Исследование структуры и свойств образцов из жаропрочного сплава Inconel 738, полученных методом селективного лазерного сплавления (SLM)

  • Дмитриева Мария Олеговна Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия) https://orcid.org/0000-0002-4874-9278
  • Мельников Алексей Александрович Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия) https://orcid.org/0000-0002-1953-3670
  • Головач Андрей Максимович Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия) https://orcid.org/0000-0003-1329-3001
  • Бондарева Ольга Сергеевна Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия) https://orcid.org/0000-0002-4273-2483
  • Смелов Виталий Геннадиевич Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия); Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва (Россия) https://orcid.org/0000-0001-9556-6290
  • Сотов Антон Владимирович Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия); Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва (Россия) http://orcid.org/0000-0002-7303-5912
  • Агаповичев Антон Васильевич Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия) https://orcid.org/0000-0002-0042-7333
Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, микроструктура, селективное лазерное сплавление, электронная микроскопия, Inconel 738

Аннотация

Метод селективного лазерного сплавления (SLM) с применением порошковых металлических материалов в настоящее время является перспективным направлением в авиа- и двигателестроении. Благодаря этому методу возможно производство деталей c конфигурацией любой сложности при меньших затратах на оснастку и дополнительную механическую обработку, упрощается также прототипирование изделий. Особенно актуальным является вопрос применения в аддитивном производстве порошковых материалов из жаропрочных сплавов, что обусловлено проблемами, вызванными их сложным химическим составом, недостаточной теплопроводностью и склонностью к усадке. Работа посвящена изучению влияния мощности лазерного излучения на микроструктуру и свойства образцов из жаропрочного никелевого сплава Inconel 738, полученных с помощью промышленного 3D-принтера по технологии печати SLM. Дополнительно рассмотрен способ повышения механических свойств образцов за счет улучшения микроструктуры после SLM и последующей термической обработки. Проведены металлографические и электронно-микроскопические исследования исходного материала и образцов, выращенных по технологии SLM при мощности лазерного излучения 75, 100, 125 и 325 Вт. Проанализирована эволюция микроструктуры в результате нагрева, обусловленного ростом подводимой энергии. Последующая термообработка позволила исследовать влияние ступенчатой закалки на микроструктуру и механические свойства образцов. Определены оптимальные технологические параметры лазерного излучения для изготовления деталей методом SLM из жаропрочного сплава Inconel 738. Получено изделие с минимальным количеством дефектов. Установлено, что термическая обработка, включающая в себя ступенчатую закалку, повышает механические свойства – предел прочности, предел текучести и относительное удлинение за счет «залечивания» и уменьшения размера дефектов.

Биографии авторов

Дмитриева Мария Олеговна, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия)

студент

Мельников Алексей Александрович, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия)

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения

Головач Андрей Максимович, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия)

студент

Бондарева Ольга Сергеевна, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия)

кандидат технических наук, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения

Смелов Виталий Геннадиевич, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия); Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва (Россия)

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологий производства двигателей, старший научный сотрудник ИПИТ-216

Сотов Антон Владимирович, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия); Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, Москва (Россия)

кандидат технических наук, ассистент кафедры технологий производства двигателей, младший научный сотрудник ИПИТ-216

Агаповичев Антон Васильевич, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара (Россия)

ассистент кафедры технологий производства двигателей, младший научный сотрудник ИПИТ-216

Литература

Zhang X., Chen H., Xu L., Xu J., Ren X., Chen X. Cracking mechanism and susceptibility of laser melting deposited Inconel 738 superalloy // Materials and Design. 2019. Vol. 183. P. 108105.

Шарова Н.А., Тихомирова Е.А., Барабаш А.Л., Живушкин А.А., Брауэр В.Э. К вопросу о выборе новых жаропрочных никелевых сплавов для перспективных авиационных ГТД // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2009. № 3. С. 249–255.

