Том 26 № 4 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 № 4 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Шамкувар С., Гураджала Н.К., Дакарапу С.Р. Исследование влияния гибридных наножидкостей на растительной основе на производительность обработки при токарной обработке с минимальным количеством СОЖ................................................................................................................................... 6 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Кулкарни А.П. Влияние направления печати на характер износа PLAбиоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава......................... 19 Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Сидоров Е.А., Утяганова В.Р., Амиров А.И., Колубаев Е.А. Искажение геометрии, окисление кромки, структурные изменения и морфология поверхности реза листового проката толщиной 100 мм из алюминиевых, медных и титановых сплавов при плазменной резке на токе обратной полярности........................................................................................................................................................................... 41 Соматкар А., Двиведи Р., Чинчаникар С. Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости....................................... 57 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка качества и механических свойств получаемых слоев металла из низкоуглеродистой стали методом WAAM с использованием дополнительной механической и ультразвуковой обработки............................................................................................................................................... 75 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Юсубов Н.Д., Аббасова Х.М. Систематика многоинструментных наладок на станках токарной группы............... 92 Тошов Дж.Б., Фозилов Д.М., Елемесов К.К., Рузиев У.Н., Абдуллаев Д.Н., Басканбаева Д.Д., Бекирова Л.Р. Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления.................................. 112 Поспелов И.Д. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков................................................................................................................................................................................... 125 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования.............................................................................................................................................. 138 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения.................................................................................................................................. 153 Сюсюка Е.Н., Аминева Е.Х., Кабиров Ю.В., Пруцакова Н.В. Анализ изменения микроструктуры компрессионных колец вспомогательного судового двигателя.................................................................................................... 180 Дударева А.А., Бушуева Е.Г., Тюрин А.Г., Домаров Е.В., Насенник И.Е., Шикалов В.С., Скороход К.А., Легкодымов А.А. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневауумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B...................................................................................................................................................... 192 Болтрушевич А.Е., Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Кузнецова Ю.С. Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча......................... 206 Саблина Т.Ю., Панченко М.Ю., Зятиков И.А., Пучикин А.В., Коновалов И.Н., Панченко Ю.Н. Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением........................................................................................................................................................................... 218 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 234 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 243 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 05.12.2024. Выход в свет 16.12.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 30,5. Уч.-изд. л. 56,73. Изд. № 165. Заказ 231. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 4 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. 4 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. 4 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Manikanta J.E., Ambhore N., Shamkuwar S., Gurajala N.K., Dakarapu S.R. Investigation of vegetable-based hybrid nanofl uids on machining performance in MQL turning........................................................................................... 6 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Kulkarni A.P. Impact of print orientation on wear behavior in FDM printed PLA Biomaterial: Study for hip-joint implant...................................................................................................................... 19 GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Sidorov E.A., Utyaganova V.R.,AmirovA.I., Kolubaev E.A. Geometry distortion, edge oxidation, structural changes and cut surface morphology of 100mm thick sheet product made of aluminum, copper and titanium alloys during reverse polarity plasma cutting...................................................................................... 41 Somatkar A., Dwivedi R., Chinchanikar S. Comparative evaluation of roller burnishing of Al6061-T6 alloy under dry and nanofl uid minimum quantity lubrication conditions............................................................................................... 57 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the quality and mechanical properties of metal layers from low-carbon steel obtained by the WAAM method with the use of additional using additional mechanical and ultrasonic processing..................................................................................................................................................... 75 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Yusubov N.D., Abbasova H.M. Systematics of multi-tool setup on lathe group machines............................................... 92 Toshov J.B., Fozilov D.M., Yelemessov K.K., Ruziev U.N., Abdullayev D.N., Baskanbayeva D.D., Bekirova L.R. Increasing the durability of drill bit teeth by changing its manufacturing technology......................................................... 112 Pospelov I.D. Investigation of the distribution of normal contact stresses in deformation zone during hot rolling of strips made of structural low-alloy steels to increase the resistance of working rolls..................................................... 125 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Manufacturing of tool electrodes with optimized confi guration for copy-piercing electrical discharge machining by rapid prototyping method.......................... 138 MATERIAL SCIENCE Shubert A.V., Konovalov S.V., Panchenko I.A. A review of research on high-entropy alloys, its properties, methods of creation and application.................................................................................................................................................. 153 Syusyuka E.N., Amineva E.H., Kabirov Yu.V., Prutsakova N.V. Analysis of changes in the microstructure of compression rings of an auxiliary marine engine.......................................................................................................... 180 Dudareva A.A., Bushueva E.G., Tyurin A.G., Domarov E.V., Nasennik I.E., Shikalov V.S., Skorokhod K.A., Legkodymov A.A. The eff ect of hot plastic deformation on the structure and properties of surface-modifi ed layers after non-vacuum electron beam surfacing of a powder mixture of composition 10Cr-30B on steel 0.12 C-18 Cr-9 Ni-Ti............................................................................................................................................................................. 192 Boltrushevich A.E., Martyushev N.V., Kozlov V.N., Kuznetsova Yu.S. Structure of Inconel 625 alloy blanks obtained by electric arc surfacing and electron beam surfacing........................................................................................... 206 Sablina T.Y., Panchenko M.Yu., Zyatikov I.A., Puchikin A.V., Konovalov I.N., Panchenko Yu.N. Study of surface hydrophilicity of metallic materials modifi ed by ultraviolet laser radiation........................................................................ 218 EDITORIALMATERIALS 234 FOUNDERS MATERIALS 243 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 206 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча Александр Болтрушевич 1, a, Никита Мартюшев 1, b, *, Виктор Козлов 1, c, Юлия Кузнецова 2, d 1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Российская Федерация 2 Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, пр. Ленина, 93, г. Новороссийск, 353924, Российская Федерация a https://orcid.org/0000-0001-9971-7850, aeb20@tpu.ru; b https://orcid.org/0000-0003-0620-9561, martjushev@tpu.ru; c https://orcid.org/0000-0001-9351-5713, kozlov-viktor@bk.ru; d https://orcid.org/0000-0002-1388-6125, julx@bk.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 206–217 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-206-217 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 669 История статьи: Поступила: 13 сентября 2024 Рецензирование: 05 октября 2024 Принята к печати: 10 октября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Аддитивные технологии Инконель 625 Электродуговая наплавка Электронно-лучевая наплавка Микроструктура Финансирование Данное исследование было поддержано программой развития ТПУ. Благодарности Исследования выполнены на оборудовании ИЦ «Проектирование и производство высокотехнологичного оборудования» и ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов». АННОТАЦИЯ Введение. Развитие обрабатывающей промышленности привело к появлению новых методов изготовления заготовок и деталей. Одним из таких новых перспективных методов является аддитивное производство, в частности технологии электродуговой и электронно-лучевой наплавки проволокой. Применение этих технологий при производстве заготовок из жаропрочных материалов дает ряд существенных преимуществ. В работе представлены результаты исследования микроструктуры образцов из инконеля марки 625. Образцы были изготовлены путем 3D-наплавки электронным лучом в вакууме и электродуговой наплавки в среде защитных газов. Цель работы: сравнительный анализ микроструктуры заготовок из никелевого сплава инконель 625, полученных с помощью технологий EBAM и WAAM. Методы и материалы. Используемые в работе образцы изготавливались на оборудовании, разработанном в Томском политехническом университете. Проводились металлографические исследования и растровая электронная микроскопия, была определена микротвердость полученных образцов. Результаты и обсуждение. Сравнение образцов, полученных по двум различным технологиям аддитивной печати – EBAM и WAAM, показало общие закономерности формирования структуры, появляющиеся при использовании аддитивных технологий. У образцов наблюдалась дендритная микроструктура, в образцах присутствовали зоны, богатые Ti, Mo и Nb, что характерно для неравновесного охлаждения. В образцах также наблюдались поры. Зерна в образцах имели преимущественно вытянутую форму и ориентировались в направлении теплоотвода. Длина зерен достигала значений 1 мм. Различия в образцах наблюдались в количестве образующихся включений интерметаллидов, в количестве образовавшихся пор и в размере зерен. Технология EBAM дает более однородную структуру. Различие в твердости между EBAM и WAAM составляет около 3,5 %. При этом скорость изготовления образцов по технологии WAAM существенно выше. Для цитирования: Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча / А.Е. Болтрушевич, Н.В. Мартюшев, В.Н. Козлов, Ю.С. Кузнецова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 206–217. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-206-217. ______ *Адрес для переписки Мартюшев Никита Владимирович, к.т.н., доцент Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, 634050, г. Томск, Россия Тел.: 8 (3822) 60-62-85, e-mail: martjushev@tpu.ru Введение В последние годы аддитивное производство стремительно расширяет сферу применения благодаря своим уникальным преимуществам. Этот метод производства позволяет создавать детали сложной формы с высокой точностью, используя различные материалы, от пластика до металла, и при этом значительно сокращая время и затраты по сравнению с традиционными техно-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 207 MATERIAL SCIENCE логиями [1–4]. В зависимости от требований к конечному продукту специалисты применяют разные технологии аддитивного производства. Активное развитие аддитивных технологий (АТ) приводит к удешевлению продукции, производимой с их помощью. Это позволяет быстро изготавливать детали и заготовки не только сложной, но более простой формы из дорогостоящих материалов [5, 6]. Примером таких деталей могут быть фланцы из жаростойких материалов. При использовании АТ нет необходимости изготавливать отверстие и также сокращается объем материала, снимаемого за счет субтрактивной обработки. Это делает применение АТ в данном случае экономически обоснованным. АТ также позволяет изготавливать фланцы под конкретный типоразмер, что дает еще большую экономию времени и затрат в сравнении с изготовлением аналогичной детали из проката [7–9]. Для быстрого производства деталей простой формы типа фланцев из жаропрочных материалов, в частности инконелей, наиболее подходят технологии электронно-лучевой (EBAM) и электродуговой печати (WAAM) [10]. EBAM использует мощный электронный луч для расплавления металлического проволочного материала, который наплавляется слой за слоем, образуя требуемую деталь. Этот метод позволяет создавать детали больших размеров с высокой плотностью и прочностью [11–14]. Одно из ключевых преимуществ аддитивного производства заключается в его способности создавать сложные 3D-компоненты с большей скоростью и гибкостью по сравнению с традиционными методами, такими как фрезерование или литье [15, 16]. 3D-печать позволяет сократить количество этапов производства, минимизировать отходы материала и создавать детали, которые невозможно изготовить другими способами. Это открывает новые возможности для инженеров, позволяя им воплощать в жизнь самые смелые идеи [17–20]. Наплавка заготовок в вакууме по технологии EBAM дает возможность существенно ускорить процесс изготовления заготовки в сравнении с технологией SLS (cелективное лазерное спекание). Однако это достаточно дорогостоящий и трудоемкий метод изготовления деталей [21, 22]. Большего удешевления и упрощения технологии изготовления заготовки можно добиться, используя WAAM-технологию. Эта технология использует дуговую сварку для наплавления металлической проволоки слой за слоем, образуя трехмерные объекты. WAAM позволяет создавать крупногабаритные детали значительно быстрее, чем другие аддитивные технологии, такие как электронно-лучевая наплавка. WAAM подходит для производства деталей из различных металлов, включая сталь, титан и никелевые сплавы [23–25]. Недостатками данной технологии являются возможность образования пористости из-за печати в газовой среде и худшее качество печатаемой поверхности. Особенности работы EBAM и WAAM будут отражаться на структуре и свойствах получаемых заготовок. Технология EBAM и в настоящее время применяется довольно редко для печати жаропрочных сплавов [26, 27]. Это обусловлено достаточно низкой распространенностью и новизной данной технологии. Печать жаропрочных сплавов с помощью WAAM-технологии тоже применяется нечасто, так как имеет ряд технологических сложностей. По этим причинам работ, посвященных печати технологиями EBAM и WAAM жаропрочных никелевых сплавов, крайне мало [28–31]. Цель данной работы: сравнительный анализ микроструктуры заготовок из никелевого сплава инконель 625, полученных с помощью технологий EBAM и WAAM. Методы и материалы В качестве материала для изготовления образцов был выбран распространенный никелевый сплав марки инконель 625. Образцы печатались проволокой диаметром 1,2 мм. Печать осуществлялась на подложке размерами 110×110×20 мм, изготовленной из нержавеющей стали. Подложка помещалась над опорной пластиной и плотно прижималась зажимами. Основная подложка используется для нанесения расплавленного сырья на деталь. Она выполняет функцию защиты от проникновения расплава в подложку и повреждения стола. В используемой для печати установке имеется возможность регулировки положения механизма подачи проволоки. Регулировка положения осуществляется относительно электронного луча и печатаемой заготовки. Это позволяет обеспечить стабильность передачи материала.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 208 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В процессе сварки между плавким предохранителем и расплавленной ванной создается перемычка из расплавленного металла [32, 33]. Химический состав материала проволоки, используемой для электронно-лучевой печати, приведен в табл. 1. Печать первой группы образцов осуществлялась на электронно-лучевой установке наплавки проволокой, изготовленной в Томском политехническом университете. Печать второй группы образцов – на установке электродуговой наплавки проволокой, также изготовленной в Томском политехническом университете. В ходе экспериментальных работ были напечатаны образцы четырех типов. Изготовлены вертикально и горизонтально ориентированные образцы по каждой из исследуемых технологий – EBAM и WAAM. Для исследования микроструктуры были сделаны поперечные сечения образцов. Травление микроструктуры осуществляли с помощью смеси концентрированных азотной кислоты HNO3 (67 масс. %) и соляной кислоты HCl (33 масс. %), взятых в соотношении 1:3 по объему. Микроструктурные исследования проводили с помощью металлографического микроскопа MMP-1 производства БИОМЕД. Фотографии микроструктуры получены с применением видеоокуляра DCM-510 SCOPE. Микротвердость измеряли посредством автоматического комплекса на базе микротвердомера EMCO-TEST DuraScan-10. Измерения выполняли на тех же образцах, на которых проводили металлографические исследования. Измерения проводили индентором Виккерса при нагрузке 1 кгс с выдержкой 10 с. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав проволоки из никелевого сплава марки инконель 625 Chemical composition of Inconel 625 nickel alloy wire Химический элемент Ta Al Nb Mo Cr Si Fe Co Ti Mn Ni % 0,3 0,38 2,8 7,5 22,5 0,8 1,3 0,2 0,35 0,1 63,68 Результаты и их обсуждение В первую очередь были получены четыре образца для проведения исследований – по два образца с помощью каждой из технологий, EBAM и WAAM. Были изготовлены образцы вертикальной ориентации (рис. 1, а, в) и горизонтальной ориентации (рис. 1, б, г). Из приведенных фотографий видно, что точность и качество поверхности образцов, полученных с помощью электронно-лучевой наплавки, выше. В этом случае меньше разбрызгивания металла, чем при изготовлении с помощью электродуговой наплавки. Скорость остывания образцов, полученных с помощью EBAM, ниже, чем при WAAMпечати. При EBAM теплоотвод затруднен из-за отсутствия атмосферы. При WAAM-наплавке инконеля используется гелий. Кроме того, видно, что в EBAM-образце большее количество слоев. При WAAM-наплавке толщина печатаемого слоя больше и скорость печати выше, но это сопровождается существенными колебаниями температуры. Обусловленные температурными колебаниями напряжения вызывают деформацию подложки даже при ее толщине около 5 мм. Вертикальная ориентация образцов дает большую скорость, но при этом возникают большие напряжения. При горизонтальной ориентации образец остывает более равномерно. Это выражается в меньшей деформации подложки. Микроструктура образцов из инконеля 625, полученных с помощью технологий EBAM и WAAM, представлена на рис. 2, a–г. На этом рисунке показаны микрофотографии, сделанные с помощью оптического микроскопа в центре образца. Наблюдается удлиненная ячеистая структура с яркими частицами в междендритных областях, а также четко видно наличие дендритной структуры во всех образцах. Для горизонтальных образцов при обеих технологиях дендриты имеют длинные оси первого порядка, при этом оси второго порядка практически отсутствуют.