Випуски $\rightarrow$ Том 25, випуск 3 (2024)

Поверхневе постоброблення стопу Inconel 718, виготовленого за допомогою адитивного виробництва: селективне лазерне топлення

ВАСИЛЬЄВ М.О.$^{1}$, МОРДЮК Б.М.$^{1}$, ВОЛОШКО С.М.$^{2}$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Берестейський просп., 37, 03056 Київ, Україна

Отримано 20.05.2024, остаточна версія 06.08.2024 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
В огляді розглянуто стоп Inconel 718 (IN718), який є суперстопом на основі ніклю та має широке застосування у промисловості завдяки своїм чудовим механічним властивостям навіть за підвищених температур через твердорозчинне зміцнення та дисперсійне зміцнення. Однак через надмірний знос інструменту, погану цілісність поверхні деталю, його високу твердість і низьку теплопровідність виготовлення готових виробів за допомогою традиційних методів оброблення істотно ускладнюється. Це є особливо нагальним для виробів складної конструкції. У зв’язку з цим наведено обґрунтування широкого використання сучасного адитивного виробництва (AM) для виготовлення виробів із IN718. Найпопулярнішим є метод АМ, заснований на технології селективного лазерного топлення (СЛТ), що уможливлює створення складних геометричних форм із чудовими властивостями матеріялу. Водночас металеві деталі, виготовлені методом СЛТ, страждають від надмірної залишкової поруватости, залишкового напруження розтягнення у поверхневому шарі й утворення відносно шерсткої поверхні. Крім того, успадковані поверхневі дефекти СЛТ можуть спричинити концентрацію напруження, щоб ініціювати тріщини, понижуючи втомну міцність надрукованих частин. Огляд зосереджено на виявленні потенційних комплексних рішень щодо фінішного оброблення поверхні, використовуваної з метою поліпшення шорсткости поверхні задля дотримання промислових вимог. Тому поліпшення властивостей поверхні деталів зі стопу IN718, надрукованих за допомогою СЛТ, стає особливо актуальним. Наразі розробляються різні технології оброблення поверхні для одержання очікуваної якости поверхні компонентів СЛТ. Було продемонстровано, що фінішне оброблення поверхні значно поліпшує зносостійкість, стійкість до корозії, збільшує довговічність, міцність на розрив металевих матеріялів. Таким чином, адаптація технологій постоброблення поверхні стає все більшою сферою інтересу в якості ефективного способу для поліпшення функціональности та терміну служби компонентів із СЛТ-друкованого стопу IN718. Метою огляду є аналіза основних результатів найбільш систематичних поточних досліджень наразі розвиненими методами постоброблення поверхні, спрямованого на поліпшення якости поверхневих структур і властивостей деталів з IN718, виготовлених методом СЛТ. Ці результати сприяють кращому розумінню ролі впливу різних параметрів на поліпшення поверхні під час постоброблення поверхні та зміни структурно-фазового стану, фізичних, хемічних і механічних властивостей. Наведено приклади результатів застосування ряду методів оброблення поверхні: лазерного полірування, механічного магнетного полірування, різання, шротоструменевого оброблення, піскоструминного оброблення, ультразвукового ударного оброблення, електрохемічного полірування.

Ключові слова: адитивне виробництво, лазерне топлення, стоп Інконель 718, властивості поверхні, рельєф, мікроструктура, твердість.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.03.614

Citation: M.O. Vasylyev, B.M. Mordyuk, and S.M. Voloshko, Post-Processing of Inconel 718 Alloy Fabricated by Additive Manufacturing: Selective Laser Melting, Progress in Physics of Metals, 25, No. 3: 614–642 (2024)

Цитована література   
  1. H.L. Eiselstein, Age-Hardenable Nickel Alloy, U.S. Patent US3046108A (Published 24 July 1962).
  2. H. Qi, J. Mater. Eng., 0, No. 8: 92–100 (2012). https://jme.biam.ac.cn/EN/Y2012/V0/I8/92
  3. E. Akca and A. Gürsel, Periodicals Eng. Nat. Sci., 3: 15 (2015). https://doi.org/10.21533/pen.v3i1.43
  4. J. Rösler, T. Hentrich, and B. Gehrmann, Metals, 9: 1130 (2019). https://doi.org/10.3390/met9101130
  5. A. Shard, Deepshikha, V. Gupta, and M.P. Garg, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 1033: 012069 (2021). https://doi.org/10.1088/1757-899X/1033/1/012069
  6. E.A. Loria, Superalloy 718: Metallurgy and Applications: Proc. Int. Symp. Metall. Appl. of Superalloy 718 (Minerals, Metals & Materials Society: 1989).
  7. E.A. Loria, JOM, 44: 33 (1992). https://doi.org/10.1007/BF03222252
  8. M.J. Donachie and S.J. Donachie, Superalloys: A Technical Guide (ASM International: 2002).
  9. S. Sanchez, P. Smith, Z. Xu, G. Gaspard, C.J. Hyde, W.W. Wits, I.A. Ashcroft, H. Chen, and A.T. Clare, Int. J. Mach. Tools Manuf., 165: 103729 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2021.103729
  10. S.V. Adzhams’kyy and H.A. Kononenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 6: 741 (2021). https://doi.org/10.15407/mfint.43.06.0741
  11. M. Anderson, R. Patwa, and Y.C. Shin, Int. J. Machine Tools & Manufact., 46: 1879 (2006). https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2005.11.005
  12. Y. Wang, W.Z. Shao, L. Zhen, and X.M. Zhang, Mater. Sci. Eng. A, 486: 321 (2008). https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.09.008
  13. S.C. Medeiros, Y.V.R.K. Prasad, W.G. Frazier, and R. Srinivasan, Mater. Sci. Eng. A, 293: 198 (2000). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01053-4
  14. Y. Wang, W.Z. Shao, L. Zhen, and B.Y. Zhang, Mater. Sci. Eng. A, 528: 3218 (2011). https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.01.013
  15. J.J. Ruan, N. Ueshima, and K. Oikawa, J. Alloys Compd., 737: 83 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.327
  16. R. Firoz, S.K. Basantia, N. Khutia, H.N. Bar, S. Sivaprasad, and G.V.S. Murthy, J. Alloys Compd., 845: 156276 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156276
  17. E.A. Loria, JOM, 40: 36 (1988). https://doi.org/10.1007/BF03258149
  18. G. Appa Rao, M. Kumar, M. Srinivas, and D.S. Sarma, Mater. Sci. Eng. A, 355: 114 (2003). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00079-0
  19. R.C. Reed, The Superalloys: Fundamentals and Applications (Cambridge: University Press: 2008).
  20. T.M. Pollock and S. Tin, J. Propulsion and Power, 22: 361 (2006). https://doi.org/10.2514/1.18239
  21. J. Pou, A. Riveiro, and J. Paulo Davim, Additive Manufacturing (Elsevier: 2021).
  22. I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker, and M. Khorasani, Additive Manufacturing Technologies (Springer International Publishing: 2021). https://doi.org/10.1007/978-3-030-56127-7
  23. P.R. Gradl, C. Protz, O.R. Mireles, and C. Garcia (American Institute of Aeronautics & Ast.: 2022).
  24. T. Mukherjee and T. DebRoy, Theory and Practice of Additive Manufacturing (Wiley‐VCH GmbH: 2023). https://www.wiley.com/en-ae/Theory+and+Practice+of+Additive+Manufacturing-p-9781394202270
  25. Additive Manufacturing Technology: Design, Optimization, and Modelling (Ed. K. Zhou) (Wiley‐VCH GmbH: 2023). https://doi.org/10.1002/9783527833931
  26. F. Y. Liao, G. Chen, C.X. Gao, and P.Z. Zhu, Adv. Eng. Mater., 4: 1801013 (2019). https://doi.org/10.1002/adem.201801013
  27. C.Y. Yap, C.K. Chua, Z.L. Dong, Z.H. Liu, D.Q. Zhang, L.E. Loh, and S.L. Sing, Appl. Phys. Rev., 2: 041101 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4935926
  28. X.Q. Wang, X.B. Gong, and K. Chou, J. Eng. Manufacture, 231: 1890 (2017). https://doi.org/10.1177/0954405415619883
  29. X. Peng, L.B. Kong, J.Y.H. Fuh, and H.A. Wang, J. Manuf. Mater. Process., 5: 38 (2021). https://doi.org/10.3390/jmmp5020038
  30. V. Monfared, S. Ramakrishna, N. Nasajpour-Esfahani, D. Toghraie, M. Hekmatifar, and S. Rahmati, Met. Mater. Int., 29: 3442 (2023). https://doi.org/10.1007/s12540-023-01467-x
  31. H.B. Liu, W.H. Cheng, Y.M. Sun, R. Ma, Y.J. Wang, J. Bai, L.N. Xue, X.G. Song, and C.W. Tan, Coatings, 13: 189 (2023). https://doi.org/10.3390/coatings13010189
  32. J.-Y. Lee, A. Prasanth Nagalingam, and S.H. Yeo, Virt. Phys. Prototyp., 16: 68 (2021). https://doi.org/10.1080/17452759.2020.1830346
  33. A. Barari, H.A. Kishawy, F. Kaji, and M.A. Elbestawi, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 89: 1969 (2017). https://doi.org/10.1007/s00170-016-9215-y
  34. D.A. Lesyk, B.N. Mordyuk, S. Martinez, V.V. Dzhemelinskyi, D. Grzesiak, D. Grochała, and A. Lamikiz, Lasers Manufact. Mater. Proc., 10: 702 (2023). https://doi.org/10.1007/s40516-023-00231-8
  35. A. Malakizadi, D. Mallipeddi, S. Dadbakhsh, R. M’Saoubi, and P. Krajnik, Int. J. Machine Tools & Manufact., 179: 103908 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2022.103908
  36. A. Amanov, R. Karimbaev, C. Li, and M. Abdel Wahab, Surf. Coat. Technol., 454: 3442 (2023). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.129175
  37. M. Kuntoğlu, E. Salur, E. Canli, A. Aslan, M.K. Gupta, S. Waqar, G.M. Krolczyk, and J. Xu, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 127: 1103 (2023). https://doi.org/10.1007/s00170-023-11534-7
  38. S. Dadbakhsh, L. Hao, and C.Y. Kong, Virtual Phys. Prototyp., 5: 215 (2010). https://doi.org/10.1080/17452759.2010.528180
  39. Z.H.Fang, L.B. Lu, L.F. Chen, and Y.C. Guan, Procedia CIRP, 71: 150 (2018). https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.05.088
  40. Y. Tian, W.S. Gora, A.P. Cabo, L.L. Parimi, D.P. Hand, S. Tammas-Williams, and P.B. Prangnell, Add. Manuf., 20: 11 (2018). https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.12.010
  41. S. Raghavan, B.C. Zhang, P. Wang, C.N. Sun, M.L.S.R. Nai, T. Li, and J. Wei, Mater. Manuf. Process, 32: 1588 (2017). https://doi.org/10.1080/10426914.2016.1257805
  42. Y.H. Li, Z. Zhang, and Y.C. Guan, Appl. Surf. Sci., 511: 145423 (2020). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.145423
  43. M. Bureš and M. Zetek, MM Sci. J., 1: 3873 (2020). https://doi.org/10.17973/MMSJ.2020_03_2019141
  44. M. Cwikla, R. Dziedzic, and J. Reiner, Mater., 14: 1479 (2021). https://doi.org/10.3390/ma14061479
  45. D. Lesyk, V. Dzhemelinskyi, B. Mordyuk, S. Martinez, O. Stamann, and A. Lamikiz, 2020 IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP) (9–13 November 2020, Sumy, Ukraine). https://doi.org/10.1109/NAP51477.2020.9309600
  46. H. Yamaguchi, O. Fergani, and P.-Y. Wu, CIRP Annals, 66: 305 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.084
