Том 26 № 2 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Гайквад В., Чинчаникар С. Исследования соединений AA7075, сваренных трением с перемешиванием и ультразвуковым воздействием: механические свойства и анализ разрушения.......................................................... 6 Сирота В.В., Зайцев С.В., Лимаренко М.В., Прохоренков Д.С., Лебедев М.С., Чуриков А.С., Даньшин А.Л. Получение покрытий с высокой инфракрасной излучательной способностью............................................................ 23 Бабаев А.С., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Шевчук А.С., Овчаренко В.А., Сударев Е.А. Исследование сил резания и обрабатываемости при фрезеровании порошковой коррозионно-стойкой стали, полученной по технологии прямого лазерного выращивания (LMD).......................................................................................................................... 38 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Влияние режимов лазерной наплавки на геометрические размеры стального трека......................................................................................................................... 57 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Оценка сварочно-технологических свойств электродных покрытий основного типа различных производителей электродов для сварки трубных деталей и сборочных единиц поверхностей теплообмена котлоагрегатов.................................................................... 71 Янпольский В.В., Иванова М.В., Насонова А.А., Янюшкин А.С. Определение скорости электрохимического растворения стали У10А в условиях ЭХРО с неподвижным катодом-инструментом................................................. 95 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е. Изучение отображения вибрационных возмущений в геометрии формируемой резанием поверхности при точении................................................................................................................ 107 Гасанов Б.Г., Конько Н.А., Баев С.С. Исследование кинетики формообразования деталей сферического подшипника скольжения из коррозионно-стойких сталей, полученных объемной штамповкой пористых заготовок............................................................................................................................................................................... 127 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Моисеев Д.В., Гамалеева Е.И. Влияние динамических характеристик процесса резания на шероховатость поверхности детали при токарной обработке..................................................... 143 Лобанов Д.В., Скиба В.Ю., Голюшов И.С., Смирнов В.М., Зверев Е.А. Моделирование конструкций сборного абразивного инструмента................................................................................................................................................... 158 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Ерошенко А.Ю., Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Шаркеев Ю.П. Термическая стабильность микроструктуры сплава Mg-Y-Nd в экструдированном состоянии................................................... 174 Базалеева К.О., Сафарова Д.Э., Понкратова Ю.Ю., Луговой М.Е., Цветкова Е.В., Алексеев А.В., Железный М.В., Логачев И.А., Басков Ф.А. Влияние технологических параметров процесса прямого лазерного выращивания на качество формируемого объекта из титанового сплава ВТ23............................................................ 186 Ефимович И.А., Золотухин И.С. Температуры окисления инструментальных вольфрамокобальтовых твердых сплавов.................................................................................................................................................................................. 199 Прибытков Г.А., Барановский А.В., Фирсина И.А., Акимов К.О., Кривопалов В.П. Исследование железоматричных композитов с карбидным упрочнением, полученных спеканием механоактивированных смесей титанидов железа с углеродом........................................................................................................................................... 212 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 224 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 235 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 03.06.2024. Выход в свет 14.06.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 29,5. Уч.