Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия:

В. Ш. Суфияров, ведущий научный сотрудник, эл. почта: vadim.spbstu@yandex.ru
А. А. Попович, проф., директор Института металлургии, машиностроения и транспорта, эл. почта: popovicha@mail.ru
Е. В. Борисов, аспирант, научный сотрудник, эл. почта: evgenii.borisov@icloud.com
И. А. Полозов, аспирант, инженер, эл. почта: igor.polozov@gmail.com

В работе проведено исследование плотности, микроструктуры, фазового состава и механических свойств образцов, изготовленных из жаропрочного никелевого сплава Inconel 718 посредством технологии селективного лазерного плавления (СЛП). Авторы исследовали влияние проведения горячего изостатического прессования (ГИП) и термической обработки на микроструктуру, плотность, пористость и фазовый состав образцов. Проведенное исследование показало, что ГИП по обоим исследуемым режимам позволило значительно уплотнить образцы после СЛП. При этом плотность образцов превысила 99,9 %, что подтверждает эффективность данной процедуры. Исследования микроструктуры образцов показали эволюцию структурного состояния материала после СЛП при последующих обработках. Было установлено, что после ГИП структура состоит из равноосных зерен γ-Ni размером от 55 до 110 мкм. После термической обработки микроструктура материала характеризуется равноосными зернами и равномерно распределенными выделениями γ''-фазы (Ni₃Nb), наблюдаются крупные зерна размером до 200 мкм, а также зерна размером 50–80 мкм. В микроструктуре образца наблюдается разнозернистость, вызванная, предположительно, неполным протеканием процесса рекристаллизации. Измерения показали, что образцы после СЛП имеют высокую твердость. Значение твердости образца после ГИП ниже, чем у образца после СЛП, что, по-видимому, связано со снятием внутренних закалочных напряжений, возникающих в процессе синтеза. Выделяющиеся в процессе термической обработки упрочняющие частицы γ''-фазы (Ni₃Nb) повышают значения твердости материала. Исследование механических свойств образцов на разрыв показало, что после ГИП и термической обработки прочностные свойства становятся выше, а пластичность немного ниже, при этом значения свойств становятся более стабильными, а прочностные характеристики превышают требования к горячекатаным образцам для данного сплава. Пластичность образцов при этом находится на нижней границе требований.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Соглашения о предоставлении субсидии № 14.626.21.0001 по лоту шифр 2014-14-582-0001 (уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI62614X0001) федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

1. Симс Ч. Т., Столофф Н. С., Хагель У. К. Суперсплавы II: жаропрочные материалы для аэрокосмических и энергетических установок. — М. : Металлургия, 1995. — 385 с.
2. Reed R. C. The Superalloys: Fundamentals and Applications. — Cambridge : Cambridge University Press, 2006. — 372 p.
3. Зленко М. А., Попович А. А., Мутылина И. Н. Аддитивные технологии в машиностроении. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2013. — 222 с.
4. Sufiiarov V. S., Popovich A. A., Borisov E. V., Polozov I. A. Selective laser melting of heat-resistant ni-based alloy // Non-Ferrous Metals. 2015. Vol. 2015. No. 1. P. 32–35.
5. Smelov V. G., Sotov A. V., Agapovichev A. V. Research on the possibility of restoring blades while repairing gas turbine engines parts by selective laser melting // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 140, No. 1. 012019.
6. Holzweissig M. J. et al. Microstructural characterization and mechanical performance of hot work tool steel processed by selective laser melting // Metallurgical and Materials Transactions B. 2015. Vol. 46, No. 2. 545–549.
7. Smelov V. G. et al. Selective laser melting of metal powder of steel 3161 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 142. No. 1. P. 012071.
8. Ströner J., Terock M., Glatzel U. Mechanical and microstructural investigation of nickel-based superalloy IN718 manufactured by selective laser melting (SLM) // Advanced Engineering Materials. 2015. Vol. 17, No. 8. P. 1099–1105.
9. Wang X., Gong X., Chou K. Review on powder-bed laser additive manufacturing of Inconel 718 parts // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2016. V001T001A053.
10. Zhang D. et al. Effect of standard heat treatment on the microstructure and mechanical properties of selective laser melting manufactured Inconel 718 superalloy // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 644. P. 32–40.
11. Popovich A. A., Sufiiarov V. S., Polozov I. A., Borisov E. V. Microstructure and mechanical properties of Inconel 718 produced by SLM and subsequent heat treatment // Key Engineering Materials. 2015. No. 651–653. P. 665–670.
12. Либенсон Г. А., Лопатин В. Ю., Комарницкий Г. В. Процессы порошковой металлургии. Т. 1. Производство металлических порошков. — М. : МИСиС, 2001. — 368 с.
13. Inconel 718 Datasheet [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.specialmetals.com/documents/Inconel%20alloy%20718.pdf
14. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытания на растяжение. — Введ. 1986–01–01.
15. ГОСТ Р ИСО 6507-1–2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения. — Введ. 2008–08–01.
16. ГОСТ 25281–82. Металлургия порошковая. Метод определения плотности формовок. — Введ. 1983-01–01.
17. Brenne F. et al. Microstructural design of Ni-base alloys for high-temperature applications: impact of heat treatment on microstructure and mechanical properties after selective laser melting // Progress in Additive Manufacturing. 2016. Vol. 1, No. 3. P. 141–151.
18. Averyanova M. et al. Optimization of Selective Laser Melting technology using design of experiments method // Innovative Developments in Virtual and Physical Prototyping: Proceedings of the 5th International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping, Leiria, Portugal, 28 September – 1 October, 2011. — CRC Press, 2011. — P. 459.
19. AMS 5664. Nickel alloy, corrosion and heat resisitant, bars, forgings, and rings 52.5Ni – 19Cr – 5.1Cb – 0.90Ti – 0.50Al – 18Fe consumable electrode or vacuum induction melted, 1950 oF (1066 oC) solution heat treated, precipitation hardenable.