Диссертация (Разработка и исследование технологии выращивания объектов методом коаксиального лазерного плавления порошковых материалов), страница 17

Видно, что:1. Прочностные характеристики (предел текучести и предел прочности)образцов без ТО при Т=20 °С существенно ниже справочных.2. Образцы, не прошедшие ТО, имеют высокие значения удлинения δ иутонения ψ, как для Т=20 °С, так и для 650 °С в сравнении с образцами послеТО.3. Модуль упругости для образцов, заготовки которых были разрезаныпоперек направления выращивания, немного ниже справочных данных.4.

Характеристики кратковременной прочности для образцов с ТО выше либосопоставимы со справочными данными.5. Образцы, вырезанные вдоль направления выращивания, имеют болеевысокие прочностные характеристики, но менее пластичны по сравнению собразцами, вырезанными поперек.125Таблица 21.Результаты измерений показателей прочности образцов№№№НаправлениТермооТемперМодульобрае вырезкибработатураупругос МПакаиспытати, Е,ния,ГПазца0.2,B,δ, %ψ, %МПаС1ЛБ1вдоль2ЛМ1 вдоль3СБ1поперек4СМ1поперек5ЛБ2216674100324.726.72022864599023.726,02019257284336.437.22019449686136.834.0вдоль202151102138113.317.96ЛМ2 вдоль20229.4117314279.212.87СМ2поперек201971037124318.821.28СБ2поперек201971039122315.923.3202001034124112-20193105513652028имеетсяотсутствует20PHTСправочные данныедля режима DMLS PHTимеетсядля режима АMS 5596имеетсяСправочные данныеЛБ6вдоль650179962110414.422.510ЛМ6 вдоль650196996114113.515.111СБ4поперек65015686397619.623.612СМ4поперек65015185297118.527.365016382710005-имеется9для режима АMS 5596PHTимеетсяСправочные данные1265.4.2.

Исследование твердости заготовок с термообработкой и без неёРезультатыпроведениязамеровтвердостизаготовокбезтермообработки и с термообработкой приведены в Таблицах 22 и 23соответственно.Таблица 22.Замеры твердости образцов без ТО№ образцаЛБ1ЛБ3ЛБ5СБ1СБ3СБ5ЛМ1ЛМ3ЛМ5СМ1СМ3СМ5СреднеезначениеТвердость,НRC23.7212020,324.319.32221.714.31922.32020.7Таблица 23.Замеры твердости образцов с ТО№образцаЛБ2ЛБ4ЛБ6СБ2СБ4СБ6ЛМ2ЛМ4ЛМ6СМ2СМ4СМ6Твердость, НRC3940.74141.341.740.741.74042,340,341.741Среднеезначение41В справочной литературе [65] для данного сплава указано значениетвердости по шкале Роквелла не менее 36 HRC.

Из чего можно заключить, чтообразцы, не прошедшие ТО имеют низкий уровень твердости, но после ТО,твердость материала увеличивается практически вдвое и превышаетсправочные данные.Образцы, выращенные поперек направления приложения нагрузки,имеютпрочностьнижеобразцов,выращенныхвдольнаправленияприложенной нагрузки.

Аналогичные результаты получены компанией BeAdditive Manufacturing совместно с Ecole Polytechnique и группой SAFRANприизучениихарактеристиккратковременнойпрочностиобразцов,выращенных методом Laser Metal Deposition из титанового порошковогосплава Ti6Al4V [66].1275.4.3. Фрактографический анализНа Рисунках 5.11-5.20 приведены фотографии изломов и боковыхповерхностей образцов испытанных при Т=20 и 650 °С.В результате анализа разрушенных образцов можно видеть следующее.1.

В изломах присутствую поры, не переплавленные в процессевыращивания порошинки. Однако нет ни одного образца, разрушенногострого по плоскости срастания слоев. Это говорит о равнопрочностиматериала между слоями и между соседними валиками.2. Боковая поверхность образцов, изготовленных методом коаксиальнойобработки порошковых материалов, сильно деформирована в процессерастяжения. Степень деформации максимальна у образцов, выращенныхпоперек нагрузки (ЛМ2 и ЛБ1).3. Сечение образца у некоторых образцов после испытаний имеетсложную неправильную форму. Очевидна анизотропия свойств материалаобъектов, выращенных многослойным методом с переменным направлениемвыращивания.

Вероятно, направленная схема кристаллизации каждогоодиночноговаликасоздаетплоскостискольжениядефектовприраспределении растягивающих усилий по образцу.4. На Рисунках 5.21 - 5.23 приведены фотографии изломов образца,изготовленного из заготовки сплава IN718, полученной традиционнымспособом. В испытанных образцах, полученных методом прямого лазерноговоздействия, отсутствует шейка типичная для образцов, изготавливаемыхтрадиционными методами.128Рисунок 5.11.Образец ЛМ2, разрушенный в ходе испытаний, Тисп = 20 °СРисунок 5.12.Образец ЛМ2, излом, Тисп = 20 °СРисунок 5.13.Образец ЛМ2,боковая поверхность (Тисп = 20 °С.)129Рисунок 5.14.Образец СБ4, разрушенный в ходе испытаний, общий вид, Тисп = 650°СРисунок 5.15.Образец СБ4, разрушенный в ходе испытаний, поперечный излом,Тисп = 650°С130Рисунок 5.16.Образец СБ4, разрушенный в ходе испытаний, боковая поверхность,Тисп = 650 °СРисунок 5.17.Образец ЛБ1, общий вид.

