Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2023

Идентификатор DOI: 10.18698/0536-1044-2023-10-28-43

Ключевые слова: layered melting method, selective laser melting, Regular structures, specific strength, infiltration with alloys, metal composites, метод послойного наплавления, селективное лазерное плавление, регулярные структуры, удельная прочность, инфильтрация сплавами, металлокомпозиты

Аннотация: Несмотря на значительное количество исследований и прикладных работ в области аддитивных технологий, проблемы топологической оптимизации структур, полученных совмещением методов 3D-печати и порошковой металлургии, остаются недостаточно изученными как теоретически, так и экспериментально. Результаты моделирования регулярных структур из пластиков и изучения процессов их разрушения можно эффективно использовать в качестве стартового метода при разработке технологии изготовления композиционных материалов на основе титановых сплавов с повышенным уровнем прочностных свойств. По результатам численных экспериментов и натурных испытаний определены наиболее предпочтительные типы структур - сотовые на основе полилактида (PLA) со следующими прочностными свойствами: модуль упругости - 342,3 МПа; предел прочности при сжатии - 20,4 МПа; удельная прочность - 81 МПа, см3/г. Реализованные на пластиках 3D-модели использованы при изготовлении металлокомпозитов по технологии, сочетающей селективное лазерное плавление и порошковую металлургию. Помимо повышения плотности и устранения пористости у структур из порошков титанового сплава после инфильтрации более легкоплавкими сплавами возрастает уровень прочностных свойств вследствие перераспределения напряжений, возникающих в титановом каркасе под нагрузкой. Прочность на изгиб изменяется в диапазоне 1140…1560 МПа, модуль упругости - в интервале 49 500…54 000 МПа в зависимости от состава композита и режимов селективного лазерного плавления. Твердость по Роквеллу возрастает от 35 до 45 HRC, твердость по Бринеллю - от 340 до 410 HB, что на 20…25 % больше, чем твердость проката из сплава ВТ6. Повышенные значения прочности можно объяснить композиционной структурой материала, образованного сочетанием двух взаимно проникающих каркасов. Результаты испытаний образцов на прочность являются еще одним аргументом в пользу предложенного способа инфильтрации при совместном использовании аддитивных технологий и методов порошковой металлургии. Despite significant amount of research and applied works in the additive technologies, problems of the topological optimization of structures obtained by combining 3D printing and the powder metallurgy methods remain insufficiently studied both theoretically and experimentally. Results of simulating regular structures made of plastics and studying their destruction processes could be effectively used as a starting approach in developing technology for production of the composite materials based on the titanium alloys with the increased level of strength properties. Based on numerical experiments and full-scale tests, the most preferred types of structures were determined. They include honeycomb structures based on PLA with the following strength properties: elastic modulus - 342.3 MPa; ultimate compressive strength - 20.4 MPa; specific strength - 81 MPa cm3/g. 3D models realized on plastics were used in manufacture of the metal composites using technology combining selective laser melting and powder metallurgy. In addition to increasing density and eliminating porosity of structures made from the titanium alloy powders, the strength properties level also increases after infiltration with the lower-melting alloys, since redistribution of stresses arising in the titanium frame under load is ensured. Bending strength alters in the range of 1140...1560 MPa and elastic modulus - in the range of 49 500...54 000 MPa depending on the composite composition and selective laser melting modes. Rockwell hardness increases from 35 to 45 HRC, and Brinell hardness - from 340 to 410 HB, which is by 20...25 % higher than hardness of the rolled products from the VT6 alloy. The increased strength values could be explained by the material composite structure formed by combination of the two mutually penetrating frames. Results of testing samples for strength are another argument in favor of the proposed infiltration method implying combined additive and powder metallurgy methods.

Журнал: Известия высших учебных заведений. Машиностроение

Выпуск журнала: №10

Номера страниц: 28-43

ISSN журнала: 05361044

Место издания: Москва

Издатель: Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

• Гордеев Ю.И. (ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»)
• Бинчуров А.С. (ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»)
• Москвичев Е.В. (Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий)
• Зеер Г.М. (ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»)
• Зеленкова Е.Г. (ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»)
• Ясинский В.Б. (ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК