НАПРАВЛЕННАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 316L МЕТОДОМ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛА

Показаны преимущества метода прямого лазерного нанесения металла, обеспечивающего  направленную кристаллизацию образцов из нержавеющей стали 316L. Установлено, что  метод открывает широкие возможности для получения монокристаллических структур путем  направленной кристаллизации наплавляемого металла. Структура металла  получаемых образцов представлена дендритными кристаллами, ориентированными в  направлении теплового центра. В поперечном сечении структура, образованная осями  кристаллов первого порядка, имеет вид сот. Толщина наносимого слоя (200 мкм) в  центральной части образца не препятствует развитию дендритной структуры и способствует формированию монокристаллических структур (с отсутствием пор и трещин). Отмечено, что  направление роста дендритным кристаллам задает тепловой центр, определяемый  положением лазерного пятна. Представлена методика получения изделий из нержавеющей  стали с использованием технологии прямого лазерного нанесения по разработанному  алгоритму, позволяющему контролировать перемещение роботизированного комплекса и  образца, включение лазера и подачу газопорошковой смеси. Показаны возможности определения угла наклона дендритных кристаллов в металле относительно оси симметрии  образца с помощью металлографического программного комплекса анализа цифровых  изображений микроструктур, а также контроля качества получаемых изделий с помощью  рентгеновской томографии, подбора параметров лазерного пятна на поверхности подложки  при высокоскоростной съемке, оценки фазового состава наплавленного металла методом  рентгеноструктурного анализа. При этом шероховатость образцов, определяемую размером  порошковых частиц, можно устранить механической обработкой.

1. Каблов Е. Н. Аддитивные технологии — доминанта национальной технологической инициативы / Интеллект & Технологии. 2015. № 2(11). С. 52 – 55.

2. Григорьев С. Н., Смуров И. Ю. Перспективы развития инновационного аддитивного производства в России и за рубежом / Инновации. 2013. № 10. С. 76 – 82.

3. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Авиационные материалы и технологии. 2012. № 5. С.7–17.

4. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 с.

5. Туричин Г., Земляков Е., Поздеева Е., Туоминен Я. Технологические возможности лазерной наплавки с использованием мощных волоконных лазеров / Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 3. С. 35 – 40.

6. Горынин И. В., Орыщенко А. С., Малышевский В. А., Фармаковский Б. В., Кузнецов П. А. Аддитивные технологии на базе композиционных наноматериалов / Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 10(712). С.4–8.

7. Sova A., Grigoriev S., Okunkova A., Smurov I. Cold spray deposition of 316L stainless steel coatings on aluminium surface with following laser post-treatment / Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 235. P. 283 – 289.

8. Горунов А. И. Создание покрытий и объемных изделий из материала на основе никеля методом аддитивной лазерной обработки / Металлы. 2016. № 1. С. 101 – 105.

9. Gorunov A. I., Gilmutdinov A. Kh. Study of the effect of heat treatment on the structure and properties of the specimens obtained by the method of direct metal deposition / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 86. Issue 9. P. 2567 – 2574.

10. Luo K., Jing X., Sheng J., Sun G., Yan Z., Lu J. Characterization and analyses on micro- hardness, residual stress and microstructure in laser cladding coating of 316L stainless steel subjected to massive LSP treatment / Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 673(15). P. 158 – 169.

11. Gorunov A. I., Gilmutdinov A. Kh. Investigation of coatings of austenitic steels produced by supersonic laser deposition / Optics & Laser Technology. 2017. Vol. 88. P. 157 – 160.

12. Peng G., Bin Z., Chuanzhen H., Huabing G. Study on microstructure, mechanical properties and machinability of efficiently additive manufactured AISI 316L stainless steel by high-power direct laser deposition / Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 240. P.12–22.

13. Кузнецов П. А., Зисман А. А., Петров С. Н., Гончаров И. С. Структура и механические свойства аустенитной стали 316L, полученной методом селективного лазерного сплавления / Деформация и разрушение материалов. 2016. №4.С.9–13.

14. Di W., Changhui S., Yongqiang Y., Yuchao B. Investigation of crystal growthmechanism during selective laser melting and mechanical property characterization of 316L stainless steel parts / Materials and Design. 2016. Vol. 100. P. 291 – 299.

15. Mingming M., Zemin W., Dengzhi W., Xiaoyan Z. Control of shape and performance for direct laser fabrication of precision large-scale metal parts with 316L Stainless Steel / Optics & Laser Technology. 2013. Vol. 45. P. 209 – 216.

16. А. с. 2016660262 RU. Программа управления процессом выращивания металлических изделий аддитивным методом на установке лазерной наплавки / Горунов А. И.; правообладатель Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ (КНИТУКАИ). — № 2016617644; заявл. 09.09.2016; опубл. 20.10.2016.

17. Грязнов М. Ю., Шотин С. В., Чувильдеев В. Н. Эффект мезоструктурного упрочнения стали 316L при послойном лазерном сплавлении / Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2012. № 5(1). С. 45 – 50.

18. Горунов А. И. Изучение влияния термической обработки на структуру и свойства образцов, получаемых методом прямого лазерного нанесения / Цветные металлы. 2016. № 5(881). С. 69 – 74.

19. Yang L., Yongqiang Y., Shuzhen M., Di W., Changhui S. Investigation into spatter behavior during selective laser melting of AISI 316L stainless steel powder / Materials and Design. 2015. Vol. 87. P. 797 – 806.

20. Горунов А. И. Исследование структуры и механических свойств покрытия из коррозионно-стойкой стали, сформированного методом газодинамического напыления с активацией процесса лазерным излучением / Деформация и разрушение материалов. 2016. № 9. С.2–7.

21. ГОСТ 2789–73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. — М.: Стандартинформ, 2006.—7с.