Получение композиционных материалов “титан – карбид кремния” методом селективного лазерного сплавления
Выпускная квалификационная работа посвящена исследованию влияния технологических параметров селективного лазерного сплавления на твердость, микро и макроструктуру образцов, полученных из порошковых смесей титана и карбида титана с различным соотношением компонентов. Новый материал направлен на отечественный рынок, возможно его применение в машиностроительном комплексе.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 14
1 Научно-технологические основы синтеза металлокерамических
композиционных материалов и их применения в аддитивном производстве 17
1.1 Преимущества аддитивных технологий в качестве альтернативы
традиционным технологиям ………………………………………………………………….. 21
1.2 Разработка системы качества технологии селективного лазерного
сплавления отечественных порошковых композиций …………………………….. 23
1.3 Построение модели управления качеством селективного лазерного
сплавления ……………………………………………………………………………………………. 26
1.4 Перспективы применения аддитивных технологий изготовления
деталей и узлов из керамических композиционных материалов……………… 29
1.5 Производство металлических матричных композитов: состояние дел.. 31
1.6 Радиационно-стойкие технологии соединения для карбида кремния,
керамики и композитов …………………………………………………………………………. 33
1.7 Соединение на металлической основе ………………………………………………. 36
1.8 Соединение MAX-фазы ……………………………………………………………………. 37
1.9 Соединение SiC на основе полимеров ………………………………………………. 37
1.10 Титановые сплавы ………………………………………………………………………….. 38
2. Объект и методы исследования …………………………………………………………….. 41
2.1 Постановка цели и задач исследования …………………………………………….. 41
2.2 Используемые материалы ………………………………………………………………… 42
2.2.1 Сплав титана марки ВТ 1-0 …………………………………………………………. 42
2.2.2 Карбид кремния (SiC) …………………………………………………………………. 46
2.2.3 Исходный материал ……………………………………………………………………. 48
2.3 Экспериментальное оборудование……………………………………………………. 50
2.4 Исследовательское оборудование …………………………………………………….. 56
3 Результаты исследования ………………………………………………………………………. 62
3.1 Получение образцов…………………………………………………………………………. 62
3.2 Общее сравнение структуры полученных образцов ………………………….. 73
4 Финансовый менеджмент ресурсоэффективность и ресурсосбережение …. 77
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 77
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений …………………………………. 79
4.1.3 FAST-анализ …………………………………………………………………………………. 80
4.1.4 Диаграмма Исикавы………………………………………………………………………. 84
4.1.5 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………… 85
4.1.6 Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………………… 89
4.2 Инициация проекта ………………………………………………………………………….. 91
4.2.1 Цели и результат проекта ………………………………………………………………. 91
4.2.2 Организационная структура проекта ……………………………………………… 92
4.2.3 Ограничения и допущения проекта ……………………………………………….. 93
4.3 Планирование и управление техническим проектом …………………………. 94
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта. ……………………………………….. 94
4.4 План проекта……………………………………………………………………………………. 94
4.5 Бюджет научного исследования ……………………………………………………….. 96
4.5.1 Сырье, материалы, комплектующие изделия, покупные материалы и
полуфабрикаты ……………………………………………………………………………………… 97
4.5.2 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ
……………………………………………………………………………………………………………… 97
4.5.3 Основная заработная плата ……………………………………………………………. 98
4.5.4 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала ……………………………………………………………………………………………… 99
4.5.5 Отчисления на социальные нужды ………………………………………………… 99
4.5.6 Накладные расходы …………………………………………………………………….. 100
4.5.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 101
4.6 Оценка эффективности НТИ ……………………………………………………………… 103
5 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 104
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …. 104
5.2 Производственная безопасность …………………………………………………….. 104
5.3 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возник-нуть в
лаборатории при проведении исследований …………………………………………. 106
5.3.1 Микроклимат ……………………………………………………………………………. 106
5.3.2 Превышение уровня шума ………………………………………………………… 107
5.3.3 Вибрации………………………………………………………………………………….. 108
5.3.4 Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………………. 109
5.3.5 Использование вредных веществ ………………………………………………. 111
5.3.6 Психофизиологические факторы ………………………………………………. 113
5.3.7 Электробезопасность ………………………………………………………………… 114
5.3.8 Экологическая безопасность …………………………………………………….. 116
5.3.9 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………….. 117
Выводы ………………………………………………………………………………………………….. 120
Список литературы ………………………………………………………………………………… 121
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 126
На сегодняшний день перспективным является использование
аддитивных технологий для производства высокотехнологичной продукции,
из сложно обрабатываемых материалов и с применением новых
конструктивных решений [1].
Одним из направлений аддитивных технологий является технология
селективного лазерного сплавления (СЛС).
Селективное лазерное сплавление (Selective laser melting, SLM, СЛС) –
один из новых методов аддитивного производства, использующий лазеры
высокой мощности (как правило, иттербиевые волоконные лазеры) для
создания трехмерных физических объектов за счет сплавления
металлических порошков. Технология СЛС позволяет производить детали
сложной формы, в короткие сроки, практически без использования
технологической оснастки, за счет чего резко сокращается цикл производства
изделий. В технологии СЛС используется лазер высокой мощности для
расплавления тонкого слоя порошка в соответствии с 3D моделью [2].
В последнее время наблюдается значительный рост применения
аддитивных технологий при производстве сложнопрофильных деталей из
сложнообрабатываемых материалов.
Актуальной является задача по исследованию влияния основных
технологических параметров, таких как мощность лазерного излучения и
скорость сканирования на микроструктуру материала, его механические
свойства и шероховатость. В дальнейшем эти исследования позволят
получать детали с различными механическими свойствами, за счет разного
структурного состояния [3].
На качество материала, получаемого методом СЛС, влияет большое
количество факторов. Путем правильного понимания и управления этими
факторами можно получать материалы по качеству, не уступающие
материалам полученным традиционными способами производства [4]. Метод
СЛС представляет собой сложный процесс, при котором большое число
параметров влияет на качество конечного продукта. Сложность процесса
СЛС заключается во многих тепловых, физических и механических
взаимодействиях и влиянии на них большого количества параметров.
Процесс селективного лазерного сплавления позволяет изготавливать
детали с толщиной слоя от 20 до 100 мкм [5].
Процесс СЛС начинается с разбиения цифровой трехмерной CAD
модели на слои. Затем при помощи специального модуля, входящего в
программное обеспечение MagicsRP, назначаются параметры построения
детали (мощность лазерного излучения, скорость сканирования и т.д.). После
этого все данные передаются в установку для начала процесса построения.
Из бака, в котором содержится металлический порошок при помощи шнека
исходный материал порционно подается в дозатор (рекоутер). Дозатор
перемещаясь в горизонтальном направлении доставляет металлически
порошок на платформу построения и при помощи силиконового ножа
разравнивает его. Излишки металлического порошка попадают в передний и
задний баки [6].
После того как слой порошка выравнен в работу вступает лазер и при
помощи системы зеркал выборочно сплавляет металлический порошок. При
воздействии лазерного излучения порошок нагревается, а при приложении
необходимой энергии, плавится образуя жидкую ванну. Затем жидкая ванна
быстро затвердевает тем самым образуя фрагмент детали. После того как
селективное лазерное сканирование текущего слоя закончено, платформа
построения при помощи поршня опускается по оси Z на величину слоя, и
насыпается новый слой порошка.
Процесс является циклическим и повторяется до тех пор, пока изделие
не будет полностью законченно, рисунок 1.
Рисунок 1 – Принципиальная схема технологии селективного лазерного
сплавления
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (18 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
5 (14 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
4.3 (248 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
4.7 (82 отзыва)
4.9 (522 отзыва)
