Исследование влияния технологических параметров на качество объёмных образцов, изготовленных из Inсonel 718 методом выборочного лазерного плавления

С. В. Аджамский$^{1,2}$, Г. А. Кононенко$^{2,3}$

$^{1}$Днепровский национальный университет имени Олеся Гончара, просп. Гагарина, 72, 49010 Днепр, Украина
$^{2}$LLC ‘Additive Laser Technology of Ukraine’, ул. Рыбинская, 144, 49000 Днепр, Украина
$^{3}$Институт чёрной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины, пл. Академика Стародубова, 1, 49050 Днепр, Украина

Получена: 07.02.2020; окончательный вариант - 29.04.2021. Скачать: PDF

Технология выборочного лазерного плавления — один из видов аддитивного производства, при котором изделие создаётся методом послойного проплавления порошка металла с помощью лазерного луча, который двигается по заданной траектории согласно трёхмерной модели. Качество изделия существенно зависит от параметров процесса. Из литературных данных известно, что минимального количества пор можно достичь при удельной объёмной энергии 40–280 Дж/см$^3$. Установление оптимальных режимов процесса является актуальной задачей, требующей комплексного научно обоснованного подхода. Целью работы было установление влияния уровня удельной объёмной энергии и способа его обеспечения на пористость и микроструктуру деталей из жаропрочного сплава Inсonel 718. Эксперименты проводились с варьированием параметров процесса для изменения удельной плотности энергии и при постоянном уровне энергии с разными значениями мощности лазера и скорости сканирования. Пористость была оценена методом микроструктурного анализа изображений с помощью оптической микроскопии (Carl Zeiss AXIOVERT 200M). Экспериментальные результаты обсуждались с точки зрения образования пористости и микроструктуры экспериментальных объёмных образцов. Установлен оптимальный уровень удельной объёмной энергии, необходимой для создания изделия с минимальной пористостью на 3$D$-принтере «Alfa-150» (ООО «ALT Украина») из сплава Inсonel 718, который составляет 40 Дж/см$^3$ при толщине слоя 50 мкм. Установлено, что при постоянном уровне энергии и разных мощности (80–250 Вт) и скорости сканирования (400–1000 мм/с) лучшие результаты в рамках эксперимента получены при высоких мощности и скорости сканирования. Это объясняется тем, что при большей мощности лазерного излучения получение стабильного трека возможно в более широком диапазоне скоростей сканирования.

Ключевые слова: селективное лазерное плавление, удельная объёмная энергия, пористость, микроструктура, Inconel 718.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i06/0741.html

PACS: 42.62.Cf, 61.43.Gt, 61.66.Dk, 61.72.Qq, 81.16.Mk, 85.40.Sz


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. I. Yadroitsev, A. V. Gusarov, I. Yadroitsava, and I. Smurov, J. Materials Processing Technology, 210, Iss. 12: 1624 (2010). Crossref
  2. H. Meier and C. Haberland, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 39, No. 9: 665 (2008). Crossref
  3. M. Islam, T. Purtonen, and H. Piili, Physics Procedia, No. 41: 828 (2013). Crossref
  4. B. Fotovvati, S. F. Wayne, G. Lewis, and E. Asadi, Adv. Mater. Sci. Eng., 2018: 1 (2018). Crossref
  5. J. J. S. Dilip, S. Zhang, C. Teng, K. Zeng, C. Robinson, D. Pal, and B. Stucker, Progress in Additive Manufacturing, 2: 157 (2017). Crossref
  6. H. Gu, H. Gong, D. Pal, K. Rafi, T. Starr, and B. Stucker, 24th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium: 474 (2013).
  7. Zemin Wang, Kai Guan, Ming Gao, Xiangyou Li, Xiaofeng Chen, and Xiaoyan Zeng, J. Alloys Compounds, 513: 518 (2012). Crossref
  8. K. N. Amato, S. M. Gaytan, L. E. Murr, E. Martinez, P. W. Shindo, J. Hernandez, S. Collins, and F. Medina, Acta Mater., 60, Iss. 5: 2229 (2011). Crossref
  9. Qingbo Jia and Dongdong Gu, J. Alloys Compounds, 585: 713 (2014). Crossref
  10. E. Chlebus, K. Gruber, B. Kuźnicka, J. Kurzac, and T. Kurzynowski, Materials Science Engineering: A, 639: 647 (2015). Crossref
  11. V. A. Popovich, E. V. Borisov, A. A. Popovich, V. Sh. Sufiiarov, D. V. Masaylo, and L. Alzina, Materials and Design, 114: 441 (2016). Crossref
  12. Joon-Phil Choi, Gi-Hun Shin, Sangsun Yang, and Dong-Yeol Yang, Powder Technology, 310: 60 (2017). Crossref
  13. Yaakov Idell, L. E. Levine, A. J. Allen, and F. Zhang, JOM, 68: 950 (2016). Crossref
  14. Yen-Ling Kuo, Shota Horikawa, and Koji Kakehi, Scripta Mater., 129: 74 (2017). Crossref