Визначення впливу параметрів технологічного процесу електронно-променевого наплавлення на якісні показники

Автор(и)

  • Владислав Анатолійович Матвійчук Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-9304-6862
  • Володимир Михайлович Нестеренков Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7973-1986
  • Олена Миколаївна Берднікова Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-9754-9478

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.253473

Ключові слова:

електронно-променеве наплавлення, Ti6Al4V, технологічні параметри, растрова мікроскопія, шорсткість поверхні

Анотація

В статті представлено розроблену технологію та обладнання для виготовлення методами 3D друку деталей і вузлів із заздалегідь прогнозованими властивостями. В основі технології лежить застосування пучка електронів високої потужності для сплавлення металевого порошку у вакуумній камері з утворенням послідовних шарів, які повторюють контури цифрової моделі виробу.

Об’єктом досліджень є процес наплавлення виробів з порошку титанового сплаву Ti6Al4V. Мета – визначення оптимальних режимів наплавлення на основі виявлення впливу параметрів процесу на якісні показники виробів.

В результаті досліджень проаналізовано вплив технологічних параметрів на властивості виробів. Визначена оптимальна густина енергії променя 44,5 Дж/мм3. За результатами досліджень надруковано 25 експериментальних зразків. Використано три режими швидкості променя: 270, 540 та 780 мм/с. Для кожного режиму змінювали струм динамічного фокусування від –1,2 до 1,27 А з кроком біля 0,3 А.

Проведено детальні дослідження виробів. Методом растрової електронної мікроскопії вивчено морфологію поверхонь зразків в декількох зонах, а саме у центральній зоні та по контуру, встановлено параметри шорсткості мікрорельєфу поверхонь, наявність дефектів (пор, несплавлень, мікронерівностей, включень). Встановлено, що вироби характеризуються переважно однорідним мікрорельєфом профілю. Структура поверхонь, що формується у різних зонах в залежності від технологічних режимів, відрізняється за своєю морфологією. Встановлено режими наплавлення, які мають практичне застосування: швидкість променю 780 мм/c; потужність 675 Вт; струм динамічного фокусування від –1,2 до 0 А. Це забезпечує мінімальні параметри мікрорельєфу поверхонь та відсутність дефектів: усадочних пор, несплавлень, а також мінімальну кількість включень

Спонсор дослідження

  • Фінансування роботи здійснювалось у рамках цільової програми наукових досліджень НАНУ за темою «Розробка адитивних електронно-променевих технологій виготовлення і ремонту виробів авіакосмічної промисловості і турбінобудування» (номер державної реєстрації 0117U001264). Також автори вдячні ТОВ «Вітова ЛТД» за фінансову підтримку в проведені досліджень.

Біографії авторів

Владислав Анатолійович Матвійчук, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України

Науковий співробітник

Відділ фізичних процесів, техніки i устаткування для електронно-променевого і лазерного зварювання

Володимир Михайлович Нестеренков, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач відділу, член-кореспондент НАН України

Відділ фізичних процесів, техніки i устаткування для електронно-променевого і лазерного зварювання

Олена Миколаївна Берднікова, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України

