Методы аддитивного производства заготовок из магниевых сплавов (обзор)

Научная библиотека Комментарии к записи Методы аддитивного производства заготовок из магниевых сплавов (обзор) отключены

Токарев М.С., Трофимов Н.В., Леонов А.А., Алиханян А.А. // Труды ВИАМ, №6, 2021

Развитие промышленного производства в современном мире непосредственно связано с применением новых технологий. В статье рассмотрены различные методы аддитивного производства деталей из магниевых сплавов. Существует несколько альтернативных способов их получения — например, селективное лазерное сплавление, прямое лазерное осаждение и дуговая сварка. В зависимости от метода аддитивного производства готовые детали различаются структурой, фазовым составом и механическими свойствами. Представлено сравнение традиционного и аддитивного методов производства деталей.

Технология селективного лазерного сплавления магниевых порошков

Селективное лазерное сплавление (Selective Laser Melting — SLM) представляет собой процесс сплавления металлического порошка, в котором отдельные области предварительно нанесенных частиц порошка плавятся и послойно сплавляются с помощью источника лазерной энергии высокой интенсивности по математическим (CAD) моделям. Под термином laser подразумевается, что лазер используется для обработки; под термином melting — что относится к конкретной ситуации, в которой порошки полностью расплавляются, а термин selective указывает на то, что обрабатываются только отдельные области порошка. Система SLM обычно состоит из обрабатывающего лазера, автоматической системы подачи порошка, платформы построения, управляющей компьютерной системы и основных вспомогательных частей — например, защитной системы с инертным газом, ролика/скребка для осаждения порошка и емкости для перелива (рис. 1). Фокусировка и движение лазерного луча на рабочем столе контролируются с помощью системы отклонения луча, состоящей из гальвано-зеркал и линзы для фокусировки поля, а весь процесс, включая подачу порошка, систему осаждения, сканирование, температуру, атмосферу и сборку, — с помощью производственного программного обеспечения [18].

В работе [21] исследованы свойства сплава А29Ш, изготовленного по технологии SLМ, при растяжении при различных параметрах лазера. Установлено, что подводимая лазерная энергия оказывает существенное влияние на механические свойства. Пределы прочности (296 МПа) и текучести (254 МПа) постепенно снижались с уменьшением подводимой лазерной энергии до 274 и 237 МПа соответственно. Это связано с низкими относительной плотностью и растворимостью твердой фазы в матрице a-Mg,

а также с меньшим количеством интерметаллидных включений в -Al3Mg2. При использовании подхода к образованию слоев установлено, что направление нанесения частиц порошка в процессе SLM влияет на анизотропию свойств при растяжении. Слои, нанесенные в направлении вдоль длины образцов (например, параллельно, в направлении X), обычно демонстрируют более высокий предел прочности при растяжении, чем образцы со слоями, нанесенными перпендикулярно их длине (в направлении Y или Z). Данный фактор требует дополнительного изучения и дальнейшего исследования. Кроме того, выполнение процедуры горячего изостатического прессования (ГИП) после процесса SLM может значительно снизить анизотропное механическое поведение деталей благодаря уменьшению их пористости.

Метод прямого лазерного осаждения

Метод прямого лазерного осаждения (Direct Laser Deposition — DLD) реализован на экспериментальной установке, состоящей из лазера LS-1-K с оптической головкой IPGP FLW-D50V, промышленного робота KUKA KR-30 HA с поворотно-наклонным позиционером KUKA DKP-400 и систем подачи инертного газа на линию наплавки (рис. 5, б).

Установлено, что высота наплавки от прохода лазерного луча составляет 0,37±0,08 мм, а ширина 1,12±0,09 мм. Поскольку луч имеет диаметр ~2,5 мм, то часть каждого слоя уже сваренного порошка подвергается переплавке, что не только улучшает металлическую связь между соседними дорожками и слоями, но также имеет важное значение в формировании микроструктуры. Кроме того, видны следы в поперечном сечении образца (рис. 7, а, б). При нанесении следующего слоя по границам зоны плавления могут возникнуть трещины между слоями. Таким образом, на рис. 7 представлены подробные сведения о следе, образовавшемся после плавления порошка, показана неоднородная микроструктура. В процессе DLD для достижения высокой адгезии сплавленных частиц расстояние между соседними дорожками должно быть меньше диаметра лазерного луча. На рис. 7, в и г показано, что нерасплавленные частицы расположены преимущественно на границах следов. Микроструктура образца, полученного по технологии DLD, характеризуется мелкозернистостью вследствие быстрого затвердевания, что приводит к высокой прочности и микротвердости. В то же время данные, представленные на рис. 6, а и рис. 7, свидетельствуют о микропористой структуре с наличием микродефектов. Деформация образца обусловлена остаточными термомеханическими напряжениями, возникающими в результате быстрого плавления и затвердевания. Таким образом, образец состоит из М§-матрицы. Характеристики образцов, полученных методами прокатки и DLD, представлены в табл. 2 [22-24].

Полное содержание статьи: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-additivnogo-proizvodstva-zagotovok-iz-magnievyh-splavov-obzor/viewer

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top