АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ ИЗДЕЛИЙ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен литературный обзор и анализ дефектов изделий из нержавеющей стали, проведено сравнение дефектов изделий, выполненных из различных порошков, которые были получены методами воздушного и водного распыления.

Ключевые слова: нержавеющая сталь, селективное лазерное плавление, геометрия изделия, гранулометрический состав.

Введение

В настоящее время для создания металлических деталей сложной формы используются литье, прессование и другие традиционные методы.  К недостаткам таких методов относятся сложность и многоступенчатость процесса, высокая энергоемкость и низкая эффективность. В таких случаях процесс селективного лазерного плавления позволяет изготавливать металлические компоненты плавления и повторного нанесения порошка.  Этот процесс демонстрирует, что можно производить изделия практически без ограничений по форме или геометрии.

Селективное лазерное плавление — SLM (Selective laser melting) — имеет потенциал для изготовления сложных внутренних каналов для нескольких отраслей, таких как системы спутниковой связи, электроники и газовых турбин, и аэрокосмических систем.

Дефекты, связанные с гранулометрическим составом металл порошковой композиции

Поверхность изделия, растущая в слое порошка, подвержена влиянию ряда факторов, включая гранулометрический состав порошка, влияние теплопроводности, толщины слоя, угла наклона поверхности относительно рабочего стола и эффекта любой постобработки/отделки. Каждый слой создается плавлением отдельных участков слоя порошка, который уплотняется и сливается со слоем ниже. Определенные условия в расплаве ванны могут вызвать образование комков в расплавленном материале, что может затем разрушить край ванны расплава, повлияв на форму края слоя. Гравитация также хорошо влияет на плавление слоев, которые не поддерживаются и которые рушатся в нерасплавленном порошке снизу, что приводит к более шероховатой поверхности на нижней стороне компонента, чем на поверхности, обращенной вверх. Эта разница между двумя поверхностями усугубляется неравномерным нагревом, скоростью нанесения порошка по сравнению с твердым материалом, который создает температурные градиенты и дестабилизирует ванну расплава, нарушая формы края слоя [1]. Когда ванна расплава затвердевает, частично расплавленные частицы из окружающего порошка также прилипают к краю слоя, что также нарушает окончательную структуру поверхности [2].

Однако в процессе селективного лазерного плавления нержавеющих металлических композиций возникает ряд дефектов таких как: горячие и холодные трещины, области недостаточного проплавления, пористость, температурные поводки, напряжения и др.

Усталостные трещины могут возникать из-за внутренних дефектов такие как неметаллические включения, которые могут значительно повлиять на усталостную прочность. Однако другие мелкие дефекты, такие как коррозионные язвы, могут иметь решающее значение для усталостного разрушения, поскольку эти материалы часто используются в агрессивных жидких средах. Многие из этих дефектов напрямую влияют на возможность использования в конструкции каналов со сложной геометрией.

Для предупреждения дефектов в конструкциях теплообменных аппаратов ответственного назначения, используемых в аэрокосмической промышленности актуальным, является вопрос исследования металл порошковых композиций.

Анализ металл порошковых композиций

Порошки, полученные распылением расплава воздухом, имеют сферическую форму, с относительно гладкими поверхности и хорошая химическая чистота [3]. Эти свойства дают более высокую плотность порошкового слоя, что должно улучшить качество детали. Однако такие порошки также характеризуются внутренней пористостью, что может вызвать дефекты [4]. Другой тип порошка, полученный с помощью водного распыления расплава во время плавления, показал, что из гранулометрического состава и размера образует локальные поры. Таким образом, частицы неодинаковых и неравномерных размеров также имеют меньшую плотность упаковки по сравнению со сферическими. Комбинация низкая текучесть и меньшая плотность отрицательно сказывается на однородности порошкового слоя, что приводит к более высокой пористости и более низкие механические свойства образцов.

Опыт использования нержавеющей стали обоих способов получения показал, что образцы из порошка, полученного распылением, достигали более высоких значений плотности и меньше подвергались комкованию, по сравнению с деталями, полученными из порошка, который был выполнен методом водного распыления, по сравнению с деталями изготовленных из порошка, полученного методом воздушного распыления [5].

Вывод

Таким образом, изучение литературных источников, посвященных анализу зависимости гранулометрического состава и свойств материала при селективном лазерном плавлении, позволяет сделать следующие выводы:

1. прочностные и механические характеристики изделия напрямую зависят от дефектов в синтезированной детали;
2. правильный выбор металлопорошковых композиций для изготовления детали (гранулометрический состав, способ получения) позволяет минимизировать количество дефектов в готовом изделии.

Дальнейшие исследования в этой области необходимо посвятить анализу влияния свойств металлопорошковых композиций на геометрический облик изделий аддитивного производства.

Список литературы:

1. Jacopo De Nisia, Fabio Pozzib, Paolo Folgaraita, Gabriele Ceselinb, Mirco Ronci. Precipitation hardening stainless steel produced by powder bed fusion: influence of positioning and heat treatment.2019.
1. 541-558.
2. Flaviana Calignanoa,Luca Iulianoa, Manuela Galatia, Paolo Minetolaa, Giovanni Marchiandia. Accuracy of down-facing surfaces in complex internal channels producedby laser powder bed fusion (L-PBF).2020.
3. A. T. Sutton, C. S. Kriewall, M. C. Leu, J. W. Newkirk.Powder characterisation techniques and effects of powder characteristics on part properties in powder-bed fusion processes, Virtual and Physical Prototyping 12 (1) (2017) 3–2
4. M. N. Ahsan, A. J. Pinkerton, R. J. Moat, J. Shackleton, A comparative study of laser direct metal deposition characteristics using gas and plasma-atomized Ti-6Al-4V powders,Materials Science and Engineering:A 528 (25-26) (2011) 7648–7657
5. R. Engeli, T. Etter, S. Hoevel, K. Wegener.Processability of different IN738LC powder batches by selective laser melting, Journal of Materials Processing Technology 229 (2016) 484–491