Химическая неоднородность как фактор повышения прочности сталей, изготовленных по технологии селективного лазерного плавления
- 1 — ассистент Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
- 2 — канд. физ.-мат. наук доцент Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
- 3 — инженер Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей» им. И.В.Горынина Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Аннотация
Целью данной работы являлось установление причин возникновения неоднородности химического состава металла, полученного по технологии СЛП. Из монолитного сплава было изготовлено порошковое сырье с последующим его сплавлением методом СЛП, исходным сырьем служил металл лабораторной плавки малоуглеродистой хромомарганцево-никелевой композиции на основе железа. Для определения характера распределения легирующих химических элементов в изготовленном порошке были совмещены электронно-микроскопические изображения шлифов с данными рентгеноспектрального анализа на сечениях частиц порошка. В результате было установлено, что переходные (Mn, Ni) и тяжелые (Mo) металлы на сечениях порошинок распределены равномерно, а массовая доля кремния (Si) неравномерно: в центре частиц в ряде случаев его в несколько раз больше. Выявленная особенность в распределении кремния предположительно обусловлена образованием различных форм SiO 4 при охлаждении образовавшихся частиц. Внутреннее строение изготовленного порошка представлено мартенситной структурой пакетной морфологии. После лазерного сплавления на протравленных шлифах выявлены следы ликвационной неоднородности в виде сетки с ячейками ~200 мкм. Границы ликваций и мелкозернистое строение являлись доминирующими механизмами упрочнения стали в процессе СЛП. В условиях сжатия полученных образцов предел текучести составил 720 МПа, а наибольшее значение сопротивления деформации достигло 1050 МПа, что превышает показатели монолитного материала аналогичного химического состава. На диаграммах σ(ε) на участке параболического упрочнения зафиксированы хаотически расположенные экстремумы локального упрочнения, после которых следуют резкие сбросы нагрузки.
Литература
- Barakhtin B.K., Zhukov A.S., Deev A.A., Voznyuk A.V. The effect of the chemical composition of powdered raw materials on the strength of the material after selective laser melting. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka materialov. 2018. N 6, p. 48-52 (in Russian).
- Barakhtin B.K., Bobyr V.V., Voznyuk A.V., Deev A.A., Zhukov A.S., Kuznetsov P.A. Optimization of technological parameters and determination of the regimes of lasercusing of powder based on 316L steel. Voprosy materialovedeniya. 2017. N 2 (90), p. 146-151 (in Russian).
- Palatnik L.S., Paptrov I.I. Oriented crystallization. Moscow: Metallurgiya, 1964, p. 408 (in Russian).
- Perevertov V.P., Andronchev I.K., Abulkasimov M.M. Technologies for processing materials with concentrated energy flow. Nadezhnost i kachestvo slozhnykh sistem. 2015. N 3(11), p. 69-79 (in Russian).
- Rudskoi A.I., Vargasov N.R., Barakhtin B.K. Thermoplastic deformation of metals. St. Petersburg: Izd-vo Politekhnicheskogo un-ta, 2018, p. 286 (in Russian).
- Grigoryants A.G., Kolchanov D.S., Tretyakov R.S., Malov I.E. Selective laser melting of metal powders, growing thin-walled and mesh structures. Tekhnologiya mashinostroeniya. 2015. N 10, p. 6-11 (in Russian).
- Sienko M., Plein R., Khester R. Structural inorganic chemistry. Moscow: Mir, 1968, p. 344 (in Russian).
- Kuznetsov P.A., Zisman A.A., Petrov S.N., Goncharov I.S. Structure and mechanical properties of 316L austenitic steel obtained by selective lasercusing. Deformatsiya i razrushenie materialov. 2016. N 4, p. 9-13 (in Russian).
- Shishkovskii I.V. High Resolution Additive Technology Basics. St. Petersburg: Piter, 2016, p. 400 (in Russian).
- Hussein A., Hao L., Yan C., Everson R., Young P. Advanced lattice support structures for metal additive manufacturing. Journal of Materials Processing Technology. 2013. Vol. 213. Iss. 7, р. 1019-1026. DOI: 10.1016/j.matprotec.2013.01.020
- Campanelli S.L., Contuzzi N., Angelastro A., Ludovico A.D. Capabilities and performances of the selective laser melting process. New Trends in Technologies: Devices, Computer, Communication and Industrial Systems. Croatia: InTech, 2010, р. 233-252. DOI: 10.5772/10432
- Ganesh P., Giri R., Kaul R., Sankar P.R. Studies on pitting corrosion and sensitization in laser rapid manufactured specimens of type 316L stainless steel. Materials and Design. 2012. N 39, p. 509-521. DOI: 10.1016/j.matdes.2012.03.011
- Sedlaka J., Rican D., Piska N., Rozkosny L. Study of materials produced by powder metallurgy using classical and modern additive laser technology. Procedia Engineering. 2015. Vol 100, р. 1232-1241. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.01.488
- Wang D., Yang Y., Liu R., Xiao D., Sun J. Study on the designing rules and processability of porous structure based on selective laser melting (SLM). Journal of Materials Processing Technology. 2013. Vol. 213. Iss. 10. Р. 1734-1742. DOI: 10.1016/ j.matprotec.2013.05.001
- Zhukov A., Barakhtin B., Kuznetsov P. Study of strength characteristics of steel specimens after selective laser melting of powder materials 17-4PH, 316L, 321. Physics Procedia. 2017. Vol. 89. Р. 179-186. DOI: 10.1016/j.phpro.2017.08.012