Влияние параметров обработки на текстуру и выбор варианта

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16168 (2022) Цитировать эту статью

1036 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Среди материалов, которые можно производить методом лазерной плавки в порошковом слое (LPBF), можно выделить мартенситностареющие стали, обладающие превосходной свариваемостью, прочностью и вязкостью разрушения. Однако влияние параметров обработки и механизмов, управляющих построенной текстурой, пока неясно. Недавняя публикация показала низкий индекс текстуры в исходном аустените, в отличие от других сплавов, подвергнутых LPBF с той же стратегией. Авторы выдвинули несколько гипотез, но выводов сделано не было. Целью данной работы является исследование этих результатов с использованием мартенситностареющей стали 300, обработанной в различных условиях, т.е. при использовании другого принтера, толщины слоя порошка и режима лазерного излучения. Для этого были использованы рентгеновская дифракция, дифракция обратно рассеянных электронов и сканирующая электронная микроскопия. Результаты показывают, что термообработка, присущая процессу LPBF, не влияет на исходные аустенитные зерна, текстура и морфология которых остаются неизменными на протяжении всего процесса. Кроме того, для исследованных диапазонов текстура микроструктуры не связана с толщиной слоя порошка или режимом лазерного излучения, хотя на нее могут влиять мощность лазера или стратегия сканирования. Наконец, наблюдалась низкая степень выбора вариантов, когда были выбраны те варианты, которые способствуют образованию кубической повернутой мартенситной текстуры.

Аддитивное производство (АП), широко известное как 3D-печать, представляет собой производственный процесс, состоящий из поэтапного осаждения, плавления, плавления и связывания материала1. Среди преимуществ можно выделить возможность одновременного изготовления сложных деталей, используя оптимальное количество материала2. Среди различных типов процессов АМ для металлов некоторые из наиболее важных основаны на плавке в слое порошка: лазерная сварка в слое порошка (LPBF) и электронно-лучевая плавка (EBM)3.

В ЛПБФ слой порошка заданной толщины наносится поверх ранее расплавленных слоев. Впоследствии слой расплавляется и сплавляется с ранее расплавленными слоями с помощью лазера3, характеризующегося несколькими параметрами, такими как мощность, скорость, диаметр луча, длина волны или режим излучения. Оптимальный выбор параметров процесса может помочь снизить пористость конечной структуры, тем самым улучшив механические свойства детали4. В коммерческих машинах LPBF предусмотрено множество опций сканирования, наиболее часто используемой из которых, вероятно, является стратегия штриховки5. Во время штриховки лазер обычно движется с заданной скоростью вдоль параллельных линий, направление которых называется направлением сканирования (SD). Расстояние между ними называется расстоянием между штрихами, а направление, перпендикулярное сечениям осаждения, называется направлением построения (BD). Поворот SD на последовательных слоях является распространенной стратегией, при которой поворот на 67° (угол штриховки) был предложен для максимизации количества слоев с разными SD6. Как упоминалось ранее, коммерческие машины LPBF также предлагают различные типы режима лазерного излучения. В зависимости от режима лазерного излучения лазеры могут излучать непрерывную волну (CW) или излучать импульсную волну (PW). Лазеры с непрерывным излучением излучают непрерывное излучение постоянной интенсивности, тогда как лазеры с PW-излучением излучают регулярно расположенные и очень короткие световые импульсы. Из-за своего непрерывного характера лазеры непрерывного излучения создают удлиненные ванны расплава (МП), которые называются треками. С другой стороны, лазеры с ПВ-излучением приводят к образованию групп МП, которые могут накладываться друг на друга. Параметры режима излучения ПВ: расстояние до точки (расстояние между соседними МП), время экспозиции (время остановки лазера в заданной точке при включении) и задержка скачка (время, в течение которого лазер выключается при движении к следующий пункт). Считается, что благодаря короткому времени экспозиции и большим задержкам перехода лазеры с импульсно-волновой эмиссией приводят к более высокой скорости затвердевания и позволяют избежать нагрева, что сводит к минимуму тепловые искажения7.