Доктор технічних наук, провідний науковий співробітник

Відділ фізико-хімічних досліджень матеріалів

Посилання

  1. Nesterenkov, V. M., Matvejchuk, V. A., Rusynik, M. O., Ovchinnikov, A. V. (2017). Application of additive electron beam technologies for manufacture of parts of VT1-0 titanium alloy powders. Automatic Welding, 3, 5–10. doi: https://doi.org/10.15407/as2017.03.01
  2. Wang, P., Sin, W., Nai, M., Wei, J. (2017). Effects of Processing Parameters on Surface Roughness of Additive Manufactured Ti-6Al-4V via Electron Beam Melting. Materials, 10 (10), 1121. doi: https://doi.org/10.3390/ma10101121
  3. Abdeen, D. H., Palmer, B. R. (2016). Effect of processing parameters of electron beam melting machine on properties of Ti-6Al-4V parts. Rapid Prototyping Journal, 22 (3), 609–620. doi: https://doi.org/10.1108/rpj-09-2014-0105
  4. Safdar, A., He, H. Z., Wei, L., Snis, A., Chavez de Paz, L. E. (2012). Effect of process parameters settings and thickness on surface roughness of EBM produced Ti‐6Al‐4V. Rapid Prototyping Journal, 18 (5), 401–408. doi: https://doi.org/10.1108/13552541211250391
  5. Medina, F., Baughman, B., Godfrey, D., Menon, N. Optimizing EBM Alloy 718 Material for Aerospace Components. Available at: https://fdocuments.in/document/optimizing-ebm-alloy-718-material-for-aerospace-optimizing-ebm-alloy-718-material.html
  6. Tan, X., Kok, Y., Tan, Y. J., Descoins, M., Mangelinck, D., Tor, S. B. et. al. (2015). Graded microstructure and mechanical properties of additive manufactured Ti–6Al–4V via electron beam melting. Acta Materialia, 97, 1–16. doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036
  7. Sun, Y. Y., Gulizia, S., Oh, C. H., Fraser, D., Leary, M., Yang, Y. F., Qian, M. (2016). The Influence of As-Built Surface Conditions on Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Additively Manufactured by Selective Electron Beam Melting. JOM, 68 (3), 791–798. doi: https://doi.org/10.1007/s11837-015-1768-y
  8. Matviichuk, V. A., Nesterenkov, V. M., Berdnikova, O. M. (2022). Additive electron beam technology of manufacture of metal products from powder materials. Automatic Welding, 2, 16–25. doi: https://doi.org/10.37434/as2022.02.03
  9. Matviychuk, V. A., Nesterenkov, V. M. (2020). Additive electron beam equipment for layer-by-layer manufacture of metal products from powder materials. Automatic Welding, 2, 44–49. doi: https://doi.org/10.37434/as2020.02.08
  10. Karimi, P. (2018). Electron beam melting of Alloy 718 - Influence of process parameters on the microstructure. University West, 89. Available at: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1264207/FULLTEXT01.pdf
  11. Sino-Euro Materials Technologies. Available at: https://en.c-semt.com/ti/
  12. Vostrikov, A. V., Suhov, D. I. (2016). Proizvodstvo granul metodom PREP dlya additivnyh tekhnologiy - tekuschiy status i perspektivy razvitiya. Trudy VIAM, 8 (44), 17–23.
  13. Al-Bermani, S. S. (2011). An investigation into microstructure and microstructural control of additive layer manufactured Ti-6Al-4V by electron beam melting. University of Sheffield. Available at: https://etheses.whiterose.ac.uk/14694/
  14. Hrabe, N., Quinn, T. (2013). Effects of processing on microstructure and mechanical properties of a titanium alloy (Ti–6Al–4V) fabricated using electron beam melting (EBM), Part 2: Energy input, orientation, and location. Materials Science and Engineering: A, 573, 271–277. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.02.065
  15. Helmer, H. E., Körner, C., Singer, R. F. (2014). Additive manufacturing of nickel-based superalloy Inconel 718 by selective electron beam melting: Processing window and microstructure. Journal of Materials Research, 29 (17), 1987–1996. doi: https://doi.org/10.1557/jmr.2014.192
  16. Sames, W. J., Medina, F., Peter, W. H., Babu, S. S., Dehoff, R. R. (2014). Effect of Process Control and Powder Quality on Inconel 718 Produced Using Electron Beam Melting. 8th International Symposium on Superalloy 718 and Derivatives, 409–423. doi: https://doi.org/10.1002/9781119016854.ch32
  17. Scharowsky, T., Juechter, V., Singer, R. F., Körner, C. (2015). Influence of the Scanning Strategy on the Microstructure and Mechanical Properties in Selective Electron Beam Melting of Ti-6Al-4V. Advanced Engineering Materials, 17 (11), 1573–1578. doi: https://doi.org/10.1002/adem.201400542

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-27

Як цитувати

Матвійчук, В. А., Нестеренков, В. М., & Берднікова, О. М. (2022). Визначення впливу параметрів технологічного процесу електронно-променевого наплавлення на якісні показники. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(12(115), 21–30. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.253473

Номер

Том 1 № 12(115) (2022): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Vladyslav Matviichuk, Vladimir Nesterenkov, Olena Berdnikova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.