирования для получения наиболее качественного материала. Изучено исходное состояние структуры образцов. Установлено наличие связи между строением границ ячеек кристаллизации, дисперсными частицами и строением фрагментов. Показано, что все изученные образцы имеют разную структуру при одинаковой мощности и стратегии сканирования. Анализ проводили методами оптической металлографии и методом сканирующей (растровой) электронной микроскопии (РЭМ).

1. Каблов Е. Н. Аддитивные технологии – доминанта национальной технологической инициативы // Интеллект и технологии. 2015. – № 2 (11). – С. 52–55.

2. Каблов Е. Н. Настоящее и будущее аддитивных технологий //Металлы Евразии. – 2017. – № 1. – С. 2–6.

3. Каблов Е. Н. Ключевая проблема – материалы // Тенденции и ориентиры инновационного развития России: сб. науч.-информ. материалов. – М.: ВИАМ, 2015. – С. 458–464.

4. Gu D., Meiners D. W., Wissenbach K., Poprawe R. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms // International materials reviews. – 2012. – V. 57, № 3. – P. 133–164.

5. Thornton A., Saad J., Clayton J. Measuring the critical attributes of AM powders // Metal Powder Report. – V. 74, Is. 6. – 2019. – P. 314–319. https://doi.org/10.1016/j.mprp.2019.01.006.

6. Калинина Н. Е., Калинин В. Т., Грекова М. В., Мамчур С. И., Носова Т. В. Механические и коррозионные свойства многокомпонентных сплавов, модифицированных дисперсными композициями // Строительство, материаловедение, машиностроение: Стародубовские чтения. – 2018. – C. 146–150.

7. Чабина Е. Б., Филонова Е. В., Раевских А. Н., Цветкова Е. В. Зависимость дефектности структуры жаропрочного никелевого сплава от технологических параметров селективного лазерного сплавления // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2018. – № 6(756). – С. 23–41.

8. Евгенов А. Г., Неруш С. В., Василенко С. А. Получение и опробование мелкодисперсного металлического порошка высокохромистого сплава на никелевой основе применительно к лазерной LMD-наплавке // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2014. – № 5. Ст. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 15.10.2017 г.). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-5-4-4

9. Евгенов А. Г., Щербаков С. И., Рогалев А. М. Опробование порошков жаропрочных сплавов ЭП718 и ЭП648 производства ФГУП «ВИАМ» для ремонта деталей ГТД методом лазерной газопорошковой наплавки // Авиационные материалы и технологии. – 2016. – № S1. – С. 16�23. DOI 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-16-23.

10. Физико-химический фазовый анализ сталей и сплавов / Н. Ф. Лашко, Л. В. Заславская, М. Н. Козлова и др. – М.: Металлургия, 1978. – С. 336.

11. Беттеридж У. Жаропрочные сплавы типа нимоник. – М.: Металлургиздат, 1961. – 381 с.

12. Thijs L., Verhaeghe F., Craeghs T., Humbeeck J. V., Kruth J. P. A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti–6Al–4V // Acta Meterialia. – 2010. – V. 58. – P. 3303–3312.

13. Prashanth K. G., Scudino S., Maity T., Das J., Eckert J. Is the energy density a reliable parameter for materials synthesis by selective laser melting? // Materials Research Letters. – 2017. – V. 5, N 6. – P. 386–390. DOI: 10.1080/21663831.2017.1299808.

14. Li R., Liu J., Shi Y., Wang L., Jiang W. Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – V. 59. – P.1025–1035.

15. Сухов Д. И., Мазалов П. Б., Неруш С. В., Ходырев Н. А. Влияние параметров селек- тивного лазерного сплавления на образование пористости в синтезированном материале коррозионностойкой стали // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2017. – № 8. – С. 4–8. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 10.10.2020). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-8-4-4.

16. Terhaar J., Poppenhäger J., Bokelmann D., Schafstall H., Kelkar K. 7th international symposium on superalloys 718 and derivatives TMS the minerals, metals and materials society “Considering the solidification structure of var ingots in the numerical simulation of the cogging process”. Superalloys 2010. – P. 65–77. DOI: 10.7449/2010/Superalloys_2010_65_77.

17. Cole V. J., Northrop P. W. C., Tan X. G., Chou K., Wang X. Q., Keya T. High-Fidelity Modeling and Materials Characterization of Inconel 718 Component Fabrication by Selective Laser Melting Additive Manufacturing. – 2016 JANNAF TIM – Additive Manufacturing, August 23–25, 2016. – P. 1–24. URL: ttps://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=201600120802020-07-04T16:36:45 + 00:00Z (дата обращения 04.07.2020 г.).

18. Лаптева М. А., Белова Н. А., Раевских А. Н., Филонова Е. В. Исследование зависимости шероховатости, морфологии поверхности и количества дефектов структуры от мощности лазера, скорости сканирования и типа штриховки в жаропрочном сплаве, синтезированном методом СЛС // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2016. – № 9. Ст. 9 URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 17.02.2021 г.). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-9-9-9.

19. Цивильский И. В., Гильмутдинов А. Х., Хамидуллин Б. А., Никифоров С. А., Рубля Р. С. Математическое моделирование динамики и фазовых переходов в порошковых материалах в процессе аддитивного производства // Материалы XII Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат» по тематике «Современные аспекты в области исследований структурно-фазовых превращений при создании материалов нового поколения», Москва, 2020, ФГУП «ВИАМ». – М.: ВИАМ, 2020. – С. 172–186.

20. Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б., Толорайя В. Н., Гаврилин О. С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. – М.: Машиностроение, 1997. – 336 с.

21. Маркович О. В., Орехов Н. Г., Разумовский И. М. Диффузионная проницаемость и структурное состояние внутренних поверхностей раздела в монокристаллах жаропрочного никелевого сплава // Физика металлов и металловедение. – 1994. – Т. 8, № 2. – С. 1–15. 'https://viam.ru/sites/default/files/scipub/1993/1993-201486.pdf (дата обращения: 22.03.2021 г.).

22. Евгенов А. Г., Лукина Е. А., Королев В. А. Особенности процесса селективного лазерного синтеза применительно к литейным сплавам на основе никеля и интерметаллида Ni3Al // Новости материаловедения. Наука и техника: электрон. науч.-технич. журн. – 2016. – № 5 (23). – Ст. 3–1. URL: http://materialsnews.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/219.pdf (дата обращения 07.02.2022).

23. Раевских А. Н., Чабина Е. Б., Филонова Е. В., Белова Н. А. Возможности метода дифракции обратноотраженных электронов (ДОЭ/EBSD) для исследования особенностей структуры никелевых жаропрочных сплавов, полученных селективным лазерным сплавлением // . – Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2017. – № 12 (60). Ст. 12.URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 10.03.2021 г.). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-12-12-12.

24. Gockel J., Beuth J. Understanding Ti–6Al–4V Microstructure Control in Additive Manufacturing via Process Maps // Proceedings of Solid Freeform Fabrication Symposium. Austin, TX. 2013. – P. 666–674. URL: http://utw10945.utweb.utexas.edu/Manuscripts/2013/2013-53-Gockel.pdf (reference date 07/02/2022).

25. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Страте- гических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – № 1. – С. 3–33. DOI 10.18577/2071–9140–2015–0–1–3–33.