ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ГРАДИЕНТНЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ И МЕДИ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПРОВОЛОЧНОЙ АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-1(47)-47-57Ключевые слова:
электронно-лучевая аддитивная технология, подача двух проволок в ванну расплава, функционально-градиентный материал, механические свойства, биметаллические изделияАннотация
Проведены исследования закономерностей организации структуры и свойств крупногабаритных деталей на основе меди и нержавеющей стали в процессе печати методом проволочной аддитивной электронно-лучевой технологии. Была отработана на плоских тестовых образцах методика 3D-печати, которая обеспечивала получение бездефектных экспериментальных образцов с невысокой степенью взаимного перемешивания компонентов в переходной зоне. Печать проводили на экспериментальном оборудовании в Институте физики прочности и материаловедения СОРАН последовательным формированием на подложке из нержавеющей стали с использованием наклонно-поворотного охлаждаемого стола стального цилиндра. Далее с предварительным прогревом стали на нее наносили медь на всю высоту цилиндра. Между нанесением филаментов на основе стали и меди механической обработки стального цилиндра не проводили. По данным структурных исследований в образцах происходит формирование достаточно плотного контакта меди и стали, что свидетельствует о полном заполнении медью всех неровностей, находившихся на стальном цилиндре после печати. В стальных участках биметаллических элементов сохраняется дендритное строение, в медных–структура является зеренной. Ориентация зерен или дендритов в компонентах образца связана с локальными особенностями процесса печати и направлением отвода тепла. Это связанные с геометрией зоны печати при формировании биметаллических образцов, приводящие к качественным различиям в структуре, изменяющейся от мелкозернистой равноосной до крупнозернистой столбчатой. Механические свойствамедного и стального фрагментов висследованных образцахнаходится на достаточно высоком уровне, прочностные показатели градиентной зоны имеют промежуточные значения.
Библиографические ссылки
Ван Я., Коновалов С.В., Чэн С., Панченко И.А., Коток М.М. Исследование влияния термической обработки на сплавы системы Сu–Аl, полученные проволочно-дуговым аддитивным способом. Вестник Сибирского государственного индустриального универ-ситета.2023;1(43):89–97.http://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-1(43)-89-97
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 ‒ Pro-cess, structure and properties. Progressin Ma-terials Science.2018;92:112–224.https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001
Zhang X., Pan T., Flood A., Chen Y., Zhang Y., Liou F. Investigation of Copper/Stainless Steel Multi-Metallic Materials Fabricated by Laser Metal Deposition. Materials Science & Engi-neering A. 2021;811:141071.https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001
Tan C., Zhou K., Ma W., Min L. Interfacial characteristic and mechanical performance of maraging steel-copper functional bimetal pro-duced by selective laser melting basedhybrid manufacture. Materials and Design. 2018;155:77–85. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2018.05.064
Kolubaev E.A., Rubtsov V.E., Chumaevsky A.V.,Astafurova E.G. Micro-, Meso-and Macro-structural Design of Bulk Metallic and Polymetallic Materials by Wire-Feed Electron-Beam Additive Manufacturing. Physical Me-somechanic.2022;25(6):479–491.http://dx.doi.org/10.1134/S1029959922060017
Гэн Я., Панченко И.А., КоноваловС.В., Иванов Ю.Ф., Чен С. Влияние электронно-пучковой обработки на структуру аддитив-ного сплава Al–Mg. Вестник Сибирского государственного индустриального универ-ситета.2023;2(44):13–19.http://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-13-19
Astafurova E.A., Astafurov S.V., Reunova K.A., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Maier G.G., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. Struc-ture Formation in Vanadium-Alloyed Chromi-um-Manganese Steel with a High Concentra-tion of InterstitialAtoms C + N = 1.9 wt % during Electron-Beam Additive Manufactur-ing. Physical Mesomechanic. 2022;25(1):1–11. http://dx.doi.org/10.1134/S1029959922010015
