SCI Библиотека

В данной статье проведен анализ используемых материалов, способов получения и свойств многослойных плазменных покрытий, работающих в условиях высоких температур, и выбраны основные направления по исследованию процессов их формирования. Современные плазменные покрытия для высокотемпературного применения в большинстве вариантов - это многослойная система, состоящая из внешнего керамического слоя и жаростойкого металлического подслоя с рядом промежуточных металлокерамических слоев. Подслой необходим для понижения величин термических напряжений в созданном защитном покрытии, индуцированных различными коэффициентами термического расширения у металлических и керамических материалов. Промежуточные металлокерамические слои служат для монотонного выравнивания физико-механических свойств между основными слоями. Слой керамики создает необходимую термостойкость у покрытия. Однако при достаточно широком изучении плазменных защитных покрытий на базе диоксида циркония до сих пор полностью не решены вопросы по увеличению термостойкости керамических слоев и снижения их газопроницаемости. Для решения этой проблемы необходимо установить режимы нанесения слоев, обеспечивающие требуемые характеристики защитных покрытий, найти действенные способы управления уровнем остаточных напряжений и содержанием пор в покрытиях, разработать технологии получения многослойных защитных покрытий с плавным переходом технологических свойств по сечению покрытия от металлической подложки к слою керамики. Наиболее применяемыми способами формирования керамического слоя многослойных покрытий, работающих в условиях высоких температур, являются процессы плазменного напыления и электронно-лучевого испарения. В последнее время плазменный метод становится более предпочтительным, поскольку значительно снижает стоимость покрытий, позволяет более жестко управлять составом покрытия, характеризуется более высокой производительностью, обеспечивает гибкое регулирование процесса напыления. Качественные многослойные плазменные покрытия, работающие в условиях высоких температур, должны создаваться из материалов, обладающих равномерностью химического и фазового состава по всему сечению порошка, со строго оптимальными размерами и необходимой морфологией, для создания в сформированном покрытии максимального присутствия тетрагональной фазы с минимизацией размера зерен у фазовых включений.

Цели. Цель работы – создание модели, которая позволяет с помощью математического моделирования исследовать процесс горячего изостатического прессования (ГИП) длинных труб из порошковых материалов. Напряженно-деформируемое состояние исследуется вдали от верхней и нижней границ капсулы в цилиндрической системе координат, поэтому осевая скорость деформации в каждый момент процесса предполагается постоянной по объему.

Методы. Используются методы математического моделирования. Порошковый материал моделируется как пластически сжимаемая сплошная среда. Для описания его механических свойств в процессе деформации используется модель Грина. Для анализа механического поведения материала капсулы применяется модель идеальной пластичности при условии несжимаемости. Температурное поле предполагается постоянным по объему и по времени в течение всего процесса.

Результаты. Поскольку, как правило, толщина стенок труб существенно меньше их радиуса, то в процессе исследования принималась гипотеза о постоянстве относительной плотности порошкового материала по объему в каждый момент процесса. Принятая гипотеза позволила свести задачу определения скоростей деформаций на каждом шаге процесса к решению некоторой системы двух уравнений с двумя неизвестными. По известным скоростям деформации определяются скорости перемещений, что позволяет получить конечные размеры трубы (при относительной плотности порошкового материала равной единице). Анализируются усадки всех размеров трубы (вертикального, внутреннего радиуса, наружного радиуса), как функции относительной плотности.

Выводы. Предложенная модель описания процесса ГИП длинных труб из порошковых материалов позволяет учитывать все особенности данного процесса в зависимости от параметров системы. Показана возможность использования трубчатых образцов для определения функций, входящих в условие Грина.

Обоснована актуальность исследований и эффективность применения методов порошковой металлургии при производстве сферических подшипников высоконагруженных шарнирных узлов. Выявлено, что на усилие и работу деформации, а также на кинетику формообразования наружной обоймы сферического шарнирного узла из спеченных коррозионностойких хромоникелевых сталей влияет химический состав порошков и смазочных материалов, защитная среда и способ спекания прессовок, микроструктура и механические свойства материала заготовки. Показано, что пластические свойства при испытании кольцевых образцов зависят от совершенства межчастичных контактов, наличия и распределения оксидов хрома, схем формования и пористости заготовок. Исследовано влияние способа получения нержавеющих хромо-никелевых порошков на плотность и механические свойства спеченных заготовок. Предложен метод определения деформированного состояния при радиальной деформации кольцевых об-разцов из указанных порошков сталей и оценки предельно допустимых значений интенсивности деформаций, ниже которых не образуются трещины при холодной штамповке пористых заготовок. Выявлено, что для расчета напряженного состояния и, соответственно, сопротивления деформации при холодной штамповке наружных обойм сферических шарниров из спеченных коррозионностойких сталей можно использовать известные определяющие уравнения, если интенсивность деформации не превышает предельных значений, полученных экспериментально. Обоснована целесообразность реализации предложенного метода и выбора технологических параметров процесса холодной штамповки деталей сферического шарнирного узла из хромоникелевых сталей аустенитного класса.

