Исследование строения и ультразвуковой контроль металлических объектов

Ксембаев, Азат Гафурович Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования являются технология сплавления металлических порошков электронно-лучевой пушкой и метод ультразвукового контроля качества металлических изделий.
Цель работы – исследовать качество и структуру готовых металлических 3D-объектов из порошка сплава ВТ6, полученных методом EBM. В результате исследования оптические методы совпадают с исследованиями качества образца с помощью УЗ-томографа.

Оглавление ………………………………………………………………………………………………. 8

Введение ………………………………………………………………………………………………… 11

Обзор литературы ………………………………………………………………………………….. 13

1 Оборудование и технология электронно-лучевой плавки (EBM) ………….. 13

1.1 История появления технологии EBM …………………………………………….. 14

1.3 Анализ рынка 3д-принтеров ………………………………………………………….. 20

1.4 Материалы для 3Д-печати ……………………………………………………………… 29

1.5 Особенности металлических изделий, полученных методом EBM …. 37

1.6 Современные технологии контроля металлических изделий ………….. 39

1.7 Зарубежный и Российский опыт использования технологии
аддитивных технологий………………………………………………………………………. 43

2 Объект и методы исследований ……………………………………………………………. 50

2.1 Объект исследований и свойства сплава ………………………………………… 50

2.2 Метод получения металлического порошка сплава ВТ6 для печати
методом ЕВМ……………………………………………………………………………………… 51

2.3 Метод ЕВМ для изготовления, исследуемого 3D-объекта ………………. 52

2.4 Методика макроанализа металлического 3D объекта …………………… 53

2.5 Методика микроструктурного анализа ………………………………………… 53

2.6 Методика измерения микротвердости …………………………………………. 54

2.7 Метод ультразвуковой компьютерной томографии ………………………… 56

3 Результаты проведенного исследования ………………………………………………. 61

3.1 Макроанализ металлического 3D объекта ……………………………………. 61
3.2 Микроструктурный анализ сплавленного порошка сплава ВТ6
методом ЕВМ……………………………………………………………………………………… 63

3.3 Исследование качества втулки с использование ультразвуковой
компьютерной томографии …………………………………………………………………. 66

4 «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»
………………………………………………………………………………………………………………. 73

4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 73

4.2 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………. 76

4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………… 76

4.2.2 Определение трудоемкости выполнения НИОКР …………………….. 76

4.2.3 Построение графика работ ………………………………………………………. 77

4.3 Диаграмма Исикава ……………………………………………………………………….. 80

5 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 83

5.1 Техногенная безопасность …………………………………………………………….. 83

5.1.1Микроклимат …………………………………………………………………………… 84

5.1.2 Электромагнитные поля ………………………………………………………….. 86

5.1.3 Шум ……………………………………………………………………………………….. 87

5.1.4 Освещение ……………………………………………………………………………… 87

5.2 Экологическая безопасность………………………………………………………….. 89

5.2.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду … 89

5.2.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду . 89

5.2.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ………. 90

5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………………….. 90

5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 92

5.4.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства ………………………………….. 92

Выводы о проделанной работе ……………………………………………………………….. 94

Список использованных источников ………………………………………………………. 97

Приложение А ……………………………………………………………………………………… 102

В новой производственной реальности все чаще наблюдается карди-
нальное сокращение участия человека в процессах производства продукции
и переход к полной автоматизации производства. Наиболее перспективным
направлением в массовом производстве конечной продукции является 3D-
печать аддитивными технологиями. Основными преимуществами аддитив-
ных технологий являются: возможность изготовления уникальных деталей
любой геометрической сложности, возможность осуществления функцио-
нальной оптимизации на этапе передачи изделия в производство, отсутствие
необходимости изготовления инструментальной оснастки, минимизация по-
терь материала и отходов производства в виде стружки, мобильность произ-
водства.
Анализ современной литературы показал, что наиболее часто исполь-
зуемым материалом для получения 3D изделий методом ЕВМ являются по-
рошки титановых сплавов. Самым универсальным промышленным сплавом
в России и за рубежом на основе титана является сплав марки ВТ6. Благо-
даря удачному легированию сплава, его рекомендуют для изделий и деталей
конструкций ответственного назначения, эксплуатирующийся при темпера-
турах от – 250С до +350С. Его используют для изготовления балок и
кронштейнов в самолетах, для изготовления баллонов высокого давления
топливных систем в ракетах. Также из него изготавливают такие ответ-
ственные детали, как втулки несущего винта вертолета, валы шасси, корпу-
са осевых шарниров, наконечники лопастей. Кроме этого считается, что ти-
тановый крепеж обладает большей усталостной прочностью по сравнению
со стальным крепежом. Однако, все перечисленные изделия оснастятся к
деталям конструкций повышенной надежности и требуют повышенного
внимания к технологии изготовления и особые требования к контролю ка-
чества на каждом технологическом этапе производства деталей. Особое
внимание необходимо уделять контролю первых этапов изготовления дета-
лей: формирование макро- и микроструктуры металлического 3D-объекта.
Поэтому применение технологии сплавления металлических порошков
электронно-лучевой пушкой EBM (Electron Beam Melting) для получения
деталей конструкций или заготовок является актуальным направлением для
производственных процессов.
Цель магистерской диссертации – на основе доступных литературных
источников оценить развитие технологий ЕВМ на европейском и россий-
ском производстве. Исследовать качество и структуру готового металличе-
ского 3D-объекта из порошка сплава ВТ6, полученного методом ЕВМ.
В результате выполнения работы решались следующие задачи:
1. Провести анализ литературных данных по применению метода
ЕВМ в различных отраслях промышленности и выявить его особенности.
2. Провести анализ оборудования и используемых металлических
порошков.
3. Ознакомится с принципом работы установки ЕВМ, разработанной
в Научно-образовательном центре «Современные производственные техно-
логии» ИФВТ ТПУ.
4. Обучиться работе на роботизированном ультразвуковом дефекто-
скопе марки «Kuka», разработанного учеными ИНК ТПУ.
5. Провести экспериментальные исследования качества и микро-
структуры металлического 3D-объекта из порошка сплава ВТ6, полученного
методом ЕВМ.
Металлический 3D-объект изготавливали в Научно-образовательном
центре «Современные производственные технологии» ИФВТ ТПУ. Экспе-
риментальные металлографические исследования проводились в научно-
исследовательской лаборатории МИМАМ. Исследование качества металли-
ческого 3D-объектов проводили в Центре сопровождения НИОКР.
Обзор литературы

