Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия:

В. Ш. Суфияров, вед. науч. сотр., эл. почта: vadim.spbstu@yandex.ru
А. А. Попович, профессор, директор Института металлургии, машиностроения и транспорта
Е. В. Борисов, аспирант, научный сотрудник
И. А. Полозов, студент, инженер

В работе проведено исследование микроструктуры и свойств образцов, изготовленных из жаропрочного никелевого сплава Inconel 718 посредством селективного лазерного плавления. Исследовано влияние толщины слоя построения, мощности лазерного излучения, скорости сканирования лазерным лучом, а также расстояния между проходами на микроструктуру, пористость и фазовый состав компактных образцов. Варьирование основных технологических параметров позволило определить значения, обеспечивающие наибольшую относительную плотность компактного материала. Исследование микроструктуры полученных образцов позволило оценить конфигурацию застывших ванн расплава, их взаимное расположение. Высота этих ванн больше толщины слоя, что говорит о значительном переплавлении нижележащего слоя. Микроструктура образцов представляет собой направленные столбчатые дендритные ячейки. Проведенное исследование показало различия фазового состава исходного порошкового материала и компактных образцов. Эти различия обусловливаются разницей скоростей охлаждения металла при газовой атомизации порошка и лазерной обработке сплава в процессе селективного лазерного плавления. Также показаны различия фазового состава при различной толщине слоя, свидетельствующие о неодинаковых условиях кристаллизации сплава. Были определены механические свойства образцов, изготовленных по выбранному режиму. В результате исследования установлено влияние толщины слоя при построении образцов на их прочностные и пластические свойства. При использовании более тонкого слоя прочностные свойства лучше, а пластические хуже, чем при использовании более толстого слоя. Также выявлено влияние положения образцов при их изготовлении на прочностные и пластические свойства: горизонтально выращенные образцы показывают более высокую прочность и низкую пластичность, чем вертикальные образцы.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках соглашения о предоставлении субсидии № 14.626.21.0001 по лоту шифр 2014-14-582-0001 (уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI62614X0001) федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

1. Симс Ч. Т., Столофф Н. С., Хагель У. К. Суперсплавы II: жаропрочные материалы для аэрокосмических и энергетических установок. — М. : Металлургия, 1995. — 385 с.
2. Reed R. C. The Superalloys: Fundamentals and Applications. — Cambridge : Cambridge University Press, 2006. — 372 p.
3. Зленко М. А., Попович А. А., Мутылина И. Н. Аддитивные технологии в машиностроении. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2013. — 222 с.
4. Yadroitsev I., Smurov I. Selective laser melting technology: from the single laser melted track stability to 3D parts of complex shape // Physics Procedia. 2010. Vol. 5. P. 551–560.
5. Ma M., Wang Z., Gao M., Zeng X. Layer thickness dependence of performance in high-power selective laser melting of 1Cr18Ni9Ti stainless steel // Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 215. P. 142–150.
6. Yadroitsev I., Yadroitseva I., Bertrand Ph., Smurov I. Factor analysis of selective laser melting process parameters and geometrical characteristics of synthesized single tracks // Rapid Prototyping Journal. 2012. Vol. 18, No. 3. P. 201–208.
7. Sufiiarov V. Sh., Popovich A. A., Borisov E. V., Polozov I. A. Selective laser melting of heat-resistant nickel alloy // Non-ferrous Metals. № 1. 2015. С. 32–35. DOI: http://dx.doi.org/10.17580/nfm.2015.01.08
8. Неруш С. В., Евгенов А. Г., Ермолаев А. С., Рогалев А. М. Исследование мелкодисперсного металлического порошка жаропрочного сплава на никелевой основе для лазерной LMD наплавки // Вопросы материаловедения. 2013. № 4. С. 98–107.
9. Либенсон Г. А., Лопатин В. Ю., Комарницкий Г. В. Процессы порошковой металлургии. Т. 1. Производство металлических порошков. — М. : МИСиС, 2001. — 368 с.
10. Inconel alloy. 718 Special Metals. [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.specialmetals.com/documents/Inconel%20alloy%20718.pdf (дата обращения: 11.10.2015).
11. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытания на растяжение. — Введ. 1986–01–01.
12. ГОСТ 25281–82. Металлургия порошковая. Метод определения плотности формовок. — Введ. 1983–01–01.
13. Averyanova M., Cicala E., Bertrand Ph., Grevey D. Optimization of Selective Laser Melting technology using design of experiments method // Innovative Developments in Virtual and Physical Prototyping : Proceedings of the 5th International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping, Leiria, Portugal, 28 September — 1 October, 2011. — CRC Press, 2011. P. 459–466.
14. Holzweissig M. J., Taube A., Brenne F., Schaper M. Microstructural Characterization and Mechanical Performance of Hot Work Tool Steel Processed by Selective Laser Melting // Metallurgical and Materials Transactions B. 2015. Vol. 46, No. 2. P. 545–549.
15. ASTM F3055. Additive Manufacturing Nickel Alloy (UNS N07718) with Powder Bed Fusion.