Моделирование процесса горячего изостатического прессования
Автор: Хлыбов А.А., Беляев Е.С., Рябцев А.Д., Рябов Д.А., Беляева С.С., Гетмановский Ю.А., Явтушенко П.М.
Статья в выпуске: 3, 2021 года.
Бесплатный доступ
На примере изготовления компактов из порошка ВЖ159ИД и Inconel alloy 718 рассматривается моделирование уплотнения дисперсного тела в условиях цикла горячего изостатического прессования (ГИП). Для проведения исследований использовали порошок ВЖ159ИД фракции -70+25 мкм, насыпной плотностью 3,77 г/см3 (4,83 г/см3 после утряски), текучестью 2,3 г/с, удельной поверхностью 446 см2/г и средним размером частиц по Фишеру 16 мкм, а также порошок Inconel alloy 718 фракции -315+25 мкм, насыпной плотностью 3,84-4,58 г/см3 (4,52-5,24 г/см3 после утряски), текучестью 1,58-1,90 г/с, удельной поверхностью 330-376 см2/г и средним размером частиц по Фишеру 19,0-19,5 мкм. Перед циклом ГИП засыпки из порошков проходили термическую дегазацию в вакууме, так как порошки с такой высокой удельной поверхностью склонны к быстрому сорбированию газов. Газы на поверхности порошкового тела в результате цикла ГИП могут образовывать неметаллические включения, снижающие свойства компакта. В микроструктуре компактов после ГИП не обнаруживается сетки остаточных границ от гранул (PPBs - Prior Particle Boundaries), что свидетельствует об эффективной технологии вакуумной дегазации порошка. Моделирование процесса уплотнения проводили по модернизированному уравнению Е. Рышкевича, подобраны константы b для рассмотренных материалов. В качестве исходных данных для моделирования использовались результаты экспериментов по прерыванию цикла ГИП и данные о прочности образцов при высокой температуре, полученные селективным лазерным спеканием. Предложенный метод моделирования достаточно прост (не требует проведения экспериментов по прерванному циклу ГИП) за счет показанной возможности экспериментального определения прочностных характеристик сплавов при повышенных температурах на образцах, полученных селективным лазерным спеканием. Анализ полученных микроструктур (оценка пористости) образцов после ГИП, имеющих различные значения плотности, показывает хорошее совпадение предложенной модели с реальным процессом уплотнения в газостате.
Горячее изостатическое прессование, порошковые материалы, сплавы вж159ид и inconel 718, температура, плотность
Короткий адрес: https://sciup.org/146282364
IDR: 146282364 | DOI: 10.15593/perm.mech/2021.3.18
Список литературы Моделирование процесса горячего изостатического прессования
- Агеев С.В., Гиршов В.Л. Горячее изостатическое прессование металлических порошков // Металлург. - 2015. - № 8. - С. 18-21.
- Агеев С.В., Гиршов В.Л. Горячее изостатическое прессование в порошковой металлургии // Металлообработка. Новые материалы и технологии производства. - 2015. - №4 (88). - С. 56-60.
- Структура и свойства образцов из сплава Inconel 718, полученных по технологии селективного лазерного плавления / А.А. Педаш, Н.А. Лысенко, В.В. Клочихин, В.Г. Шило // Авиационно-космическая техника и технология. - 2017. - № 8. - С. 46-54.
- Попов А.А., Мухина А.И., Данильчук А.Е. История, тенденции и передовые технологии порошковой металлургии // Фундаментальные и прикладные проблемы эффективности научных исследований и пути их решения: сб. ст. по итогам междунар. науч.-практ. конф. Самара, 29 января 2021 года / ООО «Агентство международных исследований». - Стерлитамак, 2021. - С. 159-161.
- Горячее изостатическое прессование карбидосталей из стружковых отходов металлорежущего производства / А.А Хлыбов, Е.С. Беляев, А.Д. Рябцев, С.С. Беляева, Ю.А. Гетмановский // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. - 2020. - Т. 23, № 3. - С. 38-45. doi: 10.22213/2413-1172-2020-3-38-45
- ГИП и деформация гранулированных жаропрочных никелевых сплавов / Е.И. Разуваев, М.В. Бубнов, М.М. Бакрадзе, С.А. Сидоров // Авиационные материалы и технологии. - 2016. - № 51. - С. 80-86. DOI.org/10.18577/2071-9140-2016-0-S1-80-86
- Влияние технологии горячего изостатического прессования на структуру и свойства изделий из порошка жаропрочного сплава ВЖ159 / А.А. Хлыбов, Е.С. Беляев, А.Д. Рябцев, С.С. Беляева, Ю.А. Гетмановский, П.М. Явтушенко // Заготовительные производства в машиностроении. - 2021. - Т. 19, № 1. - С. 44-48. doi: 10.36652/1684-1107-2021-19-1-44-48
- Сорокин В.К., Костромин С.В., Беляев Е.С. Технологии и свойства порошковых материалов: монография. - Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. - 76 с.
- Преображенский А.П., Токарева Н.М. Применение аддитивных технологий в порошковой металлургии // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2018. - № 1(24). - С. 81-84.
- Оптимизация расчета параметров для математического моделирования процесса горячего изостатического прессования порошковых материалов / А.В. Бочков, Ю.М. Козырев, А.С. Минкова [и др.] // Механика композиционных материалов и конструкций, сложных и гетерогенных сред: сб. тр. 8-й всерос. науч. конф. с междунар. участием им. И.Ф. Образцова и Ю.Г. Яновского, Москва, 18-19 декабря 2018 года; Институт прикладной механики РАН. - М., 2019. - С. 8-14.
- Особенности моделирования процесса горячего изостатического прессования изделий сложной формы / А.В. Пономарев, Л.М. Зазовский, А.В. Некрашевич, В.Л. Прищеп // Механика композиционных материалов и конструкций, сложных и гетерогенных сред: сб. тр. 7-й всерос. науч. конф. с междунар. участием им. И.Ф. Образцова и Ю.Г. Яновского, Москва, 21-23 ноября 2017 года; Институт прикладной механики РАН. - М., 2017. - С. 156-158.
- Методика определения механических характеристик порошкового материала для процесса горячего изостатического прессования в одном эксперименте / А.В. Пономарев, А.В. Бочков, Ю.М. Козырев [и др.] // XII Всерос. съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сб. тр.: в 4 т., Уфа, 19-24 августа 2019 года; Башкирский государственный университет. - Уфа, 2019. - С. 353-355.
- Евгенов А.Г., Горбовец М.А., Прагер С.М. Структура и механические свойства жаропрочных сплавов ВЖ159 и ЭП648, полученных методом селективного лазерного сплавления //Авиационные материалы и технологии. - 2016. - № S1 (43). - С. 8-15.
- Effects of heat treatment on prior particle boundary precipitation in a powder metallurgy nickel base superalloy / Y. Wanhong, M. Jian, W. Wuxiang [et al.] // Adv. Perform. Mater. - 1995. - Vol. 2. - P. 269-279. DOI.org/10.1007/BF00705449/
- Влияние горячего изостатического прессования на свойства стальных материалов, полученных методом селективного лазерного плавления / А.А. Вознесенская, Д.А. Кочуев, Р.В. Чкалов [и др.] // Новые материалы и перспективные технологии: cб. материалов Пятого междисциплинарного научного форума с междунар. участием, Москва, 30 октября 2019 года. - М.: Интеллектуальные системы, 2019. - С. 619-620.
- Effects of pressure on microstructure and residual stresses during hot isostatic pressing post treatment of AISI M50 produced by laser powder-bed fusion / S. Qin, S. Herzog, A. Kaletsch, C. Broeckmann // Metals. - 2021. -Vol. 11, no. 4. - P. 596.
- Quenching and hot isostatic pressing of additively manufactured tool steel / G. Maistro, C. Oikonomou, S.B. Hosseini, S. Brorson // SSRN Electronic Journal. - 2021. - Vol. 30.
- Appraisal of solution heat treatment on elimination of hafnium rich γ-γ′ eutectic and prior particle boundary precipitate in a superalloy powder / K. Oluwasegun, O. Olawale, M. Adeoye, O. Olorunniwo, O. Ige, P. Atanda // Materials Performance and Characterization. - 2014. - Vol. 3, no. 1. - doi: 10.1520/MPC20140034
- Структура и свойства жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП, полученного методом селективного лазерного сплавления / Ф.А. Басков, Ж.А. Сентюрина, И.А. Логачев, М.Я. Бычкова, А.И. Логачева // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 2021. - Т. 27(2). - С. 66-76.
- Logunov A.V. Heat-resistant nickel alloys for gas turbine blades and discs. - Rybinsk: Gazoturbinnye tehnologii, 2017.
- Net shape HIPping of Ni-superalloy: Study of the interface between the capsule and the alloy / E. Bassini, V. Vola, M. Lorusso, R. Ghisleni, M. Lombardi, S. Biamino, D. Ugues, G. Vallillo, B. Picqué // Mater. Sci. Eng. A. - 2017. - Vol. 695. - P. 55-65.
- The crystal growth, intercellular spacing and microsegregation of selective laser melted Inconel 718 superalloy / P. Tao, H. Li, B. Huang, Q. Hu, S. Gong, Q. Xu // Vacuum. - 2019. - Vol. 159. - P. 382-390.
- Влияние температуры искрового плазменного спекания на структуру сплава «инконель 625» / С.А. Оглезнева, М.Н. Каченюк, А.А. Сметкин, В.Б. Кульметьева // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2020. - Т. 22, № 1. - С. 25-32.
- Гребенщикова Т.Д., Рыжков В.В. Применение аддитивных технологий в машиностроительном производстве // Прогрессивные технологии и процессы: сб. науч. ст. 7-й всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, Курск, 24-25 сентября 2020 года; Юго-Западный государственный университет. - Курск, 2020. - С. 37-39.
- Effect of post-treatments under hot isostatic pressure on microstructural characteristics of EBM-built Alloy 718 / S. Goel, A. Sittiho, I. Charit, U. Klement, S.V. Joshi. - 2019. - Vol. 28. - P. 727-737.
- Microstructural engineering in lithium garnets by hot isostatic press to cordon lithium dendrite growth and negate interfacial resistance for all solid state battery applications / Srabani Patra, Vaishnavi Krupa B.R., Sujoy Chakravarty, Ramaswamy Murugan // Electrochimica Acta. - 2019. - Vol. 312. - P. 320-328.
- Amanov A. Effect of post-additive manufacturing surface modification temperature on the Tribological and Tribocorrosion properties of co-Cr-Mo alloy for biomedical applications // Surface and Coatings Technology. - 2020. - Vol. 97. - P. 127-378.
- Effect of hot-isostatic-pressing parameters on the microstructure and properties of powder Ti-6Al-4V hot-isostatically-pressed samples / K. Zhang, J. Mei, N. Wang, X. Wu // Metall. Mater. Trans. A. - 2010. - Vol. 41. - P. 1033-1045.
- Effect of hot isostatic pressing conditions and cooling rate on microstructure and properties of Ti-6Al-4V alloys from atomized powder / L. Xu, R.P. Guo, C.G. Bai, J.F. Lei, R. Yang // J. Mater. Sci. Technol. - 2014. - Vol. 30. - P. 1289-1295.
- Preparation of hot-isostatic-pressed powder metallurgy superalloy inconel 718 free of prior particle boundaries / Chang Litao, Sun Wenru, Cui Yuyou, Yang Rui // Materials Science and Engineering A. - 2016. - Vol. 682. - P. 341-344. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.11.031
