Исследование ученых ПНИПУ и УУНиТ повысит качество 3D-печати титановыми сплавами

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и лаборатории многофункциональных материалов Уфимского университета науки и технологий (УУНиТ) нашли способ повысить прочностные характеристики 3D-печатных деталей из титана, получаемых методом дугового наплавления проволоки.

Одно- (a) и трехслойные (b) образцы после наплавления проволоки с ультрамелким зерном и трехслойный образец, полученный наплавлением обычной сварочной проволоки (c)

Использование аддитивных технологий позволяет снижать временные и производственные затраты на изготовление титановых деталей в сравнении с традиционными методами — ковкой, штампованием и литьем. Исследование пермских и уфимских ученых рассматривает повышение прочности деталей, получаемых по технологии 3D-печати методом дугового наплавления металлической проволоки (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM). Такие детали могут быть менее прочными, чем монолитные материалы, что объясняется неравномерным распределением зерен металла (дендритов).

«Предполагается, что при использовании сварочной проволоки со структурой с размером зерен менее одного микрометра готовый продукт тоже будет иметь повышенную прочность. Свойства расплавленного металла, как известно, определяются его исходным кристаллическим строением, в частности природой межатомных связей, которые сохраняются в жидком расплаве. То есть в процессе наплавки такой проволоки при быстром нагреве и охлаждении наплавленный материал наследует строение зерен и фаз проволоки. Чем меньше размер зерна в наплавленном материале, тем он становится прочнее», — рассказал декан механико-технологического факультета ПНИПУ, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения Михаил Песин.

Срезы одно- (a) и трехслойных (b) образцов из проволоки с ультрамелким зерном и трехслойного образца, полученного наплавлением обычной сварочной проволоки (с)

Ученые провели серию экспериментов по плазменному наплавлению титановой проволоки с добавлением алюминия и ванадия (Ti-6Al-4V) с ультрамелким зерном (Ultrafine Grade, UFG) и изучили структуру полученных образцов. Результаты эксперимента подтвердили исходную гипотезу: прочность образцов, полученных наплавлением такой проволоки, в среднем на двадцать процентов выше, чем при использовании обычной титановой сварочной проволоки.

Пока изготовление титановых деталей с помощью технологий металлической 3D-печати в промышленных масштабах затруднительно, но методы проволочного и порошкового наплавления уже применяются при ремонте сложных металлических изделий. Новые данные, полученные в ходе исследования, позволят повысить качество работ.

Оптическая микроскопия микроструктур обычной (a) и ультрамелкозернистой (b) проволоки из сплава Ti-6Al-4V, снимок среза проволоки с ультрамелким зерном под просвечивающим электронным микроскопом (с)

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования. Результаты опубликованы в журнале Materials. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.