RU2802948C1 - Способ электронно-лучевого аддитивного производства изделий из меди и алюминиево-кремниевого сплава с функционально-градиентной структурой - Google Patents

Способ электронно-лучевого аддитивного производства изделий из меди и алюминиево-кремниевого сплава с функционально-градиентной структурой Download PDF

Info

Publication number
RU2802948C1
RU2802948C1 RU2022134065A RU2022134065A RU2802948C1 RU 2802948 C1 RU2802948 C1 RU 2802948C1 RU 2022134065 A RU2022134065 A RU 2022134065A RU 2022134065 A RU2022134065 A RU 2022134065A RU 2802948 C1 RU2802948 C1 RU 2802948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aluminum
copper
silicon alloy
wire
zone
Prior art date
Application number
RU2022134065A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Олегович Панфилов
Анна Петровна Зыкова
Андрей Валерьевич Чумаевский
Евгений Александрович Колубаев
Александра Владимировна Николаева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2802948C1 publication Critical patent/RU2802948C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к технологии производства изделий с функционально-градиентной композиционной структурой из меди и алюминиево-кремниевого сплава методами аддитивного производства, в частности к способам получения с помощью электронно-лучевой аддитивной технологии изделий с функционально-градиентными свойствами, обладающими повышенными эксплуатационными характеристиками. Способ электронно-лучевого аддитивного производства изделия из меди и алюминиево-кремниевого сплава с функционально-градиентной структурой характеризуется тем, что он включает одновременную подачу под углом к подложке из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т двух монолитных проволок, одной, выполненной из меди, и второй, выполненной из алюминиево-кремниевого сплава, c обеспечением их плавления высокоэнергетическим воздействием электронного пучка с образованием на подложке ванны расплава для формирования функционально-градиентного материала, состоящего из трех зон с различным объемным содержанием доли алюминиево-кремниевого сплава по отношению к меди за счёт выбора скорости подачи обеих проволок, причем первую зону формируют с постоянной скоростью подачи проволоки, составляющей 1066-1010 мм/мин для медной проволоки и 477-453 мм/мин для проволоки из алюминиево-кремниевого сплава, вторую зону формируют при скорости подачи проволоки, изменяющейся от 1066 до 897 мм/мин для медной проволоки и от 453 до 810 мм/мин для проволоки из алюминиево-кремниевого сплава, а третью зону формируют с постоянной скоростью подачи проволоки, составляющей 920-897 мм/мин для медной проволоки и 783-810 мм/мин для проволоки из алюминиево-кремниевого сплава. Обеспечивается получение функционально-градиентного материала с бездефектной структурой, полученного одновременным сплавлением двух проволок меди и алюминиево-кремниевого сплава с равномерным переходом по концентрации алюминиевого сплава по объему материала. 5 з.п. ф-лы, 13 ил., 3 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к технологии производства изделий с функционально-градиентной композиционной структурой из меди и алюминиево-кремниевого сплава методами аддитивного производства, в частности к способам получения с помощью электронно-лучевой аддитивной технологии изделий с функционально-градиентными свойствами и обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В связи со стремительными темпами развития современных отраслей промышленности, в число которых входят производство автомобилей, производство морских судов, развитие промышленного машиностроения, изготовление функционально-градиентных материалов (ФГМ) является актуальной задачей. По сравнению с существующими металлическими материалами ФГМ обладают уникальными характеристиками, к которым относятся прочность, твердость, износостойкость, т.к. образующих их компоненты позволяют получить недостижимые для обычных металлов и сплавов свойства.
На сегодня существует множество методов получения ФГМ, к числу которых относится метод центробежного литья, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, плазменно-искровое спекание, порошковая металлургия и лазерное осаждение [Giselle Hsiang Loha, Eujin Pei, David Harrison, Mario An overview of functionally graded additive manufacturing // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 23. P. 34-44].
