Способ изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или в95

Изобретение относится к технологии изготовления изделий сложной формы из высокопрочных алюминиевых сплавов. Способ послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или В95 включает формирование порошка для селективного лазерного плавления и формообразование детали послойным селективным лазерным плавлением порошка на заданных режимах. Предварительно изготавливают экспериментальные фрагменты слоев с различными скоростями сканирования и удельными мощностями лазерного излучения с формированием в каждом фрагменте зоны кипения, зоны плавления и зоны исходного материала, измеряют толщину упомянутых зон. Послойное селективное лазерное плавление ведут при скорости сканирования и удельной мощности лазерного излучения, обеспечивающих наибольшее значение отношения толщины зоны плавления к толщине зоны кипения, а толщину наносимого слоя порошка L задают из условия L1<L<L2+L1, где L1 - толщина зоны кипения, L2 - толщина зоны плавления. Обеспечивается улучшение эксплуатационных свойств изготавливаемой детали за счет повышения точности и прочности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии изготовления изделий сложной формы из высокопрочных алюминиевых сплавов и может найти применение в разных отраслях машиностроения, например, для изготовления высоконагруженных деталей и узлов авиационных, космических, энергетических, спортивных и иных изделий.

Сплавы алюминия являются одними из наиболее перспективных материалов в рассматриваемых областях техники ввиду их высоких прочностных показателей при относительно невысоких весовых и стоимостных параметрах. Немаловажно, что в своем большинстве алюминиевые сплавы пригодны к реализации технологии селективного лазерного плавления (СЛП), обеспечивающей послойное формирование изделий уникальной конструкции без применения оснастки непосредственно по 3D CAD данным (компьютерным моделям).

Наибольшее распространение среди алюминиевых сплавов, используемых в СЛП, получили сплавы AlSi12 и AlSi10Mg. Однако прочностные характеристики указанных сплавов зачастую не удовлетворяют требованиям аэрокосмической, энергетической, спортивной и иных отраслей.

Высокопрочные алюминиевые сплавы, такие как 7075 (согласно International Alloy Designation System (IADS), в российской версии - сплав В95), широко используются в авиационных, космических, энергетических и спортивных конструкциях из-за их высокой прочности, обрабатываемости и относительно низкой стоимости. Увеличение содержания Cu, Mg и Zn увеличивает прочность материала, но также приводит к уменьшению пластичности и увеличению трещинообразования. Данные по успешному применению этого сплава для изготовления деталей методом СЛП в открытых источниках информации отсутствуют.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава, включающий формирование порошка для селективного лазерного плавления из алюминиевого сплава и формообразование детали послойным селективным лазерным плавлением порошка на заданных режимах (RU 2630096 С2, B22F 3/105, 05.09.2017)

К недостаткам прототипа следует отнести невозможность изготовления изделий из порошка высокопрочного алюминиевого сплава Al 7075 или В95.

Задача изобретения - разработка способа послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или В95 селективным лазерным плавлением по 3D CAD данным.

Технический результат - улучшение эксплуатационных свойств изготавливаемой детали за счет повышения точности и прочности при одновременном снижении массогабаритных параметров.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или В95, включающем формирование порошка для селективного лазерного плавления из алюминиевого сплава 7075 или В95 и формообразование детали послойным селективным лазерным плавлением порошка на заданных режимах, при этом предварительно изготавливают экспериментальные фрагменты слоев с различными скоростями сканирования и удельными мощностями лазерного излучения с формированием в каждом фрагменте зоны кипения, зоны плавления и зоны исходного материала, измеряют толщину упомянутых зон, при этом послойное селективное лазерное плавление ведут при скорости сканирования и удельной мощности лазерного излучения, обеспечивающих наибольшее значение отношения толщины зоны плавления к толщине зоны кипения, а толщину наносимого слоя порошка L задают из условия L1<L<L2+L1, где L - толщина наносимого порошкового слоя; L1 - толщина зоны кипения; L2 - толщина зоны плавления, оптимально устанавливать L1=L2. Изобретение поясняется графическими материалами, где:

Фиг. 1 - снимки поперечных сечений полученных треков;

Фиг. 2 - сплавленный трек с трещиной;

Фиг. 3 - зоны термического влияния (I - зона кипения материала, II - зона плавления материала, III - зона исходного материала);

Фиг. 4 - поперечное сечение многослойного образца.

Фиг. 5 - поперечное сечение многослойного образца с дефектами.

Способ послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или В95, включает формирование порошка для селективного лазерного плавления из алюминиевого сплава 7075 или В95 и формообразование детали послойным селективным лазерным плавлением порошка на заданных режимах, при этом предварительно изготавливают экспериментальные фрагменты слоев с различными скоростями сканирования и удельными мощностями лазерного излучения с формированием в каждом фрагменте зоны кипения, зоны плавления и зоны исходного материала, измеряют толщину упомянутых зон, при этом послойное селективное лазерное плавление ведут при скорости сканирования и удельной мощности лазерного излучения, обеспечивающих наибольшее значение отношения толщины зоны плавления к толщине зоны кипения, а толщину наносимого слоя порошка L задают из условия

L1<L<L2+L1, где

L - толщина наносимого порошкового слоя;

L1 - толщина зоны кипения;

L2 - толщина зоны плавления.

Толщина наносимого порошкового слоя может быть: L=L2.

Изобретение основано на следующих основаниях.

Для определения окна технологических параметров СЛП необходимо проводить параметрический анализ. Экспериментальное лазерное плавление отдельных треков на различных скоростях сканирования с различными удельными мощностями лазерного излучения позволяет определять размер и качество материала в зонах термического влияния лазерного воздействия.

Для исследования лазерного излучения на материал Al 7075 и определения параметров лазерного излучения использовался порошок алюминиевого сплава Al 7075 (Al (осн), Zn (5,9)%, Mg (2,4)%, Cu (1,75)%, Si - менее 0,40%, Cr и Mn - менее 0,30%, Fe - менее 0,1%) со средним размером фракций 30 мкм (размер фракции - величина переменная, зависит от возможностей доступного производящего фракцию оборудования). Применялся иттербиевый волоконный лазер непрерывного действия с длиной волны 1075 нм, диаметром пятна лазера 73 мкм и мощностью, варьируемой в пределах 150 Вт. Результаты эксперимента (не все, но наиболее характерные для демонстрации физики процесса и ее влияния на достигаемый технический результат) приведены в представленных графических материалах (см. Фиг. 1).

На снимках поперечного сечения образцов видны три зоны: I - зона кипения, II - зона плавления, III - зона исходного материала. Для наглядности данные зоны разделены пунктирными линиями. Для интерпретации полученных изображений были рассчитаны распределения температуры в поперечном сечении образца 2 (см. Фиг. 2). Зона II соответствует температурному интервалу от 908 К (температура ликвидус Al 7075) до 1178 К (температура кипения цинка). В зоне III - зона кипения, при интенсивном испарении материала и последующей кристаллизации образуются поры, в отдельных случаях с образованием трещин на поверхности и внутри (см. Фиг. 3). В зоне II (зона плавления) соответствующей температурному интервалу от 908 К (температура ликвидус Al 7075) до 1178 К (температура кипения цинка) не наблюдалось образования пор и трещин, что является благоприятным фактором для СЛП данного материала.

Исходя из температурных полей упомянутых зон (температурные поля достаточно хорошо визуализируются в поперечных сечениях треков, как это показано в представленных графических материалах, при необходимости могут быть рассчитаны по модели (см. Т.В. Тарасова, А.В. Гусаров, К.Э. Протасов, А.А. Филатова. Влияние тепловых полей на структуру коррозионностойких сталей при различных схемах лазерной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. №7. С. 37-44). С помощью масштабной линейки на поперечных сечениях/срезах образцов можно оценить соотношение толщин зон термического влияния. Так в поперечном сечении образца №1 образовалась трещина, которая так же образовалась на поверхности данного образца. Высота данного трека составила 16 мкм при нанесенном порошковом слое в 50 мкм, что говорит о сильном испарении материала. Для образца №3 зона II (плавления) толщиной 50 мкм, при нанесенном ранее порошковом слое в 50 мкм, позволяет говорить об отсутствии испарения, что так же подтверждается отсутствием пор. В образце №2 зона I (кипения) и зона II (плавления) приблизительно равны по толщине. Из снимка видно, что высота валика меньше нанесенного порошкового слоя, что говорит о его испарении, не таком активном как в образце №1, но достаточном для образования пор.

Резюмируя результаты проведенных исследований, нужно отметить, что выбор толщины наносимого порошкового слоя L является важным параметром, влияющим на качество изделия. Даже в диапазоне удовлетворяющих условию L1<L<L2+L1 толщина наносимого порошкового слоя влияет на получаемый материал (см. Таблица 1).

Из представленной таблицы видно, что наилучшими показателями обладает образец, изготовленный при L=L2 и соблюдении условия, что в качестве заданных режимов выбирают скорость сканирования и удельную мощность лазерного излучения, при которых отношение толщины зоны плавления к толщине зоны кипения имеет наибольшее значение, допустимые параметры характерны для образца 3, и неудовлетворительными показателями обладают образцы, изготовленные с использованием параметров, выходящих за рамки заявленных.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - разработка способа послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или В95 селективным лазерным плавлением по 3D CAD данным - решена, а заявленный технический результат улучшение эксплуатационных свойств изготавливаемой детали за счет повышения точности и прочности при одновременном снижении массогабаритных параметров - достигнут.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для изготовления изделий в разных отраслях машиностроения, например, для изготовления высоконагруженных деталей и узлов авиационных, космических, энергетических, спортивных и иных изделий;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Способ послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или В95, включающий формирование порошка для селективного лазерного плавления из алюминиевого сплава 7075 или В95 и формообразование детали послойным селективным лазерным плавлением порошка на заданных режимах, отличающийся тем, что предварительно изготавливают экспериментальные фрагменты слоев с различными скоростями сканирования и удельными мощностями лазерного излучения с формированием в каждом фрагменте зоны кипения, зоны плавления и зоны исходного материала, измеряют толщину упомянутых зон, при этом послойное селективное лазерное плавление ведут при скорости сканирования и удельной мощности лазерного излучения, обеспечивающих наибольшее значение отношения толщины зоны плавления к толщине зоны кипения, а толщину наносимого слоя порошка L задают из условия L1<L<L2+L1, где L1 - толщина зоны кипения, L2 - толщина зоны плавления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что L=L2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металловедения, в частности к алюминиевым сплавам и их получению, и может быть использовано, например, в качестве заготовки для пластин теплообменника.

Изобретение относится к области металлургии, в частности производству литейных материалов на основе алюминия, и может быть использовано для получения ответственных изделий, работающих под действием высоких нагрузок, используемых для автомобилестроения, спортивного инвентаря и других.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой в виде проволоки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 12±0,3, цинк 12,5±2,5, алюминий - остальное.

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия и может быть использовано для защиты космических аппаратов от микрометеоритов и техногенных тел. Сплав на основе алюминия содержит, мас.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению композиционных материалов, и может быть использовано для получения композиционных материалов с повышенными антифрикционными свойствами, а также материалов электротехнического назначения, щеток, вставок пантографов, токосъемников.

Изобретение относится к области металлургии литейных сплавов, в частности антифрикционных сплавов на основе алюминия, и может быть использовано для деталей, работающих в условиях трения скольжения.

Изобретение относится к области металлургии высокопрочных материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150°С, таких как детали летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, ракет), автомобилей и других транспортных средств (велосипедов, самокатов, тележек), детали спортинвентаря и др.

Изобретение относится к деформируемым свариваемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в качестве противометеоритной защиты критических элементов космических аппаратов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству высокопрочных материалов на основе алюминия, и может быть использовано для получения ответственных изделий, работающих под действием высоких нагрузок, в частности для изготовления деталей, используемых для автомобилестроения, летательных аппаратов, спортивного инвентаря, корпусов электронных устройств и др.
Изобретение относится к пленке, содержащей а) по меньшей мере, один базовый слой, включающий термопластичный полимерный материал матрицы; и b) поверхностный слой, содержащий термопластичный полимерный материал матрицы и от 5 до 80 вес.% полимерных частиц, имеющих средний диаметр частиц от 0,5 до 15 мкм, показатель преломления от 1,46 до 1,7, и, по меньшей мере, 60 мол.% акриловых мономерных групп, при этом пленка растягивается с коэффициентом от 2 до 8 одноосно или двухосно, и при этом после растяжения поверхностный слой имеет толщину, которая составляет от 50% до 200% от диаметра полимерных частиц; а также к способу получения вышеуказанной пленки.