-изд. л. 54,87. Изд. № 73. Заказ 135. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 2 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 2 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Gaikwad V., Chinchanikar S. Investigations on ultrasonic vibration-assisted friction stir welded AA7075 joints: Mechanical properties and fracture analysis........................................................................................................................ 6 Sirota V.V., Zaitsev S.V., Limarenko M.V., Prokhorenkov D.S., Lebedev M.S., Churikov A.S., Dan'shin A.L. Preparation of coatings with high infrared emissivity.......................................................................................................... 23 Babaev A.S., Kozlov V.N., Semenov A.R., Shevchuk A.S., Ovcharenko V.A., Sudarev E.A. Investigation of cutting forces and machinability during milling of corrosion-resistant powder steel produced by laser metal deposition............. 38 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. The eff ect of laser surfacing modes on the geometrical characteristics of the single laser tracks............................................................................................................................... 57 Karlina Y.I., Kononenko R.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Assessment of welding engineering properties of basic type electrode coatings of diff erent electrode manufacturers for welding of pipe parts and assemblies of heat exchange surfaces of boiler units............................................................................................................................. 71 Yanpolskiy V.V., Ivanova M.V., Nasonova A.A., Yanyushkin A.S. Determination of the rate of electrochemical dissolution of U10A steel under ECM conditions with a stationary cathode-tool............................................................... 95 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E. The study of vibration disturbance mapping in the geometry of the surface formed by turning............................................................................................................................................................................. 107 Gasanov B.G., Konko N.A., Baev S.S. Study of the kinetics of forming of spherical sliding bearing parts made of corrosion-resistant steels by die forging of porous blanks............................................................................................... 127 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Moiseev D.V., Gamaleeva E.I. Infl uence of dynamic characteristics of the turning process on the workpiece surface roughness........................................................................................................................ 143 Lobanov D.V., Skeeba V.Yu., Golyushov I.S., Smirnov V.M., Zverev E.A. Design simulation of modular abrasive tool........................................................................................................................................................................................ 158 MATERIAL SCIENCE EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Sharkeev Yu.P. Thermal stability of extruded Mg-Y-Nd alloy structure.................................................................................................................................. 174 Bazaleeva K.O., Safarova D.E., Ponkratova Yu.Yu., Lugovoi M.E., Tsvetkova E.V., Alekseev A.V., Zhelezni M.V., Logachev I.A., Baskov F.A. The infl uence of technological parameters of the laser engineered net shaping process on the quality of the formed object from titanium alloy VT23......................................................... 186 Efi movich I.A., Zolotukhin I.S. Oxidation temperatures of WC-Co cemented tungsten carbides....................................... 199 Pribytkov G.A., Baranovskiy A.V., Firsina I.A., Akimov K.O., Krivopalov V.P. Study of Fe-matrix composites with carbide strengthening, formed by sintering of iron titanides and carbon mechanically activated mixtures................ 