Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0125

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0125
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения"
Название доклада
Разработка методов контроля микроструктуры полиметаллических изделий в процессе послойного синтеза
Докладчик
Щуренкова Светлана Александровна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель работы: Разработка методов контроля микроструктуры полиметаллических изделий, в том числе с ячеистыми элементами в процессе послойного лазерного синтеза.
Задачи:
- необходимо разработать принципы создания образцов свидетелей для различных типов изделий: для изделий типа вал и для изделий с ячеистыми элементами;
- необходимо провести параметрические исследования влияния параметров процесса (мощность лазера, скорость перемещения и угла наклона лазерного луча, интервал штриховки, алгоритм сканирования, стратегия построения, диаметр пятна лазера, траектория лазерного луча) на микроструктуру изделия для сплавов ВТ1-0, ВТ6; ХН62ВМЮТ;
- необходимо создать методики контроля микроструктуры полиметаллических изделий для изделий типа вал и для изделий с ячеистыми структурами
Актуальность и новизна исследования
Актуальность: На процесс селективного лазерного плавления влияет большое количество параметров. При этом свойства изделий полученных методом селективного лазерного плавления имеют нелинейный отклик на изменение параметров процесса: например изменение мощности лазера или скорости сканирования может привести к возникновению различных дефектов микроструктуры, таких как нерегулярность структуры, трещины, поры. В связи с этим разработка методик контроля микроструктуры является одной из главных задач в области исследования процесса СЛП.
Новизна исследования: Научная новизна метода заключается в том, что ранее не были изучены принципы формирования контрольных экспериментальных образцов, их свойства относительно свойств материала изделия, корреляция свойств контрольных экспериментальных образцов с аналогичными участками из сложнопрофильного изделия типа вала или блиска турбины с ячеистыми структурами.
Описание исследования

Селективное лазерное плавление (СЛП) является аддитивной технологией позволяющей производить сложные, металлические изделия из порошковых материалов. Разбиение сложного трехмерного изделия на двумерные слои уложенные друг на друга упрощает работу и значительно уменьшает необходимость в традиционных субтрактивных методах производства (фрезерование, сверление, точение). Процесс СЛП может быть применен в различных областях промышленности, таких как медицина, производство инструментов, автомобильной и аэрокосмической. Свойства материала изделий, полученных СЛП, в настоящее время, сопоставимы и даже лучше, в ряде случаев, чем свойства соответствующего объемного материала, полученного традиционными методами.
Большое количество факторов (прямых и косвенных) влияют на процесс СЛП и качество получаемых изделий. Основными параметрами процесса СЛП являются: мощность лазера; длина волны лазера; диаметр фокусировочного пятна; конфигурация лазерного луча; скорость сканирования; интервал штриховки; толщина слоя порошка; стратегия сканирования; стратегия производства; подогрев подложки и порошка. Все эти явления имеют нелинейный отклик на изменение параметров процесса: например изменение мощности лазера или скорости сканирования может привести к возникновению различных дефектов микроструктуры, таких как нерегулярность структуры, трещины, поры. При этом зачастую, установить, что выбранные параметры процесса СЛП приводят к дефектам или ухудшению свойств возможно лишь по завершении процесса, разгрузке платформы от порошка и последующим исследованиям структуры полученных изделий.
В связи с этим, одним из важных направлений исследований процесса СЛП является разработка методов контроля микроструктуры полиметаллических изделий (КМПИ) в процессе послойного лазерного синтеза.
В настоящее время в мире существует несколько направлений исследований в области контроля микроструктуры полиметаллических изделий в процессе послойного лазерного синтеза.
Первая группа методов основываются на моделировании процесса селективного лазерного плавления и параметрических исследованиях на их основе, с целью последующего мониторинга критических параметров (мощность лазера; длина волны лазера; диаметр фокусировочного пятна; конфигурация лазерного луча; скорость сканирования; интервал штриховки; толщина слоя порошка), влияющих на микроструктуру получаемых изделий. Основными недостатками данных методов являются: модель не описывает все параметры, влияющие на процесс СЛП; низкая точность определения параметров материала и структуры, высокая степень погрешности определения дефектности и параметров материала; большой объем вспомогательных экспериментов, необходимых для проверки модели.
Вторая группа методов основывается на непосредственном мониторинге процесса плавления порошка во время облучения его лазерным лучом. Обычно для этого создается специальная система мониторинга, состоящая из фотодиода и инфракрасной CMOS камеры с системой захвата и обработки данных. Эта система позволяет оператору процесса СЛП отслеживать температуру расплава, площадь, длину и ширину расплавленной зоны с частотой дискретизации не менее 10 кГц и 20 кГц. На основе полученных данных может быть построена карта дефектов, полученных в процессе СЛП. Основными минусами данных методов является очень низкая точность (разрешение не превышает 1 мм), а также невозможность определения микроструктуры и микротвердости.
В данной работе предлагается новый подход к мониторингу параметров микроструктуры (шероховатость поверхности, твердость, плотность распределения пор, форма и размер структурных составляющих) в процессе послойного лазерного синтеза. Для этого предлагается одновременно с построением сложнопрофильного изделия создавать контрольные экспериментальные образцы с последующим извлечением их из области построения. Далее уже на контрольных экспериментальных образцах предлагается проводить экспресс анализ микроструктуры и микротвердости с высокой точностью, свойственной традиционным методам исследования микроструктуры.

