RU2728450C1 - Способ получения деталей из алюминиевых сплавов методом селективного лазерного сплавления - Google Patents
Способ получения деталей из алюминиевых сплавов методом селективного лазерного сплавления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728450C1 RU2728450C1 RU2019131010A RU2019131010A RU2728450C1 RU 2728450 C1 RU2728450 C1 RU 2728450C1 RU 2019131010 A RU2019131010 A RU 2019131010A RU 2019131010 A RU2019131010 A RU 2019131010A RU 2728450 C1 RU2728450 C1 RU 2728450C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- selective laser
- aluminum alloys
- laser fusion
- production
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу изготовления деталей из алюминиевых сплавов и может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления выполняют при следующих технологических параметрах: мощность лазерного излучения от 330 до 350 Вт, скорость сканирования от 900 до 930 мм/с, толщина слоя 50 мкм и шаг сканирования 0,19 мм. Технический результат - получение деталей с низкой пористостью, с высокими механическими свойствами и низким уровнем остаточных напряжений. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к аддитивным технологиям (технология Selective laser melting, SLM, селективное лазерное сплавление, СЛС), а именно к изготовлению деталей из алюминиевых сплавов, и может использоваться для производства деталей и узлов авиационных и ракетно-космических систем.
Известен алюминиевый материал для аддитивных технологий (патент РФ №2688039, МПК С22С 21/02, опубл. 17.05.2019), относящееся к области металлургии, прежде всего к составу и технологии получения заготовок и деталей из материалов на основе алюминия, в т.ч. с использованием технологий селективного лазерного сплавления. Сплав на основе алюминия содержит, мас. %: Si 10,0-14,0; Mg 0,3-1,0; Cu 0,3-1,0; Мn 0,3-1,0; Ti 0,12-0,30; Fe 0,1-0,50; Al - остальное. Порошок, полученный из указанного алюминиевого сплава распылением расплава, имеет средний размер частиц от 20 до 150 мкм и предназначен для изготовления изделий аддитивной технологией.
Недостатком данного изобретения является большой диапазон распределения гранулометрического состава порошкового материала. Толщина слоя в технологии SLM составляет от 20 до 100 мкм (Tomasz Kurzynowski, Edward Chlebus, Bogumila Kuznicka, and Jacek Reiner "Parameters in selective laser melting for processing metallic powders", Proc. SPIE 8239, High Power Laser Materials Processing: Lasers, Beam Delivery, Diagnostics, and Applications, 823914 (6 February 2012) и патент WO2013179017A1), и наличие более крупной фракции может привести к образованию дефектного слоя. Металлический порошок используемый в технологии СЛС также должен быть сферичным.
Известно изобретение (международная заявка WO 2013179017А1, МПК B22F 3/105, В29С 67/00, С22С 1/04, С22С 21/00), в котором предлагается изготавливать металлические изделия с использованием технологий аддитивного производства. Патент включает в себя способ изготовления изделия, включающий селективное плавление и/или спекание порошка на основе алюминия с содержанием висмута. В патенте представлены значения основных технологических параметров применяемых при изготовлении изделий.
Недостатком данного изобретения является использование низкой скорости сканирования и мощности лазерного излучения, что приводит к росту материальных и временных затрат при изготовлении изделий из алюминиевых сплавов.
Технический результат - получение функциональных деталей технологией селективного лазерного сплавления, высокие механические характеристики деталей достигаемые за счет применения оптимальных технологических параметров обработки, высокая плотность деталей за счет применения оптимальных технологических параметров обработки, высокая производительность процесса за счет применения высокой скорости сканирования, низкий уровень остаточных напряжений, и как следствие, высокая точность размеров и расположения поверхностей, существенное повышение коэффициента использования материала (КИМ).
Технический результат достигается за счет того, что изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления проводят при оптимальных технологических параметрах, а именно мощность лазерного излучения от 330 до 350 Вт, скорость сканирования от 900 до 930 мм/с, толщина слоя 50 мкм и шаг сканирования 0,19 мм.
Технический результат достигается за счет того, что при применении оптимальных технологических параметров изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления достигается высокая плотность материала за счет подвода оптимального количества энергии. Так, например, при использовании не оптимальных технологических параметров (низкой мощности лазерного излучения совместно с высокой скоростью сканирования) не будет подводиться достаточной энергии для полного расплавления порошка что не позволяют получить хорошей зоны перекрытия между слоями и соседними векторами сканирования. При использовании режимов с высокой мощностью лазерного излучения и низкой скоростью сканирования, на материал будет подаваться избыточное количество теплоты, и плавление материала будет происходить в режиме, который называется «замочной скважиной». При этом режиме лазерный луч локально создает температуру достаточную для испарения материала, что приводит к возникновению высокой пористости материала и, как следствие, к его низким механическим свойствам.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 изображен график распределения гранулометрического состава порошкового материала.
