Диссертация (1173110), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Также метод СЛП не подразумеваетсоздания специального инструмента и технологической оснастки.Большинство машин селективного лазерного плавления производятся вСША, Германии и Великобритании. Производство отечественных машиннаходится на этапе опытного производства. Несмотря на это, в Россииаддитивныетехнологиинаходятнаиболееширокоеприменениенаавиационных и машиностроительных предприятиях. На сегодняшний денькоммерчески доступные установки работают с порошками, производимымифирмами производителями установок, при использовании конкретногопорошкового материала необходима покупка режимов обработки. ПроцессСЛП чувствителен к ряду параметров, таких как толщина порошкового слоя,шаг сканирования, мощность, диаметр лазерного пятна и скоростьсканирования. Несмотря на широкие пределы возможного изменениякаждого параметра, рациональные сочетания значений технологическихпараметров обычно находятся в достаточно узком интервале.
Вне этойобласти процесс СЛП может быть неустойчивым и формировать материал сдефектами.В данной ситуации имеется острая потребность в отечественныхпорошках и разработке режимов СЛП.161.3 Материалы, используемые в аддитивном производствеАктивноерасширениеиспользованиятехнологийпорошковойметаллургии и активное взаимодействие производителей и потребителейпорошков привело к значительному расширению ассортимента порошковыхматериалов, произведённых различными методами. Производство порошков– широкая тематика.
Вопрос производства порошков затрагивает множествоаспектов качества получаемого материала: размер частиц и распределение поразмерам, форма частиц, внутренняя структура частиц, плотность частиц,удельная поверхность частиц, структура и химический состав поверхностичастиц,химическийифазовыйсоставчастицираспределение(неравномерность) по составу. К основным методам производства относят:1) Физико-химические методы производства: химическое восстановление (из твердого, жидкого или газообразногосостояния) соединений металлов (как правило, оксиды или галогениды); термическое разложение и гидридов и карбонилов металлов; электролитический метод – позволяет получать химически оченьчистые металлические порошки (как правило, бериллия, меди, железа,никеля и т.д.).2) Механические методы производства: измельчение сплавов дроблением, размолом, истиранием (обработкарезанием, измельчение в шаровых, планетарных, вибрационных мельницах,аттриторах, измельчение ультразвуком) позволяет получить порошкиразличного распределения по размерам и химическому составу, однаконеправильной формы; диспергированиецентробежноематериаловраспыление,(атомизация)распылениежидкими(газом,газами,водой,вакуумная17атомизация) позволяет получить порошок любого сплава, однородный поразмерам, форме и составу, и является способом с высоким уровнемуправления качеством продукта.В методе селективного лазерного плавления возможно использованиеширокого спектра порошковых материалов.
Эта технология, применённая кпластичным материалам, таким как аустенитные стали, позволяет сразудобитьсявысокоймелкозернистойпрочностиструктурыизанесчётформированияисключает,конечно,однородноймодификациимикроструктуры и механических свойств последующей термообработкой.При применении СЛП к хрупким материалам деталь часто растрескиваетсяуже в процессе изготовления. Это общий недостаток лазерных технологий.Например, та же проблема возникала при лазерной сварке керамики [6].Суть в том, что лазерный нагрев является локальным [7], поэтому неизбежнызначительные температурные градиенты при лазерной обработке изделия.Неоднородные тепловые поля и неоднородные тепловые расширениягенерируют термомеханические напряжения. Напряжения могут превышатьмеханическую прочность материала.
Другими словами, обрабатываемыйлазером материал должен быть устойчив к тепловым ударам. В литературенет данных успешного применения метода СЛП для изготовления деталей изкерамических материалов, сопоставимых по механическим свойствам сдеталями, полученными по классической технологии. Тем не менее, интереск СЛП керамики не угасает[5, 8, 9].Одними из перспективных материалов являются композиционныематериалы на основе металлов с добавлением керамических включений (такназываемые композиционные материалы с металлической матрицей).
Такиематериалы достаточно часто используют в качестве коррозионностойкихматериалов, работающих, в том числе при высоких температурах, а также вкачествеизносостойких,работающихвагрессивныхсредах.Сложнопрофильные детали, изготовленные методом СЛП из порошковых18композиций на основе металла и керамики, могут найти широкое применениевгорной,нефтяной,машиностроения.машиностроительнойПоэтомуметаллокерамическихтехнологиякомпозицийидругихизготовленияметодомотрасляхизделийселективногоизлазерногоплавления является актуальной научно-технической задачей.1.3.1ПрименениекерамическогопорошкаваддитивномпроизводствеБольшинствосуществующихнасегодняшнийденьметодовизготовления деталей из керамики с помощью аддитивных технологийнаправлены на соединение частиц керамического порошка с помощьюдополнительно вводимого связующего [10, 11].