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 209 MATERIAL SCIENCE a б в г Рис. 1. Фотографии образцов, полученных с помощью различных аддитивных технологий: а – горизонтальный образец, полученный EBAM-технологией; б – вертикальный образец, полученный EBAM-технологией; в – горизонтальный образец, полученный WAAM-технологией; г – вертикальный образец, полученный WAAM-технологией Fig. 1. Photos of specimens obtained using various additive technologies: a – horizontal specimen obtained using EBAM technology; б – vertical specimen obtained using EBAM technology; в – horizontal specimen obtained using WAAM technology; г – vertical specimen obtained using WAAM technology а б Рис. 2. Микроструктура образцов, полученных с помощью различных аддитивных технологий: а – горизонтальный образец, полученный EBAM-технологией; б – вертикальный образец, полученный EBAM-технологией; в – горизонтальный образец, полученный WAAMтехнологией; г – вертикальный образец, полученный WAAM-технологией Fig. 2. Microstructure of specimens obtained using various additive technologies: a – horizontal specimen obtained using EBAM technology; б – vertical specimen obtained using EBAM technology; в – horizontal specimen obtained using WAAM technology; г – vertical specimen obtained using WAAM technology в г
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 210 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Для вертикальных образцов скорость охлаждения меньше, и успевают сформироваться оси второго порядка, а в некоторых местах можно увидеть зародыши осей третьего порядка. Отличие в развитии дендритов хорошо заметно для EBAM-технологии (рис. 2, а и б). Кроме того, из показанной микроструктуры видно, что зерна имеют текстуру. Текстура более развита для вертикальных образцов из-за большей скорости охлаждения. Безусловно, разная скорость охлаждения приводит к образованию различных размеров зерен в образцах. Однако в целом для всех исследуемых технологий наблюдается одна и так же тенденция: зерна имеют дендритное строение, зерна вытянуты в направлении теплоотвода. Причем длина зерен увеличивается при удалении от подложки. Для вертикальных образцов скорость охлаждения ниже и длина зерен в полученных образцах может достигать 0,8…0,9 мм (вертикальные EBAM-образцы). Для горизонтальных образцов длина зерен достигает 0,3…0,5 мм. Эти данные согласуются с результатами других исследователей. В работе [6] образец из инконеля 625, изготовленный с использованием техники SLM, имел длину зерна около 1 мм. Образцы из инконеля 718, полученные с использованием процесса прямого лазерного аддитивного сплавления в работе [32], имели длину 3 мм. Авторы работ [11, 16] показали, что равноосные зерна в основном располагаются в нижней части, рядом с подложкой инконеля 625. При удалении от подложки зерна вытягиваются, появляется текстура и длина зерен значительно увеличивается. Наши результаты хорошо согласуются с данными этих авторов. Закономерности формирования структуры образцов при печати с помощью технологий EBAM и WAAM аналогичны технологии SLM. Отличие наблюдается в основном в размерах фазовых составляющих. Фотографии поверхности напечатанных образцов из инконеля 625, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), представлены на рис. 3. Как и в других исследованиях [2, 4, 5, 7], в осажденном материале часто наблюдались мелкие микронные частицы. Учитывая размер частиц фазовых составляющих, их количественный химический анализ может быть затруднен из-за сигнала XRD, исходящего от матричного материала. Химический состав изготовленного материала (табл. 2) во многом подобен составу проволоки, используемой для наплавки, за исключением таких элементов, как железо и алюминий, содержание которых было ниже. Частицы, отмеченные на рис. 3 как 3, показали больше Nb, Mo, Ti и C (табл. 2). Это указывает на присутствие карбидов MC. Аналогичная ситуация также наблюдалось в сплаве инконель 625, изготовленном методом аддитивного производства, у авторов работ [2, 4, 7]. Фаза, отме- а б Рис. 3. Результаты СЭМ образцов, полученных с помощью различных аддитивных технологий: а – горизонтальный образец, полученный EBAM-технологией; б – горизонтальный образец, полученный WAAM-технологией Fig. 3. SEM of specimens obtained using various additive technologies: a – horizontal specimen obtained using EBAM technology; б – horizontal specimen obtained using WAAM technology
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1