Ramakrishnan A., Dinda G.P. Direct laser metal deposition of Inconel 738 // Materials Science & Engineering A. 2019. Vol. 740-741. P. 1–13.

Лукина Е.А., Зайцев Д.В., Сбитнева С.В., Заводов А.В. Строение и идентификация фаз в жаропрочных никелевых сплавах, синтезированных методом СЛС // Аддитивные технологии: настоящее и будущее: сб. трудов III Международной конференции. М.: ВИАМ, 2017. С. 5.

Каблов Е.Н. Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3–33.

Гращенков Д.В., Щетанов Б.В., Ефимочкин И.Ю. Развитие порошковой металлургии жаропрочных материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2011. № 5. С. 13–26.

Суфияров В.Ш., Попович А.А., Борисов Е.В., Полозов И.А. Селективное лазерное плавление жаропрочного никелевого сплава // Цветные металлы. 2015. № 1. С. 79–84.

Cloots M., Uggowitzer P.J., Wegener K. Investigations on the microstructure and crack formation of IN738LC samples processed by selective laser melting using Gaussian and doughnut profiles // Materials and Design. 2016. Vol. 89. P. 770–784.

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

Евгенов А.Г., Рогалев А.М., Неруш С.В., Мазалов И.С. Исследование свойств сплава ЭП648, полученного методом селективного лазерного сплавления металлических порошков // Труды ВИАМ. 2015. № 2. С. 2.

Horn T., Harrysson O.L.A. Overview of current additive manufacturing technologies and selected applications // Science Progress. 2012. Vol. 95. № 3. P. 255–282.

Сотов А.В., Проничев Н.Д., Смелов В.Г., Богданович В.И., Гиорбелидзе М.Г., Агаповичев А.В. Разработка методики проектирования технологических процессов изготовления деталей ГТД методом селективного лазерного сплавления порошка жаропрочного сплава ВВ751П // Известия Самарского научного центра РАН. 2017. Т. 19. № 4. С. 96–104.

Павленко Д.В. Технологические методы уплотнения спеченных титановых заготовок // Вестник двигателестроения. 2015. № 1. С. 87–93.

Смелов В.Г., Сотов А.В., Агаповичев А.В. Исследование структуры и механических свойств изделий, полученных методом СЛС из порошка стали 316L // Черные металлы. 2016. № 9. С. 61–65.

Wang H., Zhang X., Wang G.B., Shen J., Zhang G.Q., Li Y.P., Yan M. Selective laser melting of the hard-to-weld IN738LC superalloy: Efforts to mitigate defects and the resultant microstructural and mechanical properties // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 807. P. 151662.

Чабина Е.Б., Филонова Е.В., Раевских А.Н. Влияние технологических параметров процесса селективного лазерного сплавления на формирование структуры жаропрочного никелевого сплава // Аддитивные технологии: настоящее и будущее: материалы II Международной конференции. М.: ВИАМ, 2016. С. 4.

Engeli R., Etter T., Hovel S., Wegener K. Processability of different IN738LC powder batches by selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2016. Vol. 229. P. 484–491.

Hossein E., Popovich V.A. A review of mechanical properties of additively manufactured Inconel 718 // Additive Manufacturing. 2019. Vol. 30. P. 100877.

Ерёмин Е.Н., Филиппов Ю.О., Миннеханов Г.Н., Мухин В.Ф. Исследование структурных изменений в модифицированном жаропрочном никелевом сплаве // Омский научный вестник. 2011. № 3. С. 65–70.

Сухов Д.И., Базылева О.А., Неруш С.В., Аргинбаева Э.Г., Зайцев Д.В. Особенности структуры и свойств материала жаропрочного интерметаллидного никелевого сплава, полученного методом селективного лазерного сплавления // Аддитивные технологии: настоящее и будущее: материалы IV Международной конференции. М.: ВИАМ, 2018. С. 28.

Опубликован
2020-03-28
Выпуск
Раздел
Технические науки