Исследования металлических изделий аддитивных производств методами нейтронной визуализации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Приведены результаты исследований методами нейтронной визуализации на экспериментальных установках исследовательского реактора ИР-8 НИЦ «Курчатовский институт» (НИЦ КИ) металлических образцов, полученных с помощью аддитивных технологий. Показаны преимущества и недостатки методов нейтронной визуализации на монохроматических (станция ДРАКОН) и полихроматических (томограф ПОНИ) нейтронах при изучении внутренней структуры таких образцов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. М. Мурашев

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: mihail.mmm@inbox.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

В. Т. Эм

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: vtem9@mail.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

В. П. Глазков

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: vivadin@yandex.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

И. В. Шишковский

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Email: shishkowsky@gmail.com
Россия, 443011, Самара, ул. Ново-Садовая, 221

К. И. Макаренко

Сколковский институт науки и технологий; Университет науки и технологий МИСИС

Email: konstantin.makarenko@skoltech.ru
Россия, 121205, Москва, Большой бульвар, 30, стр.1; 119049, Москва, Ленинский просп., 4

Е. А. Сульянова

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: sulyanova.e@crys.ras.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

Список литературы

  1. Mercelis P., Kruth J.P. Residual stresses in selective laser sintering and selective laser melting // Rapid Prototyping Journal. 2006. No. 12. P. 254—265.
  2. Patterson A.E., Messimer S.L., Farrington P.A. Overhanging features and the SLM/DMLS residual stresses problem: Review and future research need // Technologies. 2017. V. 5. No. 2. P. 15—36.
  3. Карпов И.Д., Эм В.Т., Сумин В.В. Измерение остаточных напряжений в международном стандартном образце VAMAS на дифрактометре СТРЕСС реактора ИР-8 // Дефектоскопия. 2019. №. 4. С. 61—66.
  4. Савченко Н.Л., Воронцов А.В., Утяганова В.Р., Елисеев А.А., Рубцов В.Е., Колубаев Е.А. Особенности структурно-фазового состояния сплава Ti-6Al-4V при формировании изделий с использованием электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии // Обработка металлов. Технология, оборудование, инструменты. 2018. Т. 20. № 3. С. 60—71.
  5. Du Plessis A., Roux S., Waller J., Sperling P., Achilles N., Beerlink A., Métayer J., Sinico M., Probst G., Dewulf W., Bittner F., Endres H., Willner M., Drégelyi-Kiss A., Zikmund T., Laznovsky J., Kaiser J., Pinter P., Dietrich S., Lopez E., Fitzek O., Konrad P. Laboratory X-ray tomography for metal additive manufacturing: Round robin test // Additive Manufacturing. 2019. V. 30. P. 100837.
  6. Petrò S., Pagani L., Moroni G., Scott P.J. Conformance and nonconformance in segmentation-free X-ray computed tomography geometric inspection // Precision Engineering. 2021. V. 72. P. 25—40.
  7. Xiangxi Gao, Chunhu Tao, Shengchuan Wu, Bingqing Chen, Sujun Wu. X-ray imaging of defect population and the effect on high cycle fatigue life of laser additive manufactured Ti6Al4V alloys // International Journal of Fatigue. 2022. V. 162. P. 106979.
  8. Zhang Keqiang, Meng Qiaoyu, Zhang Xueqin, Qu Zhaoliang, He Rujie. Quantitative characterization of defects in stereolithographic additive manufactured ceramic using X-ray computed tomography // Journal of Materials Science & Technology. 2022. V. 118. P. 144—157.
  9. Du Plessis A., Yadroitsev I., Yadroitsava I., Le Roux S.G. X-ray microcomputed tomography in additive manufacturing: a review of the current technology and applications // 3D Printing and Additive Manufacturing. 2018. V. 5. No. 3. P. 227—247.
  10. Тюфяков Н.Д., Штань А.С. Основы нейтронной радиографии. М.: Атомиздат, 1975. С. 256.
  11. Anderson I.S., McGreevy R.L., Bilheux H.Z. Neutron imaging and applications. Berlin, Germany: Springer US, 2009. P. 987.
  12. Мурашев М.М., Глазков В.П., Эм В.Т. Визуализация дифракционного контраста между ферритной и мартенситной фазами стали методом нейтронной радиографии // Приборы и техника эксперимента. 2021. № 3. С. 147—151.
  13. Vicente Alvarez M.A., Laliena V., Malamud F., Campo J., Santisteban J. A novel method to obtain integral parameters of the orientation distribution function of textured polycrystals from wavelength-resolved neutron transmission spectra // Journal of Applied Crystallography. 2021. V. 54. No. 3. P. 903—913.
  14. Van Tran K., Woracek R., Kardjilov N., Markötter H., Abou-Ras D., Puplampu S., Förster C., Penumadu D., Dahlberg C.F., Banhart J., Manke I. Torsion of a rectangular bar: Complex phase distribution in 304L steel revealed by neutron tomography // Materials & Design. 2022. V. 222. P. 111037.
  15. Woracek R., Penumadu D., Kardjilov N., Hilger A., Boin M., Banhart J., Manke I. Neutron Bragg edge tomography for phase mapping // Physics Procedia. 2015. V. 69. P. 227—236.
  16. Allman B.E., McMahon P.J., Nugent K.A., Paganin D., Jacobson D.L., Arif M., Werner S.A. Phase radiography with neutrons // Nature. 2000. V. 408. No. 6809. P. 158—159.
  17. Lehmann E.H., Frei G., Vontobel P., Josic L., Kardjilov N., Hilger A., Kockelmann W., Steuwer A. The energy-selective option in neutron imaging // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2009. V. 603. No. 3. P. 429—438.
  18. Schulz M., Böni P., Calzada E., Mühlbauer M., Schillinger B. Energy-dependent neutron imaging with a double crystal monochromator at the ANTARES facility at FRM II //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2009. V. 605. No. 1—2. P. 33—35.
  19. Соменков В.А., Глазков В.П., Эм В.Т., Гуреев А.И., Мурашев М.М., Садыков Р.А., Аксенов С.Н., Трунов Д.Н., Столяров А.А., Алексеев А.А., Кравчук Л.В. Установка для комплексной радиационной диагностики «Дракон» // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2019. № 9. С. 93—99.
  20. Image Processing and Analysis in Java. URL: https://imagej.nih.gov/ij/index.html (дата обращения 24.04.2023).
  21. Makarenko K., Dubinin O., Shornikov P., Shishkovsky I. Specific aspects of the transitional layer forming in the aluminium bronze — stainless steel functionally graded structures after laser metal deposition // Procedia CIRP. 2020. V. 94. P. 346—351.
  22. Makarenko K.I., Konev S.D., Dubinin O.N., Shishkovsky I.V. Mechanical characteristics of laser-deposited sandwich structures and quasi-homogeneous alloys of Fe-Cu system // Materials & Design. 2022. V. 224. P. 111313.
  23. Makarenko K., Dubinin O., Shishkovsky I. Direct Energy Deposition of Cu-Fe System Functionally Graded Materials: Miscibility Aspects, Cracking Sources, and Methods of Assisted Manufacturing / Chapter in book: Advanced Additive Manufacturing. Published in 2022 by IntechOpen (London, UK).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принцип метода нейтронной радиографии: D — апертура, ограничивающая размер источника нейтронов; L — расстояние от апертуры до объекта. Коэффициент коллимации L/D является определяющей характеристикой приборов нейронной визуализации, от которого напрямую зависит пространственное разрешение.

