Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Влияние характеристических температур порошковой композиции и плотности подводимой энергии на структуру и внутренние напряжения жаропрочных сплавов на основе Ni и Co, полученных методом селективного лазерного сплавления. Часть 1

А. Г. Евгенов, Н. В. Петрушин, П. Н. Медведев, И. А. Галушка, С. В. Шуртаков

Аннотация


Проведен анализ литературных данных по влиянию алгоритмов экспонирования, энергии и скорости сканирования на геометрию, тонкую структуру трека и текстуру в металлических материалах, синтезированных методом селективного лазерного сплавления (СЛС). Получена регрессионная модель, устанавливающая корреляцию между необходимой плотностью энергии лазера и характеристическими температурами порошковых композиций при синтезе жаропрочных сплавов на основе никеля и кобальта.

Ключевые слова


жаропрочные сплавы на основе никеля и кобальта; селективное лазерное сплавление (СЛС); эпитаксиальный рост; ячеистая структура; трековая структура; кристаллит; кристаллографическая текстура; зеренное строение; температуры солиду и ликвидус

Полный текст:

PDF

Литература


Dezfoli A. R. A., Hwang W.-S., Huang W.-Ch., Tsai T.-W. Determination and controlling of grain structure of metals after laser incidence: Theoretical approach // Scientific Reports. 2016. № 7. 41527. DOI: 10.1038/srep41527

Wang Ya., Yu Ch., Xing L. et al. Grain structure and texture of the SLM single track // Journal of Materials Processing Technology. 2020. No. 281. P. 116591. DOI: 10.1016/j.jmatprotec. 2020.116591

Gan Zh., Lian Y., Lin S. E. et al. Benchmark study of thermal behavior, surface topography, and dendritic microstructure in selective laser melting of Inconel 625 // Integrating Materials and Manufacturing Innovation. 2019. Р. 178 – 193. DOI: 10.1007/s40192-019-00130-x

Dezfoli A. R. A., Lo Yu-L., Raza M. M. Prediction of epitaxial grain growth in single-track laser melting of IN718 using integrated finite element and cellular automaton approach // Materials. 2021. No. 14. P. 5202. DOI: 10.3390/ma14185202

Houichi Kitano, Masakazu Tsujii, Masahiro Kusano et al. Effect of plastic strain on the solidification cracking of Hastelloy-X in the selective laser melting process // Additive Manufacturing. 2021. V. 37. 101742. DOI: 10.1016/j.addma. 2020.101742

Popovich V. A., Borisov E. V., Popovich A. A. et al. Impact of heat treatment on mechanical behaviour of Inconel 718 processed with tailored microstructure by selective laser melting // Materials & Design 2017. V. 131. Р. 12 – 22. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.05.065

Popovich V. A., Borisov E. V., Popovich A. A. et al. Alzina functionally graded Inconel 718 processed by additive manufacturing: Crystallographic texture, anisotropy of microstructure and mechanical properties // Materials & Design. 2017. V. 114. P. 441 – 449. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.10.075

Banoth S., Li Ch.-W., Hiratsuka Yo, Kakehi K. The effect of recrystallization on creep properties of alloy IN939 fabricated by selective laser melting process // Metals. 2020. V. 10. 1016. DOI: 10.3390/met10081016

Евгенов А. Г., Базылева О. А., Головлев Н. А., Зайцев Д. В. Особенности структуры и свойства сплавов на основе интерметаллида Ni3Al, полученных методом СЛС // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журнал. 2018. № 12. С. 3. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 23.01.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-12-25-36

Andreau O., Koutiri I., Peyre P. et al. Texture control of 316L parts by modulation of the melt pool morphology in selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2019. V. 264. P. 21 – 31. DOI: 10.1016/j.jmatprotec. 2018.08.049

Kohnen P., Letang M., Voshage M. et al. Understanding the process-microstructure correlations for tailoring the mechanical properties of L-PBF produced austenitic advanced high strength steel // Additive Manufacturing. 2019. V. 30. 100914. DOI: 10.1016/j.addma.2019.100914

Лукина Е. А., Филонова Е. В., Тренинков И. А. Микроструктура и преимущественные кристаллографические ориентировки жаропрочного никелевого сплава, синтезированного методом СЛС, в зависимости от энергетического воздействия и термообработки // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 1. С. 38 – 44. DOI: 10.18577/ 2071-9140-2017-0-1-38-44

