Влияние анизотропии на характер упрочнения в аддитивных сплавах высокой прочности

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. 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. 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. 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.

1. Зленко М. А., Попович А. А., Мутылина И. Н. Аддитивные технологии в машиностроении. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2013. 222 с.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.2018.07.13

6. Определение 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.

7. Ковка и штамповка: справочник: в 4-х т. Т. 4. Листовая штамповка / под ред. Е. И. Семёнова. М.: Машиностроение, 2010. 439 с.

8. Яковлев С. П., Кухар В. Д. Штамповка анизотропной заготовки. М.: Машиностроение, 1986. 324 с.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Ренне И. П. Экспериментальные методы исследования пластического формоизменения в процессах обработки металлов давлением с помощью делительной сетки. Тула: ТПИ, 1970. 135 с.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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/10.21869/2223-1528-2023-13-4-32-42

19. Машинное 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.

20. 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.