В данной работе исследовано влияние различных параметров процесса селективного лазерного плавления (СЛП) на формирование дефектов и микроструктуры в жаропрочных никелевых сплавах. Экспериментальные образцы были изготовлены с использованием установки “ВПЛС Меркурий”, оснащенной системой индуктивного высокотемпературного подогрева. Путем варьирования энергетических параметров СЛП были получены данные о зависимости линейной плотности энергии от количества и типов возникающих дефектов, таких как макротрещины и микродефекты. Результаты исследования показали, что увеличение линейной плотности энергии способствует значительному снижению дефектов в структуре образцов. На основании проведенного анализа также выявлены особенности формирования микроструктуры и причины возникновения дефектов при различных режимах СЛП. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации параметров процесса и улучшения качества изделий из жаропрочных никелевых сплавов, изготовленных методом аддитивного производства.

В работе представлены результаты исследования влияния температуры подогрева платформы при селективном лазерном плавлении (СЛП) и термической обработке на микроструктуру, фазовый состав и механические свойства хромистой стали. Была выявлена зависимость пористости компактного материала от плотности энергии селективного лазерного плавления. Микроструктура образцов характеризуется узкими, вытянутыми вдоль направления построения зернами. При печати с подогревом платформы средняя длина зерен увеличивается с 156 до 563 мкм, средняя ширина при этом не изменяется и составляет около 30 мкм. После термической обработки на границах зерен выделились включения, предположительно карбиды типов MC и M23C6. Дифрактограммы образцов содержат пики, соответствующие объемно-центрированной кубической решетке. Подогрев платформы в процессе СЛП позволил повысить пластичность материала на 6% (с 12 до 18%) при сохранении прочностных свойств. Результаты показали, что применение подогрева платформы и термической обработки позволяют изменять микроструктуру и механические свойства. Материалы статьи были представлены на Международной научно-практической конференции «Перспективные машиностроительные технологии (Advanced Engineering Technologies) AET 2024», проходившей в Санкт-Петербурге 13–17 мая 2024 года.

Функционально-градиентные материалы (ФГМ) - это перспективные материалы, характеризующиеся постепенными переходами либо в составе, либо в микроструктуре, либо в плотности. Для расширения потенциала данных материалов можно использовать аддитивное производство при их изготовлении. Анализ существующих исследований ФГМ, полученных методом селективного лазерного плавления (СЛП), показывает, что слабо представлены исследования влияния изменения количества частиц на структуру и свойства. Исследования композитных ФГМ с большим количеством армирующих частиц, особенно с использованием оборудования с высоким подогревом, ограничены. Целью данной работы является проведение исследований композитных образцов ВЖ159 + WC, составы которых могут быть использованы для изготовления ФГМ методом СЛП. Для решения поставленной цели были проведены исследования дефектов, микроструктуры, химического и фазового составов, а также твердости в композитных образцах. Важным аспектом данной работы является исследование возможности получения ФГМ из металлов с большим содержанием армирующих частиц с использованием высокотемпературного подогрева методом СЛП. Было получено, что после изготовления композитных образцов методом СЛП в них видны нерастворенные частицы WC и поры в гранулах данного материала, отсутствуют другие дефекты. При увеличении содержания WC в композитных материалах происходит изменение микроструктуры - увеличение количества дендритов WC в матрице композита. В образцах ВЖ159 + 20% WC в матрице уже наблюдается некоторое количество W, который мог туда попасть из распавшихся гранул WC. Установлено, что при увеличении количества WC в композитных образцах микротвердость матрицы возрастает и достигает 1122,9 HV при 80% WC.

В статье представлены результаты исследования микроструктуры и химического состава отечественного аналога жаропрочного никелевого сплава GTD111, полученного методом селективного лазерного плавления (СЛП). Проведено детальное изучение морфологии порошка, использованного в процессе, а также анализ структуры и фазового состава полученных образцов. Особое внимание уделено влиянию легирующих элементов, таких как тантал, на формирование топологически плотно упакованных фаз и их распределение в сплаве. Результаты работы демонстрируют соответствие химического состава конечного материала исходным спецификациям, а также подчеркивают значимость корректировки химического состава для оптимизации свойств сплава. Полученные данные позволяют сделать выводы о перспективах применения безрениевых никелевых сплавов в высокотемпературных условиях, а также о потенциале использования технологии СЛП для создания топологически сложных и термоустойчивых конструкционных материалов.

