RU2812102C1 - Способ получения деталей из конструкционной стали 38Х2МЮА технологией селективного лазерного сплавления - Google Patents
Способ получения деталей из конструкционной стали 38Х2МЮА технологией селективного лазерного сплавления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812102C1 RU2812102C1 RU2023111516A RU2023111516A RU2812102C1 RU 2812102 C1 RU2812102 C1 RU 2812102C1 RU 2023111516 A RU2023111516 A RU 2023111516A RU 2023111516 A RU2023111516 A RU 2023111516A RU 2812102 C1 RU2812102 C1 RU 2812102C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- selective laser
- laser melting
- structural steel
- melting technique
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу изготовления деталей из конструкционной стали 38Х2МЮА и может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем. Предложен способ получения деталей из порошков конструкционной стали 38Х2МЮА технологией селективного лазерного сплавления. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит при следующих технологических параметрах: мощность лазерного излучения 200 до 250 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм. Далее происходит термическая обработка: закалка 940°С в масло и отпуск 660°С в течение 5 ч, затем охлаждение на воздухе. Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит внутри герметичной камеры в среде защитного газа. Обеспечивается получение деталей с низкой пористостью, с высокими механическими свойствами и низким уровнем остаточных напряжений. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к аддитивным технологиям (технология Selective laser melting, SLM, селективное лазерное сплавление, СЛС), а именно к изготовлению деталей технологией селективного лазерного сплавления металлических порошков из конструкционной стали 38Х2МЮА, и может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем.
Известен способ (патенты РФ №2758696 С1) получения изделий из коррозионной стали аустенитного класса методом послойного лазерного сплавления. Недостатком этого способа является низкий и неоднородный уровень механических свойств.
С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ получения изделия из конструкционной стали 38Х2МЮА с высокой прочностью и твердость, включающий технологию селективного лазерного сплавления.
Стоит также отметить, что диапазон нахождения рациональных технологических параметров сканирования, при котором формируются требуемые по качеству слои, очень узок и строго индивидуален для каждого материала и морфологии порошка.
На сегодняшний день определение рациональных технологических параметров сканирования осуществляется экспериментально, путем изготовления большого количества специальных образцов, с последующим исследованием их структуры и механических свойств. Таким образом, подбор параметров экспериментальным путем для сложных технологических процессов является трудоемкой задачей. Учитывая большое количество регулируемых параметров, потребуется немало временных и материальных затрат для определения их рациональных значений. Кроме того, неправильно подобранная область их поиска, может привести к неудовлетворительному результату исследований, и как следствие, к низким механическим свойствам синтезированного материала.
Предлагаемый способ отличается от известных тем, что изготовление деталей производят послойно из металлического порошка конструкционной стали 38Х2МЮА фракцией до 50 мкм технологией селективного лазерного сплавления. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит при следующих технологических параметрах: мощность лазерного излучения от 200 до 250 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм. Термическая обработка: закалка 940°С в масло, отпуск 660°С в течении 5 ч на воздухе.
Технический результат - получение функциональных деталей технологией селективного лазерного сплавления, высокие механические характеристики деталей достигаемые за счет применения оптимальных технологических параметров обработки, высокая плотность деталей за счет применения оптимальных технологических параметров обработки, высокая производительность процесса за счет применения высокой скорости сканирования, низкий уровень остаточных напряжений, и как следствие, высокая точность размеров и расположения поверхностей, существенное повышение коэффициента использования материала (КИМ).
Технический результат достигается за счет того, что изготовление деталей из конструкционной стали 38Х2МЮА технологией селективного лазерного сплавления проводят при оптимальных технологических параметрах, а именно мощность лазерного излучения 200 до 250 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм с последующей термической обработкой: закалка 940°С в масло и отпуск 660°С в течении 5 ч, охлаждение на воздухе.
Технический результат достигается за счет того, что при применении оптимальных технологических параметров изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления достигается высокая плотность материала за счет подвода оптимального количества энергии. Так, например, при использовании не оптимальных технологических параметров (низкой мощности лазерного излучения совместно с высокой скоростью сканирования) не будет подводиться достаточной энергии для полного расплавления порошка что не позволяют получить хорошей зоны перекрытия между слоями и соседними векторами сканирования. При использовании режимов с высокой мощностью лазерного излучения и низкой скоростью сканирования, на материал будет подаваться избыточное количество теплоты, и плавление материала будет происходить в режиме, который называется «замочной скважиной». При этом режиме лазерный луч локально создает температуру достаточную для испарения материала, что приводит к возникновению высокой пористости материала и, как следствие, к его низким механическим свойствам.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 изображена ванна расплава.
Использование в технологии селективного лазерного сплавления указанных технологических режимов позволяют полностью сплавлять металлический порошок жаропрочного сплава, создавая зону перекрытия между векторами сканирования на уровне 40...50%, что положительно сказывается на механических свойствах материала.
Предлагаемым способом были изготовлены полномасштабные цилиндрические образцы для испытания на одноосное растяжение. Для осуществления изобретения образцы изготавливались из металлического порошка конструкционной стали 38Х2МЮА фракцией до 50 мкм. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления осуществлялось при мощности лазерного излучения 225 Вт, скорости сканирования 600 мм/с, толщине слоя 50 мкм и шаге сканирования 0,12 мм с последующей термической обработкой: закалка 940°С в масло и отпуск 660°С в течении 5 ч, охлаждение на воздухе. Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходил внутри герметичной камеры в среде защитного газа.
Результаты испытаний механических свойств образцов, изготовленных предлагаемым способом, представлены в таблице 1.
Контроль плотности изготовленных образцов осуществлялся путем проведения томографического контроля. По результатам исследований, объем пустот составил менее 0,0005% от объема образцов.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать функциональные детали с достаточным уровнем механических свойств, высокой плотностью и низким КИМ.
В результате этого, применение предлагаемого способа изготовления изделий из порошка конструкционной стали 38Х2МЮА технологией селективного лазерного сплавления позволит повысить КИМ, снизить затраты на изготовление технологической оснастки, сократить время изготовления деталей в несколько раз.
Claims (1)
- Способ получения деталей из конструкционной стали 38Х2МЮА, заключающийся в применении технологии селективного лазерного сплавления и использовании металлических порошков, отличающийся тем, что изготовление деталей осуществляется технологией селективного лазерного сплавления с применением следующих технологических параметров: мощность лазерного излучения от 200 до 250 Вт, скорость сканирования от 500 до 700 мм/с, шаг сканирования от 0,1 до 0,15 мм, толщина слоя 50 мкм, с последующей термической обработкой: закалка 940°С в масло и отпуск 660°С в течение 5 ч, охлаждение на воздухе.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812102C1 true RU2812102C1 (ru) | 2024-01-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10104732C1 (de) * | 2001-02-02 | 2002-06-27 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Laser-Schmelzen von metallischen Werkstoffen |
| RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
| RU2683612C1 (ru) * | 2018-01-30 | 2019-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ формирования градиентного покрытия методом лазерной наплавки |
| RU2724210C1 (ru) * | 2019-10-14 | 2020-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (ФГБОУ ВО СПбГМТУ) | Способ повышения механических свойств стали аб2-1 при осуществлении прямого лазерного выращивания металлических заготовок |
| RU2758696C1 (ru) * | 2020-11-25 | 2021-11-01 | Алексей Владимирович Мишуков | Способ изготовления биметаллических деталей системы сталь-бронза |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10104732C1 (de) * | 2001-02-02 | 2002-06-27 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Laser-Schmelzen von metallischen Werkstoffen |
| RU2562722C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Способ изготовления изделий сложной формы из порошковых систем |
| RU2683612C1 (ru) * | 2018-01-30 | 2019-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ формирования градиентного покрытия методом лазерной наплавки |
| RU2724210C1 (ru) * | 2019-10-14 | 2020-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (ФГБОУ ВО СПбГМТУ) | Способ повышения механических свойств стали аб2-1 при осуществлении прямого лазерного выращивания металлических заготовок |
| RU2758696C1 (ru) * | 2020-11-25 | 2021-11-01 | Алексей Владимирович Мишуков | Способ изготовления биметаллических деталей системы сталь-бронза |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hermann Becker et al. | The achievable mechanical properties of SLM produced Maraging Steel 300 components | |
| Walker et al. | Evaluation of fatigue crack propagation behaviour in Ti-6Al-4V manufactured by selective laser melting | |
| Sterling et al. | Fatigue behavior and failure mechanisms of direct laser deposited Ti–6Al–4V | |
| Reschetnik et al. | Fatigue crack growth behavior and mechanical properties of additively processed EN AW-7075 aluminium alloy | |
| Li et al. | Fast prediction and validation of part distortion in selective laser melting | |
| Casavola et al. | Experimental analysis of residual stresses in the selective laser melting process | |
| Hansel et al. | Study on consistently optimum deposition conditions of typical metal material using additive/subtractive hybrid machine tool | |
| Bagherifard et al. | Cold spray deposition of freestanding Inconel samples and comparative analysis with selective laser melting | |
| Torries et al. | Utilization of a microstructure sensitive fatigue model for additively manufactured Ti-6Al-4V | |
| Shrivastava et al. | Remanufacturing of nickel-based aero-engine components using metal additive manufacturing technology | |
| Wegener et al. | CuCrZr processed by laser powder bed fusion—Processability and influence of heat treatment on electrical conductivity, microstructure and mechanical properties | |
| Sarila et al. | Characterization of microstructural anisotropy in 17–4 PH stainless steel fabricated by DMLS additive manufacturing and laser shot peening | |
| Rigon et al. | Influence of defects on axial fatigue strength of maraging steel specimens produced by additive manufacturing | |
| Torries et al. | Effect of inter-layer time interval on the mechanical behavior of direct laser deposited Ti-6Al-4V | |
| Rekedal et al. | Investigation of the high-cycle fatigue life of selective laser melted and hot isostatically pressed Ti-6Al-4V | |
| Afroz et al. | Fatigue behaviour of laser powder bed fusion (L-PBF) Ti–6Al–4V, Al–Si–Mg and stainless steels: a brief overview | |
| Manikandan et al. | On the anisotropy in room-temperature mechanical properties of laser powder bed fusion processed Ti6Al4V-ELI alloy for aerospace applications | |
| Chandramohan et al. | A review of additive manufacturing of α-β Ti alloy components through selective laser melting and laser metal deposition | |
| Adjamsky et al. | Influence of the Time Interval between the Deposition of Layers by the SLM Technology on the Structure and Properties of Inconel 718 Alloy | |
| RU2812102C1 (ru) | Способ получения деталей из конструкционной стали 38Х2МЮА технологией селективного лазерного сплавления | |
| Vaverka et al. | Effect of heat treatment on mechanical properties and residual stresses in additively manufactured parts | |
| Shrestha et al. | Effects of design parameters on thermal history and mechanical behavior of additively manufactured 17-4 PH stainless steel | |
| Renzo et al. | Multiaxial fatigue behavior of additive manufactured Ti-6Al-4V under in-phase stresses | |
| Jegadheesan et al. | State of art: Review on laser surface hardening of alloy metals | |
| Aliprandi et al. | Creep behavior of Ti-6Al-4V alloy specimens produced by Electron Beam Melting |