Анализ напряженно-деформированного состояния стенки из титанового сплава ВТ6, полученной методом прямого лазерного выращивания

Новости науки и техники Комментарии к записи Анализ напряженно-деформированного состояния стенки из титанового сплава ВТ6, полученной методом прямого лазерного выращивания отключены

С. Ю. Иванов, К. Д. Бабкин, Е. В. Земляков, И. К. Топалов, Г. А. Туричин, И. Д. Карпов, В. Т. Эм // Фотоника, 2019, №7

Прямое лазерное выращивание является передовой технологией изготовления сложнопрофильных крупногабаритных изделий из широкого спектра сплавов, включающих сплавы на основе титана и никеля. В изготавливаемых изделиях в процессе выращивания формируется неравномерное поле остаточных напряжений и деформаций, которое оказывает существенное влияния на длительную прочность и работоспособность. Проведен анализ напряженно-­деформированного состояния стенки из титанового сплава ВТ6, полученной методом прямого лазерного выращивания. В статье приведены результаты, выполненные расчетным методом конечных элементов и экспериментальным методом дифракции нейтронов. Установлено, что у краев наплавленной стенки вблизи подложки формируется область, где все три компоненты поля напряжений растягивающие. Более того, нормальные пластические деформации в данной области также растягивающие и достигают 2,5–3%, а нормальные напряжения превышают предел текучести на 25%. Продольные растягивающие напряжения близки к пределу текучести на всей длине нескольких последних слоев у вершины наплавки.

В открытой печати опубликовано большое количество моделей и экспериментальных данных о распределении остаточных напряжений при селективном лазерном спекании [7, 8], прямом лазерном выращивании [9–14], дуговом выращивании [15, 16]. Большая часть этих исследований сконцентрирована на экспериментальном определении остаточных напряжений методом дифракции нейтронов. При этом практически во всех случаях наплавка образцов производилась на гибкую подложку без остывания между слоями / проходами. Данные условия постановки эксперимента существенно отличаются от условий производства крупногабаритных изделий методом ПЛВ, при которых подложка, как правило, жестко закреплена, а изготавливаемое изделие успевает остывать до достаточно низкой температуры перед выполнением каждого прохода / слоя.

Целью исследования является анализ кинетики напряженно-­деформированного состояния стенки из титанового сплава ВТ6, полученной методом прямого лазерного выращивания.

1. Методика проведения исследования
1.1. Материал и параметры режима
Прямое лазерное выращивание стенки из сплава ВТ6 осуществлялось на торце пластины толщиной 12 мм из сплава ВТ6 (рис. 1). Всего было наплавлено 50 слоев суммарной высотой 28 мм, каждый из которых включал 4 прохода высотой 0,56 мм. Экспериментально определенные механические свой­ства сплава ВТ6 при комнатной температуре были следующими: предел текучести 1100 МПа; модуль Юнга 111 ГПа. Установка для ПЛВ включала волоконный лазер мощностью 5 кВт, технологическую головку с коаксиальной подачей порошка. Параметры процесса были следующими: мощность лазера 1,6 кВт; амплитуда осцилляции луча 1 мм; радиус луча 1 мм; скорость перемещения головки 30 мм / с. После выполнения каждого прохода наплавка охлаждалась за счет конвекции и теплопроводности до температуры 60–80 °С. Жесткая подложка и низкая межпроходная температура были выбраны для максимального приближения условий к реальным условиям изготовления крупногабаритных изделий.

На основе анализа экспериментально замеренного распределения остаточных напряжений и результатов расчетного анализа кинетики напряженно-­деформированного состояния наплавки в процессе прямого лазерного выращивания можно сделать следующие выводы:
У краев наплавленной стенки вблизи подложки формируется область, где все три компоненты поля напряжений − растягивающие. Более того, нормальные пластические деформации в данной области также растягивающие и достигают 2,5–3%, а нормальные напряжения превышают предел текучести на 25%.

Полное содержание статьи: https://www.photonics.su/files/article_pdf/7/article_7930_564.pdf

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top