Известен метод последовательного нанесения слоев из различных порошков и их селективное спекание, что приводит к получению градиентного материала [Wang, Chunchau, Hu, Yiadong. Cu/Fe Powder Gradient Material Sintering by Laser Processing // Proceedings SPIE. 1998. Vol. 3550. P. 60-64].
Следующий способ аддитивного производства материалов и композитов основан на осаждении порошка и его последующем сплавлении. [Bo Li, Wei Zhang, Jianchao Shen, Fuzhen Xuan. Micro-laminated CoCrFeMnNi-TiNp/CoCrFeMnNi high-entropy alloy matrix composite with bimodal grain structure via multi-material selective laser melting (MM-SLM) additive manufacturing // Composites Communications. 2022. Vol. 36. 101366].
Описанные методы плавлении и спекании порошка, имеют существенные недостатки, к числу которых относятся низкая производительность, долгий подбор оптимальных режимов производства и наличие пор, образующихся вследствие наличия у порошков высокой удельной поверхности, а также перенос адсорбированных на поверхности порошинок загрязняющих веществ в объем готового изделия.
К числу аддитивных методов, позволяющих изготавливать функционально-градиентные материалы, относится метод, который использует электрическую дугу для плавления проволоки и ее последующего осаждения на подложку [B. Tomar, S. Shiva. Microstructure evolution in steel/copper graded deposition prepared using wire arc additive manufacturing // Materials Letters. 2022. Vol. 328. 133217].
Недостатком данного метода является отсутствие возможности регулирования градиентного перехода.
Известен способ, раскрытый в публикации заявки CN 107470624 A (опубликован 15.12.2017), в котором в ванну расплава, образованную вследствие воздействия высокоэнергетического ионного источника энергии, подают два разных филамента, где происходит их плавление. Данный метод позволяет получать материалы с градиентной биметаллической структурой с заданным соотношением ее компонентов от 0 до 100% с шагом 20%.
Недостатком указанного способа являются недостаточно высокие прочностные свойства получаемых изделий.
Известен способ аддитивного производства изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов с функционально-градиентной структурой [RU2721109 C1], включающий изготовление по меньшей мере части изделия путем подачи по меньшей мере двух проволок в ванну расплава с обеспечением их плавления высокоэнергетическим воздействием электронного пучка и изменением скорости подачи по меньшей мере одной из проволок, при этом подачу проволок осуществляют под углом к подложке, при этом используют по меньшей мере одну сплошную проволоку, выполненную из высокопрочного алюминиевого сплава и порошковую проволоку, состоящую из оболочки, выполненной из материала по меньшей мере одной сплошной проволоки, и наполнителя в виде наноразмерных частиц, причем скорость подачи проволок изменяют от 10 мм/мин до 3200 мм/мин, при этом ванну расплава формируют электронным пучком с разверткой в форме кольца со следующими параметрами, включающими ускоряющее напряжение в диапазоне от 25 кВт до 150 кВт, ток пучка в диапазоне от 10 до 150 мА и частоту развертки в диапазоне от 100 до 400 Гц.
Недостатком данной технологии является сложность в формировании бездефектной функционально-градиентной структуры получаемого изделия, компоненты которого равномерного распределены по объему всего изделия, т.к. использования порошка приводит к образованию пор.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является разработка способа электронно-лучевого аддитивного производства изделий из меди и алюминиево-кремниевого сплава с функционально-градиентной структурой.