  47. Y. Kaynak and E. Tascioglu, Procedia CIRP, 71: 500 (2018). https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.05.013
  48. D.A. Lesyk, V.V. Dzhemelinskyi, S. Martinez, B.N. Mordyuk, and A. Lamikiz, J. Mater. Eng. Perform., 30: 6982 (2021). https://doi.org/10.1007/s11665-021-06103-6
  49. E. Maleki, O. Unal, M. Gugliano, and S. Bagherifard, Mater. Sci. Eng. A, 810: 141029 (2021). https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141029
  50. H. Yu, F. Li, Z. Wang, and X. Zeng, Int. J. Fatigue, 120: 175 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2018.11.019
  51. S. Bagherifard, N. Beretta, S. Monti, M. Riccio, M. Bandini, and M. Guagliano, Mater. Des., 145: 28 (2018). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.02.055
  52. C.L. Yu, Z.Y. Huang, Z. Zhang, J. Wang, J.B. Shen, and Z.P. Xu, J. Mater. Res. Technol., 18: 29 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.02.077
  53. B.N. Mordyuk, G.I. Prokopenko, М.А. Vasylyev, and M.O. Iefimov, Mater. Sci. Eng. A, 458: 253 (2007). https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.12.049
  54. Yu.N. Petrov, G.I. Prokopenko, B.N. Mordyuk, M.A. Vasylyev, S.M. Voloshko, V.S. Skorodzievski, and V.S. Filatova, Mater. Sci. Eng. C, 58: 1024 (2016). https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.09.004
  55. M.A. Vasylyev, B.N. Mordyuk, S.I. Sidorenko, S.M. Voloshko, and A.P. Burmak, Surf. Coat. Technol., 343: 57 (2018). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.11.019
  56. M.A. Vasylyev, S.P. Chenakin, and L.F. Yatsenko, Acta Mater., 60: 6223 (2012). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.08.006
  57. S.P. Chenakin, V.S. Filatova, I.N. Makeeva, and M.A. Vasylyev, Appl. Surf. Sci., 408: 11 (2017). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.03.004
  58. A. Amanov, I.-S. Cho, D.-E. Kim, and Y.-S. Puyn, Surf. Coat. Technol., 207: 135 (2012). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.06.046
  59. S.S. Kuldeep, S. Jing, K. Vasudevan Vijay, and R. Mannava Seetha, ASME 2017 12th Int. Manufact. Sci. Eng. Conf. (June 4–8, 2017, Los Angeles, California), Paper No. MSEC2017-2918, V002T01A013. https://doi.org/10.1115/MSEC2017-2918
  60. D.A. Lesyk, S. Martinez, B.N. Mordyuk, V.V. Dzhemelinskyi, A. Lamikiz, and G.I. Prokopenko, Surf. Coat. Technol., 381: 125136 (2020). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.125136
  61. D.A. Lesyk, S. Martinez, B.N. Mordyuk, O.O. Pedash, V.V. Dzhemelinskyi, and А. Lamikiz, Additive Manufact. Let., 3, 100063 (2022). https://doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100063
  62. N. Sunay, M. Kaya, and Y. Kaynak, Sigma J. Eng. Nat. Sci., 38: 2027 (2020). https://eds.yildiz.edu.tr/sigma
  63. Z. Chaghazardi and R. Wüthrich, J. Electrochem. Soc., 169: 043510 (2022). https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac6450
  64. B.C. Zhang, X.H. Lee, J.M. Bai, J.F. Guo, P. Wang, C.-N. Sun, M.L. Nai, G.J. Qi, and J. Wei, Mater. Des., 116: 531 (2017). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.11.103
  65. K.M. Ajmal, R. Yi, Z.J. Zhan, J.W. Ji, L.F. Zhang, and H. Deng, J. Mater. Proc. Technol., 299: 117356 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117356

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,