Диссертация (1025543), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Кроме того, величинанапряжений может отличаться в разы в зависимости от глубины анализируемогослоя.В работе [47] остаточные напряжения в сплавах различного состава былиисследованы методом рентгеновской дифрактометрии и по изменению угла αпосле отрезания от подложки объекта в форме моста (Рис. 1.30). С помощьюматематического моделирования по величине угла α с учетом свойств материаламожно перейти к величине остаточных напряжений на поверхности образца в т.А, а также их градиенту между т. А и В (σАВ) [90].
Рентгеновским методомопределяли напряжения на поверхности образца σ1 и σ2; σ1 действует внаправлении сканирования лазерного луча, а σ2 направлено перпендикулярно ему.Рис. 1.30. Образцы в форме «моста», для определения остаточныхнапряжений [47]В Таблице 1 представлены результаты определения остаточных напряженийпо этим двум методам для сплавов различного состава, а также их пределтекучести.41Из таблицы видно, что для большинства материалов величина остаточныхнапряжений является значительной. Однако значения напряжений, определенныеразными методами, отличаются не только по величине, но и по знаку.
Это можетбыть связано с особенностями методов, например, рентгеновским методомопределяют напряжения, действующие в локальной области образца и только вприповерхностном слое. Форма образца также влияет на величину остаточныхнапряжений.Таблица 1.Остаточные напряжения в сплавах, полученных методом СЛП [47]РентгеновскийРасчет по αметодМатериалσА,σТ,МПаσ1, МПаσ2, МПаα, град.Титан220±10100±100,9±0,1216445450ВТ6410±25120±201,3±0,1351723105003Х17Н14М3-70±3-15±30,8±0,1352724490Х3Н18К9М5-260±13-140±130,2±0,198202-Тантал200±2485±240,3±0,1149306220Вольфрам-34±1520±150,15±0,1144296108ХН45МВТЮБР420±15300±151,5±0,16141267800Ак1260±355±30,8±0,1129266160360±14100±140,9±0,24368991100ХастелойC-276МПаσАВ, МПаАвторы работ [8, 16] считают, что подогрев подложки может приводить куменьшению остаточных напряжений, однако исследований этого вопроса непроводили.421.3.
Влияние термической обработки на структуру сплавов после СЛПКак было показано в параграфе 1.2, в результате СЛП в сплавахформируютсяструктуры,отличныеоттех,которыенаблюдаютсяпритрадиционных технологиях обработки. Поэтому важным вопросом, требующимизучения, является термическая стабильность получаемых структур, на основаниикоторой возможен выбор режима последующей термической обработки иопределение допустимой температуры эксплуатации материала. В литературенедостаточно изучен этот вопрос, и в основном, приводятся данные о влиянии наструктуру и свойства сплавов, полученных методом СЛП, стандартных режимовтермообработки для сплавов данного состава.
Однако логично предположить, чтонаходясь в ином исходном состоянии, материал будет обладать другимизначениями критических температур, и, следовательно, режимы термическойобработки для сплавов, подвергнутых СЛП, должны быть определены заново.Некоторые исследования в этом направлении были проведены дляникелевых сплавов [72, 81]. Например, жаропрочный сплав ХН50МВКТЮР(нимоник 263) после СЛП подвергался стандартной обработке: выдержке притемпературе 1150°С в течение 2 часов, закалке в воде и последующему отжигупри 800°С в течение 8 часов [81]. Также после СЛП проводили восьмичасовыеотжиги сплава в диапазоне температур 400 – 1000°С.
На Рис. 1.31 представленграфик изменения твердости сплава в зависимости от температуры отжига.Рис. 1.31. Зависимость твердости сплава ХН50МВКТЮР от температурыотжига [81]43Методом ПЭМ было установлено, что до температуры отжига 600°Сраспада γ-твердого раствора не наблюдается, а плотность дислокаций сохраняетсвое исходное значение. Повышение прочности сплава после отжига притемпературах600÷700Ссвязаносвыделениемнанометровыхчастицупрочняющей γ’фазы и сохранением высокой плотности дислокаций.
При 700°Ствердость сплава составляет 370 HV 30 и превышает значение, полученное послестандартной обработки, т.е. закалки и отжига при 800С (330 HV 30). Падениетвердости в диапазоне температур 700-900°С связано с укрупнением частицγ’фазы, а при более высоких температурах, вероятно, с их растворением иуменьшением плотности дислокаций. По данным результатам авторы делаютвывод, что после СЛП сплава ХН50МВКТЮР нет необходимости в проведениигомогенизирующего отжига и закалки, и рекомендуют применять отжиг притемпературе 600°С, так как при этой температуре еще не происходит распадтвердого раствора, а остаточные напряжения частично снимаются.В работе [83] для сплава Al–10%Si–Mg после СЛП проводили термическуюобработку по режиму: гомогенизирующая выдержка при температуре 525°С втечение шести часов с последующей закалкой в воду и старением притемпературе 165°С в течение 7 часов.Рис.
1.32. Микроструктура сплава Al–10%Si–Mg, полученного методом СЛП: а в исходном состоянии; б после ТО [83]44В результате получили αтвердый раствор на основе Al с равномернораспределенными включениями вторичной фазы Si сферической формы (Рис.1.32,б). Следов лазерного воздействия в структуре не наблюдалось, а свойстваполученного сплава соответствовали традиционным значениям.1.4. Механические свойства объектов, полученных СЛПОсновным фактором, определяющим механические свойства деталей,полученных методом СЛП, является качество синтезированного образца, так какпоры и другие макродефекты могут играть роль концентраторов напряжений принагружении [84]. Кроме того, в структуре формируемых объектов частонаблюдают текстуру, что приводит к значительной анизотропии параметровпрочности [46, 57, 85-87].
В работах [11, 23, 47, 48] показано, что анизотропиюможно уменьшить, применяя определенные стратегии плавления.Стратегия плавления и направление роста при синтезе оказывает влияние намеханические характеристики детали, так как свойства объектов меняются взависимости от направления приложения нагрузки относительно направлениядвижения лазера и направления роста объекта. В работе [48] исследовалисьмеханические характеристики образцов стали 03Х17Н14М3, выращенных вформе параллелепипедов (Рис. 1.33, а).
При этом угол между направлением ростаобразцов и их длинным ребром изменялся от 0 (вертикальный образец) до 90градусов (горизонтальные образцы). При плавлении использовали диагональнуюстратегию с разным углом движения лазера относительно боковых поверхностейпараллелепипеда. При испытаниях растягивающую нагрузку прикладывали вдольдлинного ребра параллелепипеда. Полученные механические характеристикиприведены в Таблице 2.45Рис. 1.33.Способы выращивания образцов стали 03Х17Н14М3: а стратегии плавлениягоризонтальных образцов; б направления роста образцов [48]Таблица 2.Механические свойства образцов после СЛПГоризонтальные образцыУгол между приложенной силой иσв, МПаδ, %30°680±1521±145°640±1318±160°660±1314±190°520±119±1направлением движения лазераОбразцы, выращенные под угломУгол между приложенной силой иσв, МПаδ, %45°710±1626±160°670±1462±175°660±1360±190°630±1050±1плоскостью X-Y46Из таблицы видно, что у образцов, выращенных в горизонтальнойплоскости,одновременноувеличиваетсяивременноесопротивление,иотносительное удлинение при уменьшении угла между приложенной силой инаправлением движения лазера.
Т.е. образец 30° (Рис. 1.33, а) обладает самымвысоким комплексом механических свойств. При увеличении угла наклона от 0°до 75° градусов длинного ребра образцак горизонтальной плоскостипластичность сплава увеличивается более, чем в два раза, а временноесопротивление несколько уменьшается.В работах [20, 23, 38, 46, 48] также изучали зависимость временногосопротивления и относительного удлинения стали 03Х17Н14М3 от направленияприложения нагрузки относительно направления роста объекта. В данных работахобразцы имели цилиндрическую форму, и нагружение происходило вдоль осицилиндра. Как видно из Таблицы 3, прочность стали, полученной СЛП,превышает значения для литого образца примерно на 1020% и достигаетмаксимального значения (~ 600 МПа) при нагружении вдоль оси роста образца.Однако, как было показано выше, на этой стали можно получить еще болеевысокое значение временного сопротивления (700 МПа), при направлении ростаобразца под углом 45 градусов к горизонтальной плоскости (Таблица 2).
Крометого, из таблицы видно, что значения временного сопротивления, приводимыеразными авторами, в пределах погрешности измерения совпадают, а результатыопределения относительного удлинения не позволяют сделать однозначногозаключения об изменении параметра δ при использовании технологии СЛП, итребуют проведения дальнейших исследований.На Рис. 1.34 представлен излом, характерный для стали 03Х17Н14М3,полученной методом СЛП.
Так как поверхность излома имеет сильноразветвленный характер, то разрушение вязкое [12].47Таблица 3.Механические свойства стали 03Х17Н14М3 после СЛПТип образцаИсточникσв, МПаδ, %[23]615±3032±3[46]610±2016±2направление роста образца ось z[48]630±1050±1Нагрузка[20]500±10Нагрузкаприкладываласьперпендикулярно плоскостисканирования лазера (xoy),прикладываласьпараллельноплоскости550±35лазера,[20]использовалась диагональная стратегия[48]520±1016±5[46]730±1520±5[46]550±5с движением лазера параллельно оси У[23]550±1519±6Литое состояние[88]50039сканированияс движением лазера параллельно оси X(Тподл 150°С)Нагрузка прикладывалась параллельноплоскостисканированиялазера,использовалась диагональная стратегияРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
