Полина Николаевна Килина – к.т.н., доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения», вед. науч. сотрудник ЦКП «Центр аддитивных технологий»
Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29
Polina N. Kilina – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Innovative Engineering Technologies, Leading Researcher, Shared Research Facility “Center for Additive Technologies”
29 Komsomolskiy Prosp., Perm 614990, Russia
Андрей Александрович Дроздов – ст. преподаватель кафедры «Инновационные технологии машиностроения», ст. науч. сотрудник ЦКП «Центр аддитивных технологий»
Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29
Andrey A. Drozdov – Senior Lecturer, Department of Innovative Engineering Technologies, Senior Researcher, Shared Research Facility “Center for Additive Technologies”
29 Komsomolskiy Prosp., Perm 614990, Russia
Андрей Алексеевич Сметкин – к.т.н., доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций»
Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29
Andrey A. Smetkin – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Mechanics of Composite Materials and Structures
29 Komsomolskiy Prosp., Perm 614990, Russia
Георгий Андреевич Гордеев – к.ф.-м.н., вед. науч. сотрудник ЦКП «Центр аддитивных технологий»
Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29
Georgii A. Gordeev – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Leading Researcher, Shared Research Facility “Center for Additive Technologies”
29 Komsomolskiy Prosp., Perm 614990, Russia
Максим Николаевич Каченюк – д.т.н., профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций»
Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29
Maksim N. Kachenyuk – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Mechanics of Composite Materials and Structures
29 Komsomolskiy Prosp., Perm 614990, Russia
Евгений Александрович Морозов – к.т.н., доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения»
Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29
Evgeniy A. Morozov – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Innovative Engineering Technologies
29 Komsomolskiy Prosp., Perm 614990, Russia
Проведено исследование свойств исходного порошкового материала TiNi и сетчатых образцов на его основе, полученных селективным лазерным плавлением. Установлены факторы, влияющие на механические характеристики таких сетчатых образцов. С помощью лазерного дифракционного анализа определены гранулометрический состав и морфология частиц, энергодисперсионным рентгенофлуоресцентным анализом – элементный состав исходного порошка. Выполнено томографическое исследование порошковой пробы и полученных образцов. Изучены технологические свойства порошка по стандартным методикам ГОСТ. Методом селективного лазерного плавления получены сетчатые образцы различной конфигурации. Методом конечных элементов осуществлено численное моделирование напряженно-деформированного состояния. Проведена серия натурных экспериментов на сжатие спиральных и синусоидальных сетчатых конструкций с дальнейшим фрактографическим исследованием. Установлено содержание химических элементов в порошке: Ti – 45,41 мас. %, Ni – 54,59 мас. %; инородных включений не обнаружено. Размер частиц составляет 5–63 мкм, средний размер – 33,566 мкм; насыпная плотность, плотность утряски и текучесть – 3,92 г/см3, 4,29 г/см3 и 17,1 с/50 г соответственно. Лазерным сплавлением получены синусоидальные и спиральные образцы диаметром 2 мм и высотой 15 мм с толщиной перемычки 150 мкм. Результаты численных экспериментов показали, что максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу в перемычках достигают значений предела текучести материала и локализуются в зонах начала разветвления узлов. В ходе натурных испытаний на сжатие получены зависимости «напряжение–деформация» для образцов в различных сечениях. Выявлено, что напряжения в серединах узлов перемычек составляют 173,25 ± 8,67 МПа для синусоидальных и 148,75 ± 7,44 МПа для спиральных конструкций, а в области разветвления перемычек – соответственно 74,93 ± 7,50 и 74,38 ± 7,44 МПа. Фрактографическим анализом изломов установлен смешанный механизм разрушения.
The properties of the initial TiNi powder and lattice specimens fabricated from it by selective laser melting (SLM), were investigated, and the factors affecting their mechanical performance were identified. The particle-size distribution and particle shape characteristics were determined by laser diffraction, while the elemental composition of the initial powder was determined by energy- dispersive X-ray fluorescence spectroscopy. X-ray computed tomography was performed on both the powder sample and the fabricated specimens. The processing characteristics of the powder were evaluated in accordance with the applicable GOST standards. Spiral and sinusoidal lattice specimens were fabricated by SLM. Their stress–strain response was simulated using the finite element method. The specimens were then subjected to compression testing followed by fractographic examination. The powder contained 45.41 wt. % Ti and 54.59 wt. % Ni, and no foreign particles were detected. Particle sizes ranged from 5 to 63 μm, with a median particle size of 33.566 μm. The bulk density, tapped density, and Hall flow rate were 3.92 g/cm3, 4.29 g/cm3, and 17.1 s/50 g, respectively. Sinusoidal and spiral specimens with a diameter of 2 mm, a height of 15 mm, and a strut thickness of 150 μm were produced by SLM. The numerical results showed that the maximum von Mises equivalent stresses in the struts reached the yield strength of the material and was concentrated at the junctions where the struts began to branch. Compression testing yielded stress-strain curves for the specimens in different cross-sections. The stresses in the central regions of the strut junctions were 173.25 ± 8.67 MPa for the sinusoidal structures and 148.75 ± 7.44 MPa for the spiral structures, whereas the stresses in the strut branching regions were 74.93 ± 7.50 MPa and 74.38 ± 7.44 MPa, respectively. Fractographic analysis revealed a mixed fracture mechanism.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.