ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В настоящее время все большую популярность набирают новые методы изготовления деталей, к которым относятся аддитивные технологии. Методы выращивания деталей путем спекания порошка лазером позволяют изготавливать детали сложной формы, которые достаточно затруднительно либо вообще невозможно получить традиционными методами – литьем, штамповкой и др. Однако заготовки, полученные посредством аддитивных технологий, в частности DMD-методом (Direct Metal Deposition), не соответствуют точностным требованиям чертежа готовой детали. Следовательно, они требуют дальнейшей обработки традиционными методами резания материалов – точением, фрезерованием или шлифованием. Для проектирования операции механической обработки деталей необходимо знать припуски на обработку и величины погрешностей, сформированных на заготовительной операции, чтобы после их удаления обработанная деталь соответствовала требованиям чертежа. Цель работы: экспериментальное исследование величины дефектного слоя в приповерхностных слоях генеративных заготовок из Стеллита 6 и бронзы БрАЖ10, выращенных DMD-методом, посредством микроструктурных методов. В работе при помощи микроскопа выполнено исследование, заключающееся в визуальном определении дефектного слоя, отличающегося по структуре, измерении его величины, проведении химического анализа и определении характера изменения микротвердости. Методом исследования является микроскопическое исследование образцов, наплавленных из материалов Стеллит 6 и БрАЖ10. По снимкам, выполненным при помощи микроскопа, удалось установить линейную величину дефектного слоя. Результаты и обсуждение. Обнаружены вихревые образования в зоне ванны плавления, проведен их химический анализ и установлено, что концентрация химических элементов в данной области изменяется и включает в себя элементы как материала порошка, так и материала подложки. Измерение микротвердости показало, что она уменьшается по глубине от поверхности наплавленного материала к подложке, что также позволяет оценить величину дефектного слоя. Таким образом, использование представленной в настоящей работе методики микроскопических исследований структуры, химического состава и микротвердости заготовок, выращенных DMD-методом, позволит в дальнейшем прогнозировать величину припусков на обработку при проектировании операции механической обработки генеративных заготовок.

1. Pinkerton A.J. Laser direct metal deposition: theory and applications in manufacturing and maintenance // Advances in Laser Material Processing: Technology, Research and Application. – Cambridge: Woodhead Publishing, 2010. – P. 461–491. – DOI: 10.1533/9781845699819.6.461.

2. Experimental and numerical study of the influence of induction heating process on build rates Induction Heating-assisted laser Direct Metal Deposition (IH-DMD) / M.T. Dalaee, L. Gloor, C. Leinenbach, K. Wegener // Surface and Coating Technology. – 2020. – Vol. 384. – P. 125275. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.125275.

3. Aghili S.E., Shamanian M. Investigation of powder fed laser cladding of NiCr-chromium carbides singlesubstrate // Optics & Laser Technology. – 2019. – Vol. 119. – Art. 105652. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2019.105652.

4. Leyens C., Beyer E. Innovations in laser cladding and direct laser metal deposition // Laser Surface Engineering. – Cambridge: Woodhead Publishing, 2015. – P. 181–192. – DOI: 10.1016/B978-1-78242-074-3.00008-8.

5. Yang Y.H., Wu F.B. Microstructure evolution and protective properties of TaN multilayer coatings // Surface and Coating Technology. – 2006. – Vol. 308. – P. 108–114. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.05.091.

6. CrVN/TiN nanoscale multilayer coatings deposited by DC unbalanced magnetron sputtering / E. Contreras, Y. Galindez, M.A. Rodas, G. Bejarano, M.A. Gomez // Surface and Coating Technology. – 2017. – Vol. 332. – P. 214–222. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.07.086.

7. Дранков А.В. Изготовление деталей РКТ из отечественного порошка нержавеющей стали // Аддитивные технологии. – 2019. – № 2. – С. 50–55.

8. Das S. Producing metal parts with selective laser sintering/hot isostatic pressing // JOM. – 1998. – Vol. 50. – P. 17–20. – DOI: 10.1007/s11837-998-0299-1.

9. Кован В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении: справочное пособие. – М.: Машгиз, 1953. – 210 с.

10. Eguzwu E.O. Key improvement in the machining of difficult-to-cut aerospace superalloys // International Journal of Machine Tools & Manufacture. – 2005. – Vol. 45. – P. 1353–1367. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2005.02.003.

11. Study of the structural characteristics of titanium alloy products manufactured using additive technologies by combining the selective laser melting and direct metal deposition methods / M. Samodurova, I. Logachev, N. Shaburova, O. Samoilova, L. Radionova, R. Zakirov, K. Pashkeev, V. Myasoedov, E. Trofimov // Materials. – 2019. – Vol. 12. – DOI: 10.3390/ma12193269.

12. Бурова Д.Н., Цебрук И.С., Классен Н.В. Исследования и применения влияния магнитного поля на систему «железо-медь-вода» // XVII Всероссийская с международным участием школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова. – Черноголовка, 2019. – С. 134–136. – DOI: 10.24411/9999-004А-2019-10045.

13. Microstructure and high temperature mechanical properties of wire arc additively deposited stellite 6 alloy / G.P. Rajeev, M.R. Rahul, M. Kamaraj, S.R. Bakshi // Materialia. – 2020. – Vol. 12. – DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100724.

14. Туричин Г.А., Сомонов В.В., Климова О.Г. Исследование и моделирование процесса формирования наплавочного валика и микроструктуры при лазерной наплавке излучением мощного волоконного лазера // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов V Международной научно-практической конференции. – Томск, 2014. – Т. 1. – С. 410–415.

15. Григорьянц А.Г., Мисюров А.И., Третьяков Р.С. Анализ влияния параметров коаксиальной лазерной наплавки на формирование валиков // Технология машиностроения. – 2011. – № 11. – С. 19–21.

16. Moosa A.A., Kadhim M.J., Subhi A.D. Dilution effect during laser cladding of inconel 617 with Ni-Al powders // Modern Applied Science. – 2011. – Vol. 5. – P. 50–55. – DOI: 10.5539/mas.v5n1p50.

17. Веденов А.А. Физические процессы при лазерной обработке материалов. – М.: Энергомашиздат, 1985. – 208 с.

18. Simulation and experimental investigations on the effect of Marangoni convection on thermal field during laser cladding process / Y. Jiang, Y. Cheng, X. Zhang, J. Yang, X. Yang, Z. Cheng // Optik. – 2020. – Vol. 203. – DOI: 10.1016/j.ijleo.2019.164044.

19. Бобученко Д.С. Численное моделирование газопорошковой лазерной наплавки металлических материалов на подложки // Математическое моделирование. – 1991. – Т. 3. – С. 109–122.

20. Шпилев А.И. Исследование и оптимизация газопорошковых потоков в головках для лазерной порошковой наплавки: дис. … канд. техн. наук: 01.02.05. – Казань, 2018. – 179 с.