Сотрудники Института лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) Санкт-Петербургского государственного морского технического университета сумели получить соединение титана и стали методом 3D-печати по технологии прямого лазерного выращивания с расчетом на применение в судостроении.

Ученые института реализуют проект «Физическое и термодинамическое моделирование воздействия концентрированных потоков энергии на мультикомпонентные системы» по программе «Приоритет-2030», в ходе которого получены новые функционально-градиентные материалы, сообщает пресс-служба СПбГМТУ.

Современные аддитивные технологии применяются для получения функционально-градиентных материалов с использованием промежуточных слоев различного химического состава. Такие материалы обеспечивают плавное и надежное соединение металлов, несмотря на различные теплофизические и химические свойства.

Соединение титана и стали затруднено характером взаимодействия металлов и особенностями их теплофизических характеристик. В расплавленной зоне образуется множество фаз, усложняющих оптимизацию фазового состава соединения. Кроме того, использование сварки взрывом для перехода «титан-сталь» вызывает дополнительные проблемы.

Прямое лазерное выращивание позволяет комбинировать различные элементы, формируя градиентные переходные слои из разнородных материалов: переходы с постепенным изменением химического состава и разнородные соединения типа «титан-сталь» препятствуют образованию хрупких интерметаллидов. Другими словами, технология обеспечивает плавный переход между материалами с различными теплофизическими и химическими свойствами и их надежное соединение.

Ученые опробовали методику на четырехкомпонентной системе Ti–Nb–Cu–Fe, где Nb и Cu — промежуточные слои. Эта комбинация устойчива к образованию интерметаллидов. При наплавке на ниобий медный сплав основательно заполняет трещины, даже если они проникают на несколько слоев вглубь.

Кроме того, результаты картирования по химическим элементам в области ванадия и бронзы показывают, что их нерасплавленные частицы присутствуют в структуре соединения, а также происходит затекание меди по границам зерна в междендритные пространства ванадиевой матрицы.

Во всех переходных комбинациях получены высокие показатели механических свойств с пределом прочности переходных слоев на уровне 325-350 МПа. Таким образом, технология подходит для создания перехода «титан-сталь». Полученные результаты позволят расширить спектр применения аддитивных методов производства в отечественном судостроении.

Источник