УДК 621 Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
Рассмотрено применение металлопорошковой композиции из стали с добавками хрома и никеля 12Х18Н10Т для использования в аддитивных технологиях 3D-печати методом селективного лазерного сплавления (SLM). Исследовано влияние мощности лазерного излучения и скорости сканирования лазерного луча на сплошность получаемой стали в образцах. особенности формирования мате-риала в процессе селективного лазерного сплавления металла, определены технологические особенности оборудования. Получены результаты по физико-механическим свойствам сплава, полученного SLM: предел прочности образцов после закалки при температуре 105010 0С – 660 МПа; предел текучести – 356 МПа, относительное удлинение – 40 %.
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СПЛАВЛЕНИЕ, МЕТАЛЛОПОРОШКОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СПЛАВ 12Х18Н10Т, МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
|
DOI:
|
|
|
УДК 621.791.725:67.02
|
|
|
05.02.07 – технология и оборудование механической и физико-технической обработки
|
|
|
РЕЖИМА СПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОПОРОШКОВОЙ КОМПОЗИЦИИ ПР-12Х18Н10Т
|
Development of an effective melting mode of the metal-machine composition
|
|
Мазалов Алексей Борисович Генеральный директор АО «Центр технологической компетенции аддитивных технологий», г. Воронеж, РФ
|
Mazalov Alexey Borisovich General director of JSC "Center for Technological Competence of Additive Technologies", Voronezh, RF
|
|
Силютин Дмитрий Евгеньевич Заместитель управляющего директора по исследованиям и разработкам АО «Центр технологической компетенции аддитивных технологий», г. Воронеж, РФ
|
Silutin Dmitry Evgenievich Deputy managing director for research and development JSC "Center for Technological Competence of Additive Technologies", Voronezh, RF
|
|
Инженер АО «Центр технологической компетенции аддитивных технологий», г. Воронеж, РФ e-mail: lidiya.zelenina@3d-made.com
|
Engineer JSC "Center for technological competence of additive technologies", Voronezh, RF e-mail: lidiya.zelenina@3d-made.com
|
|
Ендальцев Евгений Петрович Инженер АО «Центр технологической компетенции аддитивных технологий», г. Воронеж, РФ
|
Endaltsev Evgeny Petrovich Engineer JSC "Center for technological competence of additive technologies", Voronezh, RF
|
|
Аннотация. Рассмотрено применение металлопорошковой композиции из стали с добавками хрома и никеля 12Х18Н10Т для использования в аддитивных технологиях 3D-печати методом селективного лазерного сплавления (SLM). Исследовано влияние мощности лазерного излучения и скорости сканирования лазерного луча на сплошность получаемой стали в образцах. особенности формирования материала в процессе селективного лазерного сплавления металла, определены технологические особенности оборудования. Получены результаты по физико-механическим свойствам сплава, полученного SLM: предел прочности образцов после закалки при температуре 1050±10 0С – 660 МПа; предел текучести – 356 МПа, относительное удлинение – 40 %. |
Annotation. The use of metal-powered composition made of steel with chromium and nickel additives 12X18H10T for use in additive 3D printing technologies by selective laser fusion method (SLM) is considered. The effect of laser radiation power and the scanning rate of the laser beam on the solidness of the resulting steel in samples was investigated. Features of the formation of material in the process of selective laser melting of metal, the technological features of the equipment are determined. Results on the physicomechanical properties of the alloy obtained by SLM are obtained: the strength of the samples after quenching at a temperature of 1050 ° C - 660 MPa; The yield strength is 356 MPa, the relative elongation is 40 %.
|
|
Ключевые слова: АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СПЛАВЛЕНИЕ, МЕТАЛЛОПОРОШКОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СПЛАВ 12Х18Н10Т, МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
|
Keywords: ADDITIVE TECHNOLOGIES, SELECTIVE LASER FLOW, METAL POWER SUPPLIES, ALLOY Fe12Cr18Ni10Mn, MECHANICAL PROPERTIES
|
|
1Автор для ведения переписки
|
|
Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Аустенитные нержавеющие стали составляют более 70 % от общего объема производства нержавеющей стали во всем мире. Они содержат не менее 16 % хрома и достаточное количество никеля и/или марганца для сохранения аустенитной структуры при любых температурах. Хром создает защиту от окисления и предотвращает коррозию во влажных условиях. Кристаллографическая структура аустенита представляет собой гранецентрированную кубическую (ГЦК) элементарную ячейку, характеризующуюся 12-ю системами скольжения (3 направления на 4 плоскостях скольжения).
Среди различных методов изготовления сложнопрофильных металлических деталей, включая методы 3D-печати, наибольшее распространение получил метод селективного лазерного послойного сплавления металлического порошка (СЛС). Использование метода обусловлено его достоинством, заключающемся, во-первых, в развитости и, в основном, отработанности технологии сплавления и, во-вторых, в значительном сокращении издержек используемого материала для изготовления сложнопрофильных деталей. На основе реализации резервов развития технологии СЛС путем оптимизации технологических режимов сплавления может быть заметно сокращена трудоемкость финишной обработки поверхностей получаемых деталей [1-5].
Как показывают известные исследования [6-10], оптимизация технологических режимов в технологиях СЛС при изготовлении сложнопрофильных деталей является наиболее актуальным направлением как для процесса изготовления, так и для процесса последующей обработки. В обоих случаях оптимизация процессов должна учитывать влияние на свойства детали значимых факторов. При изготовлении деталей к таким факторам относятся характеристики лазерного луча, кинематические параметры сканирования каждого слоя, параметры порошка для сплавления, технологические параметры координации деталей и др. При последующей обработке после печати к таким факторам относятся способы высокотемпературной обработки и их параметры, которые и определяют свойства получаемой детали, а именно, характеристики структуры, пористость, физико-механические свойства сплавов.
Целью работы является определение влияния основных параметров СЛС, а именно, мощности лазерного излучения и скорости сканирования лазерного луча, на сплошность получаемых образцов из стали 12Х18Н10Т и их физико-механические характеристики при одноосном растяжении.
2 Материалы и методы
2.1. Материалы
В качестве материала для исследования выбран сплав на основе железа.
Химический состав используемой металлопорошковой композиции представлен в таблице 1. Порошок не содержит посторонних включений.
-
- Оборудование
В данной статье при 3D-печати экспериментальных образцов использовалась установка SLM 280HL (максимальная мощность лазера 400 Вт, рабочая камера 280х280х350 мм), работающая по технологии СЛС. В качестве защитного газа использовался азот высокой степени чистоты.
Таблица 1 – Химический состав порошковой композиции 12Х18Н10Т
|
Марка |
Массовая доля элементов, % |
||||
|
Fe |
Cr |
Ni |
Mn |
O, ppm |
|
|
ПР-12Х18Н10Т |
основа |
17,00-19,00 |
9,00-11,00 |
<2,00 |
< 300 |
СЭМ-изображения металлопорошковой композиции представлены на рисунке 1. Размеры частиц составляют 20-63 мкм с почти сферической формой частиц.
1. Kablov E. N. Additivnyye tekhnologii - dominanta natsionalnoy tekhnologicheskoy initsiativy [Additive technologies - a dominant feature of the national technology initiative]. Intel&Tech, 2015, Vol. 2(11), pp. 52-55.
2. Kablov E. N. Dominanta natsionalnoy tekhnologicheskoy initsiativy. Problemy uskoreniya razvitiya additivnykh tekhnologiy v Rossii [The dominant feature of the national technology initiative. Problems of accelerating the development of additive technologies in Russia]. Eurasian Metals, 2017, Vol. 3, pp. 2-6.
3. Vdovin R. А., Smelov V. G. Sovershenstvovaniye tekhnologicheskogo protsessa mnogonomenklaturnogo proizvodstva [Multiproduct manufacture process improvement]. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2013, Vol. 6(3), pp. 612-619.
4. Sercombe T. B., Li X. Selective laser melting of aluminium and aluminium metal matrix composites : review. Materials Technology, 2016, Vol. 31(2), pp. 77-85.
5. Dynin N. V., Ivanova A. O., Khasikov D. V., Oglodkov M. S. Selektivnoye lazernoye splavleniye alyuminiyevykh splavov (obzor) [Selective laser melting of aluminium alloy (review)]. Proceedings of VIAM, 2017, Vol. 8 (56), pp. 12-23.
6. Aversa A., Lorusso M., Cattano G., Manfredi D. A study of the microstructure and the mechanical properties of an Al-Si-Ni alloy produced via selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds, 2016, Vol. 695, pp. 1470-1478. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.285.
7. Aboulkhai N. T., Maskery I., Tuck C. The microstructure and mechanical properties of selectively laser melted AlSi10Mg : The effect of a conventional T6-like heat treatment // Materials Science & Engineering : A, 2016, Vol. 667, P. 139-146. DOI :https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.04.092.
8. Ryabov D. K., Morozova L. V., Korolev V. A., Ivanova A. O. Izmeneniye mekhanicheskikh svoystv splava AK9ch., poluchennogo po tekhnologii selektivnogo lazernogo splavleniya [Changes in mechanical properties of the alloy AK9ch obtained by the technology of selective laser melting]. Proceedings of VIAM, 2016, Vol. 9 (45), pp. 12-19.
9. Reschetnik W. Fatigue crack growth behavior and mechanical properties of additively processed EN AW-7075 aluminium alloy. Procedia Structural Integrity, 2016, Vol. 2, pp. 3040-3048. DOI :https://doi.org/10.1016/j.prostr.2016.06.380.
10. Maskery I., Aboulkhair N. T., Corfield M. R. Quantification and characterisation of porosity in selectively lasermelted Al-Si10-Mg using X-ray computed tomography. Materials Characterization, 2016, Vol. 111, pp. 193-204. DOI :https://doi.org/10.1016/j.matchar.2015.12.001.
