Виявлення впливу джерел нагріву і захисних газів на властивості матеріалу під час виготовлення авіаційних деталей методом прямого вирощування

M. O. Hnatenko

Анотація


Анотація. Дослідження проводилося з метою визначення, за яке джерело нагрівання та з використанням якого захисного газу наплавлений матеріал буде мати вищі значення фізико-механічних характеристик, оцінити якість, розмір і рівномірність розподілу наплавлених шарів, геометрію отриманої поверхні. Методи дослідження: методи вивчення хімічного складу, структури і властивостей дослыджуваних сплавів; методи якісного і кількісного оцінювання структурних складових; методи визначення фізико-механічних і структурних властивостей досліджуваного матеріалу. Об'єктом дослідження обрано сплав AlSi5, вирощений з використанням двох параметрів, які впливають на якість вирощеного матеріалу − джерел нагріву : електродугового і зварювальної дуги з холодним перенесенням металу (СМТ − Cold Metal Transition), в середовищі аргону та захисних газів − аргону і суміші аргон − гелій у співвідношенні 50/50 під час вирощування методом електродугового наплавлення. Основними показниками властивостей алюмінієвого сплаву, які визначалися в експерименті, були обрані: межа міцності (σв), межа плинності (σ0,2), відносне подовження (δ). Результати дослідження: виявлено вплив джерел нагріву на формування поверхні наплавлених пластин; зразки, отримані методом плазмового наплавлення, мають виступання наплавлених шарів бічної поверхні на висоту до 1,5 мм; зразки, отримані методом електродугового наплавлення, як у середовищі аргону, так і в середовищі гелію, мають висоту до 0,3 мм. Аналіз хімічного складу показав, що кожне з джерел нагріву дозволило забезпечити хімічний склад готового виробу, який відповідає хімічному складу початкового матеріалу, проте процес СМТ забезпечує найбільш точний розподіл легуючих елементів. Фізико-механічні властивості пластин, отриманих методом прямого вирощування, перебувають приблизно на одному рівні з матеріалами, які були отримані традиційними методами лиття. Найвищі значення механічних властивостей мають зразки, отримані методом СМТ наплавлення: σв = 19 МПа; σ0,2, = 13 МПа; δ = 12 %, що можна пояснити більш дисперсною структурою. Наукова новизна дослідження полягає у виявленні впливу кожного джерела нагріву на зміну фізико-механічних властивостей, а також виявлено вплив захисного газу за електродугового наплавлення. Проведено оцінювання взаємозамінності цих процесів під час виготовлення авіаційних деталей методом прямого вирощування. Практична значимість: дослідження дозволяє визначити, яке джерело нагріву доцільніше використовувати для конкретного технологічного процесу.

 


Ключові слова


адитивні технології; пряме вирощування; холодне перенесення металу; захисні гази; суміш аргон − гелій

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Additive Manufacturing of aluminum alloys. Light Metal Age. − 2018. − Режим доступа : https://www.lightmetalage.com/news/industry-news/3d-printing/article-additive-manufacturing-of-aluminum-alloys.

Standardization Roadmap for Additive Manufacturing, Version 1.0. America Makes and ANSI Additive Manufacturing Standardization Collaborative (AMSC). − 2017.

Гнатенко М. О. Оценка возможности изготовления и ремонта деталей методом аддитивных технологий из алюминиевых сплавов / М. О. Гнатенко, Ю. А. Марченко, Т. И. Митина // Процессы литья. − 2018. − № 4 (130). − С. 56–61.

Wire-feed additive manufacturing might be the future of metal-based 3D printing. − Режим доступа : https://www.3ders.org/articles/20150531.

Ding J. Thermo-mechanical analysis of Wire and Arc Additive Layer Manufacturing process on large multi-layer parts / J. Ding, P. Colegrove, J. Mehnen, S. Ganguly, P.M. Sequeira Almeida, F. Wang, S. Williams // Computational Materials Science. − 2011. − Vol. 50 (12). − Pp. 3315–3322. − Режим доступа : https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.06.023.

