ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Аддитивные технологии (АТ) – способ изготовления изделий путем послойного наращивания материала любой геометрии. Эта технология играет важную роль в изготовлении функциональных изделий или в восстановлении их изношенных частей с высокими прочностными свойствами. Металлокерамические структуры, включающие в себя карбид вольфрама и никелевый сплав, широко используются в трибологических применениях для защиты компонентов, которые подвергаются высокой интенсивности износа, таких как режущий инструмент, сверление и механическая обработка, горная промышленность. Цель работы: проведение оптимизации режимов лазерной наплавки металлокерамических единичных треков для получения монолитной наплавленной структуры с максимальной твердостью. В работе исследовано влияние лазерного излучения на геометрические и механические характеристики формируемых дорожек при использовании порошковой смеси на основе сплавов никеля 60 % вес. NiCrBSi и карбида вольфрама 40% вес. WC. Результаты и обсуждение. Установлено, что большое влияние на форму и механические характеристики влияет режим фокусировки лазерного излучения (режим кинжального проплавления или режим теплопроводности) относительно поверхности начального слоя порошковой смеси. Получено, что при использовании в качестве независимой переменной параметра , для режима кинжального проплавления (?f = –3), все данные ширины треков w и глубины проплава Hm можно описать едиными зависимостями. Показано, что в наплавленном треке при режиме теплопроводности (режим фокусировки ?f = ±20) наблюдается равномерное распределение керамических частиц характеризующихся наибольшим значением микротведрости. Получено, что наплавленная металлокерамическая структура обладает в 4…5 раз большим значением микротведрости 850,4 HV0.1 по сравнению с подложкой 178 HV0.1.

1. 4D printing of high performance shape memory polymer using stereolithography / Y.C. Choong, S. Maleksaeedi, H. Eng, J. Wei, P. Su // Materials & Design. – 2017. – N 126. – P. 219–225. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.04.049.

2. Gan M., Wong C. Properties of selective laser melted spodumene glass-ceramic // Journal of the European Ceramic Society. – 2017. – Vol. 37 (13). – P. 4147–4154. – doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.04.060.

3. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms / D. Gu, W. Meiners, K. Wissenbach, R. Poprawe // International Materials Reviews. – 2012. – Vol. 57, iss. 3. – P. 133–164. – doi: 10.1179/1743280411Y.0000000014.

4. Lu Q., Wong C. Additive manufacturing process monitoring and control by non-destructive testing techniques: challenges and in-process monitoring // Virtual and Physical Prototyping. – 2018. – Vol. 13, iss. 2. – P. 39–48. – doi: 10.1080/17452759.2017.1351201.

5. Tribological and corrosion properties of Al-12Si produced by selective laser melting / K. Prashanth, В. Debalina, Z. Wang, P. Gostin, A. Gebert, M. Calin, J. Eckert // Journal of Materials Research. – 2014. – Vol. 29, iss. 17. – P. 2044–2054. – doi: 10.1557/jmr.2014.133.

6. 316L stainless steel mechanical and tribological behavior – a comparison between selective laser melting, hot pressing and conventional casting / F. Bartolomeu, M. Buciumeanu, E. Pinto, N. Alves, O. Carvalho, F.S. Silva, G. Miranda // Additive Manufacturing. – 2017. – N 16. – P. 81–89. – doi: 10.1016/j.addma.2017.05.007.

7. Simultaneous enhancements of strength and toughness in an Al-12Si alloy synthesized using selective laser melting / J. Suryawanshi, K. Prashanth, S. Scudino, J. Eckert, O. Prakash, U. Ramamurty // Acta Materialia. – 2016. – N 7/5. – P. 285–294. – doi: 10.1016/j.actamat.2016.06.009.

8. Nickel A.H., Barnett D.M., Prinz F.B. Thermal stresses and deposition patterns in layered manufacturing // Materials Science and Engineering: A. – 2001. – N 317 (1–2). – P. 59–64. – doi: 10.1016/S0921-5093(01)01179-0.

9. Controlling of residual stress in additive manufacturing of Ti6Al4V by finite element modeling / G. Vastola, G. Zhang, Q.X. Pei, Y.W. Zhang // Additive Manufacturing. – 2016. – N 12. – P. 231–239. – doi: 10.1016/j.addma.2016.05.010.

10. A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti-6Al-4V / L. Thijs, F. Verhaeghe, T. Craeghs, J. Van Humbeeck, J.P. Kruth // Acta Materialia. – 2010. – Vol. 58. – P. 3303–3312. – doi: 10.1016/j.actamat.2010.02.004.

11. The influence of processing parameters on the mechanical properties of SLM parts / P. Hanzl, M. Zetek, T. Baksa, T. Kroupa // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 100. – P. 1405–1413. – doi: 10.1016/j.proeng.201S.01.510.

12. Multiple material additive manufacturing – part 1: a review / M. Vaezi, S. Chianrabutra, B. Mellor, S. Yang // Virtual and Physical Prototyping. – 2013. – Vol. 8. – P. 19–50. – doi: 10.1080/17452759.2013.778175.

13. Creation of heterogeneous materials on the basis of B4C and NI powders by the method of cold spraying with subsequent layer-by-layer laser treatment / V.M. Fomin, A.A. Golyshev, V.F. Kosarev, A.G. Malikov, A.M. Orishich, N.S. Ryashin, A.A. Filippov, V.S. Shikalov // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 2017. – Vol. 58, iss. 5. – P. 947–955. – doi: 10.1134/S0021894417050224.

14. Miracle D.B. Metal matrix composites from science to technological significance // Composites Science and Technology. – 2005. – Vol. 65, N 15–16. – P. 2526–2540. – doi: 10.1016/j.compscitech.2005.05.027.

15. An experimental study of the wear performance of NiCrBSi thermal spray coatings / J. Rodriguez, A. Martin, R. Fernandez, J.E. Fernandez // Wear. – 2003. – N 255 (7–12). – P. 950–955. – doi: 10.1016/S0043-1648(03)00162-5.

16. Comparative examination of the microstructure and high temperature oxidation performance of NiCrBSi flame sprayed and pack cementation coatings / D. Chaliampalias, G. Vourlias, E. Pavlidou, S. Skolianos, K. Chrissafis, G. Stergioudis // Applied Surface Science. – 2009. – Vol. 255, iss. 6. – P. 3605–3612. – doi: 10.1016/j.apsusc.2008.10.006.

17. High temperature wear resistance of laser cladding NiCrBSi and NiCrBSi/WC-Ni composite coatings / C. Guo, J. Zhou, J. Chen, J. Zhao, Y. Yu, H. Zhou // Wear. – 2011. – Vol. 270, iss. 7–8. – P. 492–498. – doi: 10.1016/j.wear.2011.01.003.

18. Morphology and characterization of laser clad composite NiCrBSi–WC coatings on stainless steel / M. Tobar, C. Alvarez, J. Amado, G. Rodriguez, A. Yanez // Surface and Coatings Technology. – 2006. – N 200. – P. 6313–6317. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2005.11.093.

19. Dry reciprocating sliding friction and wear response of WC-Ni cemented carbides / K. Bonny, P. Baets, J. Vleugels, S. Huang, B. Lauwers // Tribology Letters. – 2008. – Vol. 31, iss. 3. – P. 199–209. – doi: 10.1007/s11249-008-9352-z.

20. Experimental investigation of the oxygen-assisted laser cutting of low-carbon steel by the fiber and СО2 lasers at minimal roughness / А.М. Orishich, А.А. Golyshev, А.G. Malikov, V.В. Shulyat’ev // Quantum Electronics. – 2014. – Vol. 44, iss. 10. – P. 970–974. – doi: 10.1117/12.2037477.

21. Experimental comparison of laser energy losses in high-quality laser-oxygen cutting of low-carbon steel using radiation from fibre and CO2 lasers / А.М. Orishich, А.А. Golyshev, А.G. Malikov, V.В. Shulyat’ev // Quantum Electronics. – 2015. – Vol. 45, iss. 9. – P. 873–878. – doi: 10.1070/QE2015v045n09ABEH015739.

22. High-quality laser cutting of stainless steel in inert gas atmosphere by ytterbium fibre and CO2 lasers / А.М. Orishich, А.А. Golyshev, А.G. Malikov, V.В. Shulyat’ev // Quantum Electronics. – 2014. – Vol. 44, iss. 3. – P. 233–238. – doi: 10.1070/QE2014v044n03ABEH015320.

23. Низкотемпературная плазма. Т. 18. Высокоэнергетические процессы обработки материалов / О.П. Солоненко, А.П. Алхимов, В.В. Марусин, Х.М. Рахимянов, А.М. Оришич, Р.А. Салимов, В.Г. Щукин, В.Ф. Косарев; отв. ред. М.Ф. Жуков, В.М. Фомин. – Новосибирск: Наука, 2000. – 425 с. – ISBN 5-02-031528-1.