Исследование физико-механических свойств образцов, полученных по технологии SLM. Часть 1. Предел прочности

Аддитивные технологии в настоящее время активно внедряются на предприятиях судостроительной отрасли. После успешной апробации технологий моделирования методом наплавления (fused deposition modeling, FDM), стереолитографии (stereolithography, SLA), многоструйного моделирования (multi jet modeling, MJM) в части прототипирования и производства полимерных изделий общий вектор развития стремится к освоению технологий металлической печати заготовок и готовых деталей. Работы в этом направлении ведутся на ряде предприятий, и наибольшей популярностью в данном аспекте пользуются технологии селективного лазерного плавления (selective laser melting, SLM), дуговой сварки для сплавления металлической проволоки (wire arc additive manufacturing, WAAM) и высокоскоростного прямого лазерного выращивания (high-speed direct laser deposition, HSDLD). На текущий момент интерес ряда судостроительных компаний вызывает возможность производства заготовок деталей по чертежам отливок с применением технологии SLM. Однако стоит отметить, что в литературных источниках приводятся противоречивые данные о свойствах получаемых образцов, в частности в вопросах наличия анизотропии прочностных характеристик и соответствия геометрических отклонений имеющимся стандартам. Интересно в этом плане производство изделий сложной геометрии из нержавеющих сталей, что может быть использовано при изготовлении рычагов, вилок, корпусов спецоборудования, а также суперкавитирующих винтов и элементов консолей подводных крыльев для маломерных судов. В данной работе описываются физико-механические характеристики и геометрические отклонения образцов, полученных по технологии SLM на установке Laser Cusing M2 из нержавеющей стали 316L. Даются конкретные представления об анизотропии прочностных свойств и соответствии геометрии образцов требованиям к выпускаемой продукции. Представленные материалы могут служить отправной точкой для проведения прочностных расчетов изделий с учетом специфики аддитивных технологий и, в частности, SLM-процесса.

1. Anisotropic response of Ti-6Al-4V alloy fabricated by 3D printing selective laser melting / L. Y. Chen et al. // Materials Science and Engineering. 2017. V. 682. P. 389–395.

2. Anisotropy of additively manufactured Ti-6-4 lattice structure / Y. N. Loginov et al. // AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC. 2019. V. 2176. N 1. P. 020002-1 – 020002-4.

3. A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti6Al-4V / L. Thijs et al. // Acta materialia. 2010. V. 58. N 9. P. 3303–3312.

4. Fatigue characterization of Titanium Ti-6Al-4V samples produced by Additive Manufacturing / A. Chastand et al. // Procedia Structural Integrity. 2016. V. 2. P. 3168–3176.

5. Zhai Y., Galarraga H., Lados D.A. Microstructure evolution, tensile properties, and fatigue damage mechanisms in Ti-6Al-4V alloys fabricated by two additive manufacturing techniques // Procedia Engineering. 2015. V. 114. P. 658–666.

6. Characterization of texture and grain boundary character distributions of selective laser melted Inconel 625 alloy / X. Y. Fang et al. // Materials Characterization. 2018. V. 143. P. 182–190.

7. Microstructure anisotropy and its implication in mechanical properties of biomedical titanium alloy processed by electron beam melting / M. Wang et al. // Materials Science and Engineering: A. 2019. V. 743. P. 123–137.

8. Microstructure and mechanical properties of wire and arc additive manufactured Ti-6Al-4V / F. Wang et al. // Metallurgical and materials transactions A. 2013. V. 44. N 2. P. 968–977.

9. Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser Melting: Microstructure and mechanical properties / B. Vrancken et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2012. V. 541. P. 177–185.

10. Kasperovich G., Hausmann J. Improvement of fatigue resistance and ductility of TiAl6V4 processed by selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2015. V. 220. P. 202–214.

11. Influence of microstructure on high-cycle fatigue of Ti-6Al-4V: Bimodal vs. lamellar structures / R. K. Nalla et al. // Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. V. 33. N 3. P. 899–918.

12. Зобов П. Г., Дектярев А. В., Морозов В. Н. Современные методы 3Dсканирования при размерном анализе судовых моделей с учетом их аддитивного изготовления // Известия КГТУ. 2019. № 53. С. 151–161.