CC BY
602. Sklyar M.O., Klimova-Korsmik O.G., Turichin G.A., Shalnova S.A. Influence of technological parameters of direct laser deposition process on the structure and properties of deposited products from alloy Ti-6Al-4. Solid State Phenomena. 2018. 284. 306.
3. Turichin G.A., Klimova-Korsmik O.G., Gushchina M.O., Shalnova S.A., Korsmik R.S., Cheverikin V.V., Tataru A.S. Features of structure formation in a+p titanium alloys. Procedia CIRP. 2018. 74. 188-191.
4. Gushchina M.O., Klimova-Korsmik O.G., Vildanov A.M., Shalnova S.A., Tataru A.S., Norman E.A. Influence of the protective atmosphere on the structure and properties parts from titanium alloy Ti-6Al-4V produced by direct laser deposition Journal of Physics. Conference Series. 2018. 1109. 1. 22. 012060.
5. Turichin G., Zemlyakov E., Babkin K., Ivanov S., Vildanov A. Laser metal deposition of Ti-6Al-4V alloy with beam oscillation. Procedia CIRP. 2018. 74. 184-187.
6. Turichin G., Zemlyakov E., Babkin K., Ivanov S., Vildanov A. Analysis of distortion during laser metal deposition of large parts Procedia. Procedia CIRP. 2018. 74. 154-157.
ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ВЫРАЩИВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА Al-Mg-Mn СИСТЕМЫ ЛЕГИРОВАНИЯ
Курушкин Д. В., Попович А.А., Панченко О. В. Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
dmitry. tesla@gmail. com
Аддитивное электродуговое выращивание (WAAM - wire arc additive manufacturing) - относительно новый метод аддитивного производства крупногабаритных конструкций. Метод использует стандартные сварочные решения для наплавки сплошной или порошковой проволоки послойно в соответствии с заданной траекторией. Основные преимущества метода включают в себя высокую производительность и энергоэффективность выращивания [1], большой максимальный размер конструкций, высокие механические свойства выращенного металла, низкую стоимость оборудования и материалов. Аддитивное электродуговое выращивание применимо для производства алюминиевых деталей систем легирования Al-Cu [2-4], Al-Mg [5-7], Al-Zn-Mg-Cu [8], Al-Cu-Mg [9], Al-Si, Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mg-Mn [10], которые применяются в судостроении, авиационной, космической промышленностях [11]. Производительность данного метода ограничивается в основном возможностями используемого сварочного оборудования, скорость выращивания достигает 3 кг/ч в случае алюминиевых сплавов, однако на практике чаще реализована скорость выращивания порядка 1.1 кг/ч [10].
В данной работе было проведено: исследование токовых и энергетических параметров сварочных программ EWM при управляемом короткозамкнутом переносе (УКЗ) на скоростях подачи проволоки 3-12 м/мин при наплавке проволоки системы легирования Al-Mg-Mn с помощью анализа осциллограмм процесса сварки; были оптимизированы параметры синергетического процесса EWM УКЗ при увеличенной скорости подачи проволоки до 12 м/мин.; анализ микро- и макроструктуры, а также оценка сохраняемости геометрии в процессе выращивания показали применимость оптимизированного режима для электродугового выращивания с производительностью 2.2 кг/ч.
Таким образом, оптимизирован процесс EWM УКЗ при скорости подачи проволоки 12 м/мин - наплавка отличается стабильностью переноса металла, а энерговложение оптимизированного процесса на 18% ниже стандартного, что позволяет использовать оптимизированный процесс для электродугового выращивания.
1.Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. 81(1-4). 465-481.
2. Fang X., Zhang L., Li H. et al. Microstructure Evolution and Mechanical Behavior of 2219 Aluminum Alloys Additively Fabricated by the Cold Metal Transfer Process. Materials. 2018. 11. 812-824.
3. Ayarkwa K.F., Williams S., Ding J. Investigation of pulse advance cold metal transfer on aluminium wire arc additive manufacturing. International Journal of Rapid Manufacturing. 2015. 5. 1. 44-57.
4. Gu J. Cong B. Ding J. et al. Wire + arc additive manufacturing of aluminum. In Proceedings of the 25th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin. 2014. 451-458.
5. Zhang Ch., Li Yu., Gao M., Zeng X. Wire arc additive manufacturing of Al-6Mg alloy using variable polarity cold metal transfer arc as power source. Materials Science & Engineering A. 2018. 711. 415-423.
6. Silva C. M. A., Braganga I. M. F., Cabrita A. et al. Formability of a wire arc deposited aluminium alloy. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2017.
7. Horgar A., Fostervoll H., Nyhus B., Ren X, Eriksson M., Akselsen O. Additive manufacturing using WAAM with AA5183 wire. Journal of Materials Processing Technology. 2018. 259. 10.
8. Xie C., Yang Sh., Liu H. et al. Microstructure and mechanical properties of robot cold metal transfer Al5.5Zn2.5Mg2.2Cu aluminium alloy joints. Journal of Materials Processing Technology. 2010.
9. Qi Z, Cong B, Qi B. et al. Microstructure and mechanical properties of double-wire + arc additively manufactured Al-Cu-Mg alloys. Journal of Materials Processing Technology. 2010.
10. Panchenko O.V. Zhabrev L.A., Kurushkin D.V., Popovich A.A. Macrostructure and Mechanical Properties of Al - Si, Al - Mg - Si, and Al - Mg - Mn Aluminum Alloys Produced by Electric Arc Additive Growth. Metal Science and Heat Treatment. 2019. 60. 11-12. 749-754.
