Влияние технологических параметров процесса прямого лазерного выращивания на качество формируемого объекта из титанового сплава ВТ23

Введение. Прямое лазерное выращивание (ПЛВ) рассматривается как перспективный метод формирования изделий сложной конфигурации из сплавов на основе титана, так как позволяет минимизировать применение механообработки и потери материала на отходы. В настоящее время технологический процесс ПЛВ титанового сплава ВТ23 не разработан, не исследованы особенности структуры сплава после данного метода получения, которые позволят определить область применения материала в состоянии после ПЛВ. Цель работы. Определение оптимальных технологических параметров процесса ПЛВ для синтеза качественных изделий из титанового сплава ВТ23. Методы исследования. В работе проанализированы образцы сплава, полученные в интервалах мощности лазерного излучения 700…1300 Вт с шагом 100 Вт, скорости сканирования 600…1000 мм/мин с шагом 200 мм/мин и расстояния между соседними лазерными треками 0,5…0,9 L ( L - ширина трека) с шагом 0,2 L . Исследование элементного состава порошкового материала проводилось методами рентгенофлуоресцентного анализа и восстановительного сжигания в газоанализаторе. Структура объектов, полученных методом ПЛВ, анализировалась методами металлографического и рентгенофазового анализа, а также определялось значение их микротвердости. Результаты и обсуждение. Установлено, что качественные объекты без трещин, с низкой пористостью могут быть синтезированы из сплава ВТ23 методом ПЛВ при использовании следующих технологических параметров: мощности лазера 700…1100 Вт, скорости сканирования 800…1000 мм/мин, расстояния между треками 0,5…0,7 от ширины отдельного трека L . Показано, что после всех исследованных режимов ПЛВ сплав ВТ23 имел дисперсную (a+β) структуру типа «корзиночное плетение». Выявлено, что независимо от режима ПЛВ количество β-фазы в структуре сплава составляет ~ 30 %. Показано, что микротвердость наплавленного материала не зависит от режима ПЛВ и составляет 460 HV.

Introduction. Laser engineered net shaping ( LENS ) or Direct metal deposition ( DMD ) is considered as a promising method for manufacturing products of complex configurations from titanium-based alloys, as it allows minimizing the use of machining and loss of material to waste. Currently, neither the LENS technological process of titanium alloy VT23 has not been developed, nor the structural features of the alloy after LENS have not been studied, which will make it possible to determine the scope of application of the material after LENS . The purpose of this study is to determine optimal modes of the LENS process for manufacturing of quality parts from titanium alloy VT23 . Methodology. The alloy specimens obtained with laser power 700÷1300 W in increments of 100 W and scanning speed 600÷1,000 mm/min in increments of 200 mm/min and distance between adjacent laser tracks 0.5-0.9 L ( L - track width) in increments of 0.2 L were analyzed in the study. The elemental composition of the powder material was studied by X-ray fluorescence analysis and reducing combustion in a gas analyzer, the structure of the objects obtained by LENS was analyzed by metallographic and X-ray phase analysis methods as well as microhardness was determined. Results and discussion. It is established that high-quality objects without cracks, with low porosity can be synthesized from VT23 alloy by LENS method using the following modes: laser power 700÷1100 W, scanning speed 800-1,000 mm/min, track spacing 0.5-0.7 of the individual track width L . It is shown that after all investigated LENS modes, the VT23 alloy had a dispersed (α+β) structure of the “basket weave” type. It is revealed that regardless of LENS mode the amount of β-phase in the alloy structure is about 30 %. It is shown that the microhardness of the deposited material does not depend on LENS modes and is 460 HV.