Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета проработали на практике технологию аддитивного формирования стальных заготовок методом послойной плазменной металлизации. Результаты исследования позволят получать промышленные детали без дефектов и с высокими эксплуатационными характеристиками.
Аддитивные технологии позволяют получать детали разнообразной формы с особыми свойствами. Существует более двадцати способов аддитивного производства металлических изделий, по большей части они основываются на технологиях плавления исходного материала. Чтобы получить заготовку с высокими характеристиками, нужно обеспечить необходимую структуру и свойства металла. Они определяются большим количеством условий. включая состав исходного материала, размер зоны сплавления между слоями, скорость нагрева и охлаждения. Например, постоянный подогрев формируемого изделия может мешать созданию необходимых размеров слоев и структуры, что приводит к дефектам.
В качестве источников нагрева в аддитивных технологиях в основном применяют электронные пучки, лазеры, электрические и плазменные дуги. Исходным сырьем для послойного наплавления могут служить проволоки. Существуют также технологии послойного формирования изделий без плавления наносимого материала — спекание, диффузионное нанесение и другие. Такие технологии трудоемки и применяются в специфических областях.
Качественные изделия при аддитивном формировании габаритных заготовок с помощью послойной плазменной металлизации в мире еще не получали, однако ученые ПНИПУ провели исследование и выяснили, что таким способом можно получать металлические заготовки c минимальной дефектностью и заданными характеристиками. Политехники провели опыты на основе комбинированной аддитивной технологии — холодного газодинамического напыления проволоки с последующим лазерным и плазменным переплавлением, сообщает пресс-служба вуза.
Плазменную металлизацию можно выполнять с использованием одной, двух или нескольких проволок, они могут подаваться одновременно или последовательно. При этом появляется уникальная возможность управлять химическим составом, структурой и свойствами получаемых материалов. Чтобы получить качественную деталь, необходимо контролировать сразу несколько факторов: получить частицы однородного размера, обеспечить качественное сцепление в слое и между ними, следить за минимальным выгоранием элементов и окислением поверхностей, сформировать однородную структуру. Если все эти требования будут соблюдены, в результате получатся детали с высокими характеристиками.
Ученые Пермского политеха проводили исследования на жаростойкой и коррозионностойкой стали, широко применяемой для изготовления конструкций в различных отраслях машиностроения. В качестве исходного материала для металлизации использовали проволоку, плавление и распыление производили плазменной дугой. Однородность частиц заготовки и их равномерное распределение обеспечили за счет управления газодинамическими процессами. Испытания полученных образцов на растяжение показали хорошие характеристики: предел прочности оказался близким к требованиям ГОСТ, а предел текучести — повышенным.
«Защита частиц от окисления поверхности при распылении позволяет получать материал со структурой, близкой литому, а также с высоким уровнем механических характеристик. Какие-либо дефекты и несплавления в формируемом металле при этом отсутствуют. Мы получили заготовки, которые хорошо обрабатывается резанием, например, токарной обработкой» — рассказал доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Белинин.
Разработка позволит применять технологии аддитивного производства изделий, состоящих из нескольких материалов и с производительностью до десяти килограмм в час.
Исследование выполнено при финансовой поддержке правительства Пермского края, результаты опубликованы в июньском издании журнала «Стин».
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.