Технология ПНИПУ повысит эксплуатационные характеристики 3D-печатных металлических изделий

3D-печать методом дугового наплавления металлической проволоки — наиболее доступный и наименее затратный способ получения слоистых металлических конструкций. Ученые Пермский национальный исследовательский политехнический университет предложили технологию изготовления изделий, когда одновременно с 3D-печатью формируется химический состав материала и его структуры. Исследование позволит формировать ранее недостижимые конечные свойства изделий.

Развитие современной промышленности предъявляет все большие требования к уровню свойств материалов. Для изготовления изделий различного назначения, таких как силовые кронштейны, завихрители воздуха в автомобилях, все чаще применяют сплавы из высоколегированных сталей и специальных конструкционных сплавов. Применение слоистых материалов может повысить их эксплуатационные характеристики, однако их получение обычно сложное и дорогое.

Известные способы получения слоистых и композиционных металлических материалов имеют свои преимущества и недостатки. К общим недостаткам относятся высокая трудоемкость и стоимость получения изделий, использование дорогого и труднодоступного оборудования. Оптимальным методом получения таких материалов является аддитивное послойное выращивание с помощью проволочно-дуговой наплавки.

Для повышения механических характеристик стали в ее состав вводят легирующие добавки, например хром, титан, кремний, марганец, никель. Легированная сталь может сочетать различные свойства, например стойкость к коррозии, прочность, пластичность. Политехники предлагают формировать химический состав металлических изделий во время 3D-печати разными сталями, сообщает пресс-служба вуза на сайте Naked Science.

Ученые провели эксперимент с двумя материалами — 307 Lsi и 30ХГСА, которые отличаются системами легирования, большим содержанием углерода и достаточным количеством хрома. Это повышает стойкость к коррозии и твердость, не дает металлу разрушаться при высоких температурах. Такие стали используются в разных отраслях промышленности, в том числе авиа- и машиностроении.

Эксперимент заключался в наплавлении двух металлических стенок выбранными материