Дендритный рост на межфазной границе при селективном лазерном плавлении стали 316L

Аннотация

Аддитивное производство изделий из металлических порошков является быстро развивающимся направлением машиностроения, связанным, в первую очередь, с активным применением в производстве 3D-принтеров. Одной из важных характеристик изделий, изготовленных по данной технологии, является прочность, которая напрямую зависит от первичной микроструктуры материала. Морфология структуры изделий, созданных селективным лазерным плавлением (СЛП), имеет дендритно-ячеистый тип. В статье рассматривается задача определения характерного размера дендритов, формирующихся при высокоскоростной кристаллизации на границе бассейна расплава при СЛП порошка нержавеющей стали 316L. Входящими макропараметрами исследуемой системы служат такие, как термодинамические свойства расплава нержавеющей стали, скорость движения лазерного луча, а также угол ориентации хвостовой части бассейна расплава, где располагается основной участок фронта кристаллизации. В основе анализа лежит приближение Иванцова, постулирующее рост кристаллитов параболической формы, которое найдено как приближенное решение осесимметричной задачи тепло- и массопереноса. Математическое моделирование проведено с использованием модели Александрова и Галенко роста двумерного дендрита. Модель описывает устойчивый рост дендрита в двухкомпонентной системе при наличии конвекции в кристаллизующемся расплаве. На основе этой модели авторами предложена методика расчета скорости кристаллизации и диаметра вершины дендрита в зависимости от таких макропараметров, с помощью которых можно управлять процессом и получать изделия с заданными свойствами. Рассчитанные значения характерных размеров структуры сопоставлены с результатами экспериментального исследования методом просвечивающей электронной микроскопии образцов стали 316L, сделанных посредством СЛП.