Ученые Самарского политеха повышают качество металлических деталей с помощью сварки
Исследование выполнялось при финансовой поддержке Минобрнауки РФ.
Для изготовления деталей сложной конфигурации все большее внимание уделяется технологиям аддитивного производства. При использовании металлических порошков применяют методы, основанные на применении лазера в качестве источника концентрированных потоков энергии (селективное лазерное спекание и селективное лазерное сплавление).
К основным недостаткам этих технологий относятся высокая стоимость расходных материалов и небольшие объемы печати. Поэтому для массового производства больше подходит метод послойной электродуговой наплавки с применением присадочных материалов в виде проволоки. Научный коллектив Самарского политеха под руководством доктора технических наук, декана факультета машиностроения, металлургии и транспорта Константина Никитина разрабатывают технологию получения высококачественных заготовок на основе алюминиевого сплава. Результаты исследования описаны в журнале «Известия вузов. Цветная металлургия» (DOI: 10.3103/S1067821222050066).
– Способ послойной электродуговой наплавки заключается в том, что металлическая проволока, расплавляется под действием электрической дуги и, касаясь металлической подложки или предыдущего затвердевшего слоя, застывает с высокими скоростями охлаждения. За счет этого в структуре наплавляемой заготовки формируется микродисперсная литая структура, что должно обеспечивать повышенные механические и эксплуатационные свойства будущего изделия, – объясняет ученый. – Однако на практике в наплавляемых слоях зачастую формируются дефекты в виде газовых и усадочных пор, несплавления слоев. Наличие градиентных параметров (температура дуги, интенсивность теплоотвода, скорость охлаждения) может вызывать еще и искажение геометрии наплавляемой заготовки. И здесь решающее значение имеют правильно подобранные режимы процесса наплавки: в синергетическом режиме работы качество наплавленных заготовок обеспечивается током дуги.
На данный момент ученые выполняют эксперименты по созданию заготовок из алюминиево-кремниевой присадочной проволоки.
– Сегодня одно из наших перспективных направлений – разработка технологии получения с помощью метода послойной электродуговой наплавки протяженных (крупногабаритных в одном измерении) заготовок на основе алюминиевых сплавов,– отмечает Никитин. – Мы определили оптимальную силу тока сварочной дуги, при которой обеспечивается равномерное распределение содержание кремния в алюминиевой матрице по высоте наплавленного слой, однородная микроструктура, плотность, микротвердость, и, как следствие, оптимальное сочетание предела прочности, относительного удлинения и предела текучести.
В планах у команды Никитина – создание гибридной технологии изготовления деталей из алюминиево-кремниевых и алюминиево-магниевых сплавов. В англоязычной технической литературе совмещение 3D-технологии с традиционными технологиями механической обработки получило название hybridmanufacturing (гибридное производство) или hybridtechnologies (гибридные технологии). Исследование выполнялось при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках проектной части государственного задания № 0778-2020-0005.