Pickin C.G. Characterisation of the cold metal transfer (CMT) process and its application for low dilution cladding / C.G. Pickin, S.W. Williams, M. Lunt // Journal of Materials Processing Technology. − 2011. − Vol. 211(3). − Pp. 496−502.

Pickin C.G. Evaluation of cold metal transfer (CMT) process for welding aluminium alloy / C.G. Pickin, K. Young // Science and Technology of Welding and Joining. − 2006. − Vol. 11(5). − Pp. 583−585.

Gu J. Wire + Arc additive manufacturing of aluminium / J. Gu, B. Cong, J. Ding, S. Williams, Y. Zhai // Proc. 25th Int. Solid Freeform Fabrication Symp. University of Texas. − 2014. − Pp. 451–458.

Ouyang, J. H. Rapid prototyping of 5356-aluminum alloy based on variable polarity gas tungsten arc welding : process control and microstructure / J.H. Ouyang, H. Wang, R. Kovacevic // Materials and Manufacturing Processes. − 2002. − Vol. 17 (1). − Pp. 103–124. − Режим доступа : https://doi.org/10.1081/amp-120002801

Gnatenko M. Detecting the influence of heat sources on material properties when prodaction aviation parts by a direct energy deposition method / M. Gnatenko, P. Zhemaniuk // Eastern-European Journal of Enterprise Technologie. − № 1/12(97). − 2019. − Pp. 49–55.

ДСТУ EN ISO 18273:2018 Материалы сварочные. Электроды, проволока и прутки для сварки алюминия и его сплавов. Классификация (EN ISO 18273:2015, IDT; ISO 18273:2015, IDT).

REFERENCES

Additive Manufacturing of aluminum alloys. Light Metal Age.Available, 2018.

Standardization Roadmap for Additive Manufacturing. Version 1.0. America Makes and ANSI Additive Manufacturing Standardization Collaborative (AMSC), 2017.

Gnatenko M.O., Marchenko Yu.A. and Mitina T.I. Ocenka vozmozhnosti izgotovleniya i remonta detaley metodom additivnyh tekhnologiy iz alyuminievyh splavov [Assessment of the possibility of manufacturing and repair of parts by the method of additive technologies from aluminum alloys]. Processy lit’ya [Casting processes]. 2018, no. 4 (130), pp. 56–61. (in Russian).

Wire-feed additive manufacturing might be the future of metal-based 3D printing.

Ding J., Colegrove P., Mehnen J., Ganguly S., Sequeira Almeida P. M.,Wang F. and Williams S. Thermo-mechanical analysis of Wire and Arc Additive Layer Manufacturing process on large multi-layer parts. Computational Materials Science, 2011, vol. 50 (12), pp. 3315–3322.

Pickin C.G., Williams S.W. and Lunt M. Characterisation of the cold metal transfer (CMT) process and its application for low dilution cladding. Journal of Materials Processing Technology, 2011, vol. 211(3), pp. 496−502.

Pickin C.G. and Young K. Evaluation of cold metal transfer (CMT) process for welding aluminium alloy. Science and Technology of Welding and Joining, 2006, vol. 11(5), pp. 583−585.

Gu J., Cong B., Ding J., Williams S. W. and Zhai Y. Wire + Arc additive manufacturing of aluminium. Proc. 25th Int. Solid Freeform Fabrication Symp. University of Texas, 2014, pp. 451–458.

Ouyang J.H., Wang H. and Kovacevic R. Rapid prototyping of 5356-aluminum alloy based on variable polarity gas tungsten arc welding : process control and microstructure. Materials and Manufacturing Processes, 2002, vol. 17 (1), pp. 103–124.

Gnatenko M. and Zhemaniuk P. Detecting the influence of heat sources on material properties when prodaction aviation parts by a direct energy deposition method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, no. 1/12(97), 2019, pp. 49–55.

DSTU EN ISO 18273:2018. Materialy svarochnye. Elektrody, provoloka i prutki dlya svarki alyuminiya i ego splavov [Welding materials. Electrodes, wires and rods for welding aluminum and its alloys]. Klassifikaciya (EN ISO 18273:2015, IDT; ISO 18273:2015, IDT). [Classification (EN ISO 18273:2015, IDT; ISO 18273:2015, IDT)]. (in Russian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