Техническим результатом является функционально-градиентный материал с бездефектной структурой, полученный одновременным сплавлением двух проволок меди и алюминиево-кремниевого сплава с равномерным переходом по концентрации алюминиевого сплава по объему материала.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый в настоящем изобретении способ электронно-лучевого аддитивного производства, по меньшей мере, части изделия из меди и алюминиевого сплава с функционально-градиентной структурой, характеризуется тем, что включает:
- одновременную подачу в ванну расплава под углом к подложке двух монолитных проволок, одной, выполненной из меди и второй, выполненной из алюминиево-кремниевого сплава;
- обеспечение их плавления высокоэнергетическим воздействием электронного пучка с формированием по мере выращивания изделия структуры, представляющей собой функционально-градиентный материал (ФГМ),
причем функционально-градиентный материал (ФГМ) формируют состоящим из трех зон, имеющих различное объемное содержание доли алюминиевого-кремниевого сплава по отношению к меди, за счёт выбора скорости подачи обеих проволок в первой - нижней и третьей - верхней зоне и подержания их значения в процессе послойного формирования изделия, а также изменения скорости подачи проволок в процессе формирования второй - средней переходной зоны, расположенной между упомянутыми первой и третьей зоной
При этом первую (нижнюю) зону формируют с объемным содержанием алюминиево-кремниевого сплава по отношению к меди составляющим 20 ± 0,5 об.%; вторую - переходную зону формируют с различной шириной с объёмным содержанием алюминиево-кремниевого сплава от 21 ± 0,5 до 31 ± 0,5 об.%, а третью (верхнюю) зону формируют с объемным содержанием алюминиево-кремниевого сплава по отношению к меди составляющим 33 ± 0,5 об.%.
Кроме того, угол наклона подачи обеих проволок составляет 40±3°.
Предпочтительно, что используют монолитную проволоку из меди марки М1толщиной 1,2 мм и монолитную проволоку из алюминиево-кремниевого сплава марки АК12 толщиной 1,6 мм.
При этом скорости подачи проволок выбирают исходя из их диаметров и заданного объемного содержания алюминиево-кремниевого сплава по отношению к меди в каждой зоне.
Кроме того, электронный пучок имеет следующие параметры: ускоряющее напряжение 30 кВ, а ток пучка в процессе печати изменяется экспоненциально от 80 мА до 25 мА.
Предпочтительно, что ванну расплава формируют электронным пучком с разверткой в форме кольца, при этом частота развертки составляет 100 Гц.
Новым является то, что используют монолитные проволоки, одна из которых выполнена из меди, а вторая из алюминиево-кремниевого сплава, причем формирование функционально-градиентного материала изделия с бездефектной структурой, осуществляют за счёт изменения скорости подачи проволок, что позволяет добиться не только необходимого содержания объемной доли алюминиево-кремниевого сплава в изделии по мере его выращивания, но также приводит к равномерности распределения компонентов по объему изделия и исключает формирование различного рода дефектов.
В процессе формирования функционально-градиентного материала необходимо также соблюдение следующих основных требований аддитивного производства:
- кроме того, концы проволок направляют в центр фокуса электронного пучка, что дополнительно позволяет достигнуть равномерного распределения компонентов по объему, а также позволяет избежать неполного плавления проволок;
- электронный пучок имеет следующие параметры: ускоряющее напряжение 30 кВ, ток пучка в процессе печати изменяется в диапазоне от 80 до 20 мА экспоненциально; высокие значения тока необходимы, чтобы материал, которым осуществляется печать, замешался в материал подложки и образовал прочное соединение;
- скорости подачи проволок определяются компьютером автоматически исходя из их диаметров и требуемого объемного содержания каждого из компонентов;
Предлагаемое изобретение относится к аддитивному производству изделий с функционально-градиентной композиционной структурой. Способ включает получение, по меньшей мере, части изделия путем подачи первой проволоки и второй проволоки в ванну расплава с обеспечением плавления высокоэнергетическим воздействием электронного пучка. В качестве первой проволоки используют сплошную проволоку из медного сплава, а в качестве второй проволоки используют проволоку из алюминиево-кремниевого сплава, предпочтительно из медного сплава М1 и алюминиевого-кремниевого сплава АК12. В процессе выращивания изделия формируются три основные зоны:
- зона медного сплава с содержанием 20 ± 0,5 об.% АК12, отличающаяся повышенными значениями предела прочности и относительного удлинения;
- градиентная переходная зона с содержанием от 21±0,5 до 31 ± 0,5 об.% АК12, характеризующаяся повышением относительного удлинения до разрыва, микротвердости и износостойкости;
- зона медного сплава с содержанием 33 ± 0,5 об.% АК12, характеризуется высокими показателями микротвердости.