Bauer T., Dawson K., Spierings A. B., Wegener K. Microstructure and mechanical characterisation of SLM processed HaynesТ 230Т // In: Proceedengs of the 26th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium. P. 813 – 822. DOI: 10.3929/ethz-a-010584903

Тренинков И. А., Филонова Е. В., Медведев П. Н., Лукина Е. А. Закономерности формирования текстуры и микроструктуры в жаропрочном никелевом сплаве в процессе селективного лазерного сплавления // Новости материаловедения. Наука и техника. 2018. № 1 – 2. С. 10 – 18.

Sun Sh.-H., Hagihara K., Nakano T. Effect of scanning strategy on texture formation in Ni – 25 at.% Mo alloys fabricated by selective laser melting // Materials and Design. 2018. V. 140. P. 307 – 316. DOI: 10.1016/j.matdes. 2017.11.060

Лукина Е. А., Зайцев Д. В., Заводов А. В. Состав и строение фазовых образований в жаропрочном никелевом сплаве в зависимости от параметров синтеза при селективном лазерном сплавлении и режимов термообработки // Вопросы материаловедения. 2019. № 3(99). С. 14 – 22.

Sun Sh.-H., Ishimoto T., Hagihara K. et al. Excellent mechanical and corrosion properties of austenitic stainless steel with a unique crystallographic lamellar microstructure via selective laser melting // Scripta Materialia. 2019. V. 159. P. 89 – 93. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.09.017

Akram J., Chalavadi P., Pal D., Stucker B. Understanding grain evolution in additive manufacturing through modeling // Additive Manufacturing. 2018. V. 21. P. 255 – 268. DOI: 10/1016/j.addma.2018.03.021

Carter L. N., Martin Ch., Withers Ph. J., Attallah M. M. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy // Journal of Alloys and Compounds. 2014. V. 615. P. 338 – 347. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.06.172

Salman O. O., Brenne F., Niendor T. et al. Impact of the scanning strategy on the mechanical behavior of 316L steel synthesized by selective laser melting // Journal of Manufacturing Processes. 2019. V. 45. P. 255 – 261.

Yin Y., Zhang J., Yang Sh. et al. Effect of microstructure on the electrochemical dissolution behaviour of Hastelloy-X superalloy processed by selective laser melting and heat treatments // Materials & Design. 2021. V. 206. 109828. DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109828

Каблов Е. Н., Евгенов А. Г., Петрушин Н. В. и др. Материалы нового поколения и цифровые аддитивные технологии производства ресурсных деталей ФГУП “ВИАМ”. Часть 4. Разработка жаропрочных материалов // Электрометаллургия. 2022. № 4. С. 8 – 20. DOI: 10.31044/ 1684-5781-2022-0-5-8-19

Раевских А. Н., Чабина Е. Б., Филонова Е. В., Белова Н. А. Возможности метода дифракции обратно-отраженных электронов (ДОЭ/EBSD) для исследования особенностей структуры никелевых жаропрочных сплавов, полученных селективным лазерным сплавлением // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журнал. 2017. № 12. С. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 23.01.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-12-12-12

Оспенникова О. Г., Наприенко С. А., Медведев П. Н. и др. Особенности формирования структурно-фазового состояния сплава ЭП648 при селективном лазерном сплавлении // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журнал. 2021. № 8. С. 1. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 27.02.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-8-3-11

Сухов Д. И., Капланский Ю. Ю., Рогалев А. М., Куркин С. Э. Особенности получения высокохромистых сплавов на основе никеля методом селективного лазерного сплавления // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журнал. 2023. № 1. С. 2. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 27.02.2023). DOI: 10.18577/2307-6046- 2023-0-1-15-27

Letenneur M., Kreitcberg A., Brailovski V. The average grain size and grain aspect ratio in metal laser powder bed fusion: modeling and experiment // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2020. V. 4. P. 25. DOI: 10.3390/ jmmp4010025

Kreitcberg A., Brailovski V., Turenne S. Effect of heat treatment and hot isostatic pressing on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 alloy processed by laser powder bed fusion // Materials Science & Engineering А. 2017. V. 689. P. 1 – 10. DOI: 10.1016/j.msea.2017.02.038

Sanchez S., Gaspard G., Hyde C. J. et al. The creep behaviour of nickel alloy 718 manufactured by laser powder bed fusion // Materials and Design. 2021. V. 204. P. 109647. DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109647

Liu F., Lin X., Yang G. et al. Recrystallization and its influence on microstructures and mechanical properties of laser solid formed nickel base superalloy Inconel 718 // Rare Metals. 2011. V. 30. Spec. Issue. P. 433. DOI: 10.1007/ s12598-011-0319-0

Yan F., Xiong W., Faierson I. E. J. Grain structure control of additively manufactured metallic materials // Materials. 2017. V. 10. P. 1260. DOI: 10.3390/ma10111260

Kreitcberg A., Brailovski V., Turenne S. Elevated temperature mechanical behavior of IN625 alloy processed by laser powder-bed fusion // Materials Science & Engineering A. 2017. V. 700. P. 540 – 553. DOI: 10.1016/j.msea.2017.06.045

Тренинков И. А., Заводов А. В., Петрушин Н. В. Исследование кристаллической структуры и микроструктуры жаропрочного никелевого сплава ЖС32-ВИ, синтезированного методом селективного лазерного сплавления, после высокотемпературных механических испытаний // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 1. С. 57 – 65. DOI: 10.18577/2071-9140-2019-0-1-57-65

Keshavarzkermani A., Sadowski M., Ladani L. Direct metal laser melting of Inconel 718: Process impact on grain formation and orientation // Journal of Alloys and Compounds. 2018. V. 736. P. 297 – 305. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.11.130

Wei H. L., Elmer J. W., DebRoy T. Origin of grain orientation during solidification of an aluminum alloy // Acta Materialia. 2016. V. 115. P. 123 – 131. DOI: 10.1016/j.actamat. 2016.05.057

Liu P., Wang Z., Xiao Y., Horstemeyer M. F. et al. Insight into the mechanisms of columnar to equiaxed grain transition during metallic additive manufacturing // Additive Manufac turing. 2019. V. 26. P. 22 – 29. DOI: 10.1016/j.addma. 2018.12.019

Min Y., Lu W., Wentao Y. Phase-field modeling of grain evolutions in additive manufacturing from nucleation, growth, to coarsening // Nature Partner Journals Computational Materials. 2021. V. 7. P. 56. DOI: 10.1038/s41524-021-00524-6

Letenneur M., Kreitcberg A., Brailovski V. Optimization of laser powder bed fusion processing using a combination of melt pool modeling and design of experiment approaches: density control // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2019. V. 3. P. 21. DOI: 10.3390/jmmp3010021

Poulin J.-R., Kreitcberg A., Terriault P., Brailovski V. Long fatigue crack propagation behavior of laser powder bed-fused Inconel 625 with intentionally-seeded porosity // International Journal of Fatigue. 2019. V. 127. P. 144 – 156. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2019.06.008

Lopez-Botello О., Martinez-Hernandez U., Ramнrez J. et al. Two-dimensional simulation of grain structure growth within selective laser melted AA-2024 // Materials and Design. 2017. V. 113. Р. 369 – 376. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.10.031

Muсoz-Moreno R., Divya V. D., Messй O. M. D. M. et al. Effect of heat treatments on the microstructure and texture of CM247LC processed by selective laser melting // Superalloys 2016: Proceedings of the 13th International Symposium on Superalloys. TMS (The Minerals, Metals & Materials Society). 2016. Р. 375 – 382.

Jia Q., Gu D. Selective laser melting additive manufacturing of Inconel 718 superalloy parts: Densification, microstructure and properties // Journal of Alloys and Compounds. 2014. V. 585. Р. 713 – 721. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.09.171

Тренинков И. А., Петрушин Н. В., Евгенов А. Г. Кристаллографическая структура сплава ЖС32-ВИ, полученного селективным лазерным сплавлением порошковой композиции на монокристаллической подложке // МиТОМ. 2018. № 12. С. 35 – 40.

Basak А. Additive manufacturing of high-gamma prime nickel-based superalloys through selective laser melting (SLM) // Solid Freeform Fabrication. 2019: Proceedings of the 28th Annual International. Solid Freeform Fabrication Symposium — An Additive Manufacturing Conference Reviewed Paper. 2019. Р. 554 – 575.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2023.11.41-49

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024