Дослідження мікроструктури зразків зі сталі aisi 316l з контрольованим дефектом інтерфернції

Аджамський Сергій
Кононенко Ганна
Бадюк Сергій
Подольський Ростислав
(Дніпро, Україна)
ТЕХНІЧНІ НАУКИ
(Металургія)
ДОСЛІДЖЕННЯ МІКРОСТРУКТУРИ ЗРАЗКІВ ЗІ СТАЛІ AISI 316L З КОНТРОЛЬОВАНИМ ДЕФЕКТОМ ІНТЕРФЕРНЦІЇ
Адитивне виробництво – це перспективний сучасний напрям, який відкриває нові можливості для створення металовиробів складної форми найрізноманітнішого призначення [1]. Дана технологія дозволяє пошарово будувати деталь за допомогою локального плавлення металевого порошку променем лазера.
Основними проблемами забезпечення високої якості виробів за допомогою SLM-технології є пористість, гаряче розтріскування, анізотропія, шорсткість поверхні, забезпечення необхідної мікроструктури синтезованого матеріалу [2].
Об’єктом дослідження були виготовлені зразки (рис. 1, а) зі сталі мартенситного класу AISI 316L з контрольованим дефектом у вигляді локального перегріву в результаті, який візуально проявляється кольорами мінливості (рис. 1, б, в), які утворюються під час друку. Зразки симетрично обернені, у формі рівнобічної трапеції з основами 20 та 5 мм, висотою 10 мм та товщиною 5 мм. Зразки виготовлялись за однаковими режимами при потужності 130 Вт, швидкості 1000 мм/с та відстанню між треками 0,07 мм, для утворення контрольованого дефекту були змінені параметри друку границі зразка: потужність – 120 Вт, швидкість – 1050 мм/с та відстань між треками – 0,02 мм. Друк зразків проводився на 3D принтері Alfa-280 виробництва компанії ТОВ «АЛТ Україна» [3]. Дослідження мікроструктури проводилась на оптичних мікроскопах Olympus Tokyo та CarlZeiss AxioVert 200M mat після травленні у реактиві HCl+HNO3. Був проведений контроль шорсткості поверхні за допомогою прибору BioBase.
   

Рис. 1. Зовнішні вигляд зразків: а – в робочому просторі Materialise, б – зразок 1, в – зразок 2.

Дослідження мікроструктури основного тіла зразка показали, що щільність складає 99,73% структура – мартенсит (рис. 2).

Зразок 1                                                                                             Зразок 2
Рис. 2. Мікроструктура досліджених зразків, х50

На підставі зіставлення результатів візуально-оптичного контролю та мікроструктурного аналізу встановлені ділянки сильного витравлювання, що відповідають областям локального перегріву, які характеризуються градієнтом мінливості помаранчевого кольору.
Металографічні дослідження показали, що конфігурація треків в області збільшення перерізу зразків більш рівномірна. Шорсткість похилих граней зразка 1 складає 6,1 – 6,5 мкм, а зразка 2 дорівнює 4,7-5,3 мкм (при λ=0,25мм). На підставі даного дослідження були побудовані схеми розподілу зон з різним ступенем рівновісністі треків, рівномірністі структури (рис. 3).

Зразок 1                                                                                               Зразок 2
Рис. 3. Схема впливу геометрії на рівновісність треків, рівномірність структури.
Висновки:
1. Побудовані схеми впливу геометрії на рівновісність треків та рівномірність структури. Встановлено, що щільність треків та зразка більш рівномірна в центральній області.
2. На підставі візуально-оптичного контролю та мікроструктурного аналізу зразків з контрольованим дефектом встановлені області, схильні до перегріву, що утворюють ефект інтерференції (помаранчевого кольору) на границях зразків. Для зразка у вигляді трапеції з широкою основою знизу – це нижня грань, для зразка у вигляді трапеції з широкою основою зверху – це бічні похилі грані.
Література:
1. Adjamskiy S.; Kononenko G.; Podolskyi R. (2020) Mechanical properties of heat-resistant superalloy Inconel 718 obtained by selective laser melting and heat treatment under different load directions. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol 99, no 3, pp. 75–85.
2. Аджамский С. В., Кононенко А. А., Подольский Р. В.. Исследование влияния режимов SLM-процесса на качество в области контура изделий. Міжнародна конференція «Університетська наука – 2020». – 2020. – №1. – С. 157–158.
3. Аджамский С. В., Кононенко А. А., Подольский Р. В. Симуляция влияния остаточных напряжений и параметров SLM-технологии на формирование области границ изделия из жаропрочного никелевого сплава INCONEL 718. Матеріали міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні». Днепр, 2020, С. 4–6.