212 EDITORIALMATERIALS 224 FOUNDERS MATERIALS 235 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 186 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние технологических параметров процесса прямого лазерного выращивания на качество формируемого объекта из титанового сплава ВТ23 Ксения Базалеева 1, a, *, Дарья Сафарова 1, b, Юлия Понкратова 1, c, Максим Луговой 1, d, Елена Цветкова 1, e, Андрей Алексеев 1, f, Марк Железный 1, j, Иван Логачев 2, h, Федор Басков 2, i 1 Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы, ул. Миклухо-Маклая, 6, г. Москва, 117198, Россия 2 Университет науки и технологий МИСИС, Ленинский пр., 4, стр. 1., г. Москва, 119049, Россия a https://orcid.org/0000-0002-6205-3154, bazaleeva-ko@rudn.ru; b https://orcid.org/0000-0002-2811-8292, safarova_de@pfur.ru; c https://orcid.org/0009-0000-1094-3529, ponkratova_yuyu@rudn.ru; d https://orcid.org/0009-0007-7160-7802, www111www6376@gmail.com; e https://orcid.org/0009-0002-8462-1818, tsvetkova-ev@rudn.ru; f https://orcid.org/0009-0008-7394-6370, alexeev-anvs@rudn.ru; j https://orcid.org/0000-0003-3821-6790, markiron@mail.ru; h https://orcid.org/0000-0002-8216-1451, logachev.ia@misis.ru; i https://orcid.org/0000-0001-6238-4378, baskov.fa@misis.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 2 с. 186–198 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-186-198 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Титановые сплавы, обладающие высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и трещиностойкостью, нашли свое примеИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 620.18; 620.11 История статьи: Поступила: 25 января 2024 Рецензирование: 19 февраля 2024 Принята к печати: 20 марта 2024 Доступно онлайн: 15 июня 2024 Ключевые слова: Прямое лазерное выращивание Титановые сплавы Технологические параметры Фазово-структурное состояние АННОТАЦИЯ Введение. Прямое лазерное выращивание (ПЛВ) рассматривается как перспективный метод формирования изделий сложной конфигурации из сплавов на основе титана, так как позволяет минимизировать применение механообработки и потери материала на отходы. В настоящее время технологический процесс ПЛВ титанового сплава ВТ23 не разработан, не исследованы особенности структуры сплава после данного метода получения, которые позволят определить область применения материала в состоянии после ПЛВ. Цель работы. Определение оптимальных технологических параметров процесса ПЛВ для синтеза качественных изделий из титанового сплава ВТ23. Методы исследования. В работе проанализированы образцы сплава, полученные в интервалах мощности лазерного излучения 700…1300 Вт с шагом 100 Вт, скорости сканирования 600…1000 мм/мин с шагом 200 мм/мин и расстояния между соседними лазерными треками 0,5…0,9L (L − ширина трека) с шагом 0,2L. Исследование элементного состава порошкового материала проводилось методами рентгенофлуоресцентного анализа и восстановительного сжигания в газоанализаторе. Структура объектов, полученных методом ПЛВ, анализировалась методами металлографического и рентгенофазового анализа, а также определялось значение их микротвердости. Результаты и обсуждение. Установлено, что качественные объекты без трещин, с низкой пористостью могут быть синтезированы из сплава ВТ23 методом ПЛВ при использовании следующих технологических параметров: мощности лазера 700…1100 Вт, скорости сканирования 800…1000 мм/мин, расстояния между треками 0,5…0,7 от ширины отдельного трека L. Показано, что после всех исследованных режимов ПЛВ сплав ВТ23 имел дисперсную (α+β) структуру типа «корзиночное плетение». Выявлено, что независимо от режима ПЛВ количество β-фазы в структуре сплава составляет ∼ 30 %. Показано, что микротвердость наплавленного материала не зависит от режима ПЛВ и составляет 460 HV. Для цитирования: Влияние технологических параметров процесса прямого лазерного выращивания на качество формируемого объекта из титанового сплава ВТ23 / К.О. Базалеева, Д.Э. Сафарова, Ю.Ю. Понкратова, М.Е. Луговой, Е.В. Цветкова, А.В. Алексеев, М.В. Железный, И.А. Логачев, Ф.А. Басков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 186–198. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-186-198. ______ *Адрес для переписки Базалеева Ксения Олеговна, к.ф.-м.н. Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы, ул. Миклухо-Маклая, 6, 117198, г. Москва, Россия Тел.: +7 905 760-12-32, e-mail: bazaleeva-ko@rudn.ru нение в различных областях промышленности, в том числе в аэрокосмической отрасли [1]. Поскольку многие детали летательных аппаратов имеют сложную конфигурацию, то прямое лазерное выращивание (ПЛВ) рассматривается как перспективная технология их производства [2–5]. Дополнительным основанием для применения технологии ПЛВ при синтезе деталей из титановых сплавов является то, что эти материалы из-за высокой прочности и низкой теплопро-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 187 MATERIAL SCIENCE водности плохо обрабатываются механически, а ПЛВ позволяет формировать сложнопрофильные изделия при минимальном использовании механической обработки. Кроме того, минимизация мехобработки позволяет снизить долю отходов дорогостоящего сплава. Известно, что качество синтезируемых методом ПЛВ объектов зависит от технологических параметров процесса. Под качеством в данном случае подразумевается отсутствие макродефектов, а именно трещин и пор, которые могут формироваться при лазерной перекристаллизации порошкового материала. Во многих исследованиях авторы, варьируя мощность лазерного излучения, скорость сканирования лазера, скорость подачи порошка, диаметр лазерного пятна на поверхности, расстояние между лазерными треками и даже режим работы лазера (импульсный/непрерывный) [5], проводят оптимизацию технологических параметров ПЛВ для синтеза деталей из титановых сплавов [6–13]. Однако практическое применение режимов, разработанных другими исследователями, затруднено в основном по двум причинам. Во-первых, большинство исследований проведены на титановом сплаве Ti-6Al-4V [4–9], и значительно меньше работ, в которых разрабатывается технология ПЛВ для титановых сплавов другого состава − Ti-Al-Sn-Zr-Mo [10], Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr [11], Ti-Al-Mo-Zr-Si [12], при этом практически отсутствуют работы по ПЛВ сплава Ti-5Al-4V2.5Mo-1Cr-0.7Fe-0.1Si (ВТ23). Известно также, что изменение физических свойств сплава оказывает влияние на процессы перекристаллизации порошкового материала, и состав сплава необходимо учитывать. Во-вторых, ПЛВ является многопараметровым процессом, тогда как авторы большинства статей приводят значения только основных параметров. Термические условия перекристаллизации порошка в большой степени зависят от устройства рабочей установки и от состояния исходного порошкового материала, а незначительное изменение условий перекристаллизации может привести к сдвигу области оптимальных параметров. Таким образом, отработка режимов, позволяющих синтезировать качественный объект заданного состава, является неотъемлемой частью технологии ПЛВ. Целью настоящей работы являлась разработка режимов ПЛВ на принтере InssTek MXGrande для формирования качественных изделий из сплава на основе Ti ВТ23. Для достижения данной цели в процессе исследования решались следующие задачи: − определение интервалов технологических параметров процесса ПЛВ (мощности лазерного излучения, скорости сканирования и расстояния между лазерными треками), которые позволяют сформировать структуру без трещин, с минимальными пористостью и шероховатостью поверхности, с проплавлением в нижний слой не более 40 %; − металлографическое исследование характера структуры, формирующейся в сплаве при ПЛВ; − определение фазового состава сплава после ПЛВ; − изучение зависимости микротвердости сплава от технологических параметров процесса. Методика исследований Объектами исследования являлись образцы из порошка титанового сплава ВТ23, полученные методом ПЛВ. С помощью рентгенофлуоресцентного спектрального анализа была проведена оценка элементного состава исходного титанового порошка; концентрации газовых примесей в порошке определялись методом восстановительного сжигания (табл. 1). Химический состав порошка ВТ23, включая концентрации газовых примесей, соответствует ОСТ 1-90013–81 [14]. Дисперсность порошка составляет 40…100 мкм. Фазовый состав исходного порошкового материала, определенный рентгенодифракционным методом, представлял собой твердый раствор на основе α-Ti с кристаллической ГПУ-решеткой и оксид титана TiO2 (рутил) с тетрагональной кристаллической решеткой, β-фаза на дифрактограмме не зафиксирована (рис. 1). Наличие соединения TiO2 на дифрактограмме, вероятно, связано с высокой долей поверхностного оксидного слоя в облученном объеме дисперсного (менее 100 мкм) порошкового материала при рентгеновском анализе. Процесс ПЛВ был выполнен на лазерной установке InssTek MX-Grande в защитной атмосфере Ar, технологические параметры процесса приведены в табл. 2. Выбор режимов ПЛВ, позволяющих формировать изделия удовлетворительного качества,