На фиг. 2 изображено образование зоны перекрытия между векторами сканирования.
На фиг. 3 изображены углы расположения образцов относительно платформы построения и дозатора.
Предлагаемый способ отличается от известных тем, что изготовление деталей производят послойно из металлического порошка гранулометрического состава. Используемый сплав на основе алюминия содержит, мас. %: Si 11,8; Mg 0,43; Al - остальное. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления происходит при следующих технологических параметрах: мощность лазерного излучения от 330 до 350 Вт, скорость сканирования от 900 до 930 мм/с, толщина слоя 50 мкм и шаг сканирования 0,19 мм.
Использование в технологии селективного лазерного сплавления указанных технологических режимов позволяют полностью сплавлять металлический порошок алюминиевого сплава, создавая зону перекрытия между векторами сканирования на уровне 40...50%, что положительно сказывается на механических свойствах материала.
Предлагаемым способом были изготовлены полномасштабные цилиндрические образцы для испытания на одноосное растяжение.
Для осуществления изобретения образцы изготавливались из порошка алюминиевого сплава AlSi10Mg производства ОК РУСАЛ фракцией до 50 мкм. Изготовление деталей технологией селективного лазерного сплавления осуществлялось при мощности лазерного излучения 350 Вт, скорости сканирования 930 мм/с, толщине слоя 50 мкм и шаге сканирования 0,19 мм. Процесс изготовления деталей технологией селективного лазерного сплавления происходил внутри герметичной камеры в среде защитного газа. Также осуществляется предварительный нагрев платформы построения до температуры 180°С.
Часть образцов была расположена горизонтально под углом α=90° относительно дозатора (фигура 3). Часть образцов при изготовлении была расположена вертикально под углом β=90° к платформе построения.
Результаты испытаний механических свойств образцов, изготовленных предлагаемым способом, представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Механические свойства образцов, изготовленных технологией селективного лазерного сплавления из порошка алюминиевого сплава AlSi10Mg 
Контроль плотности изготовленных образцов осуществлялся путем проведения томографического контроля. По результатам исследований, объем пустот составил менее 0,000451% от объема образцов.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать функциональные детали с достаточным уровнем механических свойств, высокой плотностью и низким КИМ.
В результате этого, применение предлагаемого способа изготовления для элементов гидросистем, теплообменников и корпусных деталей авиационной радиотехнической аппаратуры позволит повысить КИМ, снизить затраты на изготовление технологической оснастки, сократить время изготовления подобных деталей в несколько раз.
Claims (1)
- Способ получения деталей из алюминиевых сплавов, включающий селективное лазерное сплавление с использованием металлического порошка, отличающийся тем, что селективное лазерное сплавление выполняют слоями с толщиной слоя 50 мкм , мощностью лазерного излучения от 330 до 350 Вт, скоростью сканирования от 900 до 930 мм/с и шагом сканирования 0,19 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131010A RU2728450C1 (ru) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | Способ получения деталей из алюминиевых сплавов методом селективного лазерного сплавления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131010A RU2728450C1 (ru) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | Способ получения деталей из алюминиевых сплавов методом селективного лазерного сплавления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2728450C1 true RU2728450C1 (ru) | 2020-07-29 |
Family
ID=72085487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019131010A RU2728450C1 (ru) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | Способ получения деталей из алюминиевых сплавов методом селективного лазерного сплавления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2728450C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782192C1 (ru) * | 2022-01-11 | 2022-10-24 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Способ получения деталей из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Sc технологией селективного лазерного сплавления |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2440221C1 (ru) * | 2010-09-23 | 2012-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий" ООО "ЦЛТ" | Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминия и алюминиевых сплавов |
| WO2013179017A1 (en) * | 2012-05-28 | 2013-12-05 | Renishaw Plc | Manufacture of metal articles |
| RU2596509C2 (ru) * | 2011-11-11 | 2016-09-10 | Новелис Инк. | Алюминиевый сплав |
| US20160332253A1 (en) * | 2014-01-24 | 2016-11-17 | United Technologies Corporation | Additive manufacturing an object from material with a selective diffusion barrier |
| RU2015131829A (ru) * | 2013-01-31 | 2017-03-10 | Сименс Энерджи, Инк. | Обработка материалов через оптически прозрачный шлак |
| RU2620841C1 (ru) * | 2016-02-19 | 2017-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Способ аддитивной обработки деталей из сплавов системы Al-Si |
| US20180272471A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of producing clad layer and device for producing the same |
-
2019
- 2019-09-30 RU RU2019131010A patent/RU2728450C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2440221C1 (ru) * | 2010-09-23 | 2012-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий" ООО "ЦЛТ" | Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминия и алюминиевых сплавов |
| RU2596509C2 (ru) * | 2011-11-11 | 2016-09-10 | Новелис Инк. | Алюминиевый сплав |
| WO2013179017A1 (en) * | 2012-05-28 | 2013-12-05 | Renishaw Plc | Manufacture of metal articles |
| RU2015131829A (ru) * | 2013-01-31 | 2017-03-10 | Сименс Энерджи, Инк. | Обработка материалов через оптически прозрачный шлак |
| US20160332253A1 (en) * | 2014-01-24 | 2016-11-17 | United Technologies Corporation | Additive manufacturing an object from material with a selective diffusion barrier |
| RU2620841C1 (ru) * | 2016-02-19 | 2017-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Способ аддитивной обработки деталей из сплавов системы Al-Si |
| US20180272471A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of producing clad layer and device for producing the same |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2782192C1 (ru) * | 2022-01-11 | 2022-10-24 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Способ получения деталей из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Sc технологией селективного лазерного сплавления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kok et al. | Anisotropy and heterogeneity of microstructure and mechanical properties in metal additive manufacturing: A critical review | |
| Kim et al. | Literature review of metal additive manufacturing defects | |
| Uddin et al. | Processing and characterization of crack-free aluminum 6061 using high-temperature heating in laser powder bed fusion additive manufacturing | |
| Yakout et al. | The selection of process parameters in additive manufacturing for aerospace alloys | |
| Rafi et al. | Microstructures and mechanical properties of Ti6Al4V parts fabricated by selective laser melting and electron beam melting | |
| Ravi et al. | Direct laser fabrication of three dimensional components using SC420 stainless steel | |
| Mandil et al. | Building new entities from existing titanium part by electron beam melting: microstructures and mechanical properties | |
| Yakout et al. | Additive manufacturing of composite materials: an overview | |
| Manfredi et al. | Laser powder bed fusion of aluminum alloys | |
| US20220112581A1 (en) | Process for manufacturing an aluminum alloy part | |
| Pan et al. | Characteristics of Inconel 625—copper bimetallic structure fabricated by directed energy deposition | |
| Zhang et al. | Investigation for macro mechanical behavior explicitly for thin-walled parts of AlSi10Mg alloy using selective laser melting technique | |
| Uddin et al. | Laser Powder Bed Fusion Fabricated and Characterization of Crack-Free Aluminum Alloy 6061 Using In-Process Powder Bed Induction Heating | |
| Hentschel et al. | Experimental investigations of processing the high carbon cold-work tool steel 1.2358 by laser metal deposition for the additive manufacturing of cold forging tools | |
| Smelov et al. | Selective laser melting of metal powder of steel 3161 | |
| Abdulrahman et al. | Laser metal deposition of titanium aluminide composites: A review | |
| Rashid et al. | Effect of process parameters on the surface characteristics of AlSi12 samples made via Selective Laser Melting | |
| Brodin et al. | Mechanical testing of a selective laser melted superalloy | |
| Gong et al. | Laser energy density dependence of performance in additive/subtractive hybrid manufacturing of 316L stainless steel | |
| Wang et al. | A review and a statistical analysis of porosity in metals additively manufactured by laser powder bed fusion | |
| Sun et al. | Microstructure, cracking behavior and control of Al–Fe–V–Si alloy produced by selective laser melting | |
| RU2728450C1 (ru) | Способ получения деталей из алюминиевых сплавов методом селективного лазерного сплавления | |
| Richter et al. | A comparative study using water atomized and gas atomized powder in laser powder bed fusion–Assessment of the fatigue performance | |
| Aliprandi et al. | Creep behavior of Ti-6Al-4V alloy specimens produced by Electron Beam Melting | |
| Santos et al. | Fatigue performance of hybrid steel samples with laser sintered implants |