Диссертация (1025543), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Оказалось, что повышение скоростисканирования от 100 до 700 мм/с и толщины слоя порошка от 30 до 60 мкмприводит к увеличению пористости (Рис. 1.6). Наибольшей плотностью, близкойк 99%, обладают объекты, полученные при минимальной скорости сканирования100 мм/с и минимальной толщине порошкового слоя 30 мкм.Следует отметить, что с уменьшением скорости сканирования и толщиныпорошкового слоя падает производительность процесса СЛП.16Рис.

1.6.Зависимость плотности образцов стали Fe–18%Ni–9%Co–5%Mo–0.7%Ti–0.1%Alот скорости сканирования и толщины насыпаемого слоя порошка [7]Также на качество получаемого методом СЛП объекта оказывает влияниедисперсность исходного порошка [14, 27-35]. В работе [14] исследовалосьвлияние толщины порошкового слоя на форму единичного трека стали0Х23Н28М3Д3Т (904L) при дисперсности исходного порошка 7,5 и 18,5 мкм.Мощность и скорость сканирования составляли, соответственно, 50 Вт и 100мм/с.

Как и в работах [10, 11] было показано, что с ростом толщины слоя порошка(более130мкм)появляетсяэффекткомкованияиз-занедостаточногопроплавления. При насыпаемом слое менее 2·d90, где d90 – средняя дисперсностьпорошка, толщина наплавленного слоя становится маленькой, что значительноснижает производительность процесса СЛП. По форме единичного трека приданных значениях мощности и скорости сканирования оптимальная толщинапорошкового слоя составила 60 мкм, не зависимо от дисперсности исходногопорошка (Рис. 1.7).17Рис. 1.7.Сечение трека из стали 0Х23Н28М3Д3Т при толщине порошкового слоя 60 мкм идисперсности исходного порошка 7,5 (а) и 18,5 мкм (б) [14]Помнениюавторов,малаядисперсностьпорошканеоказываетсущественного влияния на форму трека синтезируемого объекта.

Однакоиспользование крупного порошка и отклонение его формы от сферической могутоказывать значительное влияние на качество формируемых объектов [6, 9, 36-38].В работе [6] сравнивали качество объектов, синтезированных из порошка стали03Х17Н14М3, полученного методами газовой и водной атомизации.

Порошок,полученный методом газовой атомизации имел дисперсность 20 мкм исферическую форму, а водной атомизации – 30 мкм и неравноосную форму.Процесс плавления проводился при мощности лазера 190 Вт, скоростисканирования 100 мм/с и толщине подаваемого слоя порошка 50 и 100 мкм. НаРис. 1.8 представлены микрофотографии поверхности синтезированных объектов.Видно, что при использовании порошка сферической формы и меньшей толщинеслоя количество макродефектов на поверхности образца гораздо ниже.Рис. 1.8.Поверхность объектов из порошков, полученных методом газовой (а, б) и воднойатомизации (в); толщина слоя 50 (а) и 100 мкм (б, в) [6]18Важным параметром технологии СЛП, также определяющим пористостьобъекта, является расстояние между треками, влияние которого исследовалось вработах [6, 10, 16, 20, 39, 40].

При расстоянии между треками больше его шириныгеометрический размер каждого наплавляемого трека будет постоянным, однако,в объекте будут поры. В работе [16] показано, что при расстоянии между трекамименьшеегопоследующегоширины,трека.изменяютсяВгеометрическиеэкспериментеисследовалисьразмерыобъектыкаждогосталей0Х23Н28М3Д3Т и 03Х17Н14М3, полученные при разном расстоянии междутреками. При Р=50 Вт, V=140 мм/с и толщине слоя 50 мкм ширина единичноготрека в обеих сталях составляла 120 мкм (Рис.

