RU2724210C1 - Method of increasing mechanical properties of steel ab2-1 in direct laser growing of metal workpieces - Google Patents
Method of increasing mechanical properties of steel ab2-1 in direct laser growing of metal workpieces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724210C1 RU2724210C1 RU2019132739A RU2019132739A RU2724210C1 RU 2724210 C1 RU2724210 C1 RU 2724210C1 RU 2019132739 A RU2019132739 A RU 2019132739A RU 2019132739 A RU2019132739 A RU 2019132739A RU 2724210 C1 RU2724210 C1 RU 2724210C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- nozzle
- range
- metal
- mechanical properties
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000373 effect on fracture Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
- B22F12/53—Nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству судостроительных материалов с высокой прочностью и хладостойкостью. Изобретение может быть использовано при создании материалов для изготовления изделий, предназначенных для эксплуатации в условиях Арктики и в других областях, требующих высоких механических свойств.The invention relates to the field of metallurgy, namely the production of shipbuilding materials with high strength and cold resistance. The invention can be used to create materials for the manufacture of products intended for use in the Arctic and in other areas requiring high mechanical properties.
Одним из основных материалов для постройки элементов ответственных конструкций судов, подводных лодок, буровых и морских платформ, эксплуатируемых в условиях Арктики, служит сталь марки АБ2-1. Сталь АБ2-1 - высокопрочная сталь бейнитно-мартенситного класса, обладает сочетанием высокой прочности и ударной вязкости [1]. Известно большое количество исследований, посвященных изучению бейнита, включая кинетику образования структуры, кристаллографию, микроструктурную морфологию и связанные с ней механические свойства [2]. Широко распространен такой метод изготовления данных сталей, как выплавка с последующей прокаткой.One of the main materials for the construction of critical structures for ships, submarines, drilling rigs and offshore platforms operated in the Arctic is steel grade AB2-1. Steel AB2-1 - high-strength steel of the bainitic-martensitic class, has a combination of high strength and impact strength [1]. A large number of studies are known on the study of bainite, including the kinetics of structure formation, crystallography, microstructural morphology, and the mechanical properties associated with it [2]. A widespread method of manufacturing these steels is smelting followed by rolling.
Из уровня техники из публикации [3] и патента №2394108 (опубл. 10.07.2010) известен "Способ производства листов из хладостойкой стали", применимый и для сталей типа АБ2. Способ включает получение заготовки, нагрев до температуры выше Асз, деформацию с регламентированными обжатиями, охлаждение. Согласно ему деформацию осуществляют в 3 стадии, сначала проводят предварительную деформацию при температуре 950÷1050°С с обжатиями на первых трех проходах, 6÷10% за проход и с суммарным обжатием не менее 25%, подстуживают заготовку и проводят промежуточную деформацию при температуре Аr3+30°С с обжатиями не менее 15% за проход при суммарной деформации не менее 55%, а затем выполняют окончательную деформацию при температуре Аr3-20°С с обжатиями не менее 8-10% за проход с паузами между проходами не менее 5 с, при суммарном обжатии не менее 40%, при этом охлаждение листа после деформации производят со скоростью не менее 30°С/мин до температуры 400°С, далее - на воздухе.The prior art from the publication [3] and patent No. 2394108 (publ. 07/10/2010) known "Method for the production of sheets of cold-resistant steel", applicable to steels of type AB2. The method includes obtaining a workpiece, heating to a temperature above Ac3, deformation with regulated compression, cooling. According to it, the deformation is carried out in 3 stages, first preliminary deformation is carried out at a temperature of 950 ÷ 1050 ° C with reductions in the first three passes, 6 ÷ 10% per passage and with a total compression of at least 25%, the workpiece is stiffened and intermediate deformation is carried out at a temperature of Ar3 + 30 ° C with reductions of at least 15% per pass with a total deformation of at least 55%, and then perform the final deformation at a temperature of Ar3-20 ° C with reductions of at least 8-10% per pass with pauses between passes of at least 5 s , with a total reduction of at least 40%, while cooling the sheet after deformation is carried out at a speed of at least 30 ° C / min to a temperature of 400 ° C, then in air.