Для управления шириной градиентной переходной зоны по мере выращивания изделия осуществляют изменение скоростей подачи проволок меди и алюминиево-кремниевого сплава.
Высокая прочность, твердость и износостойкость получаемого функционально градиентного материала обеспечивается за счет минимального количества композиционных неоднородностей, отсутствия газовой пористости и дефектных пограничных зон.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее приведено описание настоящего изобретения, включая предпочтительные варианты выполнения, со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает схематичное устройство процесса печати функционально-градиентного материала, где: 1 - электронно-лучевая пушка, 2 - электронный луч, 3 - проволока меди М1, 4 - проволока алюминиево-кремниевого сплава АК12, 5 - податчики проволок, 6 - зона медного сплава с содержанием 20 об.% АК12, 7 - градиентная переходная зона; 8 - зона с повышенным содержанием алюминиевого сплава ~33 об.% АК12, 9 - стальная подложка
Фиг. 2 показывает схематично форму развертку электронного пучка, представленную в виде кольца с диаметром 3 мм.
Фиг. 3 иллюстрируют предел прочности и относительное удлинение ФГМ по примеру 1.
Фиг. 4 иллюстрируют предел прочности и относительное удлинение ФГМ по примеру 2.
Фиг. 5 иллюстрируют предел прочности и относительное удлинение ФГМ по примеру 3.
Фиг. 6 иллюстрируют фазовый состав ФГМ по примеру 1.
Фиг. 7 иллюстрируют фазовый состав ФГМ по примеру 2.
Фиг. 8 иллюстрируют фазовый состав ФГМ по примеру 3.
Фиг. 9 иллюстрирует результаты микротвердости ФГМ, полученные измерением методом Виккерса от низа ФГМ к верху; ФГМ получены электронно-лучевой аддитивной технологией в примерах 1-3.
Фиг 10 иллюстрирует результаты трибологических испытаний ФГМ в течение двух часов; ФГМ получены электронно-лучевой аддитивной технологией в примерах 1-3.
ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
В качестве исходного материала использовали проволочный материал из алюминиевого-кремниевого сплава АК12 диаметром 1,6 мм и проволочный материал из меди М1 диаметром 1,2 мм.
Формирование изделия с общим заданным количеством слоев, составляющим 60, проводилось на подложке из нержавеющей стали 08Х18Н10Т толщиной 5 мм.
Угол наклона подачи к подложке для обоих направляющих устройств составлял 40±3°.
Напряжение электронного пучка в процессе печати было постоянным и составляло 30 кВ, ток пучка изменялся в диапазоне от 80 мА до 20 мА, линейная скорость формирования изделия в направлении осей X и Y составляла 400 мм/мин.
В процессе выращивания ванна расплава формировалась разверткой электронного пучка в форме кольца диаметром 3 мм. Частота развертки составляла 100 Гц.
Для формирования ФГМ необходимое процентное соотношение меди и алюминиевого сплава поддерживалось во время наплавки автоматическим регулированием соответствующего соотношения скоростей подачи проволок.
Пример 1.
Для формирования первых 20 слоев ФГМ (зона 1 на фиг.1) задавали следующее соотношение компонентов: 80 об.% М1 и 20 об.% АК12. Так при печати первых 20 слоев ФГМ скорость подачи проволоки меди составляла 1010 мм/мин, а скорость подачи проволоки алюминиево-кремниевого сплава составляла 453 мм/мин.
Далее для формирования функционально-градиентной зоны шириной ~2 мм (зона 2 на фиг.1) путем наплавки последующих четырех слоев со следующим соотношением компонентов: 77-68 об.% М1 и 21-30 об.% АК12, скорость подачи проволоки меди М1 в процессе аддитивной печати уменьшается с 1010 мм/мин до 920 мм/мин, скорость подачи проволоки алюминиево-кремниевого сплава АК12 возрастает с 453 мм/мин до 810 мм/мин.