 

Результаты исследования

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ.
2 Патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
3 Результаты теоретического анализа процессов плавки порошковых материалов на основе металлов/сплавов под воздействием лазерного луча и формирования микроструктуры в изделии в процессе послойного синтеза;
4 Результаты экспериментальных исследований влияния параметров лазерной обработки порошков металлов/сплавов в процессе послойного синтеза на микроструктуру выращиваемого изделия, включая форму и размер зерен, фаз; микротвердость; наличие дефектов, в том числе геометрические размеры пор, плотность распределения пор, наличие не проплавленных включений порошков, трещин в выращиваемом слое/слоях изделия;
5 Методики контроля микроструктуры полиметаллических изделий в процессе послойного лазерного синтеза с использованием Комплекса (далее – методики КМПИ) для следующих типов выращиваемых изделий, в том числе с ячеистыми элементами:
5.1 Методика контроля микроструктуры для изделия типа вала, с основным материалом вала из одного металла/сплава и посадочными зонами под подшипники из другого металла/сплава;
5.2 Методика контроля микроструктуры для изделия типа блиска турбины, лопатки которой из одного металла/сплава составляют единое целое с диском ротора из другого металла/сплава, при этом охлаждаемая часть пустотелой лопатки должна состоять из ячеистых элементов.
6 Атлас микроструктур, содержащий шкалы микроструктур металлов/сплавов (ВТ1-0 ГОСТ 19807-91, ВТ6  ГОСТ 19807-91; никелевых сплавов типа ХН62ВМЮТ (ЭП-708 ВД) ТУ14-1-1018-98, ЭП-718 ТУ 1-809-823-99) и дефектов в зависимости от параметров лазерной обработки.

 

Практическая значимость исследования
Разработка методов контроля микроструктуры металлических изделий в процессе послойного лазерного синтеза является актуальной научно-технической задачей в рамках приоритетного направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации «Индустрия наносистем».
Кроме того, ГК «Росатом» уделяет значительное внимание модернизации существующих технологий (Паспорт Программы инновационного развития и технологической модернизации Госкорпорации «Росатом» на период до 2020 года (в гражданской части). Модернизация технологий по всем этапам цепочки создания стоимости позволит снизить себестоимость производимой продукции, соответственно, увеличить конкурентоспособность продукции Госкорпорации на мировых рынках и, следовательно, увеличить долю экспортных поставок
Постер

Poster_template_IN.ppt