techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-15282024-14-3-19-29techusgu-248Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEВлияние анизотропии на характер упрочнения в аддитивных сплавах высокой прочностиThe influence of anisotropy on the character of hardening in additive high-strength alloyshttps://orcid.org/0000-0002-3143-8844ЧукановА. Н.ChukanovA. N.

Чуканов Александр Николаевич, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник

пр-т Ленина, д. 125, г. Тула 300026

Alexander N. Chukanov, Doctor of Sciences (Engineering), Leading Researcher

125 Lenin Ave., Tula 300026

alexchukanov@yandex.ruКоротковВ. А.KorotkovV. A.

Коротков Виктор Анатольевич, кандидат технических наук, доцент

пр-т Ленина, д. 92, г. Тула 300012

Viktor A. Korotkov, Candidate of Sciences (Engineering) , Associate Professor

   92 Lenin Ave., Tula 300012

vak-2003@mail.ruЯковенкоА. А.YakovenkoA. A.

Яковенко Александра Александровна, кандидат технических наук, инженер-технолог  

ул. Мосина, д. 2, г. Тула 300002

Alexandra A. Yakovenko, Candidate of Sciences (Engineering), Process Engineer

2 Mosina Str., Tula 300002

dispozicya100@mail.ruЦойЕ. В.TsoiE. V.

Цой Евгений Владимирович, аспирант

пр-т Ленина, д. 125, г. Тула 300026

Evgeny V. Tsoi, Post-Graduate Student

125 Lenin Ave., Tula 300026

tsoyev@tsput.ruФроловА. А.FrolovA. A.

Фролов Артём Алексеевич, студент

пр-т Ленина, д. 125, г. Тула 300026

Artiom A. Frolov, Student

125 Lenin Ave., Tula 300026

froloff2003@yandex.ruТульский государственный педагогический университет им. Л. Н. ТолстогоРоссияTula State Lev Tolstoy Pedagogical UniversityRussian FederationТульский государственный университетРоссияTula State UniversityRussian FederationМеталлург-ТуламашРоссияMetallurg-TulamashRussian Federation2024300920241431929Copyright © Чуканов А.Н., Коротков В.А., Яковенко А.А., Цой Е.В., Фролов А.А., 20242024Чуканов А.Н., Коротков В.А., Яковенко А.А., Цой Е.В., Фролов А.А.Chukanov A.N., Korotkov V.A., Yakovenko A.A., Tsoi E.V., Frolov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/248

Целью настоящей работы является установление зависимости коэффициентов плоскостной анизотропии от интенсивности локализованных деформаций в различных диапазонах нагружения поперечных и продольных сечений образцов жаропрочного порошкового сплава Inconel 718, изготовленных по технологии SLM. Оценена роль технологической анизотропии образцов, характерной для технологии SLM, и её влияние на характер упрочнения изделий из сплава Inconel 718.

Методы

Методы. Для достижения цели анализировали диаграммы деформации образцов порошкового сплава  Inconel 718, изготовленных по технологии SLM, измеренные в ходе их растяжения по ГОСТ 11701-84. Нагружению подвергали плоские образцы с нанесённой на их поверхность делительной сеткой. В ходе испытаний локализованную деформацию образцов в различных сечениях определяли путём измерения геометрии изображений делительной сетки. Для фиксации указанных изображений использовали специально разработанную технологию фото- и видеофиксации. 

Результаты

Результаты. Проведённый статистический анализ вида и параметров диаграмм деформации позволил определить характер изменения интенсивности напряжений и деформаций образцов исследованного материала. Установили линейный характер его упрочнения при растяжении в области малых значений интенсивности деформаций и степенной характер упрочнения в диапазоне интенсивности деформации от 0,03 до 0,17.

Заключение

Заключение. Показано значимое влияние технологической анизотропии образцов жаропрочного порошкового сплава Inconel 718, полученных по технологии SLM, от величины интенсивности деформаций. Выявлена необходимость учёта данного факта при разработке технологических процессов производства изделий ответственного назначения из исследованного материала.

The purpose of this work is to establish the dependence of the coefficients of planar anisotropy on the intensity of localized deformations in various loading ranges of transverse and longitudinal sections of samples of heat-resistant powder alloy Inconel 718 manufactured using SLM technology. The role of technological anisotropy of samples characteristic of SLM technology and its effect on the hardening of Inconel 718 alloy products is evaluated. 

Methods

Methods. To achieve this goal, the deformation diagrams of Inconel 718 powder alloy samples manufactured using SLM technology, measured during their stretching according to GOST 11701-84, were analyzed. Flat samples with a dividing grid applied to their surface were subjected to loading. During the tests, localized deformation of the samples in different sections was determined by measuring the geometry of the images of the dividing grid. A specially developed photo and video recording technology was used to capture these images. 

Results

Results. The statistical analysis of the type and parameters of the deformation diagrams made it possible to determine the nature of changes in the intensity of stresses and deformations of the samples of the studied material. The linear character of its tensile hardening in the region of small values of strain intensity and the power-law character of hardening in the range of strain intensity  from 0.03 to 0.17 were established. 

Conclusion

Conclusion. A significant effect of the technological anisotropy of Inconel 718 heat-resistant powder alloy samples obtained using SLM technology on the intensity of deformations is shown. The necessity of taking this fact into account in the development of technological processes for the production of responsible products from the studied material has been revealed.

коэффициент анизотропииинтенсивность напряженийдеформациихарактер упрочненияanisotropy coefficientstressstrain intensitystrainhardening characterРабота выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда проект № 23-29-00433. (https://rscf.ru/project/№ 23-29-00433/).The work was carried out with the financial support of a grant from the Russian Science Foundation project No. 23-29-00433 (https://rscf.ru/project/№ 23-29-00433/).ReferencesЗленко М. А., Попович А. А., Мутылина И. Н. Аддитивные технологии в машиностроении. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2013. 222 с.Zlenko M.A., Popovich A.A., Mutylina I.N. Additive technologies in mechanical engineering. St. Petersburg: Izd-vo Politech. un-ta; 2013. 222 p. (In Russ.)Sufiiarov V .Sh., Borisov E. V., Polozov I. A. Selective laser melting of the Inconel 718 nickel superalloy // Appl. Mech. Mater. 2015. Vol. 698. P. 333–338.Sufiiarov V.Sh., Borisov E.V., Polozov I.A. Selective laser melting of the Inconel 718 nickel superalloy. Appl. Mech. Mater. 2015;(698):333–338.Layer thickness influence on the Inconel 718 alloy microstructure and properties under selective laser melting / V. Sh. Sufiiarov, A. A. Popovich, E. V. Borisov, I. A. Polozov // Tsvetnye Metally. 2016. No. 1. P. 81–86.Sufiiarov V.Sh., Popovich A.A., Borisov E.V., Polozov I.A. Layer thickness influence on the Inconel 718 alloy microstructure and properties under selective laser melting. Tsvetnye Metally. 2016;(1):81–86.Microstructure and mechanical properties of Inconel 718 produced by SLM and subsequent heat treatment / A. A. Popovich, V. Sh. Sufiiarov, E. V. Borisov, I. A. Polozov // Key Eng. Mater. 2015. Vol. 651–653. P. 665–670.Popovich A.A., Sufiiarov V.Sh., Borisov E.V., Polozov I.A. Microstructure and mechanical properties of Inconel 718 produced by SLM and subsequent heat treatment. Key Eng. Mater. 2015; 651–653:665–670.Ларин С. Н., Платонов В. И., Коротков В. А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. № 7. С. 83–87. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.07.13Larin S.N., Platonov V.I., Korotkov V.A. Designing a matrix for drawing materials with planar anisotropy of mechanical properties. Tsvetnye metally = Non-Ferrous Metals. 2018;(7):83–87. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2018.07.13Определение плоскостной анизотропии листового проката с учетом влияния интенсивности деформации / А. Н. Малышев, В. Д. Кухарь, А. В. Черняев, В. А. Коротков // Чёрные металлы. 2022. № 2. С. 11–14.Malyshev A.N., Kukhar V.D., Chernyaev A.V., Korotkov V.A. Determination of planar anisotropy of sheet metal products taking into account the influence of deformation intensity. Chernye metally = Ferrous metals. 2022;(2):11–14. (In Russ.)Ковка и штамповка: справочник: в 4-х т. Т. 4. Листовая штамповка / под ред. Е. И. Семёнова. М.: Машиностроение, 2010. 439 с.Semenova E.I. (ed.). Forging and stamping. Vol. 4. Sheet stamping. Moscow: Mashinostroenie; 2010. 439 p. (In Russ.)Яковлев С. П., Кухар В. Д. Штамповка анизотропной заготовки. М.: Машиностроение, 1986. 324 с.Yakovlev S.P., Kukhar V.D. Stamping of anisotropic blanks. Moscow: Mashinostroenie; 1986. 324 p. (In Russ.)Wu M.W., Lai P.H., Chen J.K. Anisotropy in the impact toughness of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy // Mater. Sci. Eng.: A. 2016. Vol. 650. P. 295–299.Wu M.W., Lai P.H., Chen J.K. Anisotropy in the impact toughness of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy. Mater. Sci. Eng.: A. 2016;650:295–299.Texture, anisotropy in microstructure and mechanical properties of IN738LC alloy processed by selective laser melting (SLM) / K. Kunze, T. Etter, J. Grässlin, V. Shklover // Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 620. P. 213–222.Kunze K., Etter T., Grässlin J., Shklover V. Texture, anisotropy in microstructure and mechanical properties of IN738LC alloy processed by selective laser melting (SLM). Mater. Sci. Eng. A. 2015;620:213–222.The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated Nickel superalloy / L. N. Carter, C. Martin, P. J. Withers, M. M. Attallah // J. Alloys and Compounds. 2014. Vol. 615. P. 338–347.Carter L.N., Martin C., Withers P.J., Attallah M.M. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated Nickel superalloy. J. Alloys and Compounds. 2014;615:338–347.Fabrication of NiCr alloy parts by selective laser melting: columnar microstructure and anisotropic mechanical behavior / B. Song, S. Dong, P. Coddet, H. Liao, C. Coddet // Mater. and Design. 2014. Vol. 53. P. 1–7.Song B., Dong S., Coddet P., Liao H., Coddet C. Fabrication of NiCr alloy parts by selective laser melting: columnar microstructure and anisotropic mechanical behavior. Mater. and Design. 2014; (53):1–7.Деформация и напряжения при обработке металлов давлением. Применение методов Муар и координатных сеток / П. И. Полухин, В. К. Воронцов, А. Б. Кудрин, И. А. Чиченев. М.: Металлургия, 1974. 336 с.Polukhin P.I., Vorontsov V.K., Kudrin A.B., Chichenev N. A. Deformation and stresses during pressure treatment of metals. Application of Moire methods and coordinate grids. Moscow: Metallurgyа; 1974. 336 p. (In Russ.)Ренне И. П. Экспериментальные методы исследования пластического формоизменения в процессах обработки металлов давлением с помощью делительной сетки. Тула: ТПИ, 1970. 135 с.Renne I.P. Experimental methods for the study of plastic shaping in metalworking processes by pressure using a dividing grid. Tula: TPI; 1970. 135 p. (In Russ.)Определение коэффициента анизотропии и скорости локальной деформации в аддитивных сплавах / А. Н. Чуканов, В. А. Коротков, А. А. Яковенко, Е. В. Цой, А. С. Фролов // Известия Тульского государственного университета. Серия: Технические науки. 2024. Вып. 3. С. 224– 229.Chukanov A.N., Korotkov V.A., Yakovenko A.A., Tsoi E.V., Frolov A.S. Determination of the anisotropy coefficient and the rate of local deformation in additive alloys. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnicheskie nauki = Izvestiya Tula State University. Series: Technical Sciences. 2024;3:224–229. (In Russ).Чуканов А. Н. Анизотропия деформации при послойном лазерном синтезе изделий // Перспективные технологии и материалы: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Севастополь: СевГУ, 2020. С. 169 –174.Chukanov A.N. Anisotropy of deformation in layered laser synthesis of products. In: Perspektivnye tekhnologii i materialy: materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem = Promising technologies and materials: materials of the All-Russian Scientific and practica conferene with international studies. Sevastopol: Sevastopol. gos. un-t; 2020. P. 169– 174. (In Russ.)Чуканов А. Н. Анизотропия физико-механических свойств при послойном лазерном синтезе // Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов: сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика А. А. Байкова. Курск: Университетская книга, 2020. С. 244–247.Chukanov A.N. Anisotropy of physico-mechanical properties in layered laser synthesis. In: Sovremennye problemy i napravleniya razvitiya metallovedeniya i termicheskoi obrabotki metallov i splavov: sbornik nauchnykh statei Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posvyashchennoi 150-letiyu so dnya rozhdeniya akademika A. A. Baikova = Modern problems and directions of development of metallology and heat treatment of metals and alloys: сollection of scientific articles of the International Scientific and Technical Conference delicated to the 150th anniversary of the birth of academician A.A. Baykov. Kursk: Universitetskaya kniga; 2020. P. 244–247. (In Russ).Математические методы наблюдения волновых процессов при деформации изделий 3dтехнологии / А. Н. Чуканов, Н. Н. Добровольский, Е. В. Цой, А. А. Яковенко // Известия ЮгоЗападного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 4. С. 32–42. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-4-32-42Chukanov A.N., Dobrovolsky N.N., Tsoi E.V., Yakovenko A.A. Mathematical methods for observing wave processes during deformation of 3d technology products. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2023;13(4):32–42. (In Russ). https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-4-32-42Машинное зрение в анализе волновых спектров деформации аддитивных изделий SLMтехнологии / А. Н. Чуканов, В. А. Терёшин, Е. В. Цой, А. В. Матвеева // Перспективные материалы науки, технологий и производства: сборник научных статей Международной научнопрактической конференции. Курск: Университетская книга, 2022. С. 325–329.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Tsoi E.V., Matveeva A.V. Machine vision in the analysis of wave spectra of deformation of additive products of SLM-technology. In: Perspektivnye materialy nauki, tekhnologii i proizvodstva: sbornik nauchnykh statei Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii = Promising materials of science, technology and production: collection of scientific. articles International Scientific and Practical Conference. Kursk: Universitetskaya kniga; 2022. P. 325–329. (In Russ.)Чуканов А. Н., Цой Е. В., Яковенко А. А. Наблюдение волновых процессов при деформации изделий SLM технологии // Современные материалы, техника и технологии. 2023. №4(49). С. 28–33.Chukanov A.N., Tsoi E.V., Yakovenko A.A. Observation of wave processes during deformation of SLM technology products. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies. 2023;(4):28–33. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.