Целью данной работы была разработка технологии изготовления мультиматериальных образцов системы ВЖ159/БрХЦрТ В методом селективного лазерного плавления с изменением химического состава в трех направлениях. Проводились исследования микроструктуры с помощью оптического микроскопа, для анализа химического состава использовали сканирующий электронный микроскоп, фазовый состав оценивался на рентгеновском дифрактометре. Также проводились механические испытания на универсальных испытательных машинах. Было получено, что микроструктура зоны сплава БрХЦрТ В представляет собой столбчатые зерна с эпитаксиальным ростом по направлению изготовления образца. Между двумя сплавами имеется переходная зона, в которой происходит смешение сплавов. Она имеет усредненный химический состав, в ней не образуется новых фаз и наблюдаются пики, соответствующие фазам для обоих сплавов. Существование переходной зоны продолжается вплоть до нанесения и сплавления шестого слоя сплава БрХЦрТ В на сплаве ВЖ159 (примерно 300 мкм). Мультиматериальный образец в испытаниях на растяжение показал большие чем в два раза значения (430 МПа против 203 МПа), но не превзошел показатели для ВЖ159 (1202 МПа). Относительное удлинение при растяжении и сжатии мультиматериального образца было меньше, чем у ВЖ159, БрХЦрТ В и Inconel 718. Анализ мультиматериальных образцов с изменением химического состава в трех направлениях показал, что наличие зоны смешения сплавов в одном слое печати величиной 350-400 мкм будет достаточно для устранения дефектов. Материалы статьи были представлены на Международной научно-практической конференции «Перспективные машиностроительные технологии (Advanced Engineering Technologies) AET 2024», проходившей в Санкт-Петербурге 13-17 мая 2024 года.

В работе электроэрозионным диспергированием сплава Т5К10 в масле получен порошок, который был нанесен на заготовки из стали 35 методом электроискрового легирования нелокализованным электродом, исследованы состав, структура и свойства полученных покрытий. Определены химический и фазовый составы и микроструктура полученных частиц. Установлено, что при электроэрозионном диспергировании в образующихся частицах порошка происходит полное растворение исходного карбида вольфрама в кубическом карбиде (Ti, W)C. Исследования кинетики массопереноса при электроискровом легировании нелокализованным электродом показали, что полученный порошок наносится вместе со стальными гранулами со скоростью 1,9-2,6 мг/(см2×мин). Полученные покрытия состоят из вольфрам-содержащих и железосодержащих фаз, элементы которых равномерно распределены по глубине покрытия. Концентрация элементов W, Ti, Co в покрытиях зависит от соотношения масс порошка и стальных гранул в наносимом порошке. Испытания показали, что, благодаря высокой концентрации легирующих элементов в покрытиях, они обладают высокой твердостью (6,4 ГПа-9,2 ГПа) и пониженной скоростью износа (0,13×105-0,39×105 мм3/Нм) по сравнению с исходной сталью 35 (2,6 ГПа и 2,47×105-2,65×105 мм3/Нм соответственно).

Покрытия на основе Ti-WSi способны обеспечить жаростойкость конструкционных материалов, а также устойчивость к коррозии и изнашиванию. Методом электроискрового легирования титанового сплава Ti6Al4V в анодной смеси из титановых гранул c добавлением 2, 6 и 10 об. % порошка дисилицида вольфрама получены металлокерамические Ti-WSi покрытия. Структуру покрытий изучали методами ренгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Испытания на жаростойкость проводились при температуре 900 °С в течении 100 часов. Износостойкость покрытий исследовались в условиях сухого трения при нагрузке 25 Н. По данным рентгенофазового анализа в составе покрытий присутствуют низкотемпературный WSi2, αTi, Ti5Si3 и высокотемпературный WSi2. С ростом содержания WSi2 в анодной смеси микротвердость покрытий монотонно возрастала с 11,93 до 13,24 ГПа. Средние значения коэффициента трения покрытий находились в диапазоне от 0,75 до 0,86. По результатам испытаний, износостойкость покрытий была от 3 до 7 раз выше, чем у сплава Ti6Al4V. Применение электроискровых Ti-WSi покрытий позволяет повысить жаростойкость титанового сплава Ti6Al4V от 7 до 14 раз.