Грант РФФИ. Номер проекта 21-58-12019
Руководитель проекта Климова-Корсмик Ольга Геннадьевна
Срок реализации: 2021-2023
Аннотация
Проект посвящен описанию металлургических процессов, происходящих в процессе аддитивных технологий, в частности в технологии прямого лазерного выращивания из никелевых суперсплавов с высокой долей легирующих компонентов, и их связи с появлением горячих трещин в повторно затвердевшем металле. Предлагаемая исследовательская программа объединяет в себе изготовление и микроструктурный анализ выращенных образцов и построение на основе диффузионно-реакционного подхода кинетической модели процесса кристаллизации сплава в условиях многократного термоциклирования, характерного для аддитивных технологий. Специфика тепловых процессов в модели будет учтена за счет использования как реальных измеренных, так и смоделированных температурных циклов, и локальных температурных градиентов. В основной части проекта будут определены характерные локальные температурные градиенты и скорости охлаждения для разных конструкций наплавляемых образцов, а также различные стратегии сканирования, соответствующие заданной микроструктуре.
Описание металлургических механизмов, сопутствующих эвтектическим фазовым реакциям (жидкость – γ-фаза + γ’-фаза / жидкость – γ -фаза + γ’-фаза+MC/M6C) в условиях аддитивного производства и их влияние на возникновение горячих трещин является еще одной важной проблемой, решение которой будет способствовать пониманию механизмов трещинообразования в суперсплаве на основе никеля, а также определению технологических путей их предотвращения. Все эти меры помогут продвинуть технологии аддитивного производства в различные сферы промышленности и повысят уверенность в безопасном применении таких изделий в ответственных конструкциях.
Промежуточный отчет, 1 год проекта
Проект посвящен описанию металлургических процессов, происходящих в процессе аддитивных технологий, в частности в технологии прямого лазерного выращивания из суперсплавов на основе никеля, и их связи с появлением горячих трещин в повторно затвердевшем металле. Предлагаемая исследовательская программа объединяет в себе изготовление и микроструктурный анализ выращенных образцов, и построение на основе диффузионно-реакционного подхода кинетической модели процесса кристаллизации сплава в условиях многократного термоциклирования, характерного для аддитивных технологий.
За первый год выполнения проекта был выполнен Металлургический анализ условий фазового равновесия при высокой температуре в рассматриваемом сплаве, включающий анализ условий фазовых превращений в никелевых суперсплавах, анализ существующих моделей формирования структуры в никелевых сплавах, анализ существующих моделей термических полей в условиях экстремального нагрева и охлаждения, анализ причин трещинообразования в никелевых суперсплавах, в том числе в сплавах типа Rene. По результатам проведенного анализа были выделены ключевые параметры моделирования процесса фазовых превращений в никелевых суперсплавов типа Rene (с интерметаллидным упрочнением).
Были проведены экспериментальные исследования прямого лазерного выращивания из сплавов Rene 41 и Rene 80. Были изготовлены образцы с различным количеством наплавленных слоев. Образцы из сплава М Rene 41 не имеют трещин в различном диапазоне параметров процесса прямого лазерного выращивания. В сплаве Rene 80 обнаружены трещины различного размера. Была проведена металлографическая оценка с испрользование6м оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии и количественное определение фаз в рассматриваемом сплаве. Причиной возникновения трещин в объеме могут стать объемные изменения в процессе кристаллизации, которые зависят от скорости кристаллизации сплава и, соответственно, от выбранных режимов процесса. Мощность и скорость наплавки оказывает влияние на процесс кристаллизации и на появление трещин после воздействия на карбиды и карбонитриды, находящиеся в основном материале. Также влияние оказывает наличие примесей в порошке, используемом для наплавки. Анализ исследований позволил выявить закономерности кристаллизации в оплавляемых и наплавляемых образцах, образования дефектов и характер их появления в зависимости от технологических параметров лазерной обработки.
Руководитель проекта Климова-Корсмик Ольга Геннадьевна
Срок реализации: 2021-2023
Аннотация
Проект посвящен описанию металлургических процессов, происходящих в процессе аддитивных технологий, в частности в технологии прямого лазерного выращивания из никелевых суперсплавов с высокой долей легирующих компонентов, и их связи с появлением горячих трещин в повторно затвердевшем металле. Предлагаемая исследовательская программа объединяет в себе изготовление и микроструктурный анализ выращенных образцов и построение на основе диффузионно-реакционного подхода кинетической модели процесса кристаллизации сплава в условиях многократного термоциклирования, характерного для аддитивных технологий. Специфика тепловых процессов в модели будет учтена за счет использования как реальных измеренных, так и смоделированных температурных циклов, и локальных температурных градиентов. В основной части проекта будут определены характерные локальные температурные градиенты и скорости охлаждения для разных конструкций наплавляемых образцов, а также различные стратегии сканирования, соответствующие заданной микроструктуре.
Описание металлургических механизмов, сопутствующих эвтектическим фазовым реакциям (жидкость – γ-фаза + γ’-фаза / жидкость – γ -фаза + γ’-фаза+MC/M6C) в условиях аддитивного производства и их влияние на возникновение горячих трещин является еще одной важной проблемой, решение которой будет способствовать пониманию механизмов трещинообразования в суперсплаве на основе никеля, а также определению технологических путей их предотвращения. Все эти меры помогут продвинуть технологии аддитивного производства в различные сферы промышленности и повысят уверенность в безопасном применении таких изделий в ответственных конструкциях.
Промежуточный отчет, 1 год проекта
Проект посвящен описанию металлургических процессов, происходящих в процессе аддитивных технологий, в частности в технологии прямого лазерного выращивания из суперсплавов на основе никеля, и их связи с появлением горячих трещин в повторно затвердевшем металле. Предлагаемая исследовательская программа объединяет в себе изготовление и микроструктурный анализ выращенных образцов, и построение на основе диффузионно-реакционного подхода кинетической модели процесса кристаллизации сплава в условиях многократного термоциклирования, характерного для аддитивных технологий.
За первый год выполнения проекта был выполнен Металлургический анализ условий фазового равновесия при высокой температуре в рассматриваемом сплаве, включающий анализ условий фазовых превращений в никелевых суперсплавах, анализ существующих моделей формирования структуры в никелевых сплавах, анализ существующих моделей термических полей в условиях экстремального нагрева и охлаждения, анализ причин трещинообразования в никелевых суперсплавах, в том числе в сплавах типа Rene. По результатам проведенного анализа были выделены ключевые параметры моделирования процесса фазовых превращений в никелевых суперсплавов типа Rene (с интерметаллидным упрочнением).
Были проведены экспериментальные исследования прямого лазерного выращивания из сплавов Rene 41 и Rene 80. Были изготовлены образцы с различным количеством наплавленных слоев. Образцы из сплава М Rene 41 не имеют трещин в различном диапазоне параметров процесса прямого лазерного выращивания. В сплаве Rene 80 обнаружены трещины различного размера. Была проведена металлографическая оценка с испрользование6м оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии и количественное определение фаз в рассматриваемом сплаве. Причиной возникновения трещин в объеме могут стать объемные изменения в процессе кристаллизации, которые зависят от скорости кристаллизации сплава и, соответственно, от выбранных режимов процесса. Мощность и скорость наплавки оказывает влияние на процесс кристаллизации и на появление трещин после воздействия на карбиды и карбонитриды, находящиеся в основном материале. Также влияние оказывает наличие примесей в порошке, используемом для наплавки. Анализ исследований позволил выявить закономерности кристаллизации в оплавляемых и наплавляемых образцах, образования дефектов и характер их появления в зависимости от технологических параметров лазерной обработки.