Ученые Самарского политеха повышают качество металлических деталей с помощью сварки
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.