Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

А. Е. Рубанов, аспирант
М. Г. Исаенкова, профессор, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: MGIsaenkova@mephi.ru
О. А. Крымская, доцент, канд. физ.-мат. наук

АО «НПО «ЦНИИТМАШ», Москва, Россия:

А. В. Юдин, заведующий лабораторией

Исследовано влияние стратегии сканирования (однопроходной, шахматной и с поворотом направления движения луча на 60 град между слоями) при селективном лазерном плавлении и термообработке на кристаллографическую текстуру и механические свойства образцов из сплава ВЖ159. Использование различных стратегий сканирования приводит к формированию в образцах двух типов кристаллографической текстуры: при однопроходной стратегии наблюдается усиление аксиальной компоненты <100>, в остальных случаях — текстурной компоненты {100}<001>. После печати образцы подвергали различным видам термообработки: закалке с температуры 1100 ^oC; закалке с температуры 1100 ^oC и старению при температурах 800 и 700 ^oC; закалке с температуры 1100 ^oC и старению при температурах 900, 800, 700 и 650 ^oC. При комнатной температуре проведения испытаний термообработка (старение) приводит к повышению пределов текучести и прочности в результате выделения вторичных фаз по границам и в теле зерна, но при этом снижается пластичность. В испытаниях при высокой температуре не установлено повышения прочности после термообработки. В образцах при всех режимах термообработки наблюдается анизотропия механических свойств, вызванная сохраняющейся после термообработки кристаллографической текстурой. Макси мальные значения пределов прочности и текучести обнаружены при приложении нагрузки под углом 45^о. к направлению роста изделия при печати. При этом характер анизотропии предела текучести сохраняется при высокой температуре механических испытаний (850 ^oC) и не зависит от количества выделившихся дополнительных фаз, что свидетельствует об определяющей роли кристаллографической текстуры в формировании анизотропии свойств.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования РФ (Соглашение № 075-15-2021-1352).

