Structural and mechanical properties of stainless steel formed under conditions of layer-by-layer fusion of a wire by an electron beam

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 112 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Ведение Аддитивные технологии ( АТ ), или 3D- печать металлами , являются наиболее быстрорасту - щим сектором аддитивного производства ( АП ). АТ дают возможность производить детали , ко - торые не могут быть выполнены другими ме - тодами , обеспечивают более низкую материа - лоёмкость в сравнении с другими методами и снижают трудозатраты на изготовление деталей [1–4]. Важным в 3D- печати металлами является то , что твердотельная цифровая модель детали сочетается с программным обеспечением соб - ственно печатающего устройства . Изготовление деталей осуществляется послойным наплавле - нием с использованием как различных источни - ков тепла , так и разных исходных материалов . Потребность в таких изделиях существует в аэрокосмической промышленности , здравоохра - нении , энергетике и на транспорте . Примерами таких изделий могут служить индивидуальные имплантаты в медицине , лопатки турбин , спе - циальные охладители с внутренними канала - ми , крепёжные элементы , сетчатые структуры и фермы с оптимальным соотношением веса и прочности для космической техники и т . п . Очень важно , что с помощью АП возможно из - готовление деталей со специфическим составом и свойствами . Методы послойного сплавления металлического порошка на подложке при не - посредственном оплавлении материала в зоне высокоэнергетического пучка получили наи - большее распространение в аддитивных техно - логиях изготовления металлических изделий . При этом в качестве высокоэнергетических ис - точников чаще всего применяются лазеры и электронно - лучевые пушки [1–6], в отдельных случаях дуговые разряды и газоразрядная плаз - ма [7, 8]. Следует отметить , что в последнее вре - мя наряду с селективными методами сплавления материалов в аддитивных технологиях всё чаще используют методы послойного сплавления при прямом осаждении материала в зоне высоко - энергетического лазерного или электронного луча . Нередко используется подача наплавляе - мого материала в виде проволоки или стержня [7–13]. В качестве высокоэнергетических ис - точников тепла используются в таком случае электронно - лучевые или дуговые источники [7, 10–13]. Эти источники позволяют осуществлять процесс 3D- печати с высокой производительно - стью и дают низкую пористость напечатанных изделий . В АТ в качестве исходных материалов для печати применяются различные металлы , сплавы и соединения [4, 14]. Однако наиболее часто используют нержавеющие стали и титано - вые сплавы . Потенциал применения изделий из них очень велик . Работа с титановыми сплавами сопряжена с рядом трудностей – их сплавление необходимо производить в вакууме . Сплавление в вакууме более эффективно при использовании электронного луча [1, 5, 10–13]. Нержавеющие стали аустенитного класса хорошо поддаются сплавлению как методом селективного лазерно - го спекания , так и методом электронно - лучевого сплавления [1, 4, 12, 14–17]. Структура изделий из нержавеющих сталей и титановых сплавов напрямую зависит от спо - соба их получения . Параметры работы оборудо - вания при печати напрямую оказывают влияние на прочность , твердость , жаропрочность , жаро - стойкость и другие свойства [18]. При печати стальных деталей методом послойного сплав - ления формируется направленная кристалличе - ская структура . В сравнении с традиционными методами изготовления деталей ( литье , обработ - ка металлов давлением ) могут появляться новые фазы , изменяться химический состав , структура и дефекты на различных масштабных уровнях [4]. Изменения структуры стальных деталей , из - готовленных методами АТ , дают им изменения в таких свойствах , как модуль упругости , проч - ность , вязкость , усталостная прочность , ползу - честь . В конечном итоге эти изменения влияют на коррозионную стойкость сталей и изделий в целом [15–17]. Несмотря на значительное коли - чество работ , посвященных 3D- печати сталями , работ , показывающих результаты исследований стальных образцов на различных масштабных уровнях и с использованием методов неразру - шающего контроля , не так много . Несплошно - сти и поры являются типичными дефектами для деталей , изготавливаемых методом послойной 3D- печати . Для устранения такого рода дефек - тов применяют различные виды последующей обработки . Дополнительная постобработка уве - личивает сложность технологического процесса и повышает стоимость готового изделия . В то же время исследование порообразования при раз - личных режимах работы 3D- принтера показы - вает , что возможно без дополнительной после - дующей обработки снизить пористость за счет