DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-501-516

Аджамський Сергій Вікторович, Ph. D., головний конструктор, с.н.с., ТОВ «Адитивні лазерні технології України», вул. Сергія Подолинського 31 б, м. Дніпро, Україна.
Інститут транспортних систем і технологій НАН України, вул. Писаржевського, 5, Дніпро, 49000, Україна. ORCID: 0000-0002-6095-8646. E-mail: as@alt-print.com

Подольський Ростислав Вячеславович, Ph. D., н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
ТОВ «Адитивні лазерні технології України», вул. Сергія Подолинського 31 б, м. Дніпро, Україна.
ORCID: 0000-0002-0288-0641. E-mail: rostislavpodolskij@gmail.com

Кононенко Ганна Андріївна, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
ТОВ «Адитивні лазерні технології України», вул. Сергія Подолинського 31 б, м. Дніпро, Україна.
НТУ «Дніпровська політехніка», пр. Дмитра Яворницького, 19, м. Дніпро, 49005, Україна.
ORCID: 0000-0001-7446-4105. E-mail: perlit@ua.fm

Клемешов Євген Сергійович, к.т.н., н.с., відділ процесів і машин обробки металів тиском, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, пл. Академіка Стародубова, 1, м. Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-6486-5319. Email: klemeshov.evgen@gmail.com

Сафронова Олена Анатоліївна, м.н.с., аспірант, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-4032-4275. E-mail: safronovaaa77@gmail.com

РОЗРОБКА РАЦІОНАЛЬНИХ РЕЖИМІВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ В ДЕТАЛЯХ СКЛАДНОГО ПЕРЕРІЗУ,  ВИГОТОВЛЕНИХ ЗІ СТАЛІ 316 L ЗА SLM-ТЕХНОЛОГІЄЮ

Анотація. Залишкові внутрішні напруження є однією з особливостей металевих матеріалів, виготовлених шляхом пошарового сплавлення за SLM-технологією, але вони можуть значно впливати на механічні властивості та геометричні параметри, тому необхідно проводити заходи задля зменшення залишкових напружень. За результатами аналітичних досліджень встановлено, що найбільш ефективним способом зменшення залишкових напружень є термічна обробка. Мета дослідження. Дослідити вплив термічної обробки за різними режимами на зміну внутрішніх напружень І роду за допомогою обчислювань та методом прямих вимірювань як відхилення фактичних геометричних параметрів від заданих розмірів деталі складної форми, виготовленої за SLM -технологією зі сталі AISI 316L. Ідея досліджень. Відомі дослідження впливу внутрішніх напружень в залежності від геометрії деталі переважно виконувались на елементах простої форми. Авторами розроблена модель виробу складного перерізу, що дозволяє оцінити вплив товщини стінки та типу переходу від меншого до більшого перерізу. Матеріал та методика досліджень. Деталь складної форми була виготовлена з металевого порошку сталі 316L за SLM -технологією відповідно до розробленої моделі. З використанням програм QForm та JmatPRO розраховано відхилення геометрії деталі, які виникають під дією залишкових напружень після термічного оброблення за дослідними режимами (нагрів до 899°C, витримка 1 год., охолодження у воді;  нагрів до 650°C, 2 год., вода; нагрів до 550°C,  4 год., вода) та виконаний контроль фактичних відхилень геометрії на виробі з застосуванням 3-D сканеру та програмного забезпечення Geomagic ControlX. На основі отриманих результатів надані рекомендації щодо термічної обробки, яка забезпечить ефективне зниження залишкових напружень та збереження вихідної структури, яка формується при виготовленні за SLM -технологією.

Ключові слова: селективне лазерне плавлення, нержавіюча сталь 316L, залишкові внутрішні напруження, термічна обробка.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-501-516

Посилання для цитування: Розробка раціональних режимів термічної обробки для зменшення залишкових напружень в деталях складного перерізу,  виготовлених зі сталі 316L за SLM-технологією / С. В. Аджамський, Р. В. Подольський,  Г. А. Кононенко, Є.С. Клемешов, О. А. Сафронова // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 501-516. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-501-516.

Перелік посилань

1. Microscale residual stresses in additively manufactured stainless steel / Chen W., Voisin T., Zhang Y. et al. // Nat Commun. 2019. No. 10. P. 4338. https://doi.org/10.1038/s41467-019-12265-8.
   
2.  Adjamskiy S., Kononenko G., Podolskyi R., Badyuk S. Implementation Of Selective Laser Melting Technology In Ukraine. Kyiv : Naukova Dumka, 2022. 116 p. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/978-966-00-1856-3.
   
3. Deb Roy T., Wei H. L., Zuback J. S., Mukherjee T., Elmer J. W., Milewski J. O., Beese A. M., Wilson-Heid A., De A., Zhang W. Additive manufacturing of metallic components–process, structure and properties. Prog. Mater. Sci. 2017. No. 92. P. 112–224.
   
4. Аджамський С. В., Кононенко Г. А., Подольський Р. В. Вплив параметрів SLM-процесу на формування області кордонів деталей з жароміцного нікелевого сплаву Inconel 718. Космічна наука і технологія. 2021. 27, № 6 (133). С. 105–114. https://doi.org/10.15407/knit2021.06.105.
   
5. Vayre B., Vignat F., Villeneuve F. Metallic additive manufacturing: state-of-the-art review and prospects. Mech. Ind. 2012. No. 13. P. 89–96.
   
6. Brackett D., Ashcroft I., Hague R. Topology optimization for additive manufacturing. Proc. SFF Symp. Austin Texas. 2011. Р. 348–362.
   
7. Аджамський С. В., Кононенко Г. А., Подольський Р. В. Вплив технологічних параметрів SLM-процесу на пористість металовиробів. Автоматичне зварювання. 2020. №10. С. 14-20. https://doi.org/10.37434/as2020.10.03.
   
8. Separation of the Formation Mechanisms of Residual Stresses in LPBF 316L / Ulbricht A., Altenburg S.J., Sprengel M., Sommer K., Mohr G., Fritsch T., Mishurova T., Serrano-Munoz I., Evans A., Hofmann M., Bruno G.// Metals. 2020. No. 10. Р. 1234.
   
9. Effect of hatch length on the development of microstructure, texture and residual stresses in selective laser melted superalloy Inconel 718 / Nadammal N., Cabeza S., Mishurova T., Fritsch T., Kromm A., Seyfert C., Farahbod L., Haberland C., Schneider J., Portella P., Bruno G. // Materials & design. 2017. № 134. Р. 139-150. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.08.049.
   
10. Dovgyy B., Piglione A., Hooper P., Pham M.-S. Comprehensive assessment of the printability of CoNiCrFeMn in Laser Powder Bed Fusion. Materials & Design. 2020. № 194. Р. 108845. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108845.
    
11. An Experimental Investigation into Additive Manufacturing-Induced Residual Stresses in 316L Stainless Steel / Wu A. S., Brown D. W., Kumar M., Gallegos G. F., King W. E. // Metall. Mater. Trans. A. 2014. No. 45. P. 6260–6270
    
12. Dovgyy B., Piglione A., Hooper P., Pham M.-S. Comprehensive assessment of the printability of CoNiCrFeMn in Laser Powder Bed Fusion. Materials & Design. 2020. №194. Р. 108845. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108845.
    
13. Kruth J.-P., Deckers J., Yasa E., Wauthlé R. Assessing and Comparing Influencing Factors of Residual Stresses in Selective Laser Melting Using a Novel Analysis Method. Proc. Inst. Mech. Eng. 2012. №226. Р. 980–991. https://doi.org/10.1177/0954405412437085.
    
14. Adjamsky, S. V., Kononenko, G. A., Podolskyi, R. V. et al. Mechanical Properties and Microstructure of the 316L Steel Produced by Different Methods. Powder Metall Met Ceram 62, 436–444 (2023). https://doi.org/10.1007/s11106-024-00405-9.
    
15. Additive manufactured 316l stainless-steel specimens: Microstructure, residual stress and corrosion characteristics after post-processing / Santa-Aho S., Kiviluoma M., Jokiaho T., Gundgire T., Honkanen M., Lindgren M., Vippola M. // Metals. 2021. №11. Р. 182. https://doi.org/10.3390/met11020182.
    
16. T. Ronneberg, C.M. Davies, P.A. Hooper. Revealing Relationships Between Porosity, Microstructure and Mechanical Properties of Laser Powder Bed Fusion 316L Stainless Steel Through Heat Treatment, Mater. Des. 2020. Vol. 189, 108481. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108481.
    
17. Grain boundary and microstructure engineering of Inconel 690 cladding on stainless-steel 316L using electron-beam powder bed fusion additive manufacturing / Segura I., Murr L., Terrazas C., Bermudez D., Mireles, J., Injeti V., Li K., Yu B., Misra R., Wicker R. // J. Mater. Sci. Technol. 2019. No. 35. Р. 351–367. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2018.09.059.