ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО НАПЛАВЛЕНИЯ ПОРОШКА СТАЛИ 316L

Прямое лазерное наплавление металлических порошков является одним из методов аддитивного производства функциональных изделий и заключается в сплавлении металлических порошков лазерным лучом в среде инертного газа. Основные параметры процесса – мощность лазерного излучения, скорость и траектория перемещения лазерного луча, расход порошка. Каждый из них подбирают в зависимости от типа сплава, что в совокупности влияет на структурои дефектообразование в изделиях. В настоящей работе методом прямой лазерной наплавки порошка стали аустенитного класса марки 316L были получены экспериментальные образцы прямоугольного сечения. С помощью сканирующей электронной микроскопии исследована микроструктура, изучены изломы образцов с целью определения структурных особенностей и выявления дефектов (пор, раковин, кристаллизационных трещин и оксидных включений). Проведены испытания на одноосное растяжение и испытания по оценке твердости. Представлен анализ влияния траектории перемещения лазерного луча во время наплавки на микроструктуру и свойства образцов. Установлено, что при мощности лазерного излучения 250 Вт и скорости сканирования 16 мм/с происходит формирование дисперсной структуры со средним размером кристаллитов 1,3–1,9 мкм, что обуславливает высокий уровень характеристик механических свойств экспериментальных образцов. Показано, что при использовании продольной траектории перемещения лазерного луча (вдоль наибольшего размера образца) предел прочности достигает значения 730 МПа при относительном удлинении 25 %, что превышает уровень характеристик механических свойств стали 316L на 110 МПа.

1. Mingming M., Zemin W., Dengzhi W., Xiaoyan Z. Control of shape and performance for direct laser fabrication of precision large-scale metal parts with 316L stainless steel. Opt. Laser Technol. 2013. Vol. 45. Р. 209—216.

2. Srivastava D.I., Chang I.T., Loretto M.H. The effect of process parameters and heat treatment on the microstructure of direct laser fabricated TiAl alloy samples. Intermetallics. 2001. Vol. 9. P. 1003—1013.

3. Dongdong G., Yves-Christian H., Meiners W., Meng G., Batista Santos R.J., Wissenbach K., Poprawe R. Densification behavior, microstructure evolution, and wear performance of selective laser melting processed commercially pure titanium. Acta Mater. 2012. Vol. 60. P. 3849—3860.

4. Xiang X., Gaoyang M., Yuanqing L., Ping J., Xinyu S., Chunming W. Morphologies, microstructures, and mechanical properties of samples produced using laser metal deposition with 316 L stainless steel wire. Opt. Lasers Eng. 2017. Vol. 94. P. 1—11.

5. Mingming M., Zemin W., Xiaoyan Z. A comparison on metallurgical behaviors of 316L stainless steel by selective laser melting and laser cladding deposition. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 685. P. 265—273.

6. Dewidar M.M., Dalgarno K.W., Wright C.S. Processing conditions and mechanical properties of high-speed steel parts fabricated using direct selective laser sintering. Proc. Inst. Mech. Eng. Part B: J. Eng. Manuf. 2003. Vol. 217. P. 1651—1662.

7. Yadroitsev I., Smurov I. Surface morphology in selective laser melting of metal powders. Phys. Procedia A. 2011. Vol. 12. P. 264—270.

8. Yasa E., Kruth J. Application of laser re-melting on selective laser melting parts. Adv. Product. Eng. Manag. 2011. Vol. 6. No. 4. P. 259—270.

9. Brandt M. The role of lasers in additive manufacturing. In: Materials, design, technologies, and applications. Electronic and Optical Materials. 2017. P. 1—18.

10. Yali L., Dongdong G. Parametric analysis of thermal behavior during selective laser melting additive manufacturing of aluminum alloy powder. Mater. Design. 2014. Vol. 63. P. 856—867.

11. Tabernero I., Lamikiz A.., Martinez S., Ukar E., Figueras J. Evaluation of the mechanical properties of Inconel 718 components built by laser cladding. Int. J. Machine Tools Manuf. 2011. Vol. 52. P. 465—470.

12. Doubenskaia M., Pavlov M., Grigoriev S., Tikhonova E., Smurov I. Comprehensive optical monitoring of selective laser melting. JLMN — J. Laser Micro/Nanoeng. 2012. Vol. 7. No. 3. P. 236—243.

13. Marcua T., Todeab M., Gligora I., Bercec P., Popa C. Effect of surface conditioning on the flowability of Ti6Al7Nb powder for selective laser melting applications. Appl. Surf. Sci. 2012. Vol. 258. P. 3276—3282.

14. Ruidi L., Yusheng S., Zhigang W., Li W., Jinhui L., Wei J. Densification behavior of gas and water atomized 316L stainless steel powder during selective laser melting. Appl. Surf. Sci. 2010. Vol. 256. P. 4350—4356.

15. Wang D., Song C., Yang Y., Bai Y. Investigation of crystal growth mechanism during selective laser melting and mechanical property characterization of 316L stainless steel parts. Mater. Design. 2016. Vol. 100. Р. 291—299.

16. Wang X., Deng D., Qi M., Zhang H. Influences of deposition strategies and oblique angle on properties of AISI316L stainless steel oblique thin-walled part by direct laser fabrication. Opt. Laser Technol. 2016. Vol. 80. Р. 138—144.

17. Zhang B., Dembinski L., Coddet C. The study of the laser parameters and environment variables effect on mechanical properties of high compact parts elaborated by selective laser melting 316L powder. Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 584. Р. 21—31.

18. Zhang K., Wang S., Liu W., Shang X. Characterization of stainless steel parts by Laser Metal Deposition Shaping. Mater. Design. 2014. Vol. 55. Р. 104—119.

19. Yadollahi A., Shamsaei N., Thompson S.M., Seely D.W. Effects of process time interval and heat treatment on the mechanical and microstructural properties of direct laser deposited 316L stainless steel. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 644. Р. 171—183.

20. Cheikh H.E., Courant B., Branchu S., Huang X., Hascoet J.-Y., Guillen R. Direct laser fabrication process with coaxial powder projection of 316L steel. Geometrical characteristics and microstructure characterization of wall structures. Opt. Lasers Eng. 2012. Vol. 50. Р. 1779—1784.

21. Olakanmi E.O. Selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of pure Al, Al—Mg, and Al—Si powders: Effect of processing conditions and powder properties. J. Mater. Process. Technol. 2013. Vol. 213. Р. 1387—1405.

22. Попкова И.С., Золоторевский В.С., Солонин А.Н. Производство изделий из алюминия и его сплавов методом селективного лазерного плавления. Технол. Легких сплавов. 2015. No. 4. C. 14—24; Popkova I.S., Zolotorevsky V.S., Solonin A.N. Proizvodstvo izdelii iz alyuminiya i ego splavov metodom selektivnogo lasernogo plavleniya [Manufacturing of details by selective laser melting of aluminium alloys]. Tekhnologiya legkikh splavov. 2015. No. 4. Р. 14—24.

23. ГОСТ 25849-83. Порошки металлические. Метод определения формы частиц. М.: Изд-во стандартов, 1983; GOST 25849-83. Poroshki metallicheskie. Metod opredeleniya formy chastits [Metallic powders. Method for determination of particle shape]. Moscow: Izdatel’stvo standartov, 1983.

24. ГОСТ 23402-78. Порошки металлические. Микроскопический метод определения размеров частиц. М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1985; GOST 23402-78. Poroshki metallicheskie. Mikroskopicheskii metod opredeleniya razmerov chastits [Metallic powders. Microscopic method for determining particle size]. Moscow: Gosudarstvennyi komitet SSSR po standartam, 1989.

25. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Методы измерения твердости по Виккерсу. М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1987; GOST 2999-75. Metally i splavy. Metody izmereniya tverdosti po Vikkersu [Metals and alloys. Methods of measuring the Vickers hardness]. Moscow: Gosudarstvennyi komitet SSSR po standartam, 1987.

26. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1993; GOST 1497-84. Metally. Metody ispytanii na rastyazhenie [Metals. Tensile test methods]. Moscow: Izdatel’stvo standartov, 1993.