eng
Выпуск #3/2014
А.Меркушев, М.Ильиных, А.Фефелов
Исследование образцов из алюминиевого сплава, изготовленных методом селективного лазерного сплавления
Исследование образцов из алюминиевого сплава, изготовленных методом селективного лазерного сплавления
Просмотры: 9047
Новые лазерные аддитивные технологии расширяют возможности машиностроителей – способствуют снижению веса, предоставляют неограниченную свободу в проектировании, изготовлении сложных аэродинамических поверхностей, новых конструкций, которые невозможно получить иными методами формообразования.
В настоящее время самым инновационным и быстрорастущим сектором современной промышленности является сектор аддитивных технологий (АТ). Интерес к данному направлению настолько велик, что ежегодный прирост рынка АТ превышает 25%, а общий его объем в 2013 году составил более 3 млрд. долларов США; по данным аналитиков, к 2020 году он вырастет до 12 млрд. долларов США [1]. Одной из интенсивно развивающихся технологий аддитивного производства изделий является технология послойного селективного лазерного сплавления (SLM) металлических порошков. Технология SLM имеет множество очевидных преимуществ, главные из которых – сокращение процесса изготовления деталей до 2–3 дней, экономия материала до 80% и изготовление деталей таких сложных конструкций, которые невозможно получить при помощи традиционных технологий формообразования. В процессе модернизации машиностроения, который происходит на наших глазах, АТ приобретают статус стратегически важных и приоритетных технологических переделов.
Перед коллективом авторов стояла задача исследовать возможность замены существующей технологии изготовления ряда деталей, применяемых в приборостроении, на технологию лазерного сплавления (SLM) металлических порошков. Методом SLM на установке EOSINT M280 из порошкового материала AlSi10Mg были изготовлены четыре образца. Направление их выращивания выдерживали перпендикулярно плоскости сплавления слоев. Затем их исследовали согласно методике ГОСТ 1497 тип III №7. В результате ряда испытаний определены механические свойства образцов, твердость по Бринеллю, проведен анализ микроструктуры, выполнен электронно-микроскопический и микрорентгеноспектральный анализ образцов. Для этих целей применяли следующее приборы:
для определения механических свойств образцов при температуре 23,5°С – оборудование INSTRON 5585HJ9421;
для определения твердости по Бринеллю – установку КВ250RV Ø2,5;
для анализа микроструктуры образцов – оптический микроскоп с увеличениями ×50, ×500 и ×1000;
для электронно-микроскопического и микрорентгеноспектрального анализа образцов – сканирующий электронный микроскоп JSM-5900LV c приставкой электронно-зондового микроанализатора.
В результате испытаний установлено, что механические свойства образцов, полученных методом SLM, характеризуются высокой стабильностью и составляют:
временное сопротивление разрушению σB = 323 МПа;
относительное удлинение δ = 5,5%;
твердость 110 HBW.
Микроструктура по всему сечению образца однородна и представляет собой эвтектическую структуру. Снимки структуры образцов (рис.1 и 2) свидетельствуют о тонкой дисперсности фазовых составляющих, образующих эвтектику.
Железосодержащие фазы характеризуются очень высокой дисперсностью и равномерным распределением по сечению исследуемого образца (рис.3). Их размер составляет около 0,5 мкм. Методами электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа определен состав разных микрообъемов сплава. Выявлена микронеоднородность по распределению кремния в микроструктуре сплава.
В результате проведенных исследований можно с уверенностью сказать, что полученные результаты свидетельствуют о высоких механических свойствах, позволяющих использовать детали, изготовленные методом SLM в ответственных узлах современных машин и оборудования.
Литература
Wohlers Report 2013. Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry. – Annual Worldwide Progress Report, p. 4– 8.
Назаров А.П. Перспективы быстрого прототипирования методом селективного лазерного спекания/плавления. – Вестник МГТУ "Станкин", 2011, т.1. №4, с.46– 52.
Нogan H. Photonics Helps Create Greener Airways. – Photonics Spectra, 2013, №9, p.38–40.
Перед коллективом авторов стояла задача исследовать возможность замены существующей технологии изготовления ряда деталей, применяемых в приборостроении, на технологию лазерного сплавления (SLM) металлических порошков. Методом SLM на установке EOSINT M280 из порошкового материала AlSi10Mg были изготовлены четыре образца. Направление их выращивания выдерживали перпендикулярно плоскости сплавления слоев. Затем их исследовали согласно методике ГОСТ 1497 тип III №7. В результате ряда испытаний определены механические свойства образцов, твердость по Бринеллю, проведен анализ микроструктуры, выполнен электронно-микроскопический и микрорентгеноспектральный анализ образцов. Для этих целей применяли следующее приборы:
для определения механических свойств образцов при температуре 23,5°С – оборудование INSTRON 5585HJ9421;
для определения твердости по Бринеллю – установку КВ250RV Ø2,5;
для анализа микроструктуры образцов – оптический микроскоп с увеличениями ×50, ×500 и ×1000;
для электронно-микроскопического и микрорентгеноспектрального анализа образцов – сканирующий электронный микроскоп JSM-5900LV c приставкой электронно-зондового микроанализатора.
В результате испытаний установлено, что механические свойства образцов, полученных методом SLM, характеризуются высокой стабильностью и составляют:
временное сопротивление разрушению σB = 323 МПа;
относительное удлинение δ = 5,5%;
твердость 110 HBW.
Микроструктура по всему сечению образца однородна и представляет собой эвтектическую структуру. Снимки структуры образцов (рис.1 и 2) свидетельствуют о тонкой дисперсности фазовых составляющих, образующих эвтектику.
Железосодержащие фазы характеризуются очень высокой дисперсностью и равномерным распределением по сечению исследуемого образца (рис.3). Их размер составляет около 0,5 мкм. Методами электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа определен состав разных микрообъемов сплава. Выявлена микронеоднородность по распределению кремния в микроструктуре сплава.
В результате проведенных исследований можно с уверенностью сказать, что полученные результаты свидетельствуют о высоких механических свойствах, позволяющих использовать детали, изготовленные методом SLM в ответственных узлах современных машин и оборудования.
Литература
Wohlers Report 2013. Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry. – Annual Worldwide Progress Report, p. 4– 8.
Назаров А.П. Перспективы быстрого прототипирования методом селективного лазерного спекания/плавления. – Вестник МГТУ "Станкин", 2011, т.1. №4, с.46– 52.
Нogan H. Photonics Helps Create Greener Airways. – Photonics Spectra, 2013, №9, p.38–40.
Отзывы читателей
