Исследование структуры и свойств наплавленных зон из присадочной проволоки Св-АК5 при роботизированной наплавке

Исследовано влияние тока сварочной дуги (47, 57 и 67 А) на структуру и свойства наплавленных образцов, получаемых электродуговой роботизированной наплавкой. В качестве присадочного материала использовали сварочную проволоку Св-АК5 (ER4043) системы Al–Si. Наплавку проводили на субстрат в виде плиты толщиной 6 мм из сплава АМг6 системы Al–Mg. При наплавке в образцах формируется типичная двухфазная структура доэвтектического состава, характерная для сплавов системы Al–Si, с содержанием кремния 5 %. По высоте наплавленных слоев отмечается тенденция к укрупнению структуры по направлению от субстрата, что связано с аккумуляцией теплоты в наплавляемых по высоте слоях. С увеличением тока сварочной дуги происходит измельчение дендритов на основе α-Al и кристаллов эвтектического кремния, а также возрастает плотность и падает микротвердость наплавленных образцов. Повышение плотности обусловлено снижением доли и размеров газовых пор, а также измельчением структурных составляющих. Уменьшение микротвердости связано с увеличением доли мягкой фазы (дендритов α-Al) и сокращением количества твердых кристаллов эвтектического кремния. Среднее содержание кремния в образцах, наплавленных по трем режимам, находится в интервале 5,46–5,91 %, что соответствует химическому составу сварочной проволоки марки Св-АК5 (ER4043). Увеличение тока сварочной дуги способствует росту значений предела прочности при растяжении и незначительному снижению условного предела текучести и относительного удлинения. Особенности изменения механических свойств наплавленных образцов обусловлены спецификой формирования литой структуры наплавляемых слоев в условиях направленного затвердевания по направлению от субстрата.

1. Huang S., Liu P., Mokasdar A., Hou L. Additive manufacturing and its societal impact: A literature review. Int. J. Adv. Manufact. Technol. 2013. Vol. 67. No. 5-6. Р. 1191—1203.

2. Petrovic V., Gonzales J., Ferrando O., Gordillo J.,Puchades J., Grinan L. Additive layered manufacturing: sectors of industrial applications shown through case studies. Int. J. Prod. Res. 2011. Vol. 49. No. 4. P. 1061—1079.

3. Ford S.L.N. Additive manufacturing technology: potential implications for U.S. manufacturing competitiveness. J. Int. Commer. Econ. 2014. https://usitc.gov/publications/332/journals/vol_vi_article4_additive_manufacturing_technology.pdf (Accessed June 6. 2020).

4. Gebhardt A. Hotter J.-S. Additive manufacturing: 3D printing for prototyping and manufacturing. Munich: Carl Hanser Verlag, 2016.

5. Zhukov V.V., Grigorenko G.M.,Shapovalov V.A. Additive manufacturing of metal products (review). Рaton Welding Journ. 2016. No. 5-6. P. 137—142.

6. Herzog D., Seyda V., Wycisk E., Emmelmann C. Additive manufacturing of metals. Acta Mater. 2016. No. 117. P. 371—392.

7. Deb Roy 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. Progr. Mater. Sci. 2018. Vol. 92. P. 112—224.

8. Zhatkin S.S., Nikitin K.V., Deev V.B., Pankratov S.S., Dunaev D.A. Application of electric arc surfacing in the manufacturing of three-dimensional steel products. Steel. Trans. 2020. Vol. 50. No. 6. Р. 381—386.

9. Kruth J.-P., Mercelis P., Van Vaerenbergh J., Froyen L., Rombouts M. Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting. Rapid Prototyp Jour. 2005. Vol. 11. No. 1. P. 26—36.

10. Alberti E.A., Silva L.J., D’Oliveira A.S. Additive manufacturing: the role of welding in this window of opportunity. Weld. Int. 2016. Vol. 30. No. 6. Р. 413—422.

11. Knezović N., Topić A. Wire and arc additive manufacturing (WAAM): A new advance in manufacturing. In: New technologies, development and application. NT 2018. Lecture notes in networks and systems (Ed. Karabegović I.). Springer, Cham. 2018. Vol 42. P. 65—71.

12. Williams S. W., Martina F., Addison A. C., Ding J., Pardal G., Colegrove P. Wire + Arc additive manufacturing. Mater. Sci. Technol. 2016. Vol. 32. Iss. 7. P. 641—647.

13. Ding D., Pan Z., Stephen van Duin, Li H., Shen C. Fabricating superior NiAl bronze components through wire arc additive manufacturing. Materials. 2016. Vol. 9. No. 652. P. 1—12.

14. Cunningham C.R., Flynn J.M., Shokrani A., Dhokia V., Newman S.T. Invited review article: Strategies and processes for high quality wire arc additive manufacturing. Add. Manufact. Rev. 2018. Vol. 22. Р. 672—686.

15. Nagamatsua H., Sasaharaa H., Mitsutakeb Y., Hamamoto T. Development of a cooperative system for wire and arc additive manufacturing and machining. Add. Manufact. 2020. Vol. 31. P. 1—11.

16. Wang X., Fan D., Huang J., Huang Y. Numerical simulation of arc plasma and weld pool in double electrodes tungsten inert gas welding. Int. J. Heat Mass Trans. 2015. Vol. 85. P. 924—934.

17. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests. Int. J. Adv. Manufact. Technol. 2015. Vol. 81. P. 465—481.

18. Baufeld B., Biest O.V., Gault R. Additive manufacturing of Ti—6Al—4V components by shaped metal deposition: Microstructure and mechanical properties. Mater. Design. 2010. Vol. 31. P. 106—111.

19. Wang F., Williams S., Colegrove P., Antonysamy A.A. Microstructure and mechanical properties of wire and arc additive manufactured Ti—6Al—4V. Metal. Mater. Trans. A. 2012. Vol. 44. Iss. 2. P. 968—977.

20. Clark D., Bache M.R., Whittaker M.T. Shaped metal deposition of a nickel alloy for aero engine applications. J. Mater. Proc. Technol. 2008. Vol. 203. Iss. 1-3. P. 439—448.

21. Peleshenko S., Korzhyk V., Voitenko O., Khaskin V., Tkachuk V. Analysis of the current state of additive welding technologies for manufacturing volume metallic products (Review). East.-Eur. J. Enterpr. Technol. 2017. No. 3/1 (87). Р. 42—52.

22. Панченко О.В., Жабрев Л.А., Курушкин Д.В., Попович А.А. Макроструктура и механические свойства Al—Si, Al—Mg—Si, Al—Mg—Mn-сплавов, полученных электродуговым аддитивным выращиванием. МиТОМ. 2018. No. 11. С. 63—69.

23. Korzhyk V.N., Khaskin V.Yu., Grinyuk A.A., Babich A.A., Sutkovoi A.D., Olyinychenko T.V. The study of the technological characteristics of hybrid plasma arc welding of aluminum alloys. Sciences of Europe. 2016. Iss. 6. P. 45—51.

24. Wang Y., Konovalov S.V., Chen X., Ivanov Y., Singh R.A., Jayalakshmi S., Pan X. Microstructure and mechanical properties of Cu—Al alloy deposited by additive manufacturing. Mater. Highl. 2021. Vol. 2 (3). P. 46—51.

25. Киричек А.В., Федонин О.Н., Соловьев Д.Л., Жирков А.А., Хандожко А.В., Смоленцев Е.В. Аддитивно-субстрактивные технологии — эффективный переход к инновационному производству. Вестник Брянского гос. техн. ун-та. 2019. No. 8. С. 4—10.

26. Strong D., Kay M., Conner B., Wakefield Th., Manogharan G. Hybrid manufacturing — integrating traditional manufacturers with additive manufacturing (AM) supply chain. Additive Manufact. 2018. No. 21. P. 159—173.