Влияние термической обработки на структурно-фазовое состояние аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н10Т, полученной методом электронно-лучевой наплавки

Объектом исследования являются образцы аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н10Т, полученной методом объемного электронно-лучевого плавления.Целью работы является изучение особенностей формирования структуры после термообработки в виде отжига при различных технологических режимах, при многопроходной вакуумной электронно-лучевой проволочной наплавке нержавеющей стали 12Х18Н10Т, а также исследование твердости после термообработки полученных образцов.Выращены образцы в виде заготовки бруска из проволоки нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Изучены микроструктуры образцов полученных в поперечном сечении заготовки (XZ). В ходе исследования было выявлено, что оптимальным режимом гомогенизирующего отжига является режим №6,при котором обнаружена преимущественно структура однофазного твердого раствора.

Планируемые результаты обучения …………………………………………. 2
Задание на выполнение выпускной квалификационной работы ………… 5
Реферат ………………………………………………………………………. 11
Essay …………………………………………………………………………. 13
Введение …………………………………………………………………….. 15
1 Литературный обзор ……………………………………………………… 17
1.1 Методика аддитивного производства …………………………………. 17
1.2 Математическая модель процесса электронно-лучевой объемной
наплавки……………………………………………………………………… 19
1.3 Трехмерное электронно-лучевое плавление. Существующие
технологии …………………………………………………………………… 31
1.4 Материалы используемые для электронно-лучевой наплавки ………. 37
1.5 Основные характеристики нержавеющей стали 12Х18Н10Т ………… 39
2 Постановка задачи. Материалы и методика исследования.……………. 44
2.1 Постановка задачи ……………………………………………………… 44
2.2 Технологические параметры трехмерной печати ……………………. 45
2.3 Методы подготовки и исследования 3D-напечатанных образцов…… 46
3 Экспериментальная часть ………………………………………………… 50
3.1 Исследование микроструктуры образцов до термообработки ………. 50
3.2 Влияние термической обработки на структурное состояние
наплавленного металла аустенитной стали 12Х18Н10Т ………………… 51
Заключение…………………………………………………………………… 55
Задание раздела ……………………………………………………………… 57
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэфективность и ресурсосбережение. 58
4.1Организация и планирование работ ……………………………………. 59
4.1.1Продолжительность этапов работ…………………………………….. 60
4.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта …………………………. 67
4.2.1 Расчет затрат на материалы ………………………………………….. 67
4.2.2 Расчет заработной платы …………………….………………………. 68
4.2.3 Расчет затрат на социальный налог……………….……………………. 69
4.2.4 Расчет затрат на электроэнергию ………………………………………. 69
4.2.5 Расчет амортизационных расходов ………………………………….. 71
4.2.6 Расчет прочих расходов ………………………………………………… 72
4.2.7 Расчет общей себестоимости разработки …………………………… 72
4.2.8 Расчет прибыли ……………………………………………………….. 73
4.2.9Расчет НДС …………………………………………………………….. 74
4.2.10 Цена разработки НИР …………………………………..…………… 74
Задание для раздела ………………………………………………………… 75
Социальная ответственность ………………………………………………. 77
Введение …………………………………………………………………….. 77
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности… 77
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ……… 77
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя ……………………………………………………………….. 79
5.2 Производственная безопасность ………………………………………. 80
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать
объект исследования ………………………………………………………… 80
5.2.2. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть
на рабочем месте при проведении исследований ………………………… 81
5.2.2.1 Превышение уровня шума ………………………………………….. 82
5.2.2.2 Контакт с реактивом для травления образцов ……………………. 83
5.2.2.3 Отклонение показателей микроклимата …………………………… 83
5.2.2.4 Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………. 84
5.2.3 Анализ опасных факторов ……………………………………………. 87
5.2.3.1 Повышенное значение напряжения в электрической цепи,
замыкание которой может произойти через тело человека ……………… 87
5.2.3.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов……………………………………….……… 88
5.3 Экологическая безопасность …………………………………..………. 90
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………..………. 92
Вывод по разделу ………………………………………………….………….. 95
Заключение ………………………………………………………….………. 96
Список используемых источников ………………………………………… 98
Приложение А ………………………………………………………………. 101
Chapter 1. Literary Review …………………………………………………… 102
Methods of additive production ……………………………………………… 102
Mathematical model of the electron-beam volume surfacing process……….. 104
РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа 114 с., 20 рис., 21 табл., 20
источников.

Ключевые слова: аустенитная нержавеющая сталь, аддитивные
технологии, электронно-лучевое плавление, термообработка, гомогенизация,
микроструктура.

Объектом исследования являются образцы аустенитной нержавеющей
стали 12Х18Н10Т, полученной методом объемного электронно-лучевого
плавления.

Целью работы является изучение особенностей формирования
структуры после термообработки в виде отжига при различных
технологических режимах, при многопроходной вакуумной электронно-
лучевой проволочной наплавке аустенитной нержавеющей стали
12Х18Н10Т, а также исследование твердости после термообработки
полученных образцов.

Методом послойной электронно-лучевой наплавки выращены образцы
в виде заготовки бруска из проволоки нержавеющей стали аустенитного
класса марки 12Х18Н10Т. Изучены микроструктуры образцов полученных в
поперечном сечении заготовки (XZ). Образец можно разделить на две
основные зоны заготовки, отличающиеся структурой и свойствами: основа и
корневая зона сварных швов. Структура основы представляет собой
дендриты (столбчатая структура), главные оси которых ориентированы в
направлении теплоотвода при кристаллизации. Структура корневой зоны
представляет собой равноосные кристаллы, имеющие так же, как и основа,
дендритное, но более дисперсное строение. После гомогенизирующего
отжига с различной выдержкой при разных температурных режимах было
выявлено, что на третьем режиме термообработки начинают появляться
кардинальные изменения микроструктуры, а именно зарождается процесс
рекристаллизации. В ходе исследования было выявлено, что оптимальным
режимом гомогенизирующего отжига является режим №6, при котором
обнаружена преимущественно структура однофазного твердого раствора.

Области применения: аэрокосмическая, химическая, атомная, пищевая.

Экономическая эффективность/значимость работы заключается в
разработке и создании изделий, превышающих механические свойства
изделий, полученных традиционными методами.
ESSAY

Final qualifying work with.114, Fig.20 Table.21, Sources 20.

Keywords: austenitic stainless steel, additive technologies, electron beam
melting, heat treatment, homogenization, microstructure.

The object of the study is samples of austenitic stainless steel 12X18H10T,
obtained by the method of bulk electron beam melting.

The aim of the work is to study the features of structure formation after heat
treatment in the form of annealing at various technological modes, with multi-pass
vacuum electron-beam wire surfacing of austenitic 12X18H10T stainless steel, and
the study of the hardness after heat treatment of the obtained samples as well.

By the method of layer-by-layer electron-beam surfacing, samples in the
form of a bar stock from stainless steel wire of austenitic class of grade
12X18H10T were grown. The microstructures of the samples obtained in the cross
section of the blank (XZ) were studied. The sample can be divided into two main
areas of the workpiece, differing in structure and properties: the base and the root
zone of the welds. The structure of the base is dendrites (columnar structure), the
main axes of which are oriented in the direction of the heat sink during
crystallization. The structure of the root zone is equiaxed crystals, which, like the
base, have a dendritic, but more dispersed structure. After homogenizing annealing
with different exposures at different temperature conditions, it was revealed that in
the third heat treatment mode, cardinal changes in the microstructure begin to
appear, namely, the process of recrystallization begins. The study revealed that the
optimal mode of homogenizing annealing is mode No. 8, in which the structure of
a single-phase solid solution was found predominantly.

Applications: aerospace, chemical, atomic, food.
The economic efficiency / importance of the work lies in the development
and creation of products that exceed the mechanical properties of products,
obtained by traditional methods.

Методом послойной электронно-лучевой наплавки выращены образцы
в виде заготовки бруска из проволоки нержавеющей стали аустенитного
класса марки 12Х18Н10Т. Изучены микроструктуры образцов полученных в
поперечном сечении заготовки (XZ). Образец можно разделить на две
основные зоны заготовки, отличающиеся структурой и свойствами: основа и
зона наплавленного металла. Структура наплавленного металла представляет
собой дендриты (столбчатая структура), оси которых ориентированы в
направлении теплоотвода при кристаллизации. Структура корневой зоны
наплавленного металла представляет собой более равноосные кристаллы,
имеющие так же, как и наплавленный металл, дендритное, но более
дисперсное строение.

После гомогенизирующего отжига с различной выдержкой при разных
температурных режимах было выявлено, что на третьем и четвертом
режимах термообработки начинают появляться кардинальные изменения
микроструктуры, а именно зарождается процесс рекристаллизации. На
образцах №3 и №4 еще просматриваются остатки дендритной структуры в
наплавленном металле. При пятом и шестом режимах термообработки
происходит полная рекристаллизация наплавленного металла. Структура
наплавки стала аустенитной.

В ходе исследования было выявлено, что оптимальным режимом
гомогенизирующего отжига является режим №6, при котором структура
наплавленного металла становится аустенитной и практически исчезает
граница между основным и наплавленном металлом. Роста зерна при
термообработке по режиму №6 не наблюдается.

А так же наблюдается эффект выравнивания твердости основного и
наплавленного металла в результате термообработки. После оптимального
режима отжига (режим №6) значение твердости наплавленного металла
максимально приближается к значению твердости основного металла и
составляет соответственно 152 и 148 НВ.

Получение при отжиге в наплавленном металле аустенитной структуры
позволяет снять сварочные напряжения в наплавленном металле, что должно
положительным образом сказываться на стойкости сварных соединений,
выполненных с помощью вакуумной электронно-лучевой установки, к
межкристаллитной коррозии (МКК) и ножевой коррозии в агрессивных
средах.