Посмотреть метаданные

Актуальность. Зачастую в процессе изготовления изделий из закаливающихся сплавов методами аддитивного производства происходит их разрушение. Причиной этого является неблагоприятное сочетание металлургических факторов и высокий уровень возникающих напряжений. При изготовлении крупногабаритных промышленных конструкций методом прямого лазерного выращивания невозможно обеспечить получение благоприятного структурно-фазового состава и механических свойств наплавляемого металла вследствие низкой межпроходной температуры и высоких скоростей охлаждения. В таком случае для предотвращения разрушения конструкции необходимо снизить уровень напряжений и деформаций.

Цель работы — теоретический анализ эффективности использования методов локального изменения геометрии наплавки, а также локального изменения химического состава, для снижения остаточных напряжений и деформаций наплавок, симулирующих условия получения крупногабаритных конструкций методами прямого лазерного выращивания.

Методы. Анализируются наплавки типа стенка из сплава Ti-6Al-4V с двумя вариантами галтелей на торцах: плоскими и вогнутыми. Также рассмотрена наплавка типа стенка без галтелей с градиентным переходов от мягкой прослойки из чистого титана к существенно более прочному сплава Ti-6Al-4V. Для определения напряжений и деформаций в наплавках была разработана численная модель процесса прямого лазерного выращивания. Последовательно связанные задачи теплопроводности в нестационарной постановке и квазистационарная задача термопластичности были решены методом конечных элементов.

Результаты. Добавление плоских галтелей на торцах наплавки оказывают незначительное влияние на величину остаточных напряжений и накопленных пластических деформаций. Вогнутые галтели приводят к существенному снижению пластических деформации, обеспечивая получение бездефектной наплавки. Наибольшую эффективность показал подход, связанный с добавлением менее прочной, но более пластичной прослойки между жесткой подложкой и наплавкой из более прочного сплава. В этом случае максимальный уровень накопленных пластических деформаций достигается на торцах наплавки в области мягкой прослойки и мало зависит от протяженности прослойки. Более прочная часть наплавки из сплава Ti-6Al-4V практически не претерпевает пластического деформирования.

Выводы. Используя методы численного моделирования продемонстрирована возможность существенного снижения остаточных напряжений и пластических деформаций в наплавках, получаемых прямым лазерным выращиванием, за счет использования методов локального изменения геометрии наплавки, а также локального изменения химического состава.