Влияние обработки фрезерованием на поверхностный слой титанового сплава вт20, полученного методом прямого лазерного выращивания

Научная библиотека Комментариев к записи Влияние обработки фрезерованием на поверхностный слой титанового сплава вт20, полученного методом прямого лазерного выращивания нет

Балякин А.В., Деменок В.А., Курбатов В.П. // Современные наукоемкие технологии. – 2018. – № 6. – С. 14-19;Аддитивные технологии производства предлагают новые возможности для разработки и проектирования изделий и позволяют изготавливать изделия сложной формы, с пустотами, поднутрениями и т.д. Формирование трехмерного изделия происходит путем последовательного сплавления слоев материала (металлический порошок или проволока) лучом лазера по заданной программе в соответствии с трехмерной моделью. Лазерное выращивание применяется в целях создания деталей с градиентными свойствами включающих в себя бионический дизайн или латисные структуры, а также изделий с дополнительным набором свойств, например износостойкостьюи, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и т.д. Технологии аддитивного производства позволяют как создавать новые, так и восстанавливать повреждённые или изношенные детали. Шероховатость поверхности при селективном лазерном сплавлении составляет по Ra от 1,7 до 3,2 мкм, при гетерофазной технологии прямого лазерного выращивания по Ra от 3,7 до 6,0 мкм это означает, что постобработка всегда будет востребована, для достижения желаемого качества поверхности и геометрии конечной детали [1]. Следовательно, сочетание лазерного выращивания и механической обработки является частью данного исследования.

Использование технологии прямого лазерного выращивания, при котором осуществляется контролируемое спекание частиц порошка в поле лазерного излучения, обеспечивается совмещением газопорошковой струи с лазерным лучом, является прогрессивным направлением для создания деталей авиационных двигателей [2]. После кристаллизации у материала будет особая структура с мелким зерном, которая обеспечивает высокий уровень механических свойств. Преимущество прямого гетерофазного лазерного выращивания в том, что этот метод позволяет увеличить производительность и соответственно сократить сроки изготовления деталей. Из преимуществ также можно отметить отсутствие деформации в процессе выращивания и минимизацию термического влияния. Особенно выгодно применение данной технологии в случае сложных изделий, когда требуется многоэтапное проектирование и конструирование, создание демонстрационных образцов в короткие сроки, внесение корректировок и изменений в проект, изготовление пресс-форм, штампов и оснастки для серийного производства [3]. Установки прямого лазерного выращивания (DLD) не ограничены размерами рабочей камеры, в ходе процесса обеспечивается подача газовой струей порошка непосредственно в зону выращивания. Технология активно совершенствуется, и одна из ее разновидностей – гетерофазная технология прямого лазерного спекания – отличается условиями спекания, при которых частицы сплава не полностью плавятся и одновременно сплавляются с предыдущим слоем.

Характерные особенности технологии прямого гетерофазного лазерного выращивания:

– высокий коэффициент использования металлического порошка (≈ 95 %);

– ограничение по размерам изделия (минимальной толщины стенки, нависающими конструкциями и т.д.) определяется возможностью фокусировки лазерного луча;

– в процессе изготовления изделия можно изменить материал порошка (титан, алюминий, нержавеющая сталь, медные сплавы и др.), формируя при этом градиентные свойства;

– производительность процесса составляет 3–5 кг/час;

– габариты изготавливаемого изделия ограничиваются только размерами рабочей камеры построения и достигают в диаметре до 2–3 м [4, 5].

Отклонение в плотности получаемого материала менее 0,5 %, это обеспечивается за счет поддержания в зоне плавления порошка двухфазного состояния материала (твердого и жидкого), что соответствует свойствам проката. Многочисленные исследования проведены для деталей из титановых сплавов полученных традиционным способом (штамповка, литьё, прокат) [6–8], в то время как исследований для деталей, изготовленных методами прямого гетерофазного лазерного выращивания, недостаточно.

Титановые сплавы являются одним из основных конструкционных материалов, применяемых в настоящее время в разных отраслях промышленности. Широкое их использование связано со свойствами присущими титановым сплавам – высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, немагнитность, малая плотность, хорошая жаропрочность при температурах эксплуатации от 250 до 600 °С.

В работе исследовали влияние обработки фрезерованием заготовки, полученной с помощью технологии прямого лазерного выращивания, в соответствии с планом проведения эксперимента по определению усилия фрезерования bal01.wmf, заданный на множестве технологических параметров {V{Vmin, Vmid, Vmax}, {Smin, Smid, Smax}, {tmin, tmid, tmax}}. В статье приводятся результаты исследования микроструктуры, микротвёрдости и шероховатости поверхности образцов, полученных методом прямого лазерного выращивания (рис. 1).

Рис. 1. Образцы полученные методом гетерофазного прямого лазерного выращивания

Материалы и методы исследования

Экспериментальное выращивание образцов производилось на лабораторном стенде, на базе волоконного лазера ЛС-5 мощностью 5 кВт производства ИРЭ-Полюс. Излучение фокусировали с помощью технологической лазерной головки Highyag Bimo. Подача материала осуществлялась порошковым питателем Twin 10. Для формирования газопорошковой струи использовали не коаксиальное сопло с диаметром выходного отверстия 2 мм, разработанное коллективом ИЛИСТ [2, 3]. Фракционный состав порошка – 53–150 мкм, форма частиц – сферическая, химический состав приведён в табл. 1.

Полное содержание статьи: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37026


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2016
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top