Влияние продолжительности термической обработки на структуру и фазовый состав образцов сплава Co-Cr-Mo, полученных с помощью аддитивных технологий

Abstract

Селективное лазерное сплавление (СЛС) требует применения порошков с особыми характеристиками. Этими характеристиками являются форма частиц, близкая к сферической, однородный элементный состав, типичный размер частиц 5 - 70 мкм и т. д. Такие порошки получают методами сфероидизации. У них есть такие недостатки, как высокая стоимость и продажа только в больших количествах. Имеются публикации, описывающие применение при СЛС порошков, полученных методами, альтернативными сфероидизации. В настоящем исследовании для производства порошковой смеси Co-Cr-Mo использовались порошки чистого исходного Co, Cr и Mo. Образцы сплава Co-28 мас.% Cr-6 мас.% Mo были изготовлены методом СЛС из этой порошковой смеси. Из-за разницы температур плавления Co, Cr и Mo в объеме образцов образовались включения Cr и Mo. Представлены исследования фазового и элементного состава, структуры и микротвердости образцов в исходном состоянии и после постобработки различной продолжительности. Полученные образцы имеют неоднородный элементный состав и представлены основной фазой на основе Со. Увеличение продолжительности отжига приводит к последовательному растворению нерасплавленных включений Cr и Mo. Полное растворение частиц Cr наблюдалось через 10 часов обработки, а полное растворение частиц Mo через 20 часов отжига не наблюдалось. Микротвердость изменяется нелинейно с увеличением продолжительности отжига. Это связано с фазовыми превращениями и диффузионными процессами, происходящими при таком виде пост-обработки. Полное растворение Мо-частиц может быть достигнуто при еще большем увеличении продолжительности отжига или при изменении режима ЛНП.

Laser powder bed fusion (LPBF) requires application of powders with specific characteristics. These are near-spherical shape of particles, uniform elemental composition, typical particle size of 5–70 µm, etc. Such powders are produced by spheroidization methods. They have such disadvantages as high cost and sale only in large quantities. There are publications describing application in LPBF powders, produced by the methods, alternative to spheroidization. In the current study, powders of pure raw Co, Cr and Mo were used for the production of Co-Cr-Mo powder mixture. Samples of Co-28wt.%Cr-6wt.%Mo alloy were produced by LPBF from this powder mixture. Due to the difference between melting temperatures of Co, Cr and Mo, inclusions of Cr and Mo were formed within the bulk of samples. Studies of phase and elemental composition, structure and microhardness of the as-produced samples and after post-treatment with varied duration are represented. As-produced samples have non-uniform elemental composition and are represented by the main Co-based phase. Increasing the annealing duration leads to the sequential dissolution of un-melted Cr and Mo inclusions. Complete dissolution of Cr particles was observed at 10 hours of treatment and complete dissolution of Mo particles was not observed after 20 hours of annealing. Microhardness non-linearly changes with the increasing duration of annealing. This is due to the phase transformations and diffusion processes occurring at such type of post-treatment. Complete dissolution of Mo-particles could be achieved by further increasing the annealing time or by varying the mode of laser powder bed fusion.