Диссертация (1025543), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Согласно [79],он определяется следующим образом:d AV nгдеV – скорость охлаждения;A и n –коэффициенты.ДлясталейкоэффициентыА~2.2∙102 мкм/К·с,n~0.45[79],тогдаформирование ячеистой структуры с диаметром ячейки 0,5 мкм возможно прискоростях охлаждения порядка 7105 К/с. Приведенные в работе [63] результатыоценочного расчета показали, что для формирования в никелевом сплаве33ХН75МБТЮ (инконель 625) подобной ячеистой структуры необходимы скоростиохлаждения порядка 106 К/с.В [8] для стали 03Х17Н14М3 определяли зависимость дендритногопараметра от скорости сканирования лазера по поверхности и температурыподогрева подложки (Рис. 1.23). Оказалось, что величина d пропорциональнаV-(0.6…0.8), и увеличение скорости сканирования c 80 мм/с до 280 мм/с приводит куменьшению диаметра ячейки на 15 – 25%.
Увеличение температуры подложкитакже приводит к увеличению размера ячеек: при скорости сканирования 80 мм/си температуре подложки 80°С средний диаметр ячейки в центре ванны расплавасоставляет 0,75 мкм (Рис. 1.23), а при той же скорости, но температуре подложки900°С – 1,05 мкм (линии 4 и 2 на Рис.
1.23). Кроме того, оказалось, что размерячеек зависит от их расположения в ванне расплава: наиболее мелкие ячейкинаходятся на дне ванны расплава, а при приближении к поверхности их размерпостепенно увеличивается (линии 6 и 3 на Рис. 1.23), что позволяет провестианалогию ванны расплава с изложницей жидкого металла.Рис. 1.23. Зависимость размера ячеек от скорости сканирования для различныхобластей ванны расплава и для разных температур подложки [8]В работе [48] на стали 03Х17Н14М3 также была обнаружена зависимостьразмера ячеек от их расположения относительно границ между слоями34перекристаллизованногообъекта.Авторыстатьизафиксировализонуукрупненных ячеек шириной порядка 1 мкм, находящуюся несколько нижеграницы между слоями (Рис.
1.24). По аналогии со структурой сварного шва этузону интерпретируют как зону термического влияния; т.е. предполагается, что этота часть металла, которая при наплавлении верхнего слоя переплавлена не была,но подверглась нагреву, в результате которого произошло укрупнение ячеек.Аналогичную зону более крупных ячеек наблюдали на сплаве Al10%SiMg [49,60].Рис. 1.24. Зона укрупненных ячеек ниже границы между слоями в стали03Х17Н14М3 [48]Как видно из Рис. 1.25, в ряде случаев по границам ячеек в сплавахразличногосостава,полученныхметодомСЛП,происходитвыделениедисперсных вторичных кристаллов.
Так, в сплаве ХН50МВКТЮР (нимоник 263)методом РЭМ по границам ячеек наблюдали зону другого состава ширинойпримерно 50 нм (Рис. 1.25) [81]. Авторы предполагают, что эта зона затвердеваетпосле кристаллизации дендритов никелевого твердого раствора и представляетсобой карбидную фазу на основе Ti, а как установлено методом ПЭМ, выделениехарактерной для этого сплава γ’фазы (Ni3(Al,Ti)) подавляется в результатевысоких скоростей охлаждения.35Рис. 1.25.
Структура сплава ХН50МВКТЮР, полученного методом СЛП [81]Также выделения на границах ячеек кристаллизации наблюдались вкобальтовом сплаве Co–29%Cr–6%Mo, полученном при скорости сканирования50 мм/с и мощности в диапазоне 75200 Вт. В данном сплаве формируетсяячеистаяструктура,имеющаяпреимущественнуюкристаллографическуюориентировку <100> вдоль направления роста объекта [75] и характерныйдиаметр ячеек ~2,5 мкм. Вдоль границ столбчатых ячеек наблюдается химическаянеоднородность (Рис. 1.26). Микрорентгеноспектральный анализ показал, чторазница в содержании Cr в центре и по границе ячейки составляет 1% (29 и 30%Cr, соответственно), а разница в содержании Мо 2% (6 и 8%, соответственно).Таким образом, границы ячеек обогащены хромом и молибденом.
На основанииполученных данных и диаграммы состояния авторы предполагают, что награницахобразуютсякристаллывторичнойσ–фазысромбическойкристаллической решеткой, однако с помощью РФА выявить ее не удалось; былиобнаружены лишь пики, соответствующие твердому раствору Сo (γ–фазе) ислабые пики ε–мартенсита с ГПУ решеткой.36Рис. 1.26.
Микроструктура сплава Co–29%Cr–6%Mo (РЭМ):а – поперечное, б – продольное сечения [75]Интересными представляются результаты, связанные с исследованиемдислокационной структуры сплавов после СЛП. Исходя из немногих работ,посвященных изучению этого вопроса можно предположить, что в процессе СЛПв результате сверхбыстрых скоростей охлаждения из жидкого состояния в сплавевозникаютвысокиетермическиенапряжения,поддействиемкоторыхформируется структура подобная структуре деформации с высокой плотностьюдислокаций [31, 68, 72, 81, 82].НаРис.1.27представленадислокационнаяструктурасплаваХН50МВКТЮР (нимоник 263), исследованная методом ПЭМ [81].
Несмотря нато, что в процессе СЛП реализуются высокие скорости охлаждения, подавляющиевыделение дисперсионно упрочняющей фазы, твердость сплава составляет 300HV30, что значительно превышает значение, к которому могло привеститвердорастворное упрочнение. Упрочнение при СЛП авторы работы связывают сформированием ячеистой дислокационной структуры, с большей плотностьюдислокаций по границам ячеек и меньшей внутри них.
Появление такойструктуры связано с пластической деформацией в сплаве, происходящей поддействием высоких термических напряжений.37Рис. 1.27. Дислокационная структура сплава ХН50МВКТЮР [81]В большинстве работ, посвященных определению остаточных напряжений всплавах, полученных методом СЛП, зафиксирован их значительный уровень, хотяприсутствие напряжений в материале обычно нежелательно и может приводить кобразованию трещин, короблению детали или ее отслаиванию от подложки.Значение имеет знак остаточных напряжений: растягивающие напряженияявляются более опасными, чем сжимающие.В работе [89] методом нейтронографии определяли величину остаточныхнапряжений в инструментальной стали Fe3%Cr18%Ni9%Co5%MoTi взависимости от стратегии плавления.
На Рис. 1.28 представлена формаэкспериментальных образцов, которые получали с применением различныхстратегийплавления.Использоваласьостровковаястратегияплавления,диагональная с движением лазера вдоль длинной (ОХ) и короткой (ОУ) осейдетали, а также перекрестная стратегия плавления, при которой направлениедвижения лазера менялось на перпендикулярное в каждом следующем слое.38Рис. 1.28.
Форма образцов стали Fe3%Cr18%Ni 9%Co5%MoTi дляопределения остаточных напряжений [89]В восьми точках, равномерно распределенных вдоль его длинной стороныOX, были измерены напряжения, действующие в горизонтальной плоскости вдольосей ОХ и ОУ. Также с шагом 4 мм вдоль вертикальной оси ОZ определялинапряжения, действующие как в горизонтальной плоскости в направлениях OX иOY, так и вдоль вертикальной оси OZ. На Рис. 1.29 приведены распределенияостаточных напряжений вдоль горизонтального направления OX и вертикальногоOZ для образцов, полученных с применением различных стратегий плавления.Получено, что независимо от направления действия наибольшие напряжениявозникают при диагональной стратегии плавления при движении лазера вдольдлинной стороны образца OX; чуть меньшие напряжения действуют приперекрестной стратегии плавления; еще меньше напряжения при диагональнойстратегии с движением лазера вдоль короткой стороны образца OY; и, наконец,минимальные напряжения при островковой стратегии плавления.
Так, например,в горизонтальной плоскости при диагональной стратегии плавления с движениемлазера вдоль OX среднее значение растягивающего напряжения составляет 320МПа, а при островковой стратегии плавления 140 МПа (Рис. 1.29, а). При этомпри смещении вдоль горизонтального направления OX изменение напряженияпрактически не превышает погрешность измерения. Однако наблюдаетсязависимостьостаточногонапряжениявгоризонтальнойплоскостиот39вертикальной координаты анализируемой точки: для диагональной стратегииплавления с движением лазера вдоль направления OX и островковой стратегиимаксимальные напряжения фиксируются на поверхности детали (z=0). Так, придиагональной стратегии плавления на горизонтальной поверхности детали (z=1.5мм) растягивающие напряжения составляют примерно 450 МПа, а напротивоположной горизонтальной поверхности на «ножке» детали (z= 10.5 мм)их значение около 50 МПа (Рис. 1.29, б).Рис.
1.29.Распределение остаточных напряжений в сталиFe3%Cr18%Ni9%Co5%MoTi в зависимости от стратегии плавления: анапряжения вдоль оси ОУ в горизонтальной плоскости, б – напряжения вдоль осиОZ (1 – островковая; 2 – диагональная вдоль Y; 3 – диагональная вдоль X; 4 –перекрестная стратегии плавления)40Как видно из описанных результатов, применение островковой стратегии,когда лазерный луч чаще меняет направление своего движения, приводит кнаименьшим остаточным напряжениям в образце.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
