Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST), Университета Висконсин-Мэдисон и Аргоннской национальной лаборатории недавно опубликовали в журнале Additive Manufacturing статью о методах аддитивного производства нержавеющей стали 17-4 PH.
В стали 17-4 PH кристаллическая микроструктура внутри должна быть мартенситной (игольчатой или реечной), чтобы металл обладал востребованными свойствами. Однако в процессе аддитивного производства условия нагрева/охлаждения представляют собой серьезную проблему для последовательного получения желаемых фаз в отпечатанных деталях.
В своей работе "Phase transformation dynamics guided alloy development for additive manufacturing" для многократного аддитивного воспроизведения стали 17-4 PH с необходимой мартенситной структурой исследователи использовали метод синхротронной рентгеновской дифракции для получения высокоскоростных данных на ускорителе частиц длиной 1100 метров (Advanced Photon Source (APS)), расположенном в Аргоннской национальной лаборатории.
Для этого авторы облучали высокоэнергетическими рентгеновскими лучами образцы стали в процессе аддитивного производства, и составили карту кристаллической структуры в ходе производственного процесса, выявив, как определенные факторы (например, состав порошка) влияют на процесс.
Имея четкое представление о динамике структуры сплава во время 3D-печати, исследователи смогли точно настроить состав стали, чтобы найти набор композиций, включающих только железо, никель, медь, ниобий и хром, которые привели к образованию необходимых мартенситных структур.
"Контроль состава - это действительно ключ к 3D-печати сплавов. Контролируя состав, мы можем контролировать процесс затвердевания, - заявил Фань Чжан, физик из NIST и соавтор исследования. - Мы также показали, что в широком диапазоне скоростей охлаждения - скажем, от 1000 до 10 миллионов градусов Цельсия в секунду - наши составы неизменно приводят к полностью мартенситной стали 17-4 PH".
Помимо необходимой структуры, некоторые составы приводили к образованию наночастиц, повышающих прочность, которые при традиционном производстве требуют охлаждения и повторного нагрева стали. Это позволило бы производителям пропустить этап, требующий специального оборудования, дополнительного времени и производственных затрат, используя аддитивное производство.
Механические испытания показали, что сталь, изготовленная аддитивным способом, с ее мартенситной структурой и наночастицами, повышающими прочность, соответствовала по прочности стали, полученной традиционным способом. Но это исследование может быть актуально и за пределами стали 17-4 PH; подход может быть использован не только для оптимизации других сплавов для аддитивного производства, но и для создания и тестирования компьютерных моделей, предназначенных для прогнозирования качества аддитивно изготовленных деталей.
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение