Модифицирование поверхности полученного с помощью аддитивной технологии титанового сплава Ti-6Al-4V
В работе установлены оптимальные режимы модифицирования поверхности титанового сплава. Выявлены закономерности взаимодействия водорода с титановым сплавом, полученным с помощью электронно-лучевого сплавления.
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 17
1 Основные технологии построения изделий в аддитивном производстве …….. 21
1.1 Электронно-лучевое сплавление …………………………………………………………. 21
1.2 Селективное лазерное плавление ………………………………………………………… 23
1.3 Прямое осаждение порошка (металла) ………………………………………………… 24
1.4 Микроструктура титанового сплава Ti-6Al-4V, изготовленного с
помощью аддитивных технологий ……………………………………………………………. 26
1.5 Сравнительный анализ механических свойств титанового сплава
Ti-6Al-4V, изготовленного с помощью аддитивных технологий ……………….. 29
2 Влияние водорода на титановый сплав Ti-6Al-4V, изготовленный
аддитивными технологиями…………………………………………………………………………. 31
3 Способы модификации поверхности титановых сплавов, изготовленных
аддитивными технологиями…………………………………………………………………………. 36
3.1 Нанесение покрытий на титановые сплавы, изготовленные аддитивными
технологиями …………………………………………………………………………………………… 36
3.2 Обработка микродуговым окислением титанового сплава Ti-6Al-4V,
изготовленного электронно-лучевым сплавлением …………………………………… 38
3.3 Модификация поверхности титанового сплава Ti-6Al-4V, изготовленного
электронно-лучевым сплавлением, пучками заряженных частиц ………………. 40
4 Материалы и методы исследования …………………………………………………………… 45
4.1 Материал для исследований ……………………………………………………………….. 45
4.2 Модифицирование поверхности образцов …………………………………………… 45
4.3 Исследование микроструктуры поверхности ………………………………………. 46
4.4 Измерение микро- и нанотвердости …………………………………………………….. 46
4.5 Рентгеноструктурный анализ ………………………………………………………………. 46
4.6 Насыщение образцов водородом …………………………………………………………. 48
5 Влияние модифицирования импульсным электронным пучком на
микроструктуру и свойства сплава Ti-6Al-4V, изготовленного с помощью
аддитивных технологий ……………………………………………………………………………….. 49
6 Влияние насыщения водородом на микроструктуру и свойства сплава
Ti-6Al-4V, изготовленного с помощью аддитивных технологий и
модифицированного импульсным электронным пучком ………………………………. 56
7 Концепция стартап-проекта ………………………………………………………………………. 62
7.1 Название проекта ……………………………………………………………………………….. 62
7.2 Основные качества продукта, решаемая продуктом проблема……………… 62
7.3 Защита интеллектуальной собственности ……………………………………………. 63
7.4 Объем и емкость рынка ………………………………………………………………………. 63
7.5 Анализ современного состояния и перспектив отрасли ……………………….. 64
7.6 Расчет себестоимости продукта ………………………………………………………….. 65
7.6.1 Материальные затраты …………………………………………………………………….. 65
7.6.2 Затраты на оборудование …………………………………………………………………. 66
7.6.3 Основная заработная плата научных сотрудников и техперсонала ……. 67
7.7 Конкурентные преимущества продукта и обзор технико-экономических
характеристик аналогов ……………………………………………………………………………. 69
7.8 Бюджет проекта ………………………………………………………………………………….. 71
7.9 Описание целевых сегментов потребителей ………………………………………… 71
7.10 Бизнес-модель проекта ……………………………………………………………………… 72
7.11 Стратегия продвижения продукта на рынок ………………………………………. 73
Выводы ……………………………………………………………………………………………………. 74
8 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 75
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 75
8.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 76
8.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ……………… 76
8.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
оператора …………………………………………………………………………………………………. 77
8.2 Производственная безопасность …………………………………………………………. 77
8.3 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований ……………………………………………… 79
8.3.1 Анализ вредных факторов ………………………………………………………………… 79
8.3.1.1 Недостаточная освещенность рабочего места ………………………………… 79
8.3.1.2 Пониженная или повышенная температура воздуха рабочей зоны …. 82
8.3.1.3 Воздействие раздражающих химических веществ на органы дыхания
и кожные покровы человека …………………………………………………………………….. 83
8.3.1.4 Перенапряжение анализаторов, вызванное информационной
нагрузкой …………………………………………………………………………………………………. 84
8.3.1.5 Монотонность работы …………………………………………………………………… 85
8.3.2 Анализ опасных факторов ………………………………………………………………… 86
8.3.2.1 Электрический ток, вызываемый разницей электрических
потенциалов, под действие которого попадает работающий ……………………… 86
8.4 Экологическая безопасность……………………………………………………………….. 87
8.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………….. 88
8.5.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований ………………………………………………………………………… 88
8.5.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ………………………………………….. 89
Выводы ……………………………………………………………………………………………………. 91
ВЫВОДЫ ……………………………………………………………………………………………………. 92
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………………………….. 93
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 100
1 The main technologies for building products in additive manufacturing ………….. 101
1.2 Electron Beam Melting ……………………………………………………………………….. 101
1.3 Selective Laser Melting……………………………………………………………………….. 102
1.4 Directed energy deposition of powder (metal) ……………………………………….. 104
1.5 Microstructure of titanium alloy Ti-6Al-4V, manufactured by additive
technologies…………………………………………………………………………………………….. 105
1.6 Comparative analysis of mechanical properties of titanium alloy Ti-6Al-4V,
manufactured by additive technologies……………………………………………………….. 108
Титановые сплавы обладают высокой прочностью, трещиностойкостью,
низким удельным весом и поэтому широко используются в различных отраслях
промышленности. Основное применение титанового сплава Ti-6Al-4V,
изготовленного аддитивными технологиями (АТ) – ракетостроение и
мелкосерийное производство сложных деталей. Изготовление тонкостенных
конструкций из титановых сплавов широко распространено в изделиях
аэрокосмической промышленности [1]. В настоящее время одной из
важнейших задач производства является разработка методов изготовления
высококачественных компонентов из титановых сплавов экономически
эффективным способом. Аддитивные технологии производят трехмерные
детали, используя цифровые CAD-модели за счет послойного синтеза, что
позволяет создавать сложные геометрические детали в кротчайшие сроки [2].
Наиболее существенными преимуществами аддитивного производства,
являются снижение материальных потерь и времени производства изделия, а
также способность изготавливать сложные детали без привлечения
традиционных методов производства, таких как литье и вторичная
механическая обработка, для достижения желаемых форм [3]. Аддитивные
технологии позволяют изготавливать легкие объекты сложной геометрии,
цепные и зубчатые механизмы, детали с более продолжительным сроком
службы. В области защиты металлов ведутся разработки по достижению
надлежащих механических свойств и эксплуатационных характеристик деталей
[4].
Анизотропия свойств, специфика структуры и наличие специфических
дефектов, обусловленных технологией аддитивного производства в материалах,
могут оказывать существенное влияние на взаимодействие материалов с
агрессивной средой и, в частности, с водородом. Микроструктура материалов,
полученных электронно-лучевым сплавлением (ЭЛС), отличается от
микроструктуры материалов, полученных традиционными методами.
Пластинчатая микроструктура сплава Ti-6Al-4V, изготовленного ЭЛС, может
значительно влиять на поглощение водорода, структурные и фазовые
состояния. В связи с этим изучение закономерностей взаимодействия водорода
с металлическими изделиями, изготовленными с использованием АТ,
представляет не только фундаментальный, но и практический интерес.
Водородная хрупкость – это ухудшение одной или нескольких
механических характеристик металла под действием водорода. Развитие
водородного охрупчивания (включая замедленное разрушение) в титановых
сплавах будет зависеть от концентрации и распределения водорода в
материале, внешних воздействий, наличия дефектов и примесей, оксидных
пленок и т. д. [5,6]. На сегодняшний день не проводились исследования,
связанные с влиянием водорода на свойства титановых сплавов, изготовленных
электронно-лучевым сплавлением и модифицированных импульсным
электронным пучком. Такие исследования актуальны для металлических
материалов, в частности титановых сплавов, работающих в
водородсодержащей среде, разработки технологий изготовления
конструкционных материалов с улучшенными физико-механическими
свойствами, а также для развития аддитивных технологий.
Целью настоящей работы являлось определение закономерностей
влияния модифицирования поверхности импульсным электронным пучком и
насыщения водородом на свойства титанового сплава Ti-6Al-4V,
изготовленного методом электронно-лучевого сплавления.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1) Установление закономерностей изменения микроструктуры и
фазового состава образцов сплава Ti-6Al-4V, изготовленного методом
электронно-лучевого сплавления, в зависимости от модифицирования
поверхности.
2) Исследование влияния модифицирования импульсным
электронным пучком на твердость титанового сплава Ti-6Al-4V,
изготовленного методом электронно-лучевого сплавления.
3) Исследование влияние модифицирования поверхности на
поглощение водорода сплавом Ti-6Al-4V, изготовленным методом электронно-
лучевого сплавления.
4) Установление закономерностей изменения микроструктуры,
фазового состава и твердости образцов сплава Ti-6Al-4V в зависимости от
модифицирования поверхности и наводороживания.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (40 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.1 (20 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
5 (8 отзывов)
5 (20 отзывов)
4.5 (330 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
5 (22 отзыва)