1. Satish G. J., Gaitonde V. N., Kulkarni V. N. Traditional and non-traditional machining of nickel-based superalloys : A brief review // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 44, Iss. 1. P. 1448–1454. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.11.632.
2. Tang L., Liang J., Cui Ch., Li J., Zhou Y. et al. Influence of Co content on the microstructures and mechanical properties of a Ni – Co base superalloy made by specific additive manufacturing process // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 786. P. 139438. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139438.
3. Wang K., Du D., Liu G., Pu Ze, Chang B., Ju J. Microstructure and mechanical properties of high chromium nickel-based superalloy fabricated by laser metal deposition // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 780. P. 139185. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139185.
4. Marchese G., Lorusso M., Parizia S., Bassini E. et al. Influence of heat treatments on microstructure evolution and mechanical properties of Inconel 625 processed by laser powder bed fusion // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 729. P. 64–75. DOI: 10.1016/j.msea.2018.05.044.
5. Graybill B., Li M., Malawey D., Ma C. et al. Additive manufacturing of nickel-based superalloys // Proceedings of the ASME 2018 13^th International Manufacturing Science and Engineering Conference. Vol. 1: Additive manufacturing; bio and sustainable manufacturing. College Station, Texas, USA. June 18–22, 2018. V001T01A015. ASME. DOI: 10.1115/MSEC2018-6666.
6. Yu Q., Wang C., Zhao Z., Dong Ch., Zhang Yu. New Ni-based superalloys designed for laser additive manufacturing // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 861. P. 157979. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.157979.
7. Прагер С. М., Солодова Т. В., Татаренко О. Ю. Исследование механических свойств и структуры образцов, полученных методом селективного лазерного сплавления (CЛС) из сплава ВЖ159 // Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ». 2017. Т. 11. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-11-1-1.
8. Каблов Е. Н., Бунтушкин В. П., Морозова Г. И., Базылева О. А. Основные принципы легирования интерметаллида Ni3Al при создании высокотемпературных сплавов // Материаловедение. 1998. № 7. С. 13–15.
9. Мазалов И. С., Евгенов А. Г., Прагер С. М. Перспективы применения жаропрочного структурно-стабильного сплава ВЖ159 для аддитивного производства высокотемпературных деталей ГТД // Авиационные материалы и технологии. 2016. № S1 (43). С. 3–7. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-3-7.
10. Евгенов А. Г., Горбовец М. А., Прагер С. М. Структура и механические свойства жаропрочных сплавов ВЖ159 И ЭП648, полученных методом селективного лазерного сплавления // Авиационные материалы и технологии. 2016. № S1 (43). С. 8–15. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-8-15.
11. Горбовец М. А., Беляев М. С., Рыжков П. В. Сопротивление усталости жаропрочных никелевых сплавов, полученных методом СЛС // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 3 (52). DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-8-15.
12. Clare A. T., Mishra R. S., Merklein M., Tan H. et al. Alloy design and adaptation for additive manufacture // Journal of Materials Processing Technology. 2022. Vol. 299. P. 117358. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117358.
13. Meiera Ch., Penny R. W., Zou Yu, Gibbs J. S. et al. Thermophysical phenomena in metal additive manufacturing by selective laser melting: fundamentals, modeling, simulation and experimentation // Annual Review of Heat Transfer. 2017. — 59 p.
14. Liu X., Wang K., Hu P., He X., Yan B., Zhao X. Formability, microstructure and properties of inconel 718 superalloy fabri cated by selective laser melting additive manufacture techno logy // Materials (Basel). 2021. Vol. 14, Iss. 4. P. 991. DOI: 10.3390/ma14040991.
15. Perlovich Yu. A., Isaenkova M. G., Dobrokhotov P. L., Rubanov A. E. et al. Nonuniformity of the crystallographic texture and the mechanical properties of the austenitic steel 316l plates formed by selective laser melting of a powder // Russian Metallurgy (Metally). 2019. Vol. 2019, No. 1. P. 42–47. DOI: 10.1134/S0036029519010099.
16. Liang Y.-J., Cheng Xu, Li J., Wang H.-M. Microstructural control during laser additive manufacturing of single-crystal nickel-base superalloys: New processing–microstructure maps involving powder feeding // Materials & Design. 2017. Vol. 130. P. 197–207. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.05.066.
17. Liu S. Y., Li H. Q., Qin C. X., Zong R., Fang X. Y. The effect of energy density on texture and mechanical anisotropy in selective laser melted Inconel 718 // Materials & Design. 2020. Vol. 191. DOI: 10.1016/j.matdes.2020.108642.
18. Wang X., Keya T., Chou K. Build height effect on the Inconel 718 parts fabricated by selective laser melting // Procedia Manufacturing. 2016. Vol. 5. P. 1006–1017. DOI: 10.1016/j.promfg.2016.08.089.
19. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Юдин А. В., Рубанов А. Е. Формирование кристаллографической текстуры в образцах различной геометрии из сплава ВТ1-0, полученных методом селективного лазерного плавления порошка // Цветные металлы. 2018. № 12. С. 63–68. DOI: 10.17580/tsm.2018.12.10.
20. Lu Y., Wu S., Gan Y., Huang T. et al. Study on the microstructure, mechanical property and residual stress of SLM Inconel-718 alloy manufactured by differing island scanning strategy // Optics & Laser Technology. 2015. Vol. 75. P. 197–206. DOI: 10.1016/j.optlastec.2015.07.009.
21. Isaenkova M., Perlovich Y., Fesenko V. Modern methods of experimental construction of texture complete direct pole figures by using X-ray data // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 130. P. 12–55. DOI: 10.1088/1757-899X/130/1/012055.
22. Isaenkova M. G., Yudin A. V., Rubanov A. E., Osintsev A. V., Degadnikova L. A. Deformation behavior modelling of lattice structures manufactured by a selective laser melting of 316L steel powder // Journal of materials research and technology. 2020. Vol. 9, Iss. 6. P. 15177–15184.
23. Isaenkova M. G., Perlovich Yu. A., Rubanov A. E., Yudin A. V. Anisotropy of the mechanical properties of austenitic steel products obtained by selective laser melting // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 18. P. 64–68. DOI: 10.17580/cisisr.2019.02.13.
24. Deev A. A., Kuznetcov P. A., Petrov S. N. Anisotropy of mechanical properties and its correlation with the structure of the stainless steel 316l produced by the slm method // Physics Procedia. 2016. Vol. 83. P. 789–796. DOI: 10.1016/j.phpro.2016.08.081.