ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», Санкт-Петербург, Россия:

В. Ш. Суфияров, ведущий научный сотрудник Центра национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» (Центр НТИ), эл. почта: Vadim.spbstu@yandex.ru
Е. В. Борисов, научный сотрудник Центра НТИ
И. А. Полозов, научный сотрудник Центра НТИ
Д. В. Масайло, научный сотрудник Центра НТИ

Аддитивные технологии представляют большой интерес для изготовления металлических изделий, так как позволяют создавать сложнопрофильные конструкции с высокими механическими характеристиками. При этом актуальным остается вопрос возможности управления процессом структурообразования в изделиях в процессе их производства. Особый интерес представляет возможность одновременного создания в изделии локальных участков с заданными микроструктурой и свойствами. Представлено комплексное исследование влияния технологических параметров процесса селективного лазерного плавления на структуру и свойства образцов из сплава Inconel 718. Приведены результаты исследований механических свойств компактных образцов, изготовленных при различной толщине слоя, как в исходном состоянии, так и после горячего изостатического прессования и термической обработки. Представлены результаты исследования возможности создания образцов с переменной микроструктурой в зависимости от используемых параметров процесса селективного лазерного плавления. Изготовлены и исследованы образцы с переменной структурой, в которых программируемо присутствуют области с мелкодисперсными равноосными зернами и крупными столбчатыми зернами. На границе этих областей наблюдается взаимное проникновение крупных и мелких зерен. Анализ EBSD показал, что изменение толщины слоя и технологических параметров процесса селективного лазерного плавления позволяет локально изменять размер и морфологию зерен материала. При этом при использовании большой толщины слоя возможны реализация режима направленной кристаллизации и образование столбчатых зерен. Показано, что после проведения термической обработки и горячего изостатического прессования различия в структуре и механических свойствах между областями сохраняются.

Работа выполнена в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», уникальный идентификатор проекта RFMEFI57817X0245.

1. Wohlers Т. «Wohlers Report 2017: Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry – Annual Worldwide Progress Report». 2017. Wohlers Associates, Inc., Colorado.
2. Holzweissig M. J. et al. 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.
3. Popovich A., Sufiiarov V. Metal Powder Additive Manufacturing. New Trends in 3D Printing. Chapter: 10, InTech, 2016. P. 215–236.
4. Popovich A., Sufiiarov V., Polozov I., Borisov E., Masaylo D. Additive manufacturing of individual implants from titanium alloy // METAL 2016 – 25th Anniversary International Conference on Metallurgy and Materials. Conference Proceedings. 2016. P. 1504–1508.
5. Paulonis D. F., Schirra J. J. Alloy 718 at Pratt & Whitney-Historical perspective and future challenges // Superalloys 718, 625, 706 and Various Derivatives. 2001. P. 13–23.
6. Abraham A. K., Sridhar V. G. Materials, Design and Manufacturing Technologies for Orthopaedic Biomaterials : A Review // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Vol. 10, Iss. 19. P. 40059–40062.
7. Frazier W. E. Metal additive manufacturing : A review // Journal of Materials Engineering and Performance. 2014. Vol. 23, No. 6. P. 1917–1928.
8. Суфияров В. Ш., Попович А. А., Борисов Е. В., Полозов И. А. Эволюция структуры и свойств жаропрочного никелевого сплава после селективного лазерного плавления, горячего изостатического прессования и термической обработки // Цветные металлы. 2017. № 1. С. 77–82.
9. Amato К. N. et al. Microstructures and mechanical behavior of Inconel 718 fabricated by selective laser melting // Acta Materialia. 2012. Vol. 60, No. 5. P. 2229–2239.
10. Jia Q., Gu D. Selective laser melting additive manufacturing of Inconel 718 superalloy parts: Densification, microstructure and properties // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 585. P. 713–721.
11. Wauthle R. et al. Effects of build orientation and heat treatment on the microstructure and mechanical properties of selective laser melted Ti6Al4V lattice structures // Additive Manufacturing. 2015. Vol. 5. P. 77–84.
12. Смелов В. Г., Сотов А. В., Агаповичев А. В. Исследование структуры и механических свойств изделий полученных методом селективного лазерного сплавления из порошка стали 316L // Черные металлы. 2016. № 9. С. 61–65.
13. Ströner J., Terock M., Glatzel U. Mechanical and Microstructural Investigation of Nickel-Based Superalloy IN718
Manufactured by Selective Laser Melting (SLM) // Advanced Engineering Materials. 2015. Vol. 17, No. 8. P. 1099–1105.
14. Sufiiarov V. S., Popovich A. A., Borisov E. V., Polozov I. A. Selective laser melting of heat-resistant Ni-based alloy // Non-ferrous Metals. 2015. No. 1. P. 32–35.
15. Суфияров В. Ш., Попович А. А., Борисов Е. В., Полозов И. А. Влияние толщины слоя построения при селективном лазерном плавлении сплава Inconel 718 на микроструктуру и свойства // Цветные металлы. 2016. № 1. С. 81–86.
16. Meier H., Haberland C. Experimental studies on selective laser melting of metallic parts // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2008. Vol. 39, No. 9. P. 665–670.
17. Pedron J. P., Pineau A. The effect of microstructure and environment on the crack growth behaviour of Inconel 718 alloy at 650 ^oС under fatigue, creep and combined loading // Materials science and engineering. 1982. Vol. 56, No. 2. P. 143–156.
18. Bai S., Yang L., Liu J. Manipulation of microstructure in laser additive manufacturing // Applied Physics A. 2016. Vol. 122, No. 5. P. 1–5.
19. Niendorf T., Brenne F., Schaper M., Reimche W. Labelling additively manufactured parts by microstructural gradation — advanced copy-proof design // Rapid Prototyping Journal. 2016. Vol. 22, No. 4. P. 630–635.
20. Agapovichev A. V. et al. Selective laser melting of titanium alloy: investigation of mechanical properties and microstructure // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 156, No. 1. P. 012031.

21. Popovich V. A., Borisov E. V., Popovich A. A., Sufiiarov V. Sh., Masaylo D. V., Alzina L. Impact of heat treatment on mechanical behaviour of Inconel 718 processed with tailored microstructure by selective laser melting // Materials & Design. 2017. Vol. 131. Р. 12–22.
22. Golod V. M., Sufiiarov V. S. The evolution of structural and chemical heterogeneity during rapid solidolization at gas atomiza tion // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 192 (1). Art. no. 012009. DOI: 10.1088/1757-899X/192/1/012009.
23. Baufeld B. Mechanical properties of Inconel 718 parts manufactured by shaped metal deposition (SMD) // Journal of materials engineering and performance. 2012. Vol. 21, No. 7. P. 1416–1421.