Недостатком указанного способа является многостадийность процесса с последующей термообработкой для получения конечных механических свойств, а также получение материала только листовой формы.The disadvantage of this method is the multi-stage process with subsequent heat treatment to obtain the final mechanical properties, as well as obtaining material only in sheet form.
В качестве прототипа выбран патент №2439173 "Способ производства проката из высокопрочной хладостойкой стали" (опубл. 10.01.2012), он применим в том числе и для сталей типа АБ. Способ производства включает выплавку стали, непрерывную разливку на заготовки, нагрев слябов, предварительную и окончательную прокатку и ускоренное охлаждение, причем после нагрева слябы предварительно прокатывают с общей деформацией 50-70% в направлении, перпендикулярном оси сляба, а затем производят окончательную прокатку в области ниже температуры рекристаллизации при температуре 750-900°С с суммарной деформацией 65-80%, причем 30-40% от общей деформации приходится на прокатку в направлении, перпендикулярном оси раската, после чего прокат ускоренно охлаждают от температуры Аr3±20°С до температуры 400-600°С, а затем охлаждают замедленно до температуры 20-200°С со скоростью 0,05-0,15 град/с. Сталь выплавляют в кислородном конвертере. После выпуска металла производят его обработку в ковше и разливают на машине непрерывного литья заготовок. При внепечной обработке металла в ковше проводят окончательное раскисление, рафинирование, продувку нейтральным газом и модифицирующую обработку кальцием. Прокатку слябов размером 246×1550 мм на лист толщиной 24,5 мм производят на одноклетьевом реверсивном стане "5000".As a prototype, patent No. 2439173 was selected “Method for the production of rolled products from high-strength cold-resistant steel” (publ. 10.01.2012), it is also applicable to AB type steels. The production method includes steel smelting, continuous casting into billets, heating slabs, preliminary and final rolling and accelerated cooling, and after heating, the slabs are pre-rolled with a total deformation of 50-70% in the direction perpendicular to the axis of the slab, and then the final rolling is performed in the region below recrystallization temperature at a temperature of 750-900 ° С with a total deformation of 65-80%, moreover, 30-40% of the total deformation occurs in rolling in the direction perpendicular to the axis of the roll, after which the rolling is rapidly cooled from a temperature of Ar 3 ± 20 ° С to a temperature 400-600 ° C, and then cooled slowly to a temperature of 20-200 ° C at a speed of 0.05-0.15 deg / s. Steel is smelted in an oxygen converter. After the release of metal, it is processed in a ladle and poured on a continuous casting machine. During out-of-furnace processing of metal in the ladle, final deoxidation, refining, purging with neutral gas and modifying treatment with calcium are carried out. Slabs with a size of 246 × 1550 mm are rolled onto a sheet with a thickness of 24.5 mm at the 5000 single-strand reversing mill.
В данном способе повышение прочностных свойств достигается за счет выполнения на последнем этапе принудительной термоциклической обработки заготовки. Недостатками указанного способа являются многостадийность процесса для получения конечных механических свойств, а также получение материала только листовой формы [4].In this method, the increase in strength properties is achieved due to the implementation at the last stage of the forced thermocyclic processing of the workpiece. The disadvantages of this method are the multi-stage process to obtain the final mechanical properties, as well as obtaining material only in sheet form [4].
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение механических свойств стали АБ2-1 при осуществлении прямого лазерного выращивания (ПЛВ) заготовок и расширение области ее применения в судовых и тяжелонагруженных конструкциях за счет возможности изготовления заготовок любой формы и толщины.The technical result of the proposed method is to increase the mechanical properties of AB2-1 steel during direct laser growing (PLW) of billets and expand the scope of its application in ship and heavily loaded structures due to the possibility of manufacturing billets of any shape and thickness.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ повышения механических свойств стали АБ2-1 при осуществлении прямого лазерного выращивания металлических заготовок, заключающийся в том, что на подложку, размещенную в рабочей герметичной камере, заполненной аргоном высокой чистоты до избыточного давления в пределах от 2 МПа до 5 МПа с содержанием остаточного кислорода не более 500 ppm, последовательно наносят слои металлического порошка из стали АБ2-1 фракции от 45 мкм до 200 мкм, подавая его посредством транспортного газа в зону осаждаемого металла через сопло установки для прямого лазерного выращивания с расходом транспортного газа от 10 л/мин до 40 л/мин и массовым расходом металлического порошка от 30 г/мин до 100 г/мин, изменяя при этом скорость перемещения сопла относительно подложки в пределах от 15 мм/с до 35 мм/с, шаг вертикального смещения слоев в пределах от 0,2 мм до 1 мм, шаг поперечного смещения слоев в пределах от 1,4 мм до 2 мм, и воздействуя на металлический порошок лазерным лучом мощностью в пределах от 2 кВт до 3 кВт, сфокусированным в пятно диаметром от 1 мм до 5 мм.To achieve the technical result, a method is proposed for improving the mechanical properties of AB2-1 steel during direct laser growth of metal billets, which consists in the fact that on a substrate placed in a working sealed chamber filled with high-purity argon to an overpressure in the range from 2 MPa to 5 MPa with a residual oxygen content of not more than 500 ppm, layers of metal powder from steel AB2-1 of a fraction from 45 μm to 200 μm are successively applied, feeding it by means of a transport gas into the zone of the deposited metal through the nozzle of a direct laser growth apparatus with a flow rate of transport gas from 10 l / min to 40 l / min and a mass flow of metal powder from 30 g / min to 100 g / min, while changing the speed of movement of the nozzle relative to the substrate in the range from 15 mm / s to 35 mm / s, the step of vertical displacement of the layers in the range from 0.2 mm to 1 mm, the step of the transverse displacement of the layers in the range from 1.4 mm to 2 mm, and affecting the meta laser powder with a power ranging from 2 kW to 3 kW, focused into a spot with a diameter of 1 mm to 5 mm.
Технический результат достигается за счет естественной объемной термоциклической обработки заготовки, реализуемой при осуществлении прямого лазерного выращивания из металлического порошка из стали АБ2-1 на предлагаемых параметрах режима. Объемное термоциклирование приводит к получению бейнитной структуры в материале заготовки и, как следствие, повышению ее механических свойств. Технология ПЛВ позволяет регулировать объемное термоциклирование за счет задания параметров режима работы установки ПЛВ и контролировать процесс формирования бейнитной структуры, что обеспечивает получение структуры с требуемой морфологией и свойствами.The technical result is achieved due to the natural volumetric thermocyclic processing of the workpiece, which is realized by direct laser growing from a metal powder from steel AB2-1 at the proposed mode parameters. Volumetric thermal cycling leads to a bainitic structure in the workpiece material and, as a result, an increase in its mechanical properties. PLV technology allows you to adjust the volume thermal cycling by setting the parameters of the PLV installation operating mode and control the formation of a bainitic structure, which provides a structure with the desired morphology and properties.
Возможная реализация способа осуществляется на технологическом комплексе на базе волоконного лазера. В процессе выращивания герметичную камеру заполняют аргоном высокой чистоты (не менее 99,99%) до избыточного давления 2 МПа. В камере после заполнения аргоном, содержание кислорода не должно превышать 500 ppm. Процесс ПЛВ осуществляется при следующих технологических параметрах: мощность излучения 2 кВт, скорость перемещения сопла относительно подложки 25 мм/с, диаметр пятна сфокусированного лазерного луча на поверхности подожки или предыдущего слоя 3 мм, массовый расход подаваемого порошка 30 г/мин, расход транспортного газа 10 л/мин. При этом шаг вертикального смещения сопла составляет 0,8 мм, а шаг поперечного смещения сопла - 0,2 мм.A possible implementation of the method is carried out on a technological complex based on a fiber laser. During the growing process, the sealed chamber is filled with high purity argon (at least 99.99%) to an overpressure of 2 MPa. In the chamber after filling with argon, the oxygen content should not exceed 500 ppm. The PLV process is carried out with the following technological parameters: radiation power of 2 kW, nozzle moving speed relative to the substrate 25 mm / s, spot laser beam spot diameter on the surface of the podzhka or previous layer 3 mm, mass flow rate of the supplied powder 30 g / min, flow rate of transport gas 10 l / min In this case, the step of vertical displacement of the nozzle is 0.8 mm, and the step of lateral displacement of the nozzle is 0.2 mm.
Лазерный луч формирует на поверхности подложки или предыдущего слоя ванну расплава, в которую через сопло подается присадочный порошок. Сопло перемещается с заданной скоростью формируя одиночный валик. Слой формируется последовательным нанесением валиков с их частичным перекрытием в поперечном сечении. После завершения формирования слоя, сопло поднимается на заданный шаг вертикального смещения и процесс повторяется. В результате нанесения последующих слоев, предыдущие слои подвергаются повторному нагреву, что в массе всей заготовки приводит к термоциклированию материала и формированию метастабильных структурных составляющих, обладающих высокими механическими свойствами. Процесс охлаждения происходит в интервале температур со скоростью от 8 до 46°С/с, формируется преимущественно бейнитная структура материала заготовки.The laser beam forms a melt bath on the surface of the substrate or the previous layer, into which a filler powder is fed through the nozzle. The nozzle moves with a given speed forming a single roller. The layer is formed by sequential application of the rollers with their partial overlap in the cross section. After completion of the formation of the layer, the nozzle rises to a given step of vertical displacement and the process is repeated. As a result of applying subsequent layers, the previous layers are reheated, which in the mass of the entire workpiece leads to thermal cycling of the material and the formation of metastable structural components with high mechanical properties. The cooling process takes place in the temperature range from 8 to 46 ° C / s; the predominantly bainitic structure of the workpiece material is formed.
Подтверждение формирования такой структуры и ее влияние на разрушение при механических испытаниях показано на рисунках: на Фиг. 1 - микроструктура материала заготовки, полученной предложенным способом, а именно, а) б) - бейнитная структура изображение с оптического микроскопа, в) - структура верхнего бейнита (ВБ) изображение со сканирующего электронного микроскопа, г) - структура гранулярного бейнита (ГБ) изображение со сканирующего электронного микроскопа; на Фиг. 2 - фрактограммы заготовки, полученной методом ПЛВ, после испытаний на растяжение; Фиг. 3 - фрактограммы заготовки, полученной методом ПЛВ, после испытаний на ударный изгиб.Confirmation of the formation of such a structure and its effect on fracture during mechanical tests is shown in the figures: in FIG. 1 - microstructure of the workpiece material obtained by the proposed method, namely, a) b) is the bainitic structure image from an optical microscope, c) is the structure of upper bainite (WB) image is from a scanning electron microscope, d) is the structure of granular bainite (GB) image from a scanning electron microscope; in FIG. 2 - fractograms of the workpiece obtained by the PLV method, after tensile tests; FIG. 3 - fractograms of the workpiece obtained by the PLV method, after tests for impact bending.
В процессе охлаждения наплавляемых слоев при выращивании заготовки близкие к подложке слои имеют высокие скорости охлаждения. Это объясняется интенсивным теплоотводом в массивную подложку. Микроструктура данных слоев включает закалочные структуры и содержит преимущественно мартенсит, который может быть удален на этапе отделения заготовки от подложки. По мере удаления от подложки теплоотвод становится менее интенсивным и, как следствие, время охлаждения существенно больше. Это приводит к получению более благоприятной структуры наплавляемых слоев за счет объемного термоциклирования.In the process of cooling the deposited layers during the growth of the workpiece, layers close to the substrate have high cooling rates. This is explained by intense heat removal to the massive substrate. The microstructure of these layers includes quenching structures and contains mainly martensite, which can be removed at the stage of separation of the workpiece from the substrate. As you move away from the substrate, the heat sink becomes less intense and, as a result, the cooling time is significantly longer. This leads to a more favorable structure of the deposited layers due to volumetric thermal cycling.
Для подтверждения заявленного способа были выращены образцы плоских стенок на указанных в примере возможной реализации способа параметрах режима ПЛВ, и проведены металлографические исследования шлифов полученных образцов, выполнены механические испытания. Экспериментально показано, что металл наплавляемых слоев успевает остыть перед наплавкой нового слоя. Автоподогрев от предыдущего слоя влияет на скорость охлаждения металла последующих слоев. Высокотемпературный однократный нагрев не вызывает изменения твердости, в то время как повторный нагрев до более низкой температуры приводит к снижению твердости. В процессе выращивания твердость циклически меняется в пределах 250-300 HV на расстоянии в интервале 0,7-0,8 мм, что свидетельствует о постоянном подогреве предыдущих слоев и протекающем термоциклировании. При этом области полученных плоских стенок, близкие к подложке, имеют более высокую твердость, что связано с большими скоростями охлаждения.To confirm the claimed method, samples of flat walls were grown on the parameters of the PLW regime indicated in the example of a possible implementation of the method, metallographic studies of thin sections of the samples were carried out, mechanical tests were performed. It was experimentally shown that the metal of the deposited layers manages to cool before surfacing a new layer. Auto-heating from the previous layer affects the cooling rate of the metal of the subsequent layers. A single high-temperature heating does not cause a change in hardness, while re-heating to a lower temperature leads to a decrease in hardness. During the growing process, the hardness changes cyclically within 250-300 HV at a distance in the range of 0.7-0.8 mm, which indicates the constant heating of the previous layers and the ongoing thermal cycling. Moreover, the regions of the obtained flat walls close to the substrate have a higher hardness, which is associated with high cooling rates.
Протекающие термические циклы благоприятно сказываются на механических свойствах полученных заготовок. В таблице 1 приведено сравнение основных механических свойств сталей марки АБ2-1, получаемых традиционным способом [3] и методом ПЛВ.The ongoing thermal cycles favorably affect the mechanical properties of the resulting blanks. Table 1 shows a comparison of the main mechanical properties of AB2-1 grade steels obtained by the traditional method [3] and the PLV method.
Как видно из таблицы 1, образцы из материала АБ2-1 обладают повешенными механическими свойствами по сравнению с аналогами.As can be seen from table 1, samples of material AB2-1 have hanged mechanical properties in comparison with analogues.
На Фиг. 2 представлены фрактограммы образцов, полученных методом ПЛВ, после испытаний на растяжение. В изломе образцов, полученных методом ПЛВ, присутствуют равноосные ямки, средний размер которых составляет 2,41 мкм. Характер разрушения вязкий. Количество волокнистой составляющей в изломе составляет 95%. В изломе после ударного изгиба обнаружены равноосные ямки, средний размер ямок 2,5 мкм (Фиг. 3). Оксиды отсутствуют. Характер разрушения вязкий. Количество волокнистой составляющей в изломе составляет 90%.In FIG. 2 shows fractograms of samples obtained by the PLV method after tensile tests. In the fracture of the samples obtained by the PLV method, there are equiaxed pits, the average size of which is 2.41 microns. The nature of the destruction is viscous. The amount of fibrous component in the fracture is 95%. In the kink after shock bending, equiaxed pits were found, the average size of the pits was 2.5 μm (Fig. 3). There are no oxides. The nature of the destruction is viscous. The amount of fibrous component in the fracture is 90%.
Заявляемое техническое решение позволяет решить поставленную задачу, используя метод ПЛВ изделий из сталей марки АБ2-1 и значительно повысить механические свойства полученных изделий без последующей термической и термодеформационной обработки. Преимущество метода от классических способов получения изделий, таких как литье, прокатка, заключается в сокращении технологических операций, за счет протекания термоциклирования в процессе выращивания и получения повышенных механических свойств. Данный метод позволяет получать высокоточные заготовки, а также готовые детали заранее заданной формы, толщины и размеров без использования дополнительных процессов термической, термодеформационной и других видов обработки, в отличие от традиционных способов изготовления изделий и листового проката (заготовок) [5, 6].The claimed technical solution allows us to solve the problem using the PLV method of products from steels of grade AB2-1 and significantly improve the mechanical properties of the products obtained without subsequent thermal and thermal deformation processing. The advantage of the method from classical methods of obtaining products, such as casting, rolling, is to reduce technological operations, due to the occurrence of thermal cycling in the process of growing and obtaining improved mechanical properties. This method allows to obtain high-precision billets, as well as finished parts of a predetermined shape, thickness and size without using additional processes of thermal, thermal deformation and other types of processing, in contrast to traditional methods of manufacturing products and sheet metal (billets) [5, 6].
