Регрессионные модели показателей технологического процесса послойного выращивания изделия из порошка стали 316L методом коаксиального лазерного плавления

Коаксиальное лазерное плавление — это аддитивный метод производства металлических деталей, позволяющий существенно уменьшить время изготовления и себестоимость изделий сложной геометрии при единичном и мелкосерийном производстве, а также сократить потери материала при механической обработке. Типичными объектами такой технологии служат детали, содержащие тонкостенные структуры. Определение параметров режима коаксиального лазерного плавления при выращивании таких структур в условиях изменяющегося теплоотвода является непростой задачей, а многочисленные работы, посвященные анализу влияния технологических параметров процесса на геометрию формообразующих валиков, достаточно противоречивы и не всегда учитывают ограниченную теплоемкость тонких стенок. На основании результатов эксперимента с использованием метода математического планирования получены регрессионные модели расчета размеров верхних формообразующих валиков для тонкостенных конструкций из коррозионно-стойкой стали 316L. Установлена связь основных параметров режима коаксиального лазерного плавления с геометрическими характеристиками единичных валиков. Выявлена полная корреляция экспериментальных и расчетных данных, а также высокая точность предсказания результатов. Анализ регрессионных зависимостей выявил оптимальный режим коаксиального лазерного плавления, позволяющий получить максимальную площадь сечения при минимальном проплавлении подложки.

Литература

[1] Sun G.F., Shena X.T., Wang Z.D., Zhan M.J., Yao S., Zhou R., Ni Z.H. Laser metal deposition as repair technology for 316L stainless steel: influence of feeding powder compositions on microstructure and mechanical properties. Opt. Las.er Technol., 2019, vol. 109, pp. 71–83, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.07.051

[2] Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.

[3] Григорьянц А.Г., ред. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018.

[4] Saboori A., Piscopo G., Lai M., Salmi A., Biamino S. An investigation on the effect of deposition pattern on the microstructure, mechanical properties and residual stress of 316L produced by Directed Energy Deposition. Mater. Sci. Eng. A, 2020, vol. 780, art. 139179, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139179

[5] Wang Q., Zhang S., Zhang C., Wang J., Babar S., Chen H., Chen J. A high strength low alloy steel fabricated by direct laser deposition. Vacuum, 2019, vol. 161, pp. 225–231. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.12.030

[6] Li W., Yan L., Karnati S., Liou F., Newkirk J., Brown Taminger K., Seufzer W. Ti-Fe intermetallics analysis and control in joining titanium alloy and stainless steel by Laser Metal Deposition. J. Mater. Process. Technol., 2017, vol. 242, pp. 39–48, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.11.010

[7] Zhang C., Zhang F., Diao H., Gao M., Tang Z., Poplawsky J., Liaw P. Understanding phase stability of Al-Co-Cr-Fe-Ni high entropy alloys. Mater. Des., 2016, vol. 109, pp. 425–433, doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.07.073

[8] Caiazzo F. Laser-aided Directed Metal Deposition of Ni-based superalloy powder. Opt. Laser Technol., 2018, vol. 103, pp. 193–198, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.01.042

[9] Gan Z., Yu G., He X., Li S. Numerical simulation of thermal behavior and multicomponent mass transfer in direct laser deposition of Co-base alloy on steel. Int. J. Heat Mass Transf., 2017, vol. 104, pp. 28–38, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.08.049

[10] Zhang Z., Kong F., Kovacevic R. Laser hot-wire cladding of Co-Cr-W metal cored wire. Opt. Lasers Eng., 2020, vol. 128, art. 105998, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2019.105998

[11] Azarniya A., Colera X.G., Mirzaali M.J., Sovizi S. Additive manufacturing of Ti–6Al–4V parts through laser metal deposition (LMD): process, microstructure, and mechanical properties. J. Alloys Compd., 2019, vol. 804, pp. 163–191, doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255

[12] Григорьянц А.Г., Кошлаков В.В., Ризаханов Р.Н., Мисюров А.И., Фунтиков В.А., Шиганов И.Н. Формирование биметаллиеских структур методом коаксиального лазерного плавления. Наукоемкие технологии в машиностроении, 2019, № 3, с. 32–38, doi: https://doi.org/10.30987/article_5c7434f381d6e0.50316394

[13] Гладуш Г.Г., Смуров И.Ю. Физические основы лазерной обработки материалов. Москва, Физматлит, 2017.

[14] Zheng B., Haley J.C., Yang N., Yee J., Terrassa K.W., Zhou Y., Lavernia E.J., Schoenung J.M. On the evolution of microstructure and defect control in 316L SS components fabricated via directed energy deposition. Mater. Sci. Eng. A, 2019, vol. 764, art. 138243, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138243

[15] Vadayi P. Designing, construction and characterization of laboratory additive manufacturing system DMD laser-based powdered to produce three-dimensional metal parts. Isfahan university of technology, 2018.

[16] Rahman Rashid R.A., Abaspour S., Palanisamy S., Matthews N., Dargusch M.S. Metallurgical and geometrical characterisation of the 316L stainless steel clad deposited on a mild steel substrate. Surf. Coatings Technol., 2017, vol. 327, pp. 174–184, doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.08.013

[17] Balit Y., Joly L.R., Szmytka F., Durbecq S., Charkaluk E., Constantinescu A. Self-heating behavior during cyclic loadings of 316L stainless steel specimens manufactured or repaired by Directed Energy Deposition. Mater. Sci. Eng. A, 2020, vol. 786, art. 139476, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139476

[18] Weng F., Gao S., Jiang J., Wang J., Guo P. A novel strategy to fabricate thin 316L stainless steel rods by continuous directed energy deposition in Z direction. Addit. Manuf., 2019, vol. 27, pp. 474–481, doi: https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.03.024

[19] Григорьянц А.Г., Ставертий А.Я., Третьяков Р.С. Пятикоординатный комплекс для выращивания деталей методом коасиального лазерного плавления порошковых материалов. Технология машиностроения, 2015, № 10, c. 22–28.

[20] Рыков В.В., Иткин В.Ю. Математическая статистика и планирование эксперимента. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2009. 303 с.

[21] Сидняев Н.И. Статистический анализ и теория планирования эксперимента. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017.

[22] Назаров Н.Г. Измерения: планирование и обработка результатов. Москва, Изд-во стандартов, 2000.