Su Y., Chen B., Tan C., Song X., Feng J.In-fluence of composition gradient variation on the microstructure and mechanical properties of 316L/Inconel718 functionally graded mate-rial fabricated by laser additive manufacturing. Journal of Materials Processing Technology.2020;283:116702. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116702
Niendorf T., Leuders S., Riemer A., Brenne F., Tröster T., Albert Richard H., Schwarze D. Functionally Graded Alloys Obtained by Addi-tive Manufacturing. Advanced engineering ma-terials.2014;16:857–861.https://doi.org/10.1002/adem.201300579
Sun Z., Chueh Y.-H., Li L. Multiphasemesoscopic simulation of multiple and func-tionally gradient materials laser powder bed fu-sion additive manufacturing processes. Additive Manufacturing. 2020;35:101448.http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2020.101448
Ghanavati R., Naffakh-Moosavy H. Additivemanufacturing of functionally graded metallic materials: A review of experimental and nu-merical studies. Journal of Materials Research and Technology. 2021;13:1628–1664.https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.05.022
Muller P., Hascoet J.-Y., Mognol P. Toolpaths for additive manufacturing of functionally graded materials (FGM) parts. Rapid Prototyp-ing Journal. 2014;20(6):511–522.https://doi.org/10.1108/RPJ-01-2013-0011
Utyaganova V., Filippov A., Tarasov S., Shamarin N., Gurianov D., Vorontsov A., Chumaevskii A., Fortuna S., Savchenko N., Rubtsov V., Kolubaev E. Characterization of AA7075/AA5356 gradient transition zone in an electron beam wire-feed additive manufac-tured sample. Materials Characterization. 2021;172:110867. EDN: NRLOVJ; https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110867
Shen C., Hua X., Reid M., Liss K.-D., Mou G., Pan Z., Huang Y., Li H. Thermal Induced Phase Evolution of Fe–Fe3Ni Functionally Graded Material Fabricated Using the Wire-Arc Additive Manufacturing Process: An in-Situ Neutron Diffraction Study. Journal of Alloys and Compounds.2020;826(5):154097.http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154097
Mohan Kumar S., Rajesh Kannan A., Pravin Kumar N., Pramod R., Siva Shanmugam N., Vishnu A.S., Channabasavanna S.G. Micro-structural Features and Mechanical Integrity of Wire Arc Additive Manufactured SS321/Inconel 625 Functionally Gradient Ma-terial. Journal of Materials Engineering and Performance.2021;30:5692–5703.https://doi.org/10.1007/s11665-021-05617-3
Chandrasekaran S., Hari S., Amirthalingam M. Wire Arc Additive Manufacturing of Function-ally Graded Material for Marine Risers. Mate-rials Science and Engineering A. 2020;792:139530. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2020.139530
Osipovich K.S., Astafurova E.G., Chumaevskii A.V., Kalashnikov K.N.,Astafurov S.V., Maier G.G., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Tarasov S.Yu., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. Gra-dient transition zone structure in “steel –cop-per” sample produced by double wire-feed electron beam additive manufacturing. Journal of Materials Science. 2020;55:9258–9272. https://doi.org/10.1007/s10853-020-04549-y
Osipovich K.S., Chumaevskii A.V., Eliseev A.A., Kalashnikov K.N., Kolubaev E.A., Rubtsov V.E., Astafurova E.G. Peculiarities of Structure Formation in Copper/Steel Bimetal Fabricated by Electron-Beam Additive Technology. Rus-sian Physics Journal. 2019;62(8):1486–1494. EDN: QKMXZL; https://doi.org/10.1007/s11182-019-01867-w
Shu X., Chen G., Liu J., Zhang B., Feng J. Mi-crostructure evolution of copper/steel gradient depositionprepared using electron beam freeform fabrication. Materials Letters. 2018;213:374–377. http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2017.11.016
Chen G., Shu X., Liu J., Zhang B., Feng J. Crystallographic texture and mechanical prop-erties by electron beam freeform fabrication of copper/steel gradient composite materials. Vacuum.2020;171:109009.https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.109009
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Андрей Валерьевич Чумаевский, Ксения Сергеевна Осипович, Вячеслав Максимович Семенчук, Сергей Юльевич Тарасов, Евгений Александрович Колубаев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