Далее для наплавки последующих 40 слоев ФГМ (зона 3 на фиг.1) задавали следующее соотношение компонентов: 67 об % М1 и 33 об.% АК12. При этом скорость подачи проволоки меди М1составляла 920 мм/мин, а скорость подачи проволоки алюминиево-кремниевого сплава АК12 составляла 810 мм/мин.
На Фиг. 1 приведено оптическое изображение макроструктуры ФГМ, подтверждающее технический результат - функционально-градиентный материал, полученный одновременным сплавлением проволок меди М1 и алюминиевого сплава АК12 методом электронно-лучевого аддитивного производства при заданных параметрах, характеризующийся полным отсутствием газовой пористости, межслоевых расслоений, трещин и иных дефектов, которые не были идентифицированы.
Также, представленный графический материал подтверждает технический результат - равномерность распределения компонентов по объему материала, что проявляется в образовании трёх основных зон, обладающих различными свойствами, где на фиг.1:
- 1 - зона медного сплава с содержанием 20 об.% АК12 представляет собой твердый раствор α-Cu (см. фиг. 9), характеризующийся наибольшим значением предела прочности - 480±14 МПа и относительным удлинением 28 % (см. фиг. 6);
- 2 - градиентная переходная зона с изменяющейся по высоте концентрацией 77-68 об.% М1 и 21-30 об.% АК12 представляет собой твердый раствор α-Cu и частиц интерметаллидов Cu4Al и Cu3Al (см. фиг. 6), характеризующаяся наибольшим значением относительного удлинения 68 %, пределом прочности 305±10 МПа (см. фиг. 6) и повышенными значениями микротвердости (см. фиг. 12), при этом коэффициент износостойкости составляет 0,44 (см. фиг. 13);
-3 - зона медного сплава с содержанием 33 об.% АК12 представляет собой механическую смесь твердого раствора α-Cu и интерметаллидов Cu4Al, Cu3Al и Cu9Al4 (см. фиг. 9), характеризующаяся наибольшими значениями микротвердости 3 ГПа (см. фиг. 12), при этом значение предела прочности составляет 345±10 МПа (см. фиг. 6).
Пример 2.
Для формирования первых 20 слоев ФГМ (зона 1на фиг.2) задавалось следующее соотношение компонентов: 80 об.% М1 и 20 об.% АК12. Так при печати первых 20 слоев ФГМ скорость подачи проволоки меди составляла 1066 мм/мин, а скорость подачи проволоки алюминиевого сплава составляла 470 мм/мин.
Далее для формирования функционально-градиентной зоны шириной ~5 мм (зона 2 на фиг.2) путем наплавки последующих четырех слоев использовались следующие соотношения компонентов: 77-69 об.% М1 и 22-30 об.% АК12. Скорость подачи проволоки меди в процессе аддитивной печати уменьшается с 1066 мм/мин до 897 мм/мин, скорость подачи проволоки алюминиево - кремниевого сплава возрастает с 470 мм/мин до 783 мм/мин.
Последующие 36 слоев ФГМ (зона 3 на фиг.2) наплавляли со следующим соотношением компонентов: 67 об.% М1 и 33 об.% АК12. При этом скорость подачи проволоки меди составляла 897 мм/мин, а скорость подачи проволоки алюминиево-кремниевого сплава составляла 783 мм/мин.
На Фиг. 2 приведено оптическое изображение макроструктуры ФГМ, подтверждающее технический результат - функционально-градиентный материал с шириной градиентной зоны 5 мм, полученный одновременным сплавлением проволок меди М1 и алюминиевого сплава АК12 методом электронно-лучевого аддитивного производства при заданных параметрах, характеризующийся полным отсутствием газовой пористости, межслоевых расслоений, трещин и иных дефектов, которые не были идентифицированы.
Также, представленный графический материал подтверждает технический результат - равномерность распределения компонентов по объему материала, что проявляется в образовании трёх основных зон, обладающих различными свойствами, где на фиг. 2:
-1 - зона медного сплава с содержанием 20 об.% АК12 представляет собой твердый раствор α-Cu (см. фиг. 10), характеризующийся значением предела прочности - 425±10 МПа и относительным удлинением 38 % (см. фиг. 7);
- 2- градиентная переходная зона шириной 5 мм с содержанием 22-30 об.% АК12 представляет собой твердый раствор α-Cu и интерметаллиды Cu4Al, Cu3Al и Cu9Al4 (см. фиг. 10), характеризующаяся значением относительного удлинения 50 %, пределом прочности 305±10 МПа (см. фиг. 7) и повышенными значениями микротвердости (см. фиг. 12), при этом коэффициент износостойкости составляет 0,40 (см. фиг. 13);
- 3 - зона медного сплава с содержанием 33 об.% АК12 представляет собой механическую смесь твердого раствора α-Cu и интерметаллидов Cu4Al, Cu3Al и Cu9Al4 (см. фиг. 10), характеризующаяся наибольшими значениями микротвердости от 3 до 5 ГПа (см. фиг. 12), при этом значение предела прочности составляет 300±10 МПа (см. фиг. 7).
Пример 3
Для формирования первых 20 слоев ФГМ (зона 1 на фиг.3) задавалось следующее соотношение компонентов: 80 об.% М1 и 20 об.% АК12. Так при печати первых 20 слоев ФГМ скорость подачи проволоки меди составляла 1061 мм/мин, а скорость подачи проволоки алюминиевого сплава составляла 477 мм/мин.
Далее для формирования функционально-градиентной зоны шириной ~10 мм (зона 2 на фиг.3) для наплавки последующих восьми слоев использовались следующие соотношения компонентов: 78-68 об.% М1 и 21-31 об.% АК12. Скорость подачи проволоки меди в процессе аддитивной печати уменьшается с 1061 мм/мин до 917 мм/мин, скорость подачи проволоки алюминия возрастает с 477 мм/мин до 808 мм/мин.
Последующие 32 слоя ФГМ (зона 3 на фиг.3) наплавляли со следующим соотношением компонентов: 67 об.% М1 и 33 об.% АК12. При этом скорость подачи проволоки меди составляла 917 мм/мин, а скорость подачи проволоки алюминиевого сплава составляла 808 мм/мин.
На Фиг. 3 приведено оптическое изображение макроструктуры ФГМ, подтверждающее технический результат - функционально-градиентный материал с шириной градиентной зоны 10 мм, полученный одновременным сплавлением проволок меди М1 и алюминиевого сплава АК12 методом электронно-лучевого аддитивного производства при заданных параметрах, характеризующийся полным отсутствием газовой пористости, межслоевых расслоений, трещин и иных дефектов, которые не были идентифицированы.
Также, представленный графический материал подтверждает технический результат - равномерность распределения компонентов по объему материала, что проявляется в образовании трёх основных зон, обладающих различными свойствами, где на Фиг. 3:
- 1 - зона медного сплава с содержанием 20 об.% АК12 представляет собой твердый раствор a-Cu (см. фиг. 8), характеризующийся значением предела прочности - 350±10 МПа и наибольшим относительным удлинением 52 % (см. фиг. 8).
- 2 - градиентная переходная зона шириной 10 мм с содержанием 21-31 об.% АК12 представляет собой твердый раствор α-Cu и интерметаллиды Cu4Al, Cu3Al и Cu9Al4 (см. фиг. 8), характеризующаяся значением относительного удлинения 58 %, пределом прочности 305±10 МПа (см. фиг. 8) и повышенными значениями микротвердости (см. фиг. 12). При этом коэффициент износостойкости составляет 0,35 (см. фиг. 13).
- 3 - зона медного сплава с содержанием 33 об.% АК12 представляет собой механическую смесь твердого раствора α-Cu и интерметаллидов Cu4Al, Cu3Al и Cu9Al4 (см. фиг. 11), характеризующаяся наибольшими значениями микротвердости от 3 до 5 ГПа (см. фиг. 12), при этом значение предела прочности составляет 445±15 МПа (см. фиг. 8).
Как видно из приведенных выше экспериментов, заявляемый способ позволяет получать практически бездефектные образцы системы медь-алюминий с функционально-градиентной структурой: с различным композиционным составом и шириной градиентной зоны с определённым набором механических свойств. То есть данным способом возможно получение образцов как с заданной концентрацией компонентов переходной зоны (пример 1), так и с варьированием её ширины при заданной концентрации (пример 2 и 3). И в зависимости от поставленной задачи он может быть использован для печати изделий с функционально-градиентной структурой с заданными свойствами, применяемых в узлах трения автомобильной промышленности, в элементах двигателей и компрессоров при производстве морских судов, а также при производстве машин промышленного назначения.

Claims (6)

1. Способ электронно-лучевого аддитивного производства изделия из меди и алюминиево-кремниевого сплава с функционально-градиентной структурой, характеризующийся тем, что он включает одновременную подачу под углом к подложке из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т двух монолитных проволок, одной, выполненной из меди, и второй, выполненной из алюминиево-кремниевого сплава, c обеспечением их плавления высокоэнергетическим воздействием электронного пучка с образованием на подложке ванны расплава для формирования функционально-градиентного материала, состоящего из трех зон с различным объемным содержанием доли алюминиево-кремниевого сплава по отношению к меди, за счёт выбора скорости подачи обеих проволок, причем первую зону формируют с постоянной скоростью подачи проволоки, составляющей 1066-1010 мм/мин для медной проволоки и 477-453 мм/мин для проволоки из алюминиево-кремниевого сплава, вторую зону формируют при скорости подачи проволоки, изменяющейся от 1066 до 897 мм/мин для медной проволоки и от 453 до 810 мм/мин для проволоки из алюминиево-кремниевого сплава, а третью зону формируют с постоянной скоростью подачи проволоки, составляющей 920-897 мм/мин для медной проволоки и 783-810 мм/мин для проволоки из алюминиево-кремниевого сплава.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую зону формируют с объемным содержанием алюминиево-кремниевого сплава по отношению к меди составляющим от 19,5 до 20,5 об.%; вторую зону формируют различной ширины и с объёмным содержанием алюминиево-кремниевого сплава от 20,5 до 31,5 об.%, а третью зону формируют с объемным содержанием алюминиево-кремниевого сплава по отношению к меди составляющим от 32,5 до 33,5 об.%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол наклона подачи обеих проволок составляет 37-43°.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что используют монолитную проволоку из меди марки М1 диаметром 1,2 мм и монолитную проволоку из алюминиево-кремниевого сплава марки АК12 диаметром 1,6 мм.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что электронный пучок имеет ускоряющее напряжение 30 кВ, а ток пучка в процессе печати изменяется от 80 мА до 20 мА.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что ванну расплава формируют электронным пучком с разверткой в форме кольца, с частотой развертки 100 Гц.
RU2022134065A 2022-12-23 Способ электронно-лучевого аддитивного производства изделий из меди и алюминиево-кремниевого сплава с функционально-градиентной структурой RU2802948C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802948C1 true RU2802948C1 (ru) 2023-09-05

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013174449A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-28 European Space Agency Multi-wire feeder method and system for alloy sample formation and additive manufacturing
US20140367365A1 (en) * 2013-06-13 2014-12-18 Adaptive Intelligent Systems Llc Method to make fillet welds
RU2649218C1 (ru) * 2016-11-18 2018-03-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) Способ формирования антикоррозионного покрытия на изделиях из низкоуглеродистой стали
RU2721109C1 (ru) * 2019-10-29 2020-05-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ аддитивного производства изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов с функционально-градиентной структурой
RU2735688C1 (ru) * 2020-05-27 2020-11-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ формирования покрытия на металле электронно-лучевой наплавкой керамического порошка

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013174449A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-28 European Space Agency Multi-wire feeder method and system for alloy sample formation and additive manufacturing
US20140367365A1 (en) * 2013-06-13 2014-12-18 Adaptive Intelligent Systems Llc Method to make fillet welds
RU2649218C1 (ru) * 2016-11-18 2018-03-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) Способ формирования антикоррозионного покрытия на изделиях из низкоуглеродистой стали
RU2721109C1 (ru) * 2019-10-29 2020-05-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ аддитивного производства изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов с функционально-градиентной структурой
RU2735688C1 (ru) * 2020-05-27 2020-11-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Способ формирования покрытия на металле электронно-лучевой наплавкой керамического порошка

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gu et al. Design and cracking susceptibility of additively manufactured Al-Cu-Mg alloys with tandem wires and pulsed arc
Yang et al. Microstructure evolution of laser clad layers of W–C–Co alloy powders
Safi et al. The effect of preheating on mechanical properties of friction stir welded dissimilar joints of pure copper and AA7075 aluminum alloy sheets
Chen et al. Microstructure evolution mechanism and mechanical properties of TC11-TC17 dual alloy after annealing treatment
Węglowski et al. Electron beam additive manufacturing with wire–analysis of the process
KR20220085777A (ko) 적층 가공을 위한 FeCrAl 의 프린트가능한 분말 재료 및 적층 가공된 대상물 및 그 용도
RU2350441C2 (ru) Способ получения методом наплавки металлического покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне
RU2802948C1 (ru) Способ электронно-лучевого аддитивного производства изделий из меди и алюминиево-кремниевого сплава с функционально-градиентной структурой
Abboud et al. Functionally gradient titanium-aluminide composites produced by laser cladding
RU2700439C1 (ru) Способ аддитивного производства изделий из титановых сплавов с функционально-градиентной структурой
Osipovich et al. Influence of 3D-Printing Parameters on Bimetallic Products Manufacturing Process of Cu-Fe System
Chen et al. Microstructure and mechanical properties in three-dimensional laser-arc hybrid welding of AA2219 aluminum alloy
Węglowski et al. Electron beam additive manufacturing with wire
Lotfian et al. Chemically graded Fe–Al/steel samples fabricated by laser metal deposition
KR20240004693A (ko) 튜브내 분말 타입의 티타늄 퇴적 와이어
Utyaganova et al. Regularities of Structure Formation and Properties of Composite Materials Based on Aluminum–Manganese Bronze Produced by Electron Beam Additive Manufacturing with the Addition of Iron, Nickel, and Tungsten Powders During Printing
Filippov et al. The development of heterogeneous materials based on Ni and B4C powders using a cold spray and stratified selective laser melting technologies
Gusarova et al. Defect formation and inhomogeneous structure in M1 copper at implementing of drop mode printing by wire-feed electron beam additive technology
Chumaevskii et al. Anisotropy of the aluminum-silicon and aluminum-magnesium alloys properties produced by wire-feed electron beam additive manufacturing
Semenchuk et al. Influence of 3D Printing Parameters of Aluminum–Manganese Bronze by Wire-Arc Additive Manufacturing on the Microstructure and Mechanical Properties
Shinoda et al. Deposition of hard surfacing layer by friction surfacing
Osipovich et al. The influence of alloying elements on the formation of the interfacial of a Fe-Cu bimetal produced by wire-feed electron beam additive manufacturing
Chumaevskii et al. Precondition for the use of hybrid additive-thermomechanical technology
Tuominen et al. Comparison of multifeed and off-axis high-power diode laser (HPDL) cladding
Węglowski et al. Additive manufacturing with wire–Comparison of processes