Лазерный мир

Волокитина Е.В.1, Разумов Н.Г.1, Шамшурин А.И.1, Барабаш А.Л. 2 // В сборнике: Внедрение инноваций. Новые материалы и аддитивные технологии (ВИНМиАТ-25). Сборник тезисов докладов Международной научной конференции. Санкт-Петербург, 2025. С. 54-56.

Разработка новых криогенных материалов обусловлена развитием Арктики и зон Крайнего Севера. Жесткие климатические условия предъявляют особые требования к применяемым материалам в Арктике и зонах Крайнего Севера. Существующие криогенные материалы характеризуются стойкостью только при пониженных температурах. При значительном перепаде температур пластические свойства и ударная вязкость известных криогенных материалов, таких, как сталь с добавлением никеля, хромомарганцевые и аустенитные стали, падают, что делает разработку материалов, обладающих повышенными прочностью и пластичностью при криогенных температурах и в условиях значительных перепадов температур, актуальной задачей.

Сплав CoCrFeNiMn характеризуется высокими механическими свойствами в сравнении с классическими ГЦК сплавами, за счет искажения кристаллической решетки, что приводит к ограничению образования и движения дислокаций. На сегодняшний день основным способом получения сплава Кантора остается плавка с последующим литьем. Данный способ отличается высокой трудоёмкостью и энергозатратами. Для изготовления изделий сложной формы, требуется дорогостоящее оборудование или дополнительная сложная механическая обработка. Альтернативой классическим способам получения изделий сложных форм является аддитивное производство. Технология селективного лазерного сплавления (СЛС) позволяет получать объемные изделия из металлических порошков путем сплавления лазером порошкового слоя.

Исследование химического состава образцов позволило выявить недостаток марганца 7 мас.%. Фазовый состав образцов представлен однофазным ГЦК твердым раствором. Фактическое содержание азота в образцах составило 0,6 мас.%, снижение содержания азота связано с перегревом материала в процессе сфероидизации и СЛС.

Образцы CoCrFeNiMnN0,1 демонстрируют предел прочности 491 МПа, условный предел текучести 353 МПа, относительную деформацию 2,5%. На деформационных кривых присутствуют участки пластической деформации. Фрактографический анализ поверхности изломов указывает на вязкий характер разрушения материала. Полученные механические свойства при комнатной температуре сопоставимы с литературными данными [1].

При криогенной температуре испытаний механические свойства CoCrFeNiMnN0,1 увеличились по сравнению с результатами испытаний при комнатной температуре. Условный предел текучести увеличился на 27,2% и составил 450 МПа, предел прочности на 30,8% 642 МПа, относительная деформация составила 7,3%. Фрактографический анализ поверхности изломов указывает на вязкий характер  разрушения.  Полученные механические свойства оказались ниже, чем предполагалось, это связано с недостатком марганца и азота в составе и требует более оптимального подбора режимов сфероидизации и СЛС.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение о предоставлении субсидии №075–03-2025-256).