1.9, а). Из Рис. 1.9, а видно, чтопосле кристаллизации трека рядом с ним есть области, обедненные порошком.Поэтому при плавлении соседнего трека будет использовано меньшее количествопорошка, что приведет к уменьшению его высоты. Кроме того, коэффициентыпоглощения и отражения лазерного излучения у порошка и переплавленногоматериала значительно отличаются, что окажет дополнительное влияние нафизику процесса. На Рис. 1.9, б представлен профиль трех треков, наплавленныхпри расстоянии между треками 100 мкм.Рис. 1.9.Изображение единичного трека стали 0Х23Н28М3Д3Т (904L) (а) и профиль трехтреков при расстоянии между ними 100 мкм (б) [16]19В работе [10] исследовалось влияние расстояния между треками напористость объектов из сплава ХН75МБТЮ (инконель 625).

Были использованыследующие технологические параметры: Р=50 Вт, V=130 мм/с, толщинапорошкового слоя  50 мкм, диаметр лазерного пучка  70 мкм. При выбранныхтехнологических параметрах ширина трека составила 120 мкм. На Рис. 1.10представлен график зависимости пористости образца от расстояния междутреками.Рис. 1.10. Влияние расстояния между треками на пористость сплаваХН75МБТЮ [10]Из графика видно, что наименьшая пористость порядка 5.5% наблюдаетсяпри расстоянии между треками 100 и 120 мкм, т.е.

при перекрытии треков 10% именее. Уменьшение расстояния между треками до 60÷80 мкм, т.е. примерно 50%ное перекрытие треков приводит к небольшому росту пористости до 6.5 %. Аувеличение расстояния между треками до 140 мкм приводит к резкому роступористости до 10.5 %.В ряде работ [4, 41-44] было показано, что дополнительный переплавперекристаллизованныхслоевпорошкаявляетсяспособомуменьшенияпористости и шероховатости в объектах, полученных методом СЛП.В работе [4] исследовали пористость образца стали 03Х17Н14М3 и качествоего поверхности при применении дополнительного переплава (Рис.

1.11, 1.12).Исходный образец был получен при Р=105 Вт, V=380 мм/с, расстоянии между20треками 125 мкм и диаметре лазерного пучка 180 мкм. Из Рис. 1.11 видно, чтопосле дополнительной лазерной обработки при мощности лазера 85 Вт и скоростисканирования 200 мм/с концентрация пор в сплаве уменьшилась с 0.77% висходном образце до 0.036%. Рис. 1.12 показывает, что дополнительный переплавприрежимеР=85Вт,V=50мм/спозволяетзначительноуменьшитьшероховатость поверхности Ra: c 12 мкм до 1.5 мкм.Рис. 1.11.

Пористость стали 03Х17Н14М3 в исходном состоянии после СЛП (а) ипосле дополнительной лазерной обработки (б) [4]Рис. 1.12. Поверхность стали 03Х17Н14М3 в исходном состоянии (а) и последополнительной лазерной обработки (б) [4]Снижение шероховатости поверхности также можно добиться путемуменьшения толщины слоя плавления за счет меньшей высоты трека и еголучшего проплавления [4, 6, 7, 26], но оба этих подхода увеличивают времяполучения изделия.21Значительное влияние на плотность формируемых объектовмеханическиесвойстваоказывает стратегияплавления,т.е.и ихнаправлениедвижения лазера по поверхности порошка. Влияние этого параметра описано вработах [5, 11, 20, 24, 45-49].Авторы работы [20] изменяли направление сканирования лазера в каждомновом слое на определенный угол относительно предыдущего слоя (Рис. 1.13).Объектом исследования были образцы стали 03Х18Н10 (304L), полученные приР=200 Вт, V=250 мм/с, толщине слоя 20 мкм и перекрытии треков 40%.Наилучшие механические свойства (σ0.2=570 МПа, δ=40%) были у объектов,полученных при угле поворота 105°, когда слои с одинаковым направлениемдвижения лазерного луча повторяются только через 24 слоя.

У образца,полученного при угле 90° наименьший уровень механических свойств, однакоразница между свойствами образцов не превышает 10%. Авторы предполагают,что использование стратегии со сменой направления сканирования лазерапозволяет избежать формирования вытянутых кристаллов в объектах и, какследствие,анизотропиисвойств,однакоструктурныхисследований,подтверждающих это предположение, они не приводят.Рис.

1.13. Стратегии плавления стали 03Х18Н10 [20]На Рис. 1.14 представлены стратегии плавления, которые могут бытьиспользованы при получении объектов СЛП [11].22Рис. 1.14. Примеры стратегий плавления в процессе СЛП: диагональная (а);спиральная (б); кисточкообразная (в); шахматная (г) [11]Шахматная стратегия, которую также называют островковой (Рис.

1.14,г) поданным некоторых работ [11, 23, 47, 48], приводит к уменьшению остаточныхнапряжений в образце.Согласно [8], к уменьшению остаточных напряжений также может привестииспользование дополнительного подогрева подложки. Однако при подогревенаблюдается нестабильность трека, и, как следствие, неоднородности егоразмеров и увеличение вероятности появления капель. При температуреподогрева более 0,5·Тпл порошок может слипаться, что приведет к эффектукомкования, порам и высокой шероховатости. Поэтому авторы рекомендуютприменять подогрев только в случае строгих требований к отсутствиюостаточных напряжений в объекте.1.2. Микроструктура объектов, полученных СЛПВ процессе селективного лазерного плавления при перекристаллизациипорошкового материала реализуются очень высокие скорости охлаждения изжидкого состояния.

Согласно данным, приведенным в работах [11, 12, 14, 31, 50,2351], они составляют 105 ÷ 106 К/с. Столь высокие скорости охлажденияобъясняются тем, что при воздействии лазерного пучка переплавляетсянебольшой объем порошка (диаметр ванны расплава не превышает 200 мкм), атеплоотвод происходит в массивную подложку. Сверхбыстрое охлаждение можетприводитькобразованиюметастабильныхструктур,свойствакоторыхсущественно отличаются от наблюдаемых в равновесном состоянии. Кроме того,при плавлении локальной области порошка повторному нагреву подвергаютсясоседниеужеперекристаллизованныеобласти,тоестьпроисходиттермоциклирование материала, которое может привести к стабилизации дефектовкристаллическогостроениявструктуре.Поэтомуизучениеструктурыформируемых объектов, которая определяет их эксплуатационные свойства,представляет большой интерес. Анализ литературных данных показал, что прибольшом объеме работ, посвященных влиянию технологических параметров,структуры, формируемые в процессе СЛП, изучены недостаточно.При лазерном воздействии на поверхности порошка образуется ваннарасплава, которая перемещается параллельно с пучком лазера.

Границыотдельных ванн расплава хорошо просматриваются в структуре материалов как впоперечном, так и в продольном сечениях [7, 52]. На Рис. 1.15 приведенаструктурапродольногосечениямартенситно-стареющейсталиFe18%Ni9%Co5%Mo0.7%Ti0.1%Al0.5%Cr0.03%C (18Ni300) после СЛПпри мощности лазерного излучения 100 Вт и скорости сканирования 150 мм/с ипоперечного сечения жаропрочного никелевого сплава Ni-22%Cr-19%Co-2%W1%Nb-1.4%Ta-4%Ti-2%Al-0.1%Zr-0.15%C (инконель 939), полученного при P =400 Вт, V = 540 мм/с.

В плоскости сканирования лазерного луча (продольноесечение) ванны расплава имеют округлую форму, а трек представляет собойсовокупность ванн расплава, полученных при перемещении лазерного луча поповерхности, вдоль одного направления (Рис. 1.15, а). Причем, расположениетреков в сечении соответствует стратегии получения объекта. В поперечном24сечении сплава инконель 939 прослеживается слоистый характер структуры, апересекающиеся границы ванн расплава образуют сегменты (Рис. 1.15, б).Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации