Разработка подходов к аддитивному производству биметаллических сплавов для повышения их механических и эксплуатационных характеристик

Развитие аддитивного производства (АП) деталей приняло масштабный характер. АП представляют собой способ получения деталей с использованием электронной модели, подготовленной в системе автоматизированного проектирования в формате, который позволяет в полностью автоматическом режиме изготовить изделие сложной конфигурации. Такой подход обеспечивает значительное снижение себестоимости за счет экономии сырья, необходимого для производства продукции, сокращения использования человеческих ресурсов, снижения энергозатрат и промышленных отходов, а также сокращения технологических операций. Внедрение АП меняет технологический подход с материалоемкой на наукоемкую, что означает переход из сегмента массового производства одноразовых изделий в новое массовое производство в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика с высокими затратами и длительным жизненным циклом изделия. Одним из перспективных методов АП является прямое лазерное выращивание (ПЛВ), которое подходит для создания сложных компонентов в том числе биметаллических изделий для атомных станций нового поколения. Поскольку ПЛВ характеризуется процессом многократного воздействия лазерного источника на ванну расплава с высокими скоростями нагрева и охлаждения, меняющимися в процессе выращивания и зависящими от размеров и геометрических параметров изготавливаемого изделия. Как следствие, получаемая микроструктура из сплавов на основе железа при выращивании неоднородна и анизотропна, что значительно влияет на эксплуатационные характеристики готового изделия. Для оценки прочностных и эксплуатационных характеристик биметаллических изделий из сталей, получаемых по технологии АП, требуется проведение широкого спектра исследований, что является длительным и дорогостоящим процессом. В рамках научного проекта планируется разработка фундаментальных основ для управления структурно-фазовыми превращениями в слоистых композиционных материалах, получаемых методами аддитивных технологий. Ожидается, что это позволит прогнозировать и формировать заданные структуры с целью повышения комплекса механических и функциональных свойств. Будут разработаны технологические процессы ПЛВ для создания слоистых биметаллических материалов, а также установлены микроструктурные особенности модифицированной стали в зависимости от параметров ПЛВ и их влияние на механическое поведение материала. В ходе исследования будут изучены процессы взаимодействия нержавеющей стали 08Х18Н10Т с мартенситной сталью 09Х16Н4Б, а также с углеродистой низколегированной сталью 15Х2МФА в процессе ПЛВ. Это позволит заложить методологическую основу для создания других биметаллических материалов. Помимо этого, будут проведены испытания эксплуатационных свойств композитов при динамических и циклических нагрузках, а также в коррозионных средах, что обеспечит повышение их долговечности и надежности. Решаемая в рамках проекта проблема связана с недостаточной прогнозируемостью и управляемостью структурно-фазовыми превращениями в аддитивно получаемых слоистых композиционных материалах. Это затрудняет создание материалов с заданными механическими и функциональными свойствами, что критично для их применения в аэрокосмической, энергетической и машиностроительной отраслях. Развитие методов контроля структуры и свойств биметаллических материалов позволит повысить их эксплуатационные характеристики и расширить область применения.