11. Yu N., Zhang P., Wu X. et al. Rapid prototyping of 4043 Al-alloy parts by cold metal transfer. Science and Technology of Welding and Joining. 2018.
ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ Cu-СОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ
Медведев А.Е.
Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа, Россия
medvedevandreyrf@gmail. com
Уже классическими считаются работы по селективному лазерному спеканию, в которых используются материалы на основе Al с добавками Si. Кремний улучшает текучесть материала, уменьшая тем самым пористость конечного изделия [1-3]. Непривлекательными сторонами таких сплавов являются склонность образовывать крупные интерметаллидные соединения на основе кремния, которые делают изделия более хрупкими, а также высокая способность поглощать тепло. Магний действует двояко - с одной стороны, увеличение количества магния в сплаве увеличивает пористость за счет того, что магний легко окисляется во время плавки. С другой стороны, прочность сплава растет с увеличением количества магния, что связано с твердорастворным эффектом [4-10]. Добавка меди значительно повышает прочность изделий [11], в тоже время усиливая их склонность к горячему растрескиванию. Кроме того, медь привносит вместе с собой проблемы литья и термообработки Al-Cu сплавов, такие, как склонность к коррозии и чувствительность к температуре термообработки. Эти негативные эффекты могут быть частично компенсированы за счет добавок Si, Ni, Fe, Mn или Ce [12].
В данной работе представлен сплав Al-5.4Cu-3Si-Mn-Mg. Образцы сплава получены по двум разным режимам спекания, отличающимся мощностью лазера и шириной зон перекрытия.
Согласно данным оптической микроскопии, микроструктура образца характеризуется заметной пористостью. На срезе образца присутствуют поры разных размеров - мелкие (8.5 ± 0.5 мкм), средние (33 ± 4 мкм) и крупные (до 400 мкм). Крупных пор насчитывается несколько на срез, в продольном срезе они имеют форму дуги - по всей видимости, это усадочные раковины, принявшие форму пула. В поперечном сечении также присутствуют поры мелкие (<10 мкм) и средние поры (38 ± 3 мкм). Мелкие поры, в свою очередь, вероятнее всего являются результатом полировки на суспензии - она обеспечивает слабое химическое травление. Согласно публикации [13], эти поры могут быть кавернами, оставшимися после вытравливания частиц Al2CuMg или аналогичных. Микротвердость исследуемых образцов сплава Al-5.4Cu-3Si-Mn-Mg практически одинакова и составляет в среднем 120 HV, что сравнимо с микротвердостью сплава Al-3Ce-7Cu [14] и на 20 HV ниже, чем в сплаве Al-Si-11-Cu-Mn [13], также содержащими медь в качестве легирующей добавки и полученными спеканием.
В целом, микроструктура сплавов характеризуется значительной пористостью литейного происхождения. Вероятно, что подобная микроструктура является следствием добавки Cu в сплав. Кроме того, структура образцов представляет собой чередование столбчатых и равноосных кристаллитов, образовавшихся в процессе литья, то есть, является весьма неоднородной. В работе [10] предлагался подход, способный привести к гомогенизации микроструктуры образца за счет повторного плавления спекшегося материала, для чего необходимо повторное сканирование или многократное сканирование.
1. Li W., Li S., Liu J., Zhang A., Zhou Y., Wei Q., Yan C., Shi Y. Effect of heat treatment on AlSi10Mg alloy fabricated by selective laser melting. Microstructure evolution, mechanical properties and fracture mechanism. Materials Science and Engineering. 2016. 663. 116-125.
2. Li X.P., Wang X.J., Saunders M., Suvorova A., Zhang L.C., Liu Y.J., Fang M.H., Huang Z.H., Sercombe T.B. A selective laser melting and solution heat treatment refined Al-12Si alloy with a controllable ultrafine eutectic microstructure and 25% tensile ductility. Acta Materialia. 2015. 95. 74-82.
3. Prashanth K.G., Scudino S., Klauss H.J., Surreddi K.B., Löber L., Wang Z., Chaubey A.K., Kühn U., Eckert J. Microstructure and mechanical properties of Al-12Si produced by selective laser melting: Effect of heat treatment. Materials Science and Engineering. 2014. 590. 153-160.
4. Kimura T., Nakamoto T., Ozaki T., Sugita K., Mizuno M., Araki H. Microstructural formation and characterization mechanisms of selective laser melted Al-Si-Mg alloys with increasing magnesium content. Materials Science and Engineering. 2019. 754. 786-798.
5. Spierings A.B., Dawson K., Kern K., Palm F., Wegener K. SLM-processed Sc- and Zr- modified Al-Mg alloy: Mechanical properties and microstructural effects of heat treatment. Materials Science and Engineering. 2017. 701. 264-273.
6. Olakanmi E.O. Selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of pure Al, Al-Mg, and Al-Si powders: Effect of processing conditions and powder properties. Journal of Materials Processing Technology. 2013. 213. 8. 1387-1405.
7. Spierings A.B., Dawson K., Heeling T., Uggowitzer P.J., Schäublin R., Palm F., Wegener K. Microstructural features of Sc- and Zr-modified Al-Mg alloys processed by selective laser melting. Materials & Design. 2017. 115. 52-63.
8. Schmidtke K., Palm F., Hawkins A., Emmelmann C. Process and Mechanical Properties: Applicability of a Scandium modified Al-alloy for Laser Additive Manufacturing. Physics Procedia. 2011. 12. 369-374.
