Особенности влияния горячего изостатического прессования и термообработки на структуру и свойства мартенситно-стареющей стали, полученной методом селективного лазерного сплавления

Методом селективного лазерного сплавления (СЛС) в среде азота при подогреве до температуры 200 °С получены образцы в положении 0° относительно плиты построения. Изучено влияние горячего изостатического прессования (ГИП) и термообработки (ТО: закалка + старение) на структуру и механические свойства мартенситно-стареющей стали CL50 WS (российский аналог – ЧС4). Для анализа влияния постобработки на прочностные характеристики (σв, σ0,2, δ, ψ) проведены испытания на разрыв. Их результаты показали высокие значения прочности и пластичности. Установлено, что в результате ТО в структуре стали, помимо α-Fe, γ-Fe, образуются дисперсные выделения упрочняющей фазы NiTi3, идентификацию которой проводили методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Благодаря интерметаллидной фазе NiTi3, сталь приобрела повышенные предел прочности и предел текучести, требуемые для производства ответственных узлов и деталей высоконагруженных дисков турбомашин. Проанализировано изменение пористости образцов до и после ГИП. Исследованы микроструктуры образцов и изменения, происходящие под влиянием различных вариантов постобработки. Мелкозернистая однородная структура, полученная при сочетании СЛС, ГИП и ТО, обеспечила оптимальные показатели прочности и пластичности. Анализ изломов после механических испытаний показал, что образцы после постобработки разрушаются по вязко-ямочному механизму с образованием шейки.

1. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. М.: Металлургия, 1982.

2. Панов В.С., Чурилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них: Учеб. для вузов. М.: МИСиС, 2001.

3. Бабич Б.Н. Металлические порошки и порошковые материалы. М.: Экомет, 2005.

4. Раковский В.С., Силаев А.Ф., Xодкин В.И., Фаткуллин О.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов и тугоплавких металлов. М.: Металлургия, 1974.

5. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Производство металлических порошков. Т. 1. Формование и спекание порошков: Учеб. для вузов. М.: МИСИС, 2001.

6. Акименко В.Б., Гуляев И.А., Калашникова О.Ю., Секачев М.А., Гаврилов В.А., Гаврилов С.А. Железные и легированные порошки в России — промышленные технологии и перспективные разработки. В сб.: Инженерия поверхности. Новые порошковые композиционные материалы. Сварка. Ч. 1. Под. ред. П.А. Витязь. Минск: Институт порошковой металлургии, 2011. С. 60—65.

7. Оглезнева С.А. Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов: Учеб. пос. Пермь: Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та, 2012.

8. Ильющенко А.Ф., Савич В.В. Порошковая металлургия — одна из первых аддитивных технологий. В сб.: Аддитивные технологии, материалы и конструкции: Матер. науч.-техн. конф. (Гродно, 5—6 октября 2016 г.). Гродно: ГрГУ, 2016. С. 20—30.

9. Геров М.А., Каясова А.О., Терентьев В.Ф., Просвирнин Д.В., Колмаков А.Г. Механические свойства и особенности разрушения высокопрочной мартенситно-стареющей стали, полученной селективным лазерным сплавлением. Деформация и разрушение материалов. 2021. No. 9. С. 2—10.

10. Ullah R., Akmal J.S. Anisotropy of additively manufactured 18Ni300 maraging steel: threads and surface characteristics. Procedia CIRP. 2020. Vol. 93. P. 68—78.

11. Kucerova L., Zetkova I., Jenicek S., Burdova K. Hybrid parts produced by deposition of 18Ni300 maraging steel via selective laser melting on forged and heat treated advanced high strength steel. Add. Manuf. 2020. Vol. 32.P. 100—111.

12. Караваев А.К., Пучков Ю.А. Исследование структуры и свойств сплава ALSI10MG, полученного методом селективного лазерного сплавления. Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2020. No. 5. С. 71—85.

13. Deng H., Qiu W., Cao S., Chen L., Hu Z., Wei Y., Xia Z., Zhou L., Cui X., Tang J. Heat-treatment induced microstructural evolution and enhanced mechanical property of selective laser melted near beta Ti—5Al—5Mo—5V—3Cr—1Zr alloy. J. Alloys Compd. 2021. Vol. 858. Art. 158351.

14. Богачев И.А., Сульянова Е.А., Сухов Д.И., Мазалов П.Б. Исследование микроструктуры и свойств коррозионностойкой стали системы Fe—Cr—Ni, полученной методом селективного лазерного сплавления. Тр. ВИАМ. 2019. No. 3 (75). С. 3—13.

15. Nigon G.N., Isgor O.B., Pasebani S. The effect of annealing on the selective laser melting of 2205 duplex stainless steel: Microstructure, grain orientation, and manufacturing challenges. Opt. Laser Technol. 2021. Vol. 134. Art. 106643.

16. Rasa T., Anderson J., Svensson L.-E. Microstructure of selective melted alloy 718 in As-manufactured and post heat treated condition. Proc. Manuf. 2018. P. 450—458.

17. Yang W., Zhang X., Ma F., Dong S., Jiang J. Selective laser melting of 1.2738 mold steel: densification, microstructure and microhardness. Mater. Res. Express. 2021. Vol. 8. Iss. 1. Art. 016525.

18. Tan C., Zhou K., Ma W., Zhang P., Liu M., Kuang T. Microstructural evolution, nanoprecipitation behavior and mechanical properties of selective laser melted highperformance grade 300 maraging steel. Mater. Desing. 2017. Vol. 134. P. 23—34.

19. Hong Y., Dong D.D., Lin S.S., Wang W., Tang C.M., Kuang T.C., Dai M.J. Improving surface mechanical properties of the selective laser melted 18Ni300 maraging steel via plasma nitriding. Surf. Coat. Technol. 2021. Vol. 406. Art. 126675.

20. Sun H., Chu X., Liu Z., Gisele A., Zou Y. Selective laser melting of maraging steels using recycled powders: A comprehensive microstructural and mechanical investigation. Metall. Mater. Trans. A. 2021. Vol. 52. Iss. 5. DOI: 10.1007/s11661-021-06180-1. P. 52.

21. Mayer H., Schuller R., Fitzka M., Tran D., Pennings B. Very high cycle fatigue of nitrided 18Ni maraging steel sheet. Int. J. Fatig. 2014. Vol. 64. P. 140—146.

22. Yin S., Chen C., Yan X., Feng X., Jenkins R., O’Reilly P., Liu M., Li H., Lupoi R. The influence of aging temperature and aging time on the mechanical and tribological properties of selective laser melted maraging 18Ni-300 steel. Add. Manuf. 2018. Vol. 22. P. 592—600.