ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Полный текст

Обоснование. Аддитивные технологии — новое актуальное направление в промышленности благодаря возможности построения детали любой геометрической сложности [1]. Проблема в расширении применения аддитивных технологий заключается в формировании остаточных напряжений высокого уровня в готовых изделиях, что приводит к последующему короблению и таким дефектам, как трещины.

Цель — оценить влияние магнитно-импульсного поля на структуру и механические свойства материалов изделий, полученных с помощью аддитивных технологий.

Методы. Часто для устранения дефектов в изделиях, связанных с понижением механических свойств и накоплением остаточных напряжений, применяют различные виды термообработки. Так, в работе [2] отмечено, что для снятия остаточных напряжений в изделиях, полученных СЛС, применяется отжиг в течение 2 ч при температуре 3000 °С. В работе [3] также описывается применение гомогенизационного отжига для формирования равновесной структуры материалов, полученных с помощью селективно лазерного спекания и последующей механической обработки готового изделия. Недостаток данного подхода заключается в дополнительной обработке готового изделия, что увеличивает стоимость и время изготовления самой детали.

Было выдвинуто предположение о возможности снижения уровня остаточных напряжений в детали с помощью магнитно-импульсных полей. Проверку идеи осуществляли при лазерной сварке стальных пластин, полученных аддитивной технологией. Вокруг лазерного луча размещали индуктор, соединенный с магнитно-импульсной установкой. Протекающий между частицами порошка ток должен вызвать локальный разогрев металла в зоне контакта частиц порошка. Обеспечивается дополнительное схватывание частиц, повышая прочность материала. Разогрев околошовной зоны и прилегающих участков в зоне наведенных токов, многократное импульсное воздействие от бесконтактных электродинамических сил может привести к релаксации остаточных напряжений, к снижению их уровня.

Магнитно-импульсное нагружение должно быть связано по времени со скоростью лазерного воздействия, т. е. обеспечена высокая скважность импульсов. Величина вихревых токов определяет тепловые эффекты в материале, а частота разрядного тока совместно со скважностью создадут вибрационные эффекты, влияющие на уровни остаточных напряжений.

Результаты. Для проверки осуществляемости предложенного технического решения создан экспериментальный стенд, включающий лазерную HTS-300 Mobile и магнитно-импульсную установку МИУ-1, специальный индуктор и измерительный блок замера параметров разрядной цепи. Осуществлена его отладка и испытание. В качестве заготовок использовали выращенные пластины на 3D-принтере из материала 07Х18Н12М2. В последующем были определены уровни остаточных напряжений в полученных образцах с помощью метода электролитического травления.

Выводы. Была отработана методика проведения поисковых экспериментов. Из полученных графиков отмечено, что на поверхности пластин, сваренных с дополнительной обработкой магнитно-импульсного поля, отсутствуют растягивающие напряжения, что повышает прочность материала. По мере углубления происходит релаксация остаточных напряжений. Таким образом, магнитно-импульсное поле благоприятно влияет на остаточные напряжения.

Последующая работа состоит в повторении данного опыта, изучении влияния магнитно-импульсного тока на металлографию материалов, полученных с помощью аддитивных технологий, и на механические свойства этих материалов.

Об авторах

Тамара Сергеевна Саргаева

Самарский государственный университет имени академика С.П. Королева

Email: sargaeva1999@mail.ru

студентка, группа 1231-240401D, институт авиационной и ракетно-космической техники

Россия, Самара

Владимир Александрович Глущенков

Самарский государственный университет имени академика С.П. Королева

Автор, ответственный за переписку.
Email: vgl@ssau.ru

научный руководитель, кандидат технических наук, доцент; профессор кафедры обработки металлов давлением

Россия, Самара

Список литературы

Дополнительные файлы