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 188 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 1. Дифрактограмма исходного порошка Fig. 1. X-ray diff raction pattern of the initial powder Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав экспериментального порошка Chemical composition of the experimental powder Массовая доля химических элементов, % / Mass fraction of chemical elements, % Ti Al V Mo Cr Fe O H N C Осн. 4,8 4,5 2,6 1,2 0,4 0,12 0,004 0,018 0,03 Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Технологические параметры процесса ПЛВ LENS modes Скорость подачи порошка / Powder feed rate 10 г/мин / 10 g/min Подача газа Ar / Ar gas supply коаксиальный – 10 л/мин транспортировочный – 3,5 л/мин защитный – 20 л/мин / coaxial – 10 l/min transporting – 3,5 l/min shielding – 20 l/min Высота сопла над поверхностью / Nozzle height above surface 9 мм / 9 mm Диаметр лазерного пятна / Laser spot diameter 1800 мкм / 1,800 μm Мощность лазера / Laser power 700…1300 Вт, шаг 100 Вт / 700…1,300 W in increments of 100 W Скорость сканирования / Scanning speed 600…1000 мм/мин, шаг 200 мм/мин / 600…1,000 mm/min in increments of 200 mm/min
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 189 MATERIAL SCIENCE проводится в несколько этапов. На первом этапе выбор осуществляется по геометрическим параметрам сечения единичного лазерного трека (валика), на втором этапе рассматриваются характеристики монослоев, т. е. объектов высотой в один наплавленный слой, а на последнем этапе анализируется качество объемного образца. Оценка качества единичного валика проводилась по следующим критериям: коэффициент формы валика f h f L ⎛ = ⎜ ⎝ , где h − высота валика над подложкой; L − ширина валика (рис. 2) ⎞ ⎟ ⎠; значение коэффициента проплавления d p p h S d S S ⎛ = ⎜⎜ + ⎝ , где Sp и Sh – площадь валика ниже и выше поверхности подложки⎞ ⎟ ⎠; ширина валика L; угол у основания валика θ [15, 16–19]. Рис. 2. Форма валика, сформированного при мощности лазера 1000 Вт и скорости сканирования лазера 1000 мм/мин Fig. 2. Shape of the track formed by a laser power of 1,000 W and laser scanning speed of 1,000 mm/min Допустимые значения данных характеристик приведены в табл. 3. Одним из важных критериев является также отсутствие трещин. При формировании монослоев расстояние между соседними треками изменялось в интервале от 0,5L до 0,9L, где L – ширина валика, определенная на предыдущем этапе. Требования к геометрическим параметрам монослоев были следующие: перепад высоты монослоя не должен превышать 30 % от его максимальной высоты, а глубина проплавления должна составлять менее 2/3 от высоты слоя. На объемных образцах, выращенных при разных режимах, контролировалось наличие трещин и крупных (более 1–2 мкм) пор в продольном и поперечном сечениях. Исследование микроструктуры полученных образцов проводилось на инвертированном металлографическом микроскопе Olympus GX-51. Для оптической металлографии образцы запрессовывались в смолу на автоматическом прессе Struers CitoPress-20 и подготавливались на шлифовально-полировальной станции Struers Tegramin 25. Для выявления структуры применялось химическое травление в водном растворе плавиковой и азотной кислот: 3 мл HF, 15 мл HNO3, 82 мл H2O. Микротвердость образцов оценивалась по методу Виккерса на микротвердомере Pruftechnik KB50 SR. Нагрузка на индентор составляла 1,9 Н (200 г), погрешность измерения не более 10 %. Съемка дифрактограмм исследуемых образцов проводилась на дифрактометре D8 Advance (Bruker) со схемой фокусировки по Брэггу – Брентано в CuКα-излучении в интервале углов дифракции 2θ = 30°…100° с шагом Δ2θ = 0,07° и экспозицией в точке 2 секунды. Напряжение на Т а б л и ц а 3 Ta b l e 3 Критерии оценки формы валика Geometric parameters of a single laser track evaluation criteria Параметр / Parameter Допустимое значение / Accepted value Коэффициент формы / Shape factor (f) 0,2…0,33 / 0.2…0.33 Коэффициент проплавления / Penetration ratio (d) 0,1…0,4 / 0.1…0.4 Ширина валика / Track width (L) 1,7…3,0 мм / 1.7…3.0 mm Угол у основания / Angle at the base (θ) < 90°
