Структура та гранулометричні характеристики порошків жароміцних нікелевих сплавів

З. А. Дурягіна; І. А. Лемішка; В. Є. Пряхін; А. В. Андрейків; Ю. І. Бойко

doi:10.15407/mom2025.04.003

Автор(и)

З. А. Дурягіна Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна https://orcid.org/0000-0002-2585-3849
І. А. Лемішка Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна https://orcid.org/0000-0002-3231-0519
В. Є. Пряхін Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна https://orcid.org/0009-0007-0555-5100
А. В. Андрейків Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна https://orcid.org/0009-0004-5293-8380
Ю. І. Бойко Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна https://orcid.org/0009-0003-4608-6567

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2025.04.003

Ключові слова:

порошки, жароміцні сплави, мікроструктура, гранулометричний склад, насипна густина

Анотація

Проведено дослідження мікроструктури та гранулометричних характеристик сферичних порошків жароміцних нікелевих сплавів. Металографічні дослідження виконували на скануючому електронному мікроскопі Thermo Scientific Apreo 2C (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), а елементний аналіз на рентгенівському спектрометрі СЕР-01 «ElvaxLight». Визначення гранулометричних характеристик порошків проводилося з використанням програмного забезпечення аналізу зображень ImageJ. Насипну густину та текучість порошків встановлено відповідно до ДСТУ/ISO 3923-2:2016 та ДСТУ/ISO 4490:2016.

Вивчено морфологію поверхні сферичних частинок порошку сплавів марок ХН50ВМТЮБ та ХН60ВТ двох різних фракцій: 50...200 мкм та
≤63 мкм. Показано, що досліджувані фракції порошку характеризуються сферичною формою частинок з добре розвиненою регулярною дендритною мікроструктурою поверхні.

За результатами гранулометричного аналізу побудовано гістограми розподілу частинок порошку за розмірами, з яких видно, що для фракції (50...200 мкм) сплаву ХН50ВМТЮБ домінують частинки із середнім діаметром 136 мкм з полідисперсністю 4,1 %, а для фракції ≤63 мкм - із середнім діаметром 45,6 мкм з полідисперсністю – 7,6 %.

Показано, що у фракції (50...200 мкм) сплаву ХН60ВТ домінують частинки із середнім діаметром 124 мкм з полідисперсністю 4,9 %, а для фракції ≤63 мкм – 29,7 мкм з полідисперсністю - 8,3 %.

Результати визначення насипної густини та текучості сферичних порошків жароміцних нікелевих сплавів ХН50ВМТЮБ та ХН60ВТ показали, що зменшення розміру частинок супроводжується підвищенням їх полідисперсності та насипної густини. Показано, що високодисперсні фракції (≤63 мкм) характеризуються зниженням текучості внаслідок посилення адгезії між частинками. Виявлена закономірність свідчить, що зростання дисперсності забезпечує щільніше пакування порошку, однак обмежує його реологічні характеристики, що необхідно враховувати при формуванні вихідної сировини для адитивних технологій.

Посилання

DebRoy, T., Wei, H. L., Zuback, J. S., Mukherjee, T., Elmer, J. W., Milewski, J. O., & Zhang, W. (2018). Additive manufacturing of metallic components: Process, structure and properties. Progress in Materials Science, 92, 112–224. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001

Gao, W., Zhang, Y., Ramanujan, D., Ramani, K., Chen, Y., Williams, C. B., & Zavattieri, P. D. (2015). The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering. Computer-Aided Design, 69, 65–89. https://doi.org/10.1016/j.cad.2015.04.001

Karunaratne, M. S. A., Kyaw, S., Jones, A., Morrell, R., & Thomson, R. C. (2016). Modelling the coefficient of thermal expansion in Ni-based superalloys and bond coatings. Journal of Materials Science, 51(8), 4213–4226. https://doi.org/10.1007/s10853-015-9554-3

Herzog, D., Seyda, V., Wycisk, E., & Emmelmann, C. (2016). Additive manufacturing of metals. Acta Materialia, 117, 371–392. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019

Hegab, H. A., & Elbestawi, M. A. (2016). Design for additive manufacturing of composite materials and potential alloys: A review. Manufacturing Review, 3, 1–17. https://doi.org/10.1051/mfreview/2016010

Liu, F., Heiner, M., & Gilbert, D. (2022). Hybrid modelling of biological systems: Current progress and future prospects. Briefings in Bioinformatics, 23(3), bbac081. https://doi.org/10.1093/bib/bbac081

Lu, M., & Shen, Z.-J. M. (2021). A review of robust operations management under model uncertainty. Production and Operations Management, 30(6), 1927–1943. https://doi.org/10.1111/poms.13239

Körner, C. (2020). Modeling and simulation of microstructure evolution for additive manufacturing of metals: A critical review. Metallurgical and Materials Transactions A, 51(12), 4979–4997. https://doi.org/10.1007/s11661-020-05946-3

Deshmukhe, M., Singh, R., & Kumar, R. (2024). A review on fabrication of Inconel alloys using different additive manufacturing techniques: Microstructure and mechanical properties. AIP Conference Proceedings, 3024, 050005. https://doi.org/10.1063/5.0183436

Schneider, C. A., Rasband, W. S., & Eliceiri, K. W. (2012). NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods, 9(7), 671–675. https://doi.org/10.1038/nmeth.2089

Kuntoğlu, M., Gupta, M. K., Sarikaya, M., & Pimenov, D. Y. (2023). A state of the art on surface morphology of selective laser melting components: Effects of processing parameters. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 125, 2039–2060. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11534-7

Wang, J. C., Chen, X., Zhang, G., & Li, C. (2019). Review of additive manufacturing methods for high-performance ceramics. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 104, 1–25. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03669-3

Derzhstandart Ukrainy. (2016). DSTU ISO 3923-2:2016. Metal powders. Determination of apparent density. Part 2. Scott volumeter method (13 p.) [in Ukrainian].

Derzhstandart Ukrainy. (2016). DSTU ISO 4490:2016. Metal powders. Determination of flow rate using a calibrated funnel (Hall apparatus) (15 p.) [in Ukrainian].

Derzhstandart Ukrainy. (2000). DSTU 3794-98. Metal powders used in powder metallurgy. Sampling (11 p.) [in Ukrainian].