Список литературы:List of references:
1. Горынин И.В., Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И., Нестерова Е.В., Орлов В.В., Калинин Г.Ю. Экономнолегированные стали с наномодифицированной структурой для эксплуатации в экстремальных условиях // Вопросы материаловедения. - 2008. №2 (54). - С.7-19.1. Gorynin I.V., Rybin V.V., Malyshevsky V.A., Khlusova E.I., Nesterova E.V., Orlov V.V., Kalinin G.Yu. Economically alloyed steels with a nano-modified structure for operation in extreme conditions // Problems of Materials Science. - 2008. No. 2 (54). - S.7-19.
2. Малахов Н.В., Мотовилина Г.Д., Хлусова Е.И., Казаков А.А. Структурная неоднородность и методы ее снижения для повышения качества конструкционных сталей // Вопросы материаловедения. - 2009. №3 (59). - С.52-64.2. Malakhov N.V., Motovilina G.D., Khlusova E.I., Kazakov A.A. Structural heterogeneity and methods for its reduction to improve the quality of structural steels // Problems of Materials Science. - 2009. No3 (59). - S. 52-64.
3. Ильин А.В. Научно-производственный комплекс «Конструкционные стали и функциональные материалы для морской техники» Каталог продукции и услуг, Раздел 1. Высокопрочные свариваемые стали, Высокопрочные стали марок АБ, Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина, Санкт-Петербург, с 25-27. [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.crism-prometey.ru/about/activities/konstruktsionnyye-stali-i-nanostrukturirovannyye-materialy.pdf (Дата обращения 17.09.2019).3. Ilyin A.V. Scientific-production complex "Structural steels and functional materials for marine engineering" Catalog of products and services, Section 1. High-strength welded steels, High-strength steels of grades AB, National Research Center "Kurchatov Institute" Central Research Institute of Structural Materials "Prometheus" named I .IN. Gorynina, St. Petersburg, from 25-27. [Electronic resource] access mode: http://www.crism-prometey.ru/about/activities/konstruktsionnyye-stali-i-nanostrukturirovannyye-materialy.pdf (Date of access 09.17.2019).
4. Голосиенко С.А., Мотовилина Г.Д., Хлусова Е.И. Влияние структуры, сформированной при закалке, на свойства высокопрочной хладостойкой стали при отпуске // Вопросы материаловедения. - 2008. №1 (53). - С. 32-44.4. Golosienko S. A., Motovilina G. D., Khlusova E. I. The influence of the structure formed during hardening on the properties of high-strength cold-resistant steel during tempering // Problems of Materials Science. - 2008. No. 1 (53). - S. 32-44.
5. Turichin, G.A., Zemlyakov, E.V., Klimova, O.G., Babkin, K.D Hydrodynamic instability in high-speed direct laser deposition for additive manufacturing, Physics Procedia, Vol. 83, 2016, pp. 674-683.5. Turichin, G.A., Zemlyakov, E.V., Klimova, O.G., Babkin, K. D. Hydrodynamic instability in high-speed direct laser deposition for additive manufacturing, Physics Procedia, Vol. 83, 2016, pp. 674-683.
6. Федюкин B.К. Термоциклическая обработка сталей и чугунов. - Л.: ЛГУ, 1977. - 144 с.6. Fedyukin B.K. Thermocyclic treatment of steels and cast irons. - L .: Leningrad State University, 1977 .-- 144 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132739A RU2724210C1 (en) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Method of increasing mechanical properties of steel ab2-1 in direct laser growing of metal workpieces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132739A RU2724210C1 (en) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Method of increasing mechanical properties of steel ab2-1 in direct laser growing of metal workpieces |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2724210C1 true RU2724210C1 (en) | 2020-06-22 |
Family
ID=71135915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019132739A RU2724210C1 (en) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Method of increasing mechanical properties of steel ab2-1 in direct laser growing of metal workpieces |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724210C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764912C1 (en) * | 2021-05-25 | 2022-01-24 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Method for obtaining a compound of steel with a titanium alloy by direct laser build-up |
RU2812102C1 (en) * | 2023-05-03 | 2024-01-22 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Method for producing parts from structural steel 38х2муа using selective laser melting technique |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140034626A1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-02-06 | Materials Solutions | Additive manufacturing |
RU2542199C1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method for preparing composite coatings of powder materials |
WO2017096050A1 (en) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | Raytheon Company | Electron beam additive manufacturing |
RU2695856C1 (en) * | 2018-12-20 | 2019-07-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Method of making articles from steel of ak type |
-
2019
- 2019-10-14 RU RU2019132739A patent/RU2724210C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140034626A1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-02-06 | Materials Solutions | Additive manufacturing |
RU2542199C1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method for preparing composite coatings of powder materials |
WO2017096050A1 (en) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | Raytheon Company | Electron beam additive manufacturing |
RU2695856C1 (en) * | 2018-12-20 | 2019-07-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Method of making articles from steel of ak type |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764912C1 (en) * | 2021-05-25 | 2022-01-24 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" | Method for obtaining a compound of steel with a titanium alloy by direct laser build-up |
RU2812102C1 (en) * | 2023-05-03 | 2024-01-22 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Method for producing parts from structural steel 38х2муа using selective laser melting technique |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dirisu et al. | Wire plus arc additive manufactured functional steel surfaces enhanced by rolling | |
KR101184464B1 (en) | Method for manufacturing titanium alloy wire with enhanced properties | |
Abboud | Effect of processing parameters on titanium nitrided surface layers produced by laser gas nitriding | |
JP6484716B2 (en) | Lean duplex stainless steel and manufacturing method thereof | |
CN105143486A (en) | High strength hot rolled steel sheet and method for producing same | |
KR101759915B1 (en) | Method for producing a metal strip | |
EP4074858A1 (en) | Hot-rolled h-beam steel based on special-shaped billet rolling and forming, and manufacturing method therefor | |
KR102596515B1 (en) | Hot rolled light-gauge martensitic steel sheet and method for making the same | |
WO2023029282A1 (en) | Production method for high-strength steel plate for engineering machinery | |
CN105200332B (en) | 700 MPa level thin-gauge high-strength steel strip and production method thereof | |
Oh et al. | Solution annealing and precipitation hardening effect on the mechanical properties of 630 stainless steel fabricated via laser melting deposition | |
RU2724210C1 (en) | Method of increasing mechanical properties of steel ab2-1 in direct laser growing of metal workpieces | |
CN110205461B (en) | Manufacturing method of high-carbon high-manganese wear-resistant steel plate | |
RU2463360C1 (en) | Method to produce thick-sheet low-alloyed strip | |
Liu et al. | A laser-shock-enabled hybrid additive manufacturing strategy with molten pool modulation of Fe-based alloy | |
CN108070792A (en) | Carbon alloy mold steel plate and its manufacturing method in a kind of thick high flaw detection requirements of 200-350mm | |
US7137437B2 (en) | Method and device for producing continuously cast steel slabs | |
Chubukov et al. | Analyzing the features of non-metallic inclusion distribution in Ø410 mm continuously cast billets of low carbon steel grades | |
EP2660344A1 (en) | Centrifugally cast roll for last finishing stands in hot strip mills | |
JP2017048440A (en) | Steel pipe for machine construction member excellent in machinability and manufacturing method therefor | |
RU2709075C1 (en) | Method of producing hot-rolled coil of low-alloy steel | |
JP2004043963A (en) | Pearlitic rail having excellent toughness and ductility and production method therefor | |
Matrosov et al. | Use of accelerated cooling to improve the mechanical and processing properties of rolled plates used to make large-diameter gas-line pipe | |
RU2495142C1 (en) | Manufacturing method of rolled steel plate from low-alloy steel | |
JP5045258B2 (en) | Continuous casting method and continuous casting machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210426 Effective date: 20210426 |