Лазерный мир

Д.В. Масайло, А.В. Орлов, А.А. Попович //  В сборнике: Инновационные идеи в машиностроении. Cборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Под редакцией А.А. Поповича, Д.П. Гасюка. Санкт-Петербург, 2022. С. 529-537.

В работе исследуется подход к альтернативному способу получения классических жаропрочных сплавов методами лазерной наплавки или прямого лазерного выращивания. Этот метод соответствует концепции развития производства малой серии металлопродукции с экономически целесообразным применением аддитивных технологий. Обсуждаются результаты свойств полученных материалов из элементных порошков и возможные перспективы развития этого способа синтеза сплавов. В работе представлен результат формирования образца из механической смеси порошка Ni/Cr/Fe, по массовому соотношению основных компонентов близкого по составу к сплаву Inconel 600. Полученный многослойный образец был исследован методами оптической и электронной микроскопии. Отслеживалось изменение химического состава по высоте образца с целью определения анизотропии химического состава методом ЭДС. Структура представляет собой крупные удлиненные зерна размером до 1–2 мм, значительно превосходящую высоту одного прохода. Направление роста зерна соответствует направлению формирования образца вдоль оси Z.

Внедрение аддитивных технологий из металлических материалов в реальный сектор экономики, возможно, сейчас является одной из первоочередных задач для сохранения темпов роста и перехода на новый технологический уклад. Преимущество от внедрения аддитивных технологий заключается в возможности значительно сократить технологический цикл для получения изделий, в том числе и сложной геометрической формы (в том числе сетчатые и ячеистые конструкции). Установки, работающие по технологии селективного лазерного плавления (СЛП), поставляются как цельная самодостаточная система, позволяющая изготавливать детали из множества материалов по уже отработанным производителем режимам. Стоимость таких машин довольно высока, а максимальные габариты рабочей камеры обычно не превышают 500 мм по каждой из координат (существуют штучные машины с рабочей областью до 800 мм). Существуют альтернативные решения – это установки, работающие по принципу прямой подачи энергии и материала в зону плавления, например – прямое лазерное выращивание (ПЛВ) или лазерная наплавка (ЛН). Это более доступное оборудование, обычно на базе 6-и осевого промышленного робота- манипулятора, что позволяет изготавливать крупные детали практически неограниченных размером.

Результаты и обсуждение
Была проанализирована структура одиночных треков на стальной подложке. На образцах после травления (Рис. 1) видна четкая граница подложки и синтезированного сплава, а также зона термического влияния (ЗТВ). На изображениях структуры для мощностей лазера 900–1500 Вт на рисунке 1 (а-в) можно отметить наличие вихревых потоков и турбулентного течения жидкости в ванне расплава разнородных материалов до кристаллизации. При мощности лазера 2000 Вт вихревые потоки на структуре отсутствуют и присутствует направленная кристаллизация характерная для треков однородных сплавов.
Методом ЭДС был определен химический состав треков по площади, который показал наличие диффузии железа из подложки (таблица 3). Так как процесса прямого лазерного выращивания характерно образование ванны расплава, можно предположить, что объем материала расплавленной подложки значительно превышает объем вводимого металла. По этой причине при наплавке одиночного трека из элементных порошков в химическом составе преобладает материал подложки.

Полное содержание на https://elibrary.ru/item.asp?edn=vzuhom