Возможность повторного использования титановых порошков в процессе прямого лазерного выращивания

Изначальное задание оптимальных параметров нарезки выступает как превентивная мера, снижая как требуемую степень постобработки, так и повышая общее качество геометрии. При дальнейших исследованиях и разработке оптимального расчетного обеспечения, данный метод будет являться более качественным.

1. Гирфанова А. Г. Немеханизированные способы снижения шероховатости поверхности деталей, полученных аддитивными технологиями. Материалы IX Международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2018». 2. 2018.

2. Курынцев С.В. Нагулин К.Ю., Горунов А.И. Аддитивные технологии - третья индустриальная революция. Наукоемкие технологии в машиностроении: сб. статей. 2016. 7. 39-44.

3. Chen C. 3D printed porous Ti6Al4V cage: Effects of additive angle on surface properties and biocompatibility; bone ingrowth in Beagle tibia model. Materials & Design. 175. 2019.

4. Nasr E.S.A. Advances in Additive Manufacturing and Tooling. Comprehensive Materials Processing. 2014.

ВОЗМОЖНОСТЬ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТИТАНОВЫХ ПОРОШКОВ В ПРОЦЕССЕ ПРЯМОГО

ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ

Гущина М.О., Шальнова С.А., Климова-Корсмик О.Г.

Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет, Санкт-Петербург, Россия

skmar.spb@gmail. com

Процесс прямого лазерного выращивания зависит от большого числа параметров и влияние некоторых из них зачастую является критическим [1-3]. Внедрения технологии в реальные промышленные условия требует максимально учитывать влияние не только технологических параметров, таких как мощность, скорость, диаметр пятна, расход порошка и т.д., но и такие важные параметры как качество порошка, качество защитной атмосферы, влияние остаточных напряжений и их распределение [3-6]. Сейчас остро стоит вопрос о повторном использовании порошка, который в процессе выращивания не попадает в зону захвата лазерным излучением. Решение этого вопроса остается актуальным в области аддитивного производства.

Влияние качества исходного материала на структуру и свойства изделий при ПЛВ было рассмотрено на примере порошков двух производителей с различными фракциями и образцов, изготовленных из соответствующих порошков. Результаты показали, что присутствие примесей на поверхности порошка оказывает наибольшее влияние на структуру и свойства, в том числе высокое содержание водорода приводит к снижению пластичности и увеличению твердости в конечных изделиях. Увеличение размера частиц порошка увеличивает размер зерна в структуре выращенных образцов. Наличие сателлитов на поверхности порошка и неравномерное распределение по размерам не влияют на образование дефектов и формирование структуры.

Для повышения коэффициента использования материала можно реализовать повторное использования порошка. Порошок, однократно используемый в процессе ПЛВ и просеянный через сито с ячейкой 100 мкм, будем называть вторичным, а порошок, ещё не используемый - первичным. Исследованы выращенные образцы, изготовленные из смесей с различным соотношением первичного и вторичного порошков (первичный/вторичный): 100/0, 90/10, 75/25, 50/50. Выращивание подобного вида образцов предполагает одновременное использование двух колб порошкового питателя. Предварительно в программе задается необходимый в процентном содержании расход порошка на каждую из колб. Механические свойства образцов соответствуют данным по ГОСТ для отожженной плиты (Таблица 1).

Таблица 1 - Результаты механических испытаний

Кол-во II порошка, % Предел текучести о , МПа " Предел прочности о, МПа ' Отн. удлинение 5, % KCU, Дж/см-

0 970 1076 8,2 30

10 960 1080 8,0 30

25 965 1085 8,3 30

50 960 1080 8,5 30

ГОСТ 23755-79 - 835-1080 6-8 30

По результатам исследования можно заключить, что при использовании смеси первичного и вторичного порошка до соотношения 50/50 присутствует стабильное формирование стенки, а последующая термообработка изделий, направленная на получение равновесной двухфазной а+р структуры и уменьшению размеров зерна, дает возможность получения равномерной структуры, изменения фазового состава, а также механических характеристик на уровне ГОСТ 23755-79 для отожженной плиты.

1. DebRoy T., Wei H.L., Zuback J.S., Mukherjee T., Elmer J.W., Milewski J.O., Beese A.M., Wilson-Heid A., De A., Zhang W. Additive manufacturing of metallic components - Process, structure and properties. Progress in Materials Science. 2018. 92. 112-224.

2. 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.