Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия

О. А. Крымская, доцент, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: OAKrymskay@mephi.ru
М. Г. Исаенкова, профессор, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: MGIsaenkova@mephi.ru
И. А. Черепанова, магистрант, инженер, эл. почта: irinacherepanova12@yandex.ru
А. В. Осинцев, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: AVOsintsev@mephi.ru

Никелевые сплавы отличаются высокой жаропрочностью и жаростойкостью, что обеспечивает их широкое применение в разных областях промышленности. Перспективной технологией получения конструктивных элементов сложной формы из никелевых сплавов является селективное лазерное сплавление порошка (СЛП). Проведен анализ структурно-фазового состояния, текстуры и механических свойств образцов из сплава ЭП648, приготовленных с помощью СЛП-метода. Для исследования использованы рентгеновские и синхротронные методы; проведены механические испытания по растяжению образцов, вырезанных вдоль и перпендикулярно направлению трека. Показано, что сплав ЭП648 пред ставляет собой матрицу гранецентрированной кубической фазы (γ-фазы), упрочненную дополнительной карбидной фазой Me₂₃C₆. Установлены закономерности форми рования кристаллографической текстуры при СЛП порошка из сплава ЭП648. Обнаружено влияние стратегии сканирования луча лазера при СЛП порошка на структуру, кристаллографическую текстуру, макронапряжения и механические свойства образцов, изготовленных из порошка сплава ЭП648. Рассчитанные по текстурным данным модуль Юнга и фактор Тейлора, а также анизотропия механических свойств сопоставлены с результатами, полученными при испытании образцов на растяжение. Результаты расчетов находятся в соответствии с экспе риментальными данными по анизотропии прочностных и пластических свойств никелевых сплавов, что позволяет использовать расчет свойств по кристаллографической текстуре для прогнозирования поведения материалов в условиях эксплуатации.

В работе принимал активное участие научный сотрудник НИЯУ МИФИ В. А. Фесенко.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования РФ (Соглашение № 075-15-2021-1352).

1. Каблов Е. Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России. — М. : ВИАМ, 2015. — 557 с.
2. Каблов Е. Н, Петрушин Н. В., Светлов И. Л., Демонис И. М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения // Авиационные материалы и технологии. 2012. Т. 5. С. 36–52.
3. Ломберг Б. С., Овсепян С. В., Бакрадзе М. М., Мазалов И. С. Высокотемпературные жаропрочные никелевые сплавы для деталей газотурбинных двигателей // Авиационные материалы и технологии. 2012. Т. 5. С. 52–57.
4. Золоторевский В. С. Механические свойства металлов. — М. : Металлургия, 1983. С. 350.
5. Лукина Е. А., Зайцев Д. В., Сбитнева С. В., Заводов А. В. Строение и идентификация фаз в жаропрочных никелевых сплавах, синтезированных методом СЛС // Аддитивные технологии: настоящее и будущее. 2017. С. 99–110.
6. Каблов Е. Н. Аддитивные технологии-доминанта национальной технологической инициативы // Интеллект и технологии. 2015. № 2. С. 52–55.
7. Matilainen V. P., Pekkarinen J., Salminen A. Weldability of additive manufactured stainless steel // Physics Procedia. 2016. Vol. 83. P. 808–817.
8. Meier C., Ryan W., Zou Y., Gibbs J., Hart J. Thermophysical phenomena in metal additive manufacturing by selective laser melting: fundamentals, modeling, simulation, and experimentation // Annual Review of Heat Transfer. 2017. Vol. 20. P. 241–316.
9. Каблов Е. Н., Евгенов А. Г., Мазалов И. С., Шуртаков С. В. и др. Эволюция структуры и свойств высокохромистого жаропрочного сплава ВЖ159, полученного методом селективного лазерного сплавления. Ч. I // Материаловедение. 2019. № 3. С. 9–17.
10. Каблов Е. Н., Евгенов А. Г., Мазалов И. С., Шуртаков С. В. и др. Эволюция структуры и свойств высокохромистого жаропрочного сплава ВЖ159, полученного методом селективного лазерного сплавления. Ч. II // Материаловедение. 2019. № 4. С. 9–15.
11. Шуртаков С. В., Евгенов А. Г., Мазалов И. С., Филонова Е. В. и др. Высокохромистые жаростойкие сплавы для селективного лазерного сплавления ЭП648-ПС И ВЖ159-ПС разработки ФГУП «ВИАМ» // Роль фундаментальных исследований при реализации Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. 2020. С. 119–141.
12. Евгенов А. Г., Горбовец М. А., Прагер С. М. Структура и механические свойства жаропрочных сплавов ВЖ159 и ЭП648, полученных методом селективного лазерного сплавления // Авиационные материалы и технологии. 2016. № S1. С. 8–15.
13. Оспенникова О. Г. и др. Особенности формирования структурно-фазового состояния сплава ЭП-648 при селективном лазерном сплавлении // Труды ВИАМ. 2021. № 8. С. 3–11.
14. Каблов Е. Н., Евгенов А. Г., Мазалов И. С., Шуртаков С. В. и др. Структура и свойства синтезированных методом селективного лазерного сплавления сплавов ЭП648 и ВЖ159 после имитационных отжигов // Материаловедение. 2020. № 6. С. 3–10.
15. Евгенов А. Г., Королев В. А., Шуртаков С. В. Перспективы разработки высокопроизводительных режимов селективного лазерного сплавления жаропрочных сплавов на основе никеля для изготовления деталей ГТД // Аддитивные технологии: настоящее и будущее. 2017. С. 23.
16. Евгенов А. Г., Мазалов И. С., Зайцев Д. В., Прагер С. М. Изменения структуры, фазового состава и механических свойств сплава ВЖ159, полученного методом селективного лазерного сплавления, в процессе баротермической обработки и длительных отжигов // Материалы IV Международной конференции «Аддитивные технологии: настоящее и будущее», 30 марта 2018 г. С. 209–304.
17. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Юдин А. В., Рубанов А. Е. Формирование кристаллографической текстуры в образцах различной геометрии из сплава ВТ1-0, полученных методом селективного лазерного плавления порошка // Цветные металлы. 2018. № 12. С. 69–74.
18. Перлович Ю. А., Исаенкова М. Г., Доброхотов П. Л., Рубанов А. Е. и др. Неоднородность кристаллографической текстуры и механических свойств пластин из аустенитной стали 316L, полученных методом селективного лазерного плавления порошка // Металлы. 2019. № 1. С. 48–54.
19. Isaenkova M. G., Perlovich Yu. A., Rubanov A. E., Yudin A. V. Anisotropy of the mechanical properties of austenitic steel products obtained by selective laser melting // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 18. P. 64–68.
20. Рубанов А. Е., Исаенкова М. Г., Крымская О. А., Юдин А. В. Зависимость структуры, кристаллографической текстуры и анизотропии свойств сплава ВЖ159 от режима селективного лазерного сплавления порошка и заключительной термообработки // Цветные металлы. 2022. № 10. С. 50–57.
21. Isaenkova M., Perlovich Yu. A., Rubanov A. E., Fesenko V. A. et al. Regularities of crystallographic texture formation in products obtained by selective laser powder melting // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing. 2021. Vol. 1121, No. 1. 012048.
22. Isaenkova M. G., Yudin A. V., Rubanov A. E., Osintsev A. V. et al. Influence of laser beam scanning strategy in the selective laser melting of 316L steel powder on macrostress // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — IOP Publishing. 2021. Vol. 1121, No. 1. 012047.

23. Медведев П. Н., Тренинков И. А., Филонова Е. В. Формирование кристаллографической текстуры и структуры жаропрочных никелевых сплавов в процессе СЛС // Аддитивные технологии: настоящее и будущее. Сб. докладов III Междунар. конференции. 2017. С. 12–19.
24. Биргер И. А. Остаточные напряжения. — М. : Машгиз, 1963. — 236 с.
25. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Скрытный В. И., Яльцев В. Н. Рентгенографическое определение макронапряжений. Учебное пособие. — М. : МИФИ, 2007. — 48 с.
26. Pawlik K. Determination of the orientation distribution function from pole figures in arbitrari ly defined cells // Phys. Stat. Sol. (b). 1986. Vol. 134. P. 477.
27. LaboTex v. 3.0 by LaboSoft (Krakow, Poland). — URL: http://www.labosoft.com.pl
28. MTEX software for analyzing and modeling crystallographic textures by means of EBSD or pole figure data (TU Chemnitz, Germany). — URL: http://mtex-toolbox.github.io/documentation.html (дата обращения: 18.01.2022).
29. Rietveld H. M. The rietveld method: А retrospection // Z. Kristallogr. 2010. Vol. 225. S. 545–547. DOI: 10.1524/zkri.2010.1356
30. Lutterotti L., Chateigner D., Ferrari S., Ricot J. Texture, residual stress and structural analysis of thin films using a combined X-ray analysis // Thin Solid Films. 2004. Vol. 450. P. 34–41.
31. Pecharsky V. K., Zavalij P. Y. Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials / Second Edition. — Springer, 2009. — 741 p.
32. Lutterotti L., Vasin R., Wenk H. R. Rietveld texture analysis from synchrotron diffraction images. I. Calibration and basic analysis // Powder Diffraction. 2014. Vol. 29, No. 1. P. 76–84.
33. Wenk H.-R., Lutterotti L., Kaercher P., Kanitpanyacharoen W. et al. Rietveld texture analysis from synchrotron diffraction images: II. complex multiphase materials and diamond anvil cell experiments // Powder Diffraction. 2014. Vol. 29, No. 3. P. 220–232.
34. Isaenkova M. G., Krymskaya O. A., Klyukova K. E., Bogomolova A. V. et al. Comparison of the texture analysis results of zirconium alloys according to the data of backscattered electron diffraction and X-ray radiation of different power // Letters on Materials. 2023. Vol. 13, Iss. 4. P. 341–346. DOI: 10.22226/2410-3535-2023-4-341-346
35. Kunze K., Etter T., Grasslin J., Shklover V. Texture, anisotropy in microstructure and mechanical properties of IN738LC alloy processed by selective laser melting (SLM) // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 620. P. 213–222.
36. Babakr A. M., Al-Ahmari A., K. Al-Jumayiah K. Sigma phase formation and embrittlement of cast iron-chromium-nickel (Fe – Cr – Ni) alloys // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2008. Vol. 7, No. 2. P. 127–145.