Posibilitățile de fabricare a produselor din compoziții Cermet utilizând pulberi la scară nano de către

Abstract

Piesele complicate rezistente la uzură realizate prin topirea selectivă cu laser (SLM) a materialului sub formă de pulbere pe bază de compoziții de metal și ceramică pot fi utilizate pe scară largă în industria minieră, ingineria petrolieră și alte industrii de inginerie de precizie. Compozițiile ceramico-metalice au fost realizate folosind pulberi la scară nano prin metode de metalurgie a pulberilor. Au fost găsite regimuri optime pentru metoda SLM. Au fost determinate compoziția chimică și de fază, rezistența la rupere și rezistența la uzură a materialelor obținute. Rata de uzură a probelor din 94% în greutate carbură de tungsten (WC) și 6% în greutate cobalt (Co) a fost de 1,3 ori mai mică decât cea a unei probe din BK6 obținută prin metode convenționale. Duritatea probelor obținute la 2500 HV a fost de 1,6 ori mai mare decât cea a unei probe din BK6 obținută prin metoda tradițională (1550 HV).

produselor

1. Introducere

Fabricarea aditivă este denumirea comună pentru o familie de tehnologii de producție strat cu strat care utilizează modele CAD electronice. Principiul fabricării aditive este de a crea produse funcționale cu ajutorul adăugării strat-cu-strat de material prin depunerea sau pulverizarea pulberii și prin adăugarea unui polimer lichid sau compozit [1,2].

Una dintre cele mai promițătoare tehnologii pentru fabricarea aditivă este tehnologia de topire selectivă cu laser (SLM) (Powder Bed Fusion - „topirea materialului într-un strat preformat”), deoarece are o serie de avantaje fundamentale: este fără deșeuri, are versatilitate și are capacitatea de a fabrica piese complexe de înaltă precizie care nu sunt inferioare și care sunt uneori chiar superioare în caracteristicile lor fizico-mecanice decât piesele obținute prin modelarea tradițională. Această tehnologie poate reduce timpul de fabricație și costul pieselor complexe în producția de loturi simple și mici, din cauza lipsei unei etape pentru crearea unui instrument special și a reducerii numărului de etape tehnologice [3,4,5,6].

Topirea selectivă cu laser utilizează o gamă largă de materiale. Folosind materiale precum aliajele de aluminiu, oțelurile rezistente la coroziune și aliajele pe bază de cobalt, este posibil să se obțină o complexitate ridicată a proprietăților fizico-mecanice ale produselor realizate prin metoda SLM [7,8,9,10,11,12].

Când se aplică SLM pe materiale fragile, piesa de multe ori se fisurează deja în procesul de fabricație. În timpul încălzirii cu laser apar gradienți de temperatură semnificativi. Câmpurile termice neomogene și expansiunile termice generează solicitări termomecanice. Stresurile pot depăși rezistența mecanică a materialului, astfel încât materialul procesat de laser ar trebui să fie rezistent la șocurile termice. Până în prezent, nu au existat încercări reușite de a fabrica piese din materiale ceramice comparabile ca proprietăți mecanice cu piesele obținute prin tehnologia clasică. Cu toate acestea, interesul pentru SLM pentru ceramică este destul de mare [13,14,15].

Unul dintre materialele promițătoare sunt materialele compozite pe bază de metal, cu adăugarea de incluziuni ceramice. Aliajele dure sunt un exemplu clasic de materiale cermet, care sunt bine studiate și utilizate pe scară largă. Aliajele dure se bazează pe o matrice de aliaje ale elementelor din grupul de fier întărit de carburi ale metalelor refractare [16,17,18,19,20]. Proprietățile mecanice ale aliajelor dure sunt semnificativ mai mari decât cele ale aliajelor tradiționale. Combinând diverse matrice și componente de armare, este posibil să se obțină materiale compozite cu proprietățile dorite, ceea ce ne permite să rezolvăm problema optimizării structurilor pentru a obține caracteristicile necesare. Astfel, atunci când se utilizează o matrice ductilă și incluziuni de armare dură, se combină două proprietăți opuse necesare materialelor structurale: rezistență ridicată la rupere și rezistență suficientă la rupere. În prezent, aliajele dure sunt produse în principal prin metode de metalurgie a pulberilor, a căror complexitate inhibă aplicarea lor mai largă. Compozitele cu matrice metalică cu un conținut ridicat de faze de întărire sunt slab formate și procesate prin metode tradiționale, ceea ce inhibă utilizarea lor pe scară largă. Turnarea strat cu strat din pulberi prin topire selectivă cu laser ar putea rezolva această problemă.