Группа изобретений относится к способу переноса нижней этикетки и круговой этикетки в форму для литья под давлением для изготовления снабженной этими этикетками отлитой под давлением детали и к устройству для осуществления способа, имеющему закладывающий пуансон.

Изобретение относится к способу и системе для послойного формирования трехмерных объектов из порошкообразного материала. Способ включают последовательное нанесение порошкообразного материала и подходящего связующего вещества на вертикально подвижную рабочую поверхность (2).

Группа изобретений относится к изготовлению детали путём плавления или спекания частиц порошка посредством высокоэнергетического пучка. Используют единый порошок, частицы которого имеют сферичность в диапазоне от 0,8 до 1,0 и фактор формы в диапазоне от 1 до √2.

Изобретение относится к области трехмерной печати и касается способа и устройства формирования данных трехмерной (3D) печати, применимых для умных очков. Указанный способ включает в себя распознавание подлежащего сканированию объекта, сканирование подлежащего сканированию объекта для получения результата сканирования, формирование данных трехмерной печати в соответствии с результатом сканирования и передачу данных трехмерной печати в соответствии с выбранной операцией в исполнительное устройство, соответствующее указанной операции.

Изобретение относится к двухсплавной лопатке для газовой турбины, а именно к лопатке, имеющей по меньшей мере две части поверхности с разным составом. Лопатка (51) для ротора (35) газовой турбины (28, 30), содержащая литую подложку (70), включает хвостовик (55) для соединения лопатки (51) с ротором (35) газовой турбины (28, 30), платформу (54), имеющую нижнюю поверхность (61), из которой выступает хвостовик (55), и верхнюю поверхность (62), противоположную нижней поверхности (61), аэродинамический профиль (56), выступающий из верхней поверхности (62) платформы (54), противокоррозионный слой (71) сплава лопатки с высоким содержанием Cr, составляющим 15-23%, над подложкой (70), добавленный с помощью аддитивной технологии изготовления на нижнюю поверхность (61) и на хвостовик (55).

Сосуд высокого давления содержит корпус (1), образующий единое целое с кольцом (11а) преформы, присоединительный фитинг (3) с удерживающим кольцом (7), кольцевое уплотнение (9а), установленное в уплотнительной канавке (9) фитинга (3), и упорное кольцо (10а) Зегера, установленное в фиксирующей канавке (10) фитинга (3).

Группа изобретений относится к способу создания композиционной детали и к композиционной конструкции, образованной компрессионным формованием. Конструкция содержит удлиненную термопластичную композиционную деталь, сформированную из термопластичной смолы, усиленной волокнами, и имеющую выполненные с ней за одно целое термопластичные композиционные соединительные элементы, усиленные произвольно ориентированными волокнами.

Изобретение относится к изготовлению детали из порошка. Нагревают первое количество порошка до температуры выше температуры его плавления посредством высокоэнергетического пучка и формируют на поверхности опоры первую ванну, содержащую расплавленный порошок и участок опоры.

Настоящее изобретение относится к способу валидации использования расходуемых элементов, устанавливаемых в стереолитографической машине. Печатный модуль (1) содержит две или более стереолитографических машин (2) и по меньшей мере один блок (3, 31) обработки данных.

Изобретение относится к изготовлению полых дисков роторов турбин газотурбинных двигателей. Полый диск ротора турбины изготавливают в виде единой детали методом трехмерной печати, содержащей ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость, и обод.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий сложной формы из высокопрочных алюминиевых сплавов. Способ послойного изготовления детали из порошка алюминиевого сплава 7075 или В95 включает формирование порошка для селективного лазерного плавления и формообразование детали послойным селективным лазерным плавлением порошка на заданных режимах. Предварительно изготавливают экспериментальные фрагменты слоев с различными скоростями сканирования и удельными мощностями лазерного излучения с формированием в каждом фрагменте зоны кипения, зоны плавления и зоны исходного материала, измеряют толщину упомянутых зон. Послойное селективное лазерное плавление ведут при скорости сканирования и удельной мощности лазерного излучения, обеспечивающих наибольшее значение отношения толщины зоны плавления к толщине зоны кипения, а толщину наносимого слоя порошка L задают из условия L1<L<L2+L1, где L1 - толщина зоны кипения, L2 - толщина зоны плавления. Обеспечивается улучшение эксплуатационных свойств изготавливаемой детали за счет повышения точности и прочности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Наверх