Вплив параметрів SLM-процесу на формування області кордонів деталей із жароміцного нікелевого сплаву Inconel 718
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2021.06.105Ключові слова:
inconel 718, залишкові напруження, лазер, селективне лазерне плавлення, сила стисненняАнотація
Удосконалення режимів технології селективного лазерного плавлення на основі розрахункової моделі для зниження рівня залишкових напружень та запобігання відхилень в геометрії деталі. Результати моделювання на універсальній воксельній структурі і спрощеному об'єкті для прогнозування поведінки металу в залежності від щільності питомої енергії в області кордонів металевої деталі з Inconel 718. Проведено експеримент для вивчення впливу різних стратегій і режимів процесу на викривлення деталей в результаті впливу залишкових напружень з метою їх мінімізації. Друк проводився на 3-D принтері «Alfa-150» (ТОВ «ALT Україна») при постійній потужності (Р, Вт) і відстанями між треками (d, мм) в кожній зоні (up-skin, down-skin, in -skin) зі зміною швидкості (V, мм/с) руху променя лазера, а також різною схемою нарощування зразків способом 3-D принтінгу з поворотом 67˚ кожного нового шару відносно попереднього. З метою визначення дефектів і відхилень від вихідної моделі до твердого тіла (зразок) був виконаний металографічний аналіз за допомогою оптичної мікроскопії (Carl Zeiss AXIOVERT 200M). Встановлено, що симуляція процесів друку, виконана на платформі Magics, за допомогою розбивки моделі на воксельну структуру дає можливість аналітичної оцінки напружень і деформацій. Аналіз зовнішнього вигляду дослідних зразків показав, що найкращі показники down-skin формуються при потужності 80 Вт і щільності питомої енергії (40 ... 38 Дж/мм3). При використанні стратегії друку в шаховому порядку з поворотом 670 при оптимальній щільності питомої енергії можливо мінімізувати залишкові внутрішні напруження, що призводять до викривлення виробу. В майбутньому результати можуть бути доповнені дослідженнями впливу залишкових напружень сил стиснення при впливі променя лазера при постійній подаваємій потужності. Із використанням розрахункової моделі, яка дозволяє обчислювати залишкові напруження при нанесенні наступного шару в залежності від швидкості руху лазера, потужності і відстані між нанесеними треками можливе отримання високоточних деталей з заданими властивостями. Виконано адаптацію моделі, яка дозволяє отримати кількісну оцінку залишкових термічних напружень в залежності від швидкості пересування і потужності лазера для жароміцного сплаву Inconel 718. Визначено оптимальні режими для мінімізації цих напружень і зменшення викривлення деталі.Посилання
Adzhamskiy S. V., Kononenko A. A., Podol’skiy R. V. (2020). Research of the influence of the SLM-process modes on the quality in the area of the product contour. Materials of the International Science and Technology Conference “University Science-2020” (May 20-21, 2020, Mariupol). Mariupol, 157—158 [in Russian].
Adzhamskij S. V., Kononenko A. A., Podol’skij R. V. (2020). Simulation of the influence of residual stresses and parameters of SLM-technology on the formation of the area of product boundaries from the heat-resistant nickel alloy Inconel 718. Materials of the International Science and Technology Conference “Information Technology metallurgy and machine-building” (17-19 March 2020, Dnipro). Dnipro, 4—6.
DOI: https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2020.01.001 [in Russian]
Grekova M. V., Kalinin A. V., Dzhur E. A., Nosova T. V. (2019). Complex modification of multicomponent alloys. Space Science and Technology, 25 (3), 25-31.
https://doi.org/10.15407/knit2019.03.025
Adzhamskij S. V., Kononenko A. A., Podol’skij R. V. (2020). Two-dimensional modeling of a non-stationary temperature field of a single track made of heat-resistant alloy INCONEL 718. Materials of the All-Ukrainian scientific-methodical conference “Problems of mathematical modeling” (May 27-28, 2020, Kam’yanske). Kam’yanske, 42—45 [in Russian].
Parida A. K., Maity K. (2018). Comparison the machinability of Inconel 718, Inconel 625 and Monel 400 in hot turning operation. Eng. Sci. and Technol., Int. J., 21, 364—370.
Criales L. E., Arısoy Y. M., Lane B., et al. (2017). Laser powder bed fusion of nickel alloy 625: experimental investigations of effects of process parameters on melt pool size and shape with spatter analysis. Int. J. Mach. Tools Manuf., 121, 22—36.
Zhouab Y. H., Wanga Y. P., Zhangab Z. H. (2019). Selective laser melting of typical metallic materials: An effective process prediction model developed by energy absorption and consumption analysis. Additive Manufacturing, 25, 204—217.
Grasso M., Colosimo B. M. (2017). Process defects and in situ monitoring methods in metal powder bed fusion: a review. Measurement Sci. and Technol., 28, 1—25.
Williams R. J., Piglione A., Rønneberg T., Jones C., Pham M.-S., Davies C. M., Hooper P. A. (2019). In situ thermography for laser powder bed fusion: Effects of layer temperature on porosity, microstructure and mechanical properties. Additive Manufacturing, 1—14.
Shiomi M., Osakada K., Nakamura K., Yamashita T., Abe F. (2004). Residual stress within metallic model made by selective laser melting process. CIRP Annals Manufacturing Technology, 53 (1), 195—198.
Wang D. et al. (2012). Study on energy input and its influences on single-track, multi-track, and multi-layer in SLM. Int. J. Adv. Manuf. Technol., № 58, 1189—1199
Dilip J. S., Zhang S., Teng C., et al (2017). Influence of processing parameters on the evolution of melt pool, porosity, and microstructures in Ti-6Al-4V alloy parts fabricated by selective laser melting. Progress in Additive Manufacturing, № 2, 157—167.
https://doi.org/10.1007/s40964-017-0030-2
Zheng B. et al. (2008). Thermal behavior and microstructure evolution during laser deposition with laser-engineered net shaping: Part II. Experimental investigation and discussion. Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci., 39 (9), 2237—2245.