Тисп =20°С, (вдоль без ТО)Рисунок 5.18.Образец ЛБ1, излом. Тисп =20°С, (вдоль без ТО)131Рисунок 5.19.Образец ЛБ1, поверхность излома. Тисп =20°С, (вдоль без ТО)Рисунок 5.20.Образец ЛБ1, боковая поверхность. Тисп =20°С, (вдоль без ТО)132Рисунок 5.21.Образец ЛБ1, боковая поверхность, увеличено. Тисп =20°С, (вдоль без ТО)Рисунок 5.22.Образец стандартного метода получения, излом. Тисп =400°С133Рисунок 5.23.Образец стандартного метода получения, излом, увеличено.

Тисп =400°СРисунок 5.24.Образец стандартного метода получения, боковая поверхность. Тисп =400°СТаким образом, в результате проведенных испытаний установлено, чтодля объектов из материала Inconel 718, выращенных коаксиальной лазернойобработкой порошковых материалов:1. Прочностные характеристики (предел текучести и предел прочности)образцов без ТО при Т=20 °С существенно ниже справочных.1342. Образцы, не прошедшие ТО, имеют высокие значения удлинения δ иутонения ψ, как для Т=20 °С, так и для 650 °С в сравнении с образцами послеТО.3.

Модуль упругости для образцов, заготовки которых были разрезаныпоперек направления выращивания, немного ниже справочных данных.4. Характеристики кратковременной прочности для образцов с ТО выше либосопоставимы со справочными данными.5. Образцы, вырезанные вдоль направления выращивания, имеют болеевысокие прочностные характеристики, но менее пластичны по сравнению собразцами, вырезанными поперек.1355.5. Разработка технологии выращивания объекта с учетомтребований заданияВ соответствии с заложенными технологическими возможностямикомплекса, и с учетом полученных экспериментальных данных, можносформулировать алгоритм процесса выращивания объектов.1.Подготовка трехмерной модели объекта.2.Разбиениетрехмерноймоделинаэлементарныеобъекты,выращиваемые без перемены направления выращивания.Моделирование режима выращивания каждого элементарного3.объекта.a.Заполнение модели данными о свойствах материала.b.Заполнение модели данными о свойствах лазерного излучения.c.Заполнение модели данными о свойствах газопорошковогопотока.d.Задание параметров процесса: требуемый расход порошка,диаметрлуча,требуемаямощность,температурапредварительного подогрева, толщина слоя и время паузымежду проходами.e.Расчет скорости охлаждения и времени нагрева вышекритического.f.Расчет размеров валика и толщины слоя при заданном наборепараметров процесса.g.Оценка технологических возможностей системы.h.Корректировкапараметровпроцессаиновыйрасчетпараметров в случае необходимости.Разбиение каждого элементарного объекта на слои.

Задание4.параметров процесса.a.Задание технологических параметров процесса, рассчитанныхв системе моделирования:136i.Мощность лазерного излучения.ii.Расход порошкового материала.iii.Расход технологических газов.iv.Диаметр лазерного луча.v.Температура предварительного подогрева заготовки.Задание геометрической траектории обхода.b.c.i.Направление заливки контура.ii.Толщина слоя за проход.iii.Стратегия заливки контура.iv.Отступы заливки от оконтуривания.Задание временных параметров: пауз между проходами искоростей обработки.Создание управляющей программы для процесса выращивания.5.a.Преобразование траектории и набора параметров в G-кодпрограммы.b.Сохранение G-кода в файле-процессе.c.Симуляция процесса в системе визуализации.d.Проверка процесса на наличие ошибок взаимного пересечения.e.Исправление ошибок.f.Сохранение файла-процесса.Запуск процесса выращивания6.a.Подготовка материала для процесса.b.Подготовка технологической оснастки: подложки, системподачи порошка, систем подогрева/охлаждения подложки.c.Запуск системы управления.d.Запуск системы газоснабжения.e.Запуск системы перемещения.f.Запуск систем охлаждения и лазерного излучателя.g.Проверка системы на наличие ошибокh.Калибровка всех систем для запуска из нулевого положения.137i.Загрузка файла-процесса.j.Выход системы перемещения в стартовую точку.k.Запуск процесса.В результате выполнения файла-процесса система переходит в режиможидания.

Система перемещения в этом случае должна переместить рабочийинструмент в зону, безопасную как для инструмента, так и для оператора.Безопасность работы на комплексе, а также экономические соображениясоздают ряд требований к системе управления. Ниже сформулированызначимые из них.1.В каждый момент времени необходима возможность остановить процессбез ущерба для изделия.2.Необходимавозможностьскорректироватьпоследовательностьвыращивания изделия в процессе.