1. Электронно-лучевая плавка (EBM) [электронный ресурс]режим
доступа: http://3dtoday.ru/wiki/EBM_print/
2. O. L. A. Harrysson, O. Cansizoglu, D. J. Marcellin-Little, D. R. Cormi-
er, and H. A. West II, Direct Metal Fabrication of Titanium Implants with Tai-
lored Materials and Mechanical Properties Using Electron Beam Melting Tech-
nology, Mater. Sci & Eng., C, 28 [3], 366-373 (2008).
3. S. Collins, Laser and Electron Beam Powder Bed Fusion, in Measure-
ment Science Roadmap for Metal-Based Additive Manufacturing// NIST (2013), /
Электрон.дан.–2013.–Заглавие с экрана. – Режимдоступа:
htpp://www.nist.gov/el/isd/upload/NISTAdd_Mfg_Report_FINAL-2.pdf
4. Additive Manufacturing Study Shows Cuts in Material Consumption
and Reduced CO2 Emissions. // Powder Metall Rev. / Электрон. дан. – 2013. –
Заглавиесэкрана.–Режимдоступа:
htpp://www.ipmd.net/articles/002490.html.
5. Энциклопедия 3Д-печати. – Режим доступа: htpp://3dtoday.ru/wiki/
6. Слайсер Slic3r // Slic3r. URL: http://slic3r.org/.
7. М.А.Зленко, А.А. Попович, И.Н., Мутылина. Аддитивные техно-
логии в машиностроении. Издательство политехнического университета,
Санкт- Петербург, 2013.
8. СлайсерCura//Ultimaker.URL:
htpps://ultimaker.com/en/products/curasoftware
9. СлайсерSimplify3D//Simplify3D.URL:
https://www.simplify3d.com/software/.
10. Слайсер CraftWare//CraftUnique.URL:
https://www.craftunique.com/craftware
11. Аналитический отчет DISCOVERY RESEARCH GROUP «Рынок
3D-принтеров в России»
12. Цветкова Т.М., Исследование рынка аддитивного производства в
России, Москва, издательство Финансовый университет
13. Electron Beam Melting (EBM) for Titanium Implant Production.
//http://www.medicalmodeling.com/solutions-for-engineers/electron-beam-
melting-ebm-fortitanium-implant-production
14. Металлы для 3D-печати [Электронный ресурс] Режим доступа:
http://3d.globatek.ru/3d_printing_materials/metal/
15. Дорошенко В.А. Цифровые технологии и литье под низким давле-
нием деталей из алюминиевых и магниевых сплавов // Литейное производ-
ство. – 2009. – № 8. – С. 16-18.
16. Hohmann M., Brooks G., Spiegelhauer C. Production methods and ap-
plications for high-quaIity metaI powders and sprayformed products. Produk-
tionsmethoden und Anwendungen fur qualitativ hochwertige Metallpulver und
spruhkompaktierte Halbzeuge. Stahl und Eisen. – 2005.
17. Федотов А.В. Новые технологии порошковой металлургии // Ма-
териалы в машиностроении. – 2012. – № 1 (76). – С. 53-56.
18. Additive Manufacturing Study Shows Cuts in Material Consumption
and Reduced CO2 Emissions. // Powder Metall Rev. / Электрон. дан. – 2013. –
Заглавие с экрана. – Режим доступа: htpp://www.ipmd.net/articles/002490.html
19. Techel A. et al., Laser Additive Manufacturing of Turbine Components,
Precisely and Repeatable. Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology
(IWS), интернет-издание Laser Institute of America. Доспуп свобод.
http://www.lia.org/blog/category/laser-insights2/laser-additive-manufacturing/
20. Wohlers Report 2012. Additive Manufacturing and 3D Printing State of
the Industry Annual Worldwide Progress Report, ISBN 0-9754429-8-8, 286 p,
2012.
21. Колачев Б. А. Механические свойства титана и его сплавов / Б. А.
Колачев, В. А. Ливанов, А. А. Буханова. М.: Металлургия, 1974. 544 с.
22. Полуфабрикаты из титановых сплавов; под ред. Б. А. Колачева.
М.: ОНТИ ВИЛС, 1996. 581 с.
23. Колчин А.Ф., Стрекалов А.Ф., Сумароков СВ. Управление жиз-
ненным циклом продукции. М.: Анахарсис, 2002. -303 с: ил.
24. Коротин А.И., Лазарев А.Л., Плаксин А.А., Шмыров С.Ф. Основы
ультразвуковой дефектоскопии металлических конструкции: учебное посо-
бие. – Саранск, 2008. – 60 с.
25. Bulavinov A. Industrial application of real-time 3D imaging by Sam-
plingPhasedArray.[Электронныйресурс].–Режимдоступа:-
http://www.ndt.net/article/ecndt2010/reports/1_03_22.pdf, свободный – Загл. с
экрана. – Яз. англ. Дата обращения 13.05.15г
26. Капранов Б.И. Коротком М.М. Акустические методы контроля и
диагностики. Часть 1. – Томск: ТПУ, 2008. с. 186
27. Данилов В.Н., Самокрутов А.А., Люткевич А.М. / Контроль. Диа-
гностика. 2003. №7. .29-36.
28. Матвиенко К.Г., Помишин Е.К. / Рентгеновская компьютерная то-
мография. 2016.
29. Степанова Е.Ю. Аддитивные технологии как прорывные иннова-
ции ресурсосбережения 21 века // Энерго- и ресурсосбережение – XXI век:
X III Международный. Науч.- практ. Интернет-конференция, 15 марта – 30
июня 2015. Орел. Госуниверситет – УНПК, 2015. С. 124-128.
30. Новые производственные технологии: публичный аналитический
доклад [Электронный ресурс] / И.Г. Дежина [и др.]: Сколково: Сколковский
ИНиТ,2015.203с.Режимдоступа:
htpp://isicad.ru/ru/pdf/ReportSkolkovo2014.pdf.
31. Степанова Е.Ю. Влияние аддитивных технологий на экономику
наукоемких отраслей промышленности: роль многоуровневых интегриро-
ванных компаний // Экономические и гуманитарные науки, 2016. №1 (288).
С. 54-64.
32. Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные техноло-
гии в машиностроении. СПБ. издательство Политех, 2013. 222с.
33. http://inosmi.ru/world/20131013/213824981.html?id=213833495
[Электронный ресурс]
34. Степанова Е.Ю., Барсуков Г.В., Збинякова Е.А. 3D-инновации в
автомобильной промышленности // Вестник Брянского государственного
технического университета. 2016.
35. Cтепанова Е.Ю., Поландова Л.И. Высокие технологии в инноваци-
онной экономике // Известия Орловского государственного технического
университета. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и техно-
логии. 2007. 3/267(533). С. 156-167.
36. Степанова Е.Ю. Наукоемкие отрасли и высокие технологии – ос-
нова технологической безопасности и независимости страны // Фундамен-
тальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. №2 (304).
С.122-132.
37. David L. Bourella, Joseph J. Beaman, Jr.a, Ming C. Leub and David W.
Rosenc. A Brief History of Additive Manufacturing and the 2009 Roadmap for
Additive Manufacturing: Looking Back and Looking Ahead. RapidTech 2009,
www.rapidtech.itu.edu.tr.
38. Gilman P.P., Benjamin J.S. Mechanical alloying // Ann. Rev. Materials
Sci. – 1933. – Vol. 13. – P. 279-330.
39. Techel A. et al. Laser Additive Manufacturing of Turbine Components,
Precisely and Repeatable. Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology
(IWS), интернет-издание Laser Institute of America. Доспуп свобод.:
http://www.lia.org/blog/category/laser-insights-2/laser-additive-manufacturing
40. ГОСТ 19807-91 Титан и сплавы титановые деформируемые. Мар-
ки
41. Boulos M. Plasma power can make better powders. Metal Powder Re-
port. 2004. – Vol. 59. – Issue 5. – P. 16-21.
42. Егоров Ю.П., Лозинский Ю.М., Роот Р.В., Утьев О.М., Хворова
И.А. Сборник методических указаний. – Томск, Издательство Томского по-
литехнического университета, 2010. – 47 с.
43. Бориков В. Н., Зыков В.М., Вавилов В.П., Чахлов С.В., Седнев
Д.А., Рычков М.М. Перспективные технологии неразрушающего контроля
для предприятий ОПК. – Томск, Издательство Томского политехнического
университета, 2010. – 47 с.
44. Методическое пособие по изучению дисциплины «Электронно-
лучевые и лазерные аддитивные технологии» для студентов заочной формы
обучения/ Кушнарев Ю.В. – Томск, Издательство Томского политехниче-
ского университета, 2016. – 30 с.
45. Актершев С.П., Термокапиллярный эффект и периодические
структуры на поверхности нагреваемой пленки вязкой жидкости. – Новоси-
бирск, Издательство – Институт теплофизики имени С.С. Кутателадзе, СО
РАН.
46. Бойко, Н.И. Ресурсосберегающие технологии повышения качества
поверхностных слоев деталей машин / Н.И. Бойко. – М.: Маршрут, 2006. –
200 с.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету