The Influence of Technological Parameters on the Structure and Properties of the Selective Laser Melting Al–Cu–Mg–Si Alloy

A. N. Petrova; Петрова А. Н.; A. I. Klenov; Клёнов А. И.; I. G. Brodova; Бродова И. Г.; D. Yu. Rasposienko; Распосиенко Д. Ю.; A. A. Pilshikov; Пильщиков А. А.; N. Yu. Orlova; Орлова Н. Ю.

doi:10.31857/S0015323023600922

Влияние технологических факторов на структуру и свойства Al–Cu–Mg–Si-сплава, полученного селективным лазерным сплавлением

Авторы: Петрова А.Н.¹, Клёнов А.И.², Бродова И.Г.¹, Распосиенко Д.Ю.¹, Пильщиков А.А.³, Орлова Н.Ю.³
Учреждения:
1. Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрОРАН
2. Российский Федеральный Ядерный Центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина
3. Снежинский физико-технический институт Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ”,
Выпуск: Том 124, № 10 (2023)
Страницы: 961-970
Раздел: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://ogarev-online.ru/0015-3230/article/view/232665
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023600922
EDN: https://elibrary.ru/REYDMA
ID: 232665

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Способом селективного лазерного плавления на 3D-принтере по металлу Realizer SLM 100 получены монолитные и объёмно-структурированные образцы разной плотности. Методами металлографии и сканирующей электронной микроскопии проведена оценка их качества и структуры. Установлена взаимосвязь параметров синтеза – межтрекового расстояния и толщины слоя при мощности лазера 200 Вт и структурных характеристик. По результатам эксперимента найдены оптимальные параметры работы 3D-принтера для получения в образцах из Al–Cu–Mg–Si-сплава дисперсной структуры и высоких механических свойств. Исследованы особенности синтеза объемно-структурированных образцов с кубической геометрией построения, определены типы дефектов, влияющих на качество и механические свойства образцов.

Ключевые слова

селективное лазерное плавление, 3D-принтер, алюминиевый сплав, структура, свойства, объемно-структурированные образцы, дефекты

Список литературы

Сорокин В. Аддитивные технологии: новые условия, новые возможности // Аддитивные технологии. 2022. № 3. С. 21–24.
Каблов Е.Н. Аддитивные технологии – доминанта национальной технологической инициативы // Интеллект и технологии. 2015. № 2(11). С. 52–55.
DebRoy T., Wei H.L., Zuback J.S., Mukherjee T., Elmer J.W., Milewski J.O., Beese A.M., Wilson-Heid A., Ded A., Zhang W. Additive manufacturing of metallic components – Process, structure and properties // Progress in Mater. Sci. 2018. V. 92. P. 112–224.
Rashida R., Masooda S.H., Ruana D., Palanisamya S., Rahman Rashida R.A., Elambasseril J., Brandt M. Effect of energy per layer on the anisotropy of selective laser melted AlSi12 aluminium alloy // Additive Manufacturing. 2018. V. 22. P. 426–429.
Kang N., Coddet P., Dembinski L., Liao H., Coddet C. Microstructure and strength analysis of eutectic Al-Si alloy in-situ manufactured using selective laser melting from elemental powder mixture // J. Alloys Compounds. 2017. V. 691. P. 316–322.
Zhao J., Easton M., Qian M., Leary M., Brandt M. Effect of building direction on porosity and fatigue life of selective laser melted AlSi12Mg alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2018. V. 729. P. 76–85.
Бродова И.Г., Чикова О.А., Петрова А.Н., Меркушев А.Г. Структурообразование и свойства эвтектического силумина, полученного селективным лазерным сплавлением // ФММ. 2019. Т. 120. № 11. С. 1204–1209.
Read N., Wang W., Essa K., Attallah M.M. Selective laser melting of AlSi10Mg alloy: Process optimization and mechanical properties development // Mater. Design. 2015. V. 64. P. 417–424.
Xue G., Ke L., Zgu H., Liao H., Zhu J., Zeng X. Influence of processing parameters on selective laser melted SiCp/AlSi10Mg composites: Densification, microstructure and mechanical properties // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 764. P. 138–155.
Yuan P., Gu D., Dai D. Particulate migration behavior and its mechanism during selective laser melting of TiC reinforced Al matrix nanocomposites // Mater. Desing. 2015. V. 82. P. 46–55.
Jue J., Gu D., Chang K., Dai D. Microstructure evolution and mechanical properties of Al–Al2O3 composites fabricated by selective laser melting // Powder Technoly. 2017. V. 310. P. 80–91.
Han Q., Setchi R., Lacan F., Gu D., Evans S.L. Selective laser melting of advanced Al–Al2O3 nanocomposites: Simulation, microstructure and mechanical properties // Mater. Sci. Eng. A. 2017.V. 698. P. 162–173.
Hu Z., Chen F., Hu J., Nian Q., Lin D., Chen C., Zhu X., Chen Y., Zhang M. 3D printing graphene-aluminum nanocomposities // J. Alloys Compounds. 2018. V. 746. P. 269–276.
Li X.P., Wanga X.J., Saunders M., Suvorova A., Zhang L.C., Liu Y.J., Fang M.H., Huang Z.H., Sercombe T.B. A selective laser melting and solution heat treatment refined Al–12Si alloy with a controllable ultrafine eutectic microstructure and 25% tensile ductility //Acta Mater. 2015. V. 95. P. 74–82.
Дынин Н.В., Иванова А.О., Хасиков Д.В., Оглодков М.С. Селективное лазерное сплавление алюминиевых сплавов // Электронный научный журн. Труды ВИАМ. 2017. № 8(56). С. 12–23.
Galy C., Le Guen E., Lacoste E., Arvieu C. Main defects observed in aluminum alloy parts produced by SLM: From causes to consequences // Additive Manufacturing. 2018. V. 22. P. 165–175.
Carter L.N., Martin C., Withers P.J., Attallah M.M. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy // J. Alloy Comp. 2014. V. 615. P. 338–472.
Khairallah S.A., Anderson A.T., Rubenchik A., King W.E. Laser powder-bed fusion additive manufacturing: Physics of complex melt flow and formation mechanisms of pores, spatter, and denudation zones // Acta Mater. 2016. V. 108. P. 36–45.
Zhang H., Zhu H., Qi T., Zhiheng H., Zeng X. Selective laser melting of high strength Al–Cu–Mg alloys: Processing, microstructure and mechanical properties // Mater. Sci. & Eng. A. 2016. V. 656. P. 47–54.
Бродова И.Г., Кленов А.И., Ширинкина И.Г., Смирнов Е.Б., Орлова Н.Ю. Структура и механические свойства сплава Al–Cu–Mg–Si, полученного селективным лазерным сплавлением // ФММ. 2021. Т. 122. № 12. С. 1309–1316.
Savio G., Rosso S., Meneghello R., Concheri G. Geometric modeling of cellular materials for additive manufacturing in biomedical field: a review // Appl. Bionics and Biomechanics. 2018. № 3. P. 1–14.
Дьяченко С.В., Лебедев Л.А., Сычев М.М., Нефедова Л.А. Физико-механические свойства модельного материала с топологией трижды периодических поверхностей минимальной энергии типа гироид в форме куба // Журн. техн. физики. 2018. Т. 88. В. 7. С. 1014–1017.
Yadroitsev I., Smurov I. Selective laser melting technology: from single laser melted track stability to 3D parts of complex shape// Phys. Procedia. 2010. № 5. P. 551–560.
Galy C., Le Guen E., Lacoste E., Arvieu C. Main defects observed in aluminum alloy parts produced by SLM: From causes to consequences // Additive Manufacturing. 2018. V. 22. P. 165–175.
Kimura T. Effect of silicon content on densification, mechanical and thermal properties of Al–xSi binary alloys fabricated using selective laser melting // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 682. P. 593–602.
Yasa E., Kruth J. Application of laser re-melting on selective laser melting parts // Advances in Production Eng. Management. 2011. V. 6. № 4. P. 259–270.
Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. М.: “МИР”, 1967. 154 с.
Мондельфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: МЕТАЛЛУРГИЯ, 1979. 639 с.