Эффективность галтовочной обработки в качестве заключительного поста

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4602 (2023) Цитировать эту статью

698 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Гибридная последующая обработка, сочетающая галтовочную обработку в качестве заключительного этапа после дробеструйной обработки и термообработки, была разработана для смягчения неблагоприятного воздействия внутренних и поверхностных дефектов на усталостные характеристики образцов AlSi10Mg, наплавленных лазерным порошком. Влияние каждой последующей обработки исследовалось индивидуально и синергетически на микроструктуру, морфологию поверхности и шероховатость, твердость, остаточные напряжения, пористость и усталостное поведение при вращательном изгибе образцов AlSi10Mg с V-образным надрезом. Результаты показывают, что обработка в барабане может значительно снизить шероховатость поверхности на 28 и 32% по сравнению с исходным состоянием и после термообработки, одновременно вызывая дополнительное упрочнение поверхностного слоя и сжимающие остаточные напряжения. Гибридная последующая термическая обработка + дробеструйная обработка + галтовка значительно увеличила усталостную долговечность образцов более чем в 500 раз по сравнению с серийной серией.

Лазерная сварка металла в порошковом слое (PBF-LB/M), как популярная технология аддитивного производства (АП), привлекла значительное внимание при производстве деталей сложной геометрии1,2,3. Однако известно, что материалы ПБФ-ЛБ имеют множественные внутренние и поверхностные дефекты из-за сложных теплофизических явлений в процессе послойного плавления и затвердевания4,5,6. Исходные материалы характеризуются неоднородной микроструктурой7, различными типами пористости, образованной захваченным газом, отсутствием эффектов плавления и замочной скважины8,9,10, растягивающими остаточными напряжениями11,12 и неровностями поверхности13. Основные источники дефектов поверхности связаны с образованием нерасплавленного и частично расплавленного порошка, брызг и дефектов комкования14,15,16. Эти недостатки потенциально влияют на характеристики материалов PBF-LB, например, на износ, царапание, коррозионную стойкость и усталостные характеристики17,18,19. Обычно поверхностные дефекты действуют как локальные зоны концентрации напряжений, которые вызывают раннее зарождение трещин и, следовательно, усталостное разрушение2,20,21,22. Поэтому были предложены различные методы последующей обработки для преодоления этих проблем и решения проблем, связанных с механическими свойствами материалов PBF-LB23.

Что касается методов постобработки, то термообработка (ТО) обычно используется для модуляции некоторых внутренних дефектов материалов PBF-LB. HT может быть разработан для гомогенизации микроструктуры, устранения анизотропии и снятия остаточных напряжений. Более того, сообщается, что пластичность и удлинение материалов PBF-LB можно улучшить с помощью подходящего HT24,25, обеспечивая улучшенные усталостные характеристики26,27.

Учитывая последующую обработку для модуляции дефектов поверхности без удаления материала, обработку поверхности на основе упрочнения, такую ​​как дробеструйная обработка (SP)28,29,30, ультразвуковая обработка (UP)31, кавитационная обработка (CP)32,33, строгая вибрационная обработка ( SVP)34 и лазерная ударная обработка (LSP)35,36,37 позволяют эффективно устранить неровности поверхности и гомогенизировать морфологию поверхности готовых материалов. Кроме того, многие из упомянутых выше последующих обработок могут вызвать значительное измельчение зерен поверхностного слоя и высокие сжимающие остаточные напряжения, что способствует дальнейшему улучшению усталостных характеристик38,39,40,41,42. Например, при применении поверхностной интенсивной пластической деформации методом SP с интенсивностью по Альмену 10 А [0,001 дюйма] и 100% покрытием стальными средами шероховатость поверхности образцов PBF-LB AlSi10Mg снизилась с 9 до 4,5 мкм по Ra30. Комбинированный эффект уменьшения морфологии поверхности, поверхностного упрочнения, а также максимальных остаточных напряжений сжатия до - 155 МПа по сравнению с исходным состоянием с растягивающими напряжениями 70 МПа привел к значительному увеличению усталостной прочности с 36 МПа в исходном состоянии до 176 МПа. МПа после обработки СП. В другом исследовании применение UP с частотой 17 кГц, мощностью 1000 Вт и амплитудой 80 мкм на PBF-LB AlSi10Mg привело к значительному уменьшению пористости и поверхностному упрочнению, а также вызвало высокие поверхностные остаточные сжимающие напряжения по сравнению с исходным растягивающим напряжением. напряжение, приводящее к заметному улучшению коррозионной стойкости31. Применение ЛСП с энергией лазерного луча 4,5 Дж, плотностью лазерной энергии 9 ГВт/см2 и перекрытием импульсов 50 % на образцах PBF-LB AlSi10Mg с V-образным надрезом выявило значительное закрытие пор до глубины 380 мкм по сравнению с исходным материалом. состояние постройки. Исходная шероховатость поверхности по Ra в области корня надреза после нанесения LSP снизилась с 4,34 мкм до 3,98 мкм. Кроме того, при начальном напряжении от – 11 до – 178 МПа было вызвано 25% поверхностное упрочнение и сжимающее поверхностное остаточное напряжение, что увеличило усталостную долговечность примерно в 200 раз по сравнению с исходным состоянием37.