Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2023

Идентификатор DOI: 10.17580/tsm.2023.07.06

Ключевые слова: additive manufacturing, aluminium alloys, wire, transition metals, Electromagnetic crystallization, microstructure, porosity, Grain structure evolution, аддитивные технологии, алюминиевые сплавы, проволока, переходные металлы, электромагнитная кристаллизация, микроструктура, пористость, эволюция зеренной структуры

Аннотация: В Сибирском центре магнитной гидродинамики в Красноярске развивают производство проволоки из слитков сплавов системы Al - Mg - переходные металлы (ПМ), полученных электромагнитной кристаллизацией (ЭМК), для использования в аддитивных технологиях. Пористость и микроструктура в наплавленных изделиях являются важными характеристиками и влияют на кристаллизационное растрескивание и механические свойства. В связи с этим проведена сравнительная оценка структурообразования в наплавленных компактах методами WAAM (Welding Arc Additive Manufacturing) и L-DED (Laser Direct Energy Deposition) с использованием проволоки из сплавов Al - Mg - ПМ. Проволока диаметром 1,2 мм получена инновационным методом из длинномерных слитков диаметром 12 мм, отлитых по технологии ElmaCast, которая обе спечивает скорость охлаждения литой заготовки более 1000 К/с (сопоставимую с технологией RS/PM). Метод позволяет из длинномерных слитков диаметром 12 мм получать проволоку требуемого сечения для дальнейшего использования в аддитивных технологиях. В связи с тем, что в отлитых с использованием ЭМК слитках отсутствуют оксидные плены, твердые неметаллические включения и пористость из-за уникального влияния нахождения расплава в высокочастотном электромагнитном поле, проволока не имеет литейных дефектов. Слитки не подвергаются прессованию и прокатке, поэтому не наследуют дефекты, обнаруживаемые в изделиях при проведении этих процессов обработки давлением. Предел прочности исследуемой проволоки составляет 453-485 МПа. При наплавке методом WAAM микротвердость увеличивается почти в 1,5 раза при температуре отжига 350 ^oC в течение 2 ч за счет дисперсионного твердения. Результаты оценки методов аддитивного производства для наплавки проволокой (дуговой или лазерный) показали, что условия кристаллизации существенно отличаются. Поверхность и микроструктура образцов, наплавленных методом L-DED, более качественная, практически отсутствует пористость по сравнению с методом WAAM. Установлено, что для формирования равномерной зеренной структуры в условиях кристаллизации слоев необходимо применение проволоки, высоколегированной переходными металлами. Памяти заслуженного деятеля науки, доктора технических наук, профессора Валентина Юрьевича Конкевича посвящается. The Siberian Centre of Magnetic Hydrodynamics in Krasnoyarsk has been developing the production of wire out of ingots of the Al - Mg - Transition Metals (TM) system produced by electromagnetic crystallization, for application in additive manufacturing. Porosity and microstructure are two critical characteristics of additive manufactured items that govern their crystallization cracking and mechanical properties. Thus, the authors used WAAM (Welding Arc Additive Manufacturing) and L-DED (Laser Direct Energy Deposition) techniques with Al - Mg - TM alloy wire to carry out a comparative analysis of structures that formed in additive manufactured items. 1.2 mm wire was produced out of 12 mm long-length round ingots based on ElmaCast technology, which ensures the cooling rate of more than 1,000 K/sec (which is comparable with RS/PM technology). With the help of this technique, one can use long-length ingots with the diameter of 12 mm to produce wire of a desired cross section for further use in additive manufacturing. As ingots cast into the electromagnetic mould have no oxide spots, solid non-metallic inclusions or porosity due to a unique effect of high-frequency electromagnetic field in which the melt is present, the resulting wire is free from casting defects. The ingots are not subjected to pressing or rolling, so they inherit no defects that can be detected in items subjected to such forming processes. The ultimate strength of the wire in view is 453-485 MPa. When using the WAAM technique, the microhardness rises almost 1.5 times at the annealing temperature of 350 ^oC in the course of 2 hours due to dispersion hardening. Analysis of the two additive manufacturing techniques (WAAM and L-DED) shows a significant difference between the crystallization conditions. The L-DED specimens demonstrate better quality of surface and microstructure, which have almost no porosity compared with the WAAM technique. It was established that for a uniform grain structure to form during crystallization of layers, wire high-alloyed with transition metals should be used.

Журнал: Цветные металлы

Выпуск журнала: №7

Номера страниц: 47-55

ISSN журнала: 03722929

Место издания: Москва

Издатель: Издательский дом "Руда и металлы"

• Конкевич В. Ю.
• Тимофеев В. Н. (Сибирский федеральный университет)
• Усынина Г. П. (ООО «Научно-производственный центр магнитной гидродинамики»)
• Белоцерковец В. В. (ОАО «Всероссийский институт легких сплавов»)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК