Экспериментальное изучение единичных треков, полученных из смеси порошков Ti, Al, Nb при варьируемых параметрах процесса селективного лазерного плавления

Язык труда и переводы:
УДК:
621.742.22
Дата публикации:
28 мая 2022, 16:34
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Долбачев Александр Петрович
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Аннотация:
Рассмотренные интерметаллиды на основе γ-TiAl считаются перспективными материалами для замены никелевых суперсплавов. Однако изготовление сплавов на основе γ-TiAl по-прежнему затруднено из-за их низкой пластичности при комнатной температуре. Изделия получаемые традиционными методами требуют длительных циклов обработки и высоких инвестиционных затрат. Селективная лазерная плавка является перспективной технологией аддитивного производства TiAl. Но из-за сложности изготовления порошков сложных сплавов для аддитивного производства ассортимент коммерчески доступных материалов ограничен. Решение этой проблемы может быть найдено путем использования механической смеси элементарных порошков и непосредственному синтезу требуемого сплава на месте
Ключевые слова:
алюминиды титана, селективное лазерное плавление, аддитивные технологии, гамма-сплавы, единичные треки
Основной текст труда

Итерметаллиды на основе γ-TiAl считаются перспективными материалами для замены никелевых суперсплавов [1–3]. Однако изготовление сплавов на основе γ-TiAl по-прежнему затруднено из-за их низкой пластичности при комнатной температуре. Изделия получаемые традиционными методами требуют длительных циклов обработки и высоких инвестиционных затрат. Селективная лазерная плавка является перспективной технологией аддитивного производства TiAl [4]. Но из-за сложности изготовления порошков сложных сплавов для аддитивного производства ассортимент коммерчески доступных материалов ограничен. Решение этой проблемы может быть найдено путем использования механической смеси элементарных порошков и непосредственному синтезу требуемого сплава на месте [5].

Цель работы — исследовать и оценить возможность синтеза смеси, состоящей из элементарных порошков Ti, Al, Nb в процессе селективного лазерного плавления.

Материал. Смесь порошков Ti 45Al 5Nb (ат. %).

Методика эксперимента

Изображение выглядит как овощАвтоматически созданное описание

Рис. 1. Морфология смеси порошков Ti45Al5Nb (СЭМ)

На машине SLM 280 HL из смеси порошков Ti45Al5Nb (ат. %) были получены 12 единичных треков длиной 10 мм с использованием различных режимом сплавления. Для предотвращения воздействия кислорода рабочая камера была заполнена аргоном (99,9 %).  Значения мощности варьировались от 100 до 200 Вт, а скорости от 200 до 675 мм/с соответственно. Толщина слоя порошка составляла 30 мкм.

Рис. 2. Поперечное сечении единичных треков при различных режимах сплавления (СЭМ)

 

Изображение выглядит как текст, внешнийАвтоматически созданное описание

Рис. 3. Вид сверху единичного трека полученного при P = 150 Вт, V = 500 мм/с (СЭМ)

Хим. состав. ат.%

Ti

Al

Nb

100

431

81,98

16,12

1,9

100

432

81,24

17,28

1,49

100

433

82,55

14,80

2,65

100

434

81,79

16,15

2,07

100

 

 

Выводы

  1. В результате проведенной работы были успешно получены единичные треки из смеси порошков Ti, Al и Nb.
  2. Анализ морфологии поверхности единичных треков показал, что бездефектные треки получаются при использовании мощности лазера в интервале от 100 до 150 Вт и скоростях сканирования от 200 до 450 мм/с.
  3. При значениях скорости начиная от 500 мм/с и выше треки начинают терять свою стабильность в результате чего на поверхности трека образуются «шарики».
  4. Изменение концентрации алюминия в полученных треках можно объяснить его диффузией в подложку из сплава ВТ6.
Литература
  1. Kothari K., Radhakrishnan R., Wereley N.M., Sudarshan T.S. Microstructure and mechanical properties of consolidated gamma titanium aluminides. Powder Metall, 2007, vol. 50, pp. 21–27. https://doi.org/10.1179/174329007X186471
  2. Kunal Kothari R., Radhakrishnan R., Wereley N.M. Advances in gamma titanium aluminides and their manufacturing techniques. Prog. Aerosp. Sci., 2012, vol. 55, pp. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2012.04.001
  3. Wu X. Review of alloy and process development of TiAl alloys. Intermetallics, 2006, vol. 14, pp. 1114–1122. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2005.10.019
  4. Gu D., Wang Z., Shen Y., Li Q., Li Y. In-situ tic particle reinforced Ti–Al matrix composites: powder preparation by mechanical alloying and selective laser melting behavior. Appl. Surf. Sci., 2009, vol. 255, pp. 9230–9240. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2009.07.008
  5. Froes F.H., Mashl S.J., Hebeisen J.C., Moxson V.S., Duz V.A. The technologies of titanium powder metallurgy. JOM (J. Occup. Med.), 2004, vol. 56, pp. 46–48. https://doi.org/10.1007/s11837-004-0252-x
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.