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 190 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ трубке составляло 40 кВ, сила тока 35 мА. Использовался счетчик полупроводниковый многоканальный, на трубке была установлена щель 2 мм и щель Соллера, на детекторе – только щель Соллера. В процессе съемки образцы вращались со скоростью 60 об/мин. Обработка спектров проводилась с помощью программ Diff rac.Eva и Diff rac.Topas. Для проведения рентгенофазового анализа образцы подвергались электрополировке на установке Struers LectroPol-5 в электролите А2 (78 мл HClO4, 90 мл дистиллированной воды, 730 мл C2H6O, 100 мл C6H14O2) в течение 15 минут при напряжении 10 В. Результаты и их обсуждение Согласно результатам металлографического анализа валики, полученные при всех экспериментальных режимах (табл. 2), не имеют трещин, обладают незначительной пористостью, граница между ними и материалом подложки без дефектов (рис. 2). На границе с наплавленным валиком наблюдается зона термического влияния (ЗТВ) шириной около 0,50…0,05 мм. Анализ графика зависимости коэффициента формы валика f от мощности показал, что при скорости сканирования 600 мм/мин значение коэффициента f лежит выше допустимого интервала (рис. 3). Геометрические параметры валиков, полученных при скоростях сканирования 800 и 1000 мм/мин, соответствуют требованиям по значениям коэффициента формы и ширины валика, а также коэффициента проплавления. Угол у основания валика меньше 90° практически при всех экспериментальных режимах лазерной наплавки. Измерения микротвердости показали, что значение HV для валиков, выращенных при разных режимах, изменяется в диапазоне от 386 до 499 (рис. 4). Из графиков зависимостей видно, что при увеличении мощности лазера Р твердость возрастает, увеличение скорости сканирования также приводит к росту твердости, но этот эффект незначительный. Известно, что в процессе ПЛВ материал охлаждается с достаточно высокой скоростью, что может привести к формированию дисперсной (α+β) структуры, а также к образованию мартенсита. Можно предположить, что рост твердости при высокой мощности лазера связан с увеличением температурного градиента. По результатам анализа формы валиков были выбраны семь режимов ПЛВ, представленных в табл. 4. Структуры выращенных монослоев представлены на рис. 5. Оценка соответствия монослоев заданным критериям представлена в виде графиков на рис. 6. Режим выращивания с расстоянием между соседними треками 0,9L является нецелесообразным. Перепад высот при некоторых режимах приближается к 90 %. Эти образцы представляли собой не монолитные слои, а набор отдельных валиков. Образцы с шагом между треками 0,5L и 0,7L имеют прибли- а б в Рис. 3. Зависимости ширины валика (а), коэффициента проплавления (б), коэффициента формы валика (в) от мощности лазерного излучения (зеленая область – область допустимых значений) Fig. 3. Dependences of the track width (a), penetration ratio (б), track shape factor (в) on the laser power (green area – range of accepted values)
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 191 MATERIAL SCIENCE Т а б л и ц а 4 Ta b l e 4 Режимы лазерной наплавки, выбранные по форме единичного трека Laser cladding modes selected according to the shape of a single track Скорость сканирования V, мм/мин / Scanning speed V, mm/min 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Мощность P, Вт / Power P, W 800 1000 1000 1000 1000 1000 800 Рис. 4. Зависимость микротвердости единичных треков от мощности лазера для разной скорости сканирования Fig. 4. Dependence of microhardness of single tracks on laser power for diff erent scanning speeds зительно одинаковую геометрию. Перепад высот в обоих случаях отличается незначительно и колеблется в пределах от 10 до 20 %. Следует отметить, что при расстоянии 0,5L высота слоя получилась меньше для всех режимов ПЛВ, чем при 0,7L (рис. 6, б). Вероятно, это связано с тем, что при ПЛВ с расстоянием между треками 0,5L формирующаяся ванна расплава в большей степени захватывает материал соседнего закристаллизованного трека, что может приводить к увеличению доли рассеянного на нем порошка. То есть данные зависимости показывают, что порошковый материал усваивается в большей степени при расстоянии между валиками 0,7L. Необходимо также отметить, что при повышении мощности лазера до значения 1000 Вт при скорости сканирования 1000 мм/мин фиксировалось увеличение пористости монослоев. в Рис. 5. Структура монослоев, полученных методом ПЛВ со скоростью сканирования 1000 мм/мин, мощностью 1000 Вт и разным расстоянием между валиками: а – 0,5L; б – 0,7L; в – 0,9L Fig. 5. Structure of monolayers obtained by the LENS method with a scanning speed of 1,000 mm/min, power of 1,000 W and diff erent distances between tracks: a – 0.5L; б – 0.7L; в – 0.9L а б
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1