Скачать (330KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Станция ДРАКОН.

Скачать (732KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Образец с сетчатой структурой из сплава марки CL20es.

Скачать (391KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Образцы из функционально-градиентных материалов, полученные методом прямого лазерного выращивания, стрелкой обозначено направление выращивания.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Томографические изображения образца с сетчатой структурой из сплава марки CL20es в трех взаимно перпендикулярных проекциях (а—в). Дефекты печати отмечены стрелками.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Томографические изображения образца А в трех взаимно перпендикулярных проекциях. Пунктирными линиями показаны направления срезов.

Скачать (625KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Томографическое изображение образца А. В выделенной области видны поры вдоль одного слоя печати.

Скачать (398KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сравнение томографических изображений образца А, полученных на монохроматическом (а—г) и полихроматическом (д—з) нейтронном пучке. Дополнительные томографические срезы: б, д — чистая аустенитная сталь; в, е — 25 % алюминиевой бронзы и 75 % аустенитной стали; г, ж — 50 % алюминиевой бронзы и 50 % аустенитной стали.

Скачать (672KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Томографические изображения образца Б в трех взаимно перпендикулярных проекциях. Пунктирной линией показаны направления среза, в выделенной области отмечены обнаруженные поры.

Скачать (596KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Томографические изображения образца В в двух взаимно перпендикулярных проекциях, пунктирной линией показано направление среза.

Скачать (523KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024