Пригодность к печати и микроструктура направленной энергии, нанесенная SS316l

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 16600 (2022) Цитировать эту статью

1225 Доступов

4 цитаты

10 Альтметрика

Подробности о метриках

В настоящей статье взаимосвязанные аспекты свойств аддитивного производства-микроструктуры при направленном энерговыделении мультиматериала SS316L-IN718 были изучены посредством численного моделирования и экспериментальной оценки. Для этой цели были использованы концепция печатаемости и принципы затвердевания. Анализ пригодности для печати показал, что секция SS316L более подвержена изменению состава и непроплавлению соответственно из-за высокого равновесного давления паров марганца и более эффективных теплопотерь в начальных слоях. Однако секция IN718 более склонна к деформации из-за образования более крупной ванны расплава с максимальной термической деформацией 3,95 × 10–3 в последнем слое. По мере продолжения процесса из-за накопления тепла и расширения ванны расплава скорость охлаждения снижается, а уровень переохлаждения увеличивается, что соответственно приводит к более крупной микроструктуре и большей нестабильности фронта затвердевания в направлении наращивания, что также наблюдается в экспериментальных результатах. . Отличие состоит в том, что дендритная микроструктура сечения IN718 за счет эвтектической реакции L → γ + Лавеса формируется в меньших масштабах по сравнению с ячеистой микроструктурой сечения SS316L. Кроме того, снижение скорости охлаждения привело к почти линейному увеличению доли вторичной фазы в каждой секции (дельта-феррит в SS316L и Laves в IN718). Однако расчет и измерение твердости показали аналогичное, хотя при переходе от SS316L к IN718 твердость значительно увеличивается за счет более высокого предела текучести матрицы и наличия интерметаллической фазы Лавеса (~260 HV0,3), твердость в каждый участок несколько уменьшается за счет огрубления микроструктуры от начального слоя к конечному.

В настоящее время многие инженерные конструкции состоят из нескольких материалов. Это связано с тем, что один материал вряд ли может удовлетворить различные требования к обслуживанию и производительности. Поэтому часто приходится использовать разнородные материалы вместе. Это привело к обобщению понятия «многоматериальные конструкции» в технических науках. Таким образом, роль структур из нескольких материалов доказана, и в прошлом по ним было проведено множество исследований. Тем не менее, эволюция современной технологии аддитивного производства (АП) с явными преимуществами, такими как возможность производить интегрированные детали сложной формы, близкие к заданной форме за один этап, экономическая эффективность для мелкосерийного производства и высокий уровень индивидуальной настройки, устранила многие ограничений традиционных методов производства и открыло новые возможности для разработки и исследования мультиматериалов1,2. Из подмножества процессов аддитивного производства металлов, которые сегодня являются наиболее быстрорастущим сектором аддитивной технологии3, направленное энергетическое напыление (DED) и плавление в порошковом слое (PBF) представляют интерес для производства мультиматериалов. Однако DED стал более популярным благодаря большей гибкости в изменении химического состава в процессе обработки4. Согласно исследованиям, проведенным до сих пор, металлические мультиматериалы, обработанные методом DED, можно классифицировать по типу сплава (в основном сплавы Ti, Fe и Ni) и стратегии изготовления (биметаллические, функционально-градуированные и гибридные материалы)5.

Комбинации нержавеющих сталей и суперсплавов на основе никеля являются наиболее широко используемыми комбинациями в важнейших энергетических отраслях благодаря балансу затрат и характеристик, адаптированному к требованиям обслуживания6. Поэтому, учитывая эту проблему и присущие АМ характеристики, некоторые из которых были упомянуты выше, в последние годы были проведены различные исследования по аддитивному производству этого типа мультиматериалов. Лин и др.7,8 исследовали эволюцию микроструктуры и фазообразование при лазерной быстрой формовке (LRF) материала SS316L/Rene88DT. Шах и др.9 исследовали влияние параметров прямого лазерного осаждения металлов (LDMD) на развитие градуированной структуры SS316L/IN718. Савита и др.10 в исследовании аддитивного производства двойных материалов SS316/IN625 заметили, что предел текучести всегда сравним с более слабым компонентом (SS316), в то время как Чжан и др.11 в аналогичном исследовании получили предел текучести и предел прочности на растяжение. градиентных образцов, близких к IN625 и SS316L соответственно. Кэрролл и др.12 при определении причины растрескивания в градуированной структуре, изготовленной из SS304L и IN625 компанией DED, продемонстрировали роль монокарбидов металлов в форме (Mo, Nb)C с использованием термодинамического моделирования с помощью расчета диаграмм PHAse (CALPHAD). метод. Су и др.13 исследовали влияние различных градиентных составов при лазерном аддитивном производстве функционально градиентного материала SS316L/IN718. Они сообщили, что наилучшее сочетание механических свойств (предел прочности 527,05 МПа и удлинение 26,21%) было получено при шаге изменения состава 10%. В другой работе Ким и др.14 наблюдали, что в определенных диапазонах химического состава структуры SS316L/IN718 под воздействием керамических оксидов происходит образование дефектов (пор и трещин) и их последующее распространение в направлении интерметаллидов и карбидных соединений. Более того, термические и остаточные напряжения, сосредоточенные на границах зерен, усугубляли образование этих дефектов.