НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

М. Г. Хомутов, ведущий инженер лаборатории гибридных аддитивных технологий, эл. почта: khomutov@misis.ru
А. Я. Травянов, директор института ЭкоТех, эл. почта: trav@misis.ru
П. В. Петровский, зам. директора института ЭкоТех, эл. почта: petrovskiy@misis.ru
В. В. Чеверикин, старший научный сотрудник кафедры металловедения цветных металлов, эл. почта: cheverikin80@rambler.ru

В работе проведены исследования структуры и механических свойств образцов сплава ЭП708, полученных методом селективного лазерного плавления (СЛП), прошедших упрочняющую термическую обработку и горячее изостатическое прессование (ГИП), а также проведено сравнение механических свойств выращенных образцов с горячекатаными. По результатам анализа микроструктуры выращенных образцов показано, что микроструктура термообработанного образца мало отличается от структуры образца после выращивания, и в отличие от выращенного и термообработанного образца в микроструктуре наблюдается появление равноосных зерен. В тех местах, где концентрация частиц на границе мала или их вообще нет, зерна стали большими, что повлияло на увеличение среднего размера зерна –(22±5) мкм и пластичности. Также показано наличие частиц карбидов вольфрама, где частично растворены хром и молибден. При этом видно, что размер и концентрация данных частиц на границах зерен у выращенных и прошедших ГИП образцов выше, чем у выращенных термообработанных образцов. По результатам испытаний на растяжение выявлено, что образец из сплава ЭП708 после выращивания имеет низкий уровень прочностных характеристик и высокие показатели пластичности (σ_0,2 = 621 МПа, σ_max = 831 МПа, δ = 21 %). После термообработки выращенный образец за счет неполной релаксации напряжений, а также из-за появившихся частиц интерметаллидов и карбидов показал увеличение прочности, но при резком снижении пластичности (σ_0,2 = 801 МПа, σ_max = 897 МПа, δ = 3,4 %). При использовании процесса ГИП удалось получить наилучший уровень прочностных свойств по сравнению с другими образцами, полученными методом СЛП, близкий к уровню горячекатаного и термообработанного образца (σ_0,2 = 838 МПа, σ_max = 1143 МПа, δ = 26 %).

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки в рамках соглашения № 14.581.21.0017 от 02.11.2015 года, уникальный номер RFMEFI58115X0017.

1. Zhang Y. C., Li Z. G., Nie P. L., Wu Y. X. Effect of ultrarapid cooling on microstructure of laser cladding IN718 coating // Sur. Eng. 2013. Vol. 29. P. 414–418.
2. Vaezi M., Chianrabutra S., Mellor B., Yang S. Multiple material additive manufacturing. Part 1: a review // Virtual and Physical Prototyping. 2013. Vol. 8, No. 1. P. 19–50.
3. Zhu Y., Li J., Tian X., Wang H., Liu D. Microstructure and mechanical properties of hybrid fabricated Ti – 6.5 Al – 3.5 Mo – 1.5 Zr – 0.3 Si titanium alloy by laser additive manufacturing // Materials Science & Engineering: A. 2014. Vol. 607. P. 427–434.
4. Das S., Wohlert M., Beaman J. J., Bourell D. L. Producing metal parts with selective laser sintering/hot isostatic pressing // JOM. 1998. Vol. 50. P. 17–20.

5. Kobryn P. A., Semiatin S. L. Proceedings of the Solid Freeform Fabrication Symposium, The University of Texas / ed. D. L. Bourell, J. J. Beaman, R. H. Crawford, H. L. Marcus, K. L. Wood, J. W. Barlow. 2001. P. 179–186.
6. Warren J., Wei D. Y. The cyclic fatigue behavior of direct age 718 at 149, 315, 454 and 538 oC // Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 428. P. 106–115.
7. ASTM F2792-12a. Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies. 2012.
8. Bi G., Gasser A. Restoration of nickel-base turbine blade knifeedges with controlled laser aided additive manufacturing // Physics Procedia. 2011. Vol. 12. P. 402–409.
9. Uhlmann E., Kersting R., Klein T. B., Cruz M. F., Borille A. V. Additive manufacturing of titanium alloy for aircraft components // Procedia CIRP. 2015. Vol. 35. P. 55–60.
10. Pinkerton A. J. Lasers in additive manufacturing // Optics & Laser Technology. 2016. Vol. 78. P. 25–32.
11. Matsumoto M., Shiomi M., Osakada K., Abe F. Finite element analysis of single layer forming on metallic powder bed in rapid prototyping by selective laser processing // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2002. Vol. 42, No. 1. P. 61–67.
12. Shiomi M., Yoshidome A., Abe F., Osakada K. Finite element analysis of melting and solidifying processes in laser rapid prototyping of metallic powders // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1999. Vol. 39, No. 2. P. 237–252.
13. Abe F., Osakada K., Uematsu K., Shiomi M. Direct manufacturing of metallic tools by laser rapid prototyping // Proceedings of the Sixth ICTP. 1999. P. 1005–1010.
14. Osakada K., Shiomi M. Flexible manufacturing of metallic products by selective laser melting of powder // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2006. Vol. 46. P. 1188–1193.
15. Li R., Liu J., Shi Y., Wang L., Jiang W. Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2012. Vol. 59. P. 1025–1035.
16. Brandl E., Heckenberger U., Holzinger V., Buchbinder D. Additive manufactured AlSi10Mg samples using selective laser melting (SLM): microstructure, high cycle fatigue, and fracture behaviour // Mater Design. 2012. Vol. 34. P. 159–169.
17. Santos E. C., Osakada K., Shiomi M., Kitamura Y., Abe F. Microstructure and mechanical properties of pure titanium models fabricated by selective laser melting // J. Mech. Eng. Sci. 2004. Vol. 218(7). C. 711.
18. Agarwala M., Bourell D., Beaman J., Marcus H., Barlow J. Post-processing of selective laser sintered metal parts // Rap Prototyping J. 1995. No. 1 (2). P. 36–44.
19. Amato K. N., Gaytan S. M., Murr L. E., Martinez E., Shindo P. W., Hernandez J., Collins S., Medina F. Microstructures and mechanical behavior of Inconel 718 fabricated by selective laser melting // Acta Materialia. 2012. Vol. 60. P. 2229–2239.
20. Bi G., Gasser A. Restoration of nickel-base turbine blade knifeedges with controlled laser aided additive manufacturing // Physics Procedia. 2011. Vol. 12. P. 402–409.
21. Chen Y., Lu F., Zhang K., Nie P., Hosseini S. R. E., Feng K., Li Z. Dendritic microstructure and hot cracking of laser additive manufactured Inconel 718 under improved base cooling // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 670. P. 312–321.
22. Сорокин Л. И. Свариваемость жаропрочных сплавов, применя емых в авиационных газотурбинных двигателях. [Электронный ресурс] URL : https://viam.ru/public/files/1996/1996-202214.pdf (дата обращения 30.11.2017).
23. Doubenskaia M., Pavlov M., Grigoriev S., Smurov I. Definition of brightness temperature and restoration of true temperature in laser cladding using infrared camera // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 220. P. 244–247.
24. Liverani E., Toschi S., Ceschini L., Fortunato A. Effect of selective laser melting (SLM) process parameters on microstructure and mechanical properties of 316L austenitic stainless steel // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 249. P. 255–263.
25. Appa Rao G., Kumar M., Srinivas M., Sarma D. S. Effect of standard heat treatment on the microstructure and mechanical properties of hot isostatically pressed superalloy inconel 718 // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 355. P. 114–125.