Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 2 2020 121 MATERIAL SCIENCE Рис . 2. Схема вырезки образцов для проведения экспериментальных исследований : 1 – напечатанный образец ; 2 – стальная подложка ; образцы для испытаний на сжатие в сечении попе - речном 3 и продольном 4 относительно направления печати ; образцы для испытаний на растяжение в се - чении поперечном 5 и продольном 6.1 , 6.2 , 6.3 отно - сительно направления печати Fig. 2. Scheme for cutting samples for experimental studies: 1 – printed sample; 2 – steel substrate; samples for com- pression tests in the cross section of the transverse 3 and longitudinal 4 relative to the print direction; samples for tensile tests in the cross section transverse 5 and longitudinal 6.1 , 6.2 , 6.3 relative to the direction of printing Первый тип представляет собой слой толщиной 250…350 мкм , располагающийся в нижней ча - сти образца вблизи подложки , где формируются дендритные зерна и интерметаллидные частицы ( рис . 3, д , ж ). В этом слое дендритные зерна фор - мируются разнонаправленно и имеют толщину порядка 20…50 мкм , а их длина может достигать 350 мкм . Второй тип микроструктуры представ - лен слоем толщиной до 2 мм , состоящем только из дендритных зерен сравнительно небольшого размера ( толщиной 50…100 мкм и высотой до 1 мм ). Эти дендриты имеют искривленную фор - му . Микроструктуры третьего типа расположены в средней части образца и занимают большую часть напечатанного материала . Здесь распола - гаются столбчатые дендритные зерна ( рис . 3, г ), чья толщина неравномерна и увеличивается ( до - стигая ~2 мм ) по высоте образца . Длина отдель - ных зерен может достигать 30 мм . Такие зерна имеют прямолинейную форму и расположены под углом ~30° к вертикали , что указывает на на - правленный характер кристаллизации . Четвер - тый тип микроструктуры находится в верхней части образца , т . е . в нескольких последних на - печатанных слоях , чья общая толщина достигает ~5 мм ( рис . 3, в ). Этот тип представлен широки - ми дендритными зернами с мелкими включени - ями , которые являются вторичной фазой ( рис . 3, е ). Размеры этих включений составляют ~3 мкм в ширину и ~15 мкм в длину . Формирование различных типов микро - структур обусловлено рядом явлений и техно - логических особенностей процесса электронно - лучевого аддитивного производства . Во - первых , из - за использования стальной подложки про - исходит разбавление и частичное растворение легирующих элементов , входящих в её состав в первом слое напечатанной бронзы . Растворение в первую очередь касается железа и никеля , кото - рые образуют соединения типа Fe x –Al y , Ni x –Al y , Cu x –Ni y при сплавлении с алюминиевой брон - зой . Во - вторых , по мере увеличения высоты об - разца в процессе печати происходит изменение условий теплоотвода . В вышележащих слоях прогрев материала значительно выше из - за акку - муляции тепла в объеме стенки , следовательно , переплавляется больший объем нижележащего слоя . Это способствует увеличению размеров столбчатых дендритных зерен . В то же время по - следний слой кристаллизуется с очень высокой скоростью , так как он не подвержен переплаву . Из - за этого становится возможным появление мелких частиц вторичной фазы . На основе анализа экспериментальных дан - ных , полученных в ходе испытаний на стати - ческое растяжение и сжатие , установлено , что существует значительная анизотропия механи - ческих свойств в объеме напечатанного матери - ала . Образцы , вырезанные в сечении , попереч - ном относительно направления печати ( рис . 4, кривая для образца 5), демонстрируют очень вы - сокую пластичность ( относительное удлинение достигает 133%), но низкие значения условно - го предела текучести ( σ 0,2 ~79 МПа ) и предела прочности ( σ В ~251 МПа ). Образцы , вырезанные в сечении продольном относительно направления печати ( рис . 4, кривые для образцов 6.1–6.3), име - ют более высокую прочность и меньшую пла - стичность . Для образца 6.3 значение условного предела текучести составляет 87 МПа , предела прочности 245 МПа , относительное удлинение 75 %. Для образца 6.2 значение условного преде - ла текучести составляет 82 МПа , предела проч - ности 269 МПа , относительное удлинение 86 %.