В роли связующей матрицыможет выступать как полимерный, так и металлический материал. Припоследующей обязательной термической постобработке происходит сильнаяусадка, что негативно сказывается на точности изготовления, кроме того, притермоусадке не удается полностью ликвидировать поры. Например авторамиработы [12], на машине Феникс получена плотность 65% и прочность 15МПакерамики Al2O3.В работе [13] проводилось спекание смеси порошков оксидовциркония и иттрия (с молекулярной долей Y2O3 3-4%) с размером частиц 1-40мкм.
Установлено, что подогрев рабочей камеры снижает риск образованиятрещин и позволяет повысить скорость сканирования. Эксперименты поспеканию проводилось без дополнительных связующих. Авторы получалиобразцы с низкой плотностью (около 56%), которая не увеличивалась припост-обработке при температуре до 1200°С в печи.
Для повышенияплотности в работе рекомендуется увеличить насыпную плотность порошка.19В работе [14] с идентичной смесью подогрев осуществлялсярасфокусированным лазерным излучением до 2500 0С. Лазерное плавлениепроизводилось в зоне подогрева. Авторы получили беспористые плотныеобразцы, но им не удалось исключить образование трещин. Повышениетемпературы подогрева также снижает количество трещин.В работе [15] изучали плавление тугоплавкой композиции из керамикиAl2O3 - ZrO2 и получающуюся в результате кристаллизации микроструктуру.Состав исследуемых порошков изменяли в пределах 20-70% массовой долиZrO2.
Порошки предварительно спрессовывались в кубики размером 6 мм, азатем расплавлялись СО2 лазером на подложке из оксида алюминия в течение10 секунд. После плавления керамическую композицию охлаждали наоткрытом воздухе. Во всех исследуемых в приведенной работе образцах незафиксировано наличия трещин в переплавленном объеме, но всегданаблюдались усадочные раковины на расстоянии нескольких миллиметров отсвободной (верхней) поверхности за счет больших усадочных деформаций впроцессе кристаллизации. Отмечено, что в зоне плавления высокачувствительность подложки к тепловому удару, что является причинойобразования трещин по границе сплавления с подложкой.
Для уменьшениявлияния теплового удара предложено осуществлять подогрев или проводитьпоследующую термообработку при температуре 1200-1400 °С [6].В работе [16] изучались процессы селективного лазерного плавления(СЛП) керамики диоксида циркония ZrO2, с незначительными добавкамидругих оксидов, без использования связующих (стекла или смол). Такжеприменяли порошки Al2O3 и MgAl2O4. Постобработку не проводили.
Вполученных изделиях практически не было пор, но присутствовалимикротрещины, протяженность которых была соизмерима с диаметром пятналазера.Наличие микротрещин снижает механическую прочность при изгибе до9,79 МПа, что несравненно меньше ее значений порядка 1000 МПа,20получаемыхдляданныхматериаловпритрадиционныхспособахизготовления.В работе [17-22] исследовались процессы консолидации керамическогопорошка диоксида кремния при СЛП. Благодаря низкому коэффициентутеплового расширения материал способен обрабатываться без связующего.Полученные образцы из SiO2 не содержали трещин и пор.Таким образом, на сегодняшний день показана принципиальнаявозможность изготовления деталей из керамики методом СЛП безиспользования дополнительно вводимого связующего.1.3.2Применениеметаллокерамическихкомпозицийваддитивном производствеПримеры применения композиционных материалов с металлическойматрицей в литературе описаны чаще для лазерной наплавки, чем для СЛП[23-25].
В работе [26] такие покрытия были получены лазерной наплавкойсмеси порошков карбидов вольфрама и никелевого сплава. Объёмнаяконцентрация карбидов вольфрама составляла около 40%. Металлическаяматрица состояла из пластичных дендритов твёрдого раствора на основеникеля и твёрдой и хрупкой эвтектики. Соотношение пластичной и твёрдойфаз в матрице сильно различалось в зависимости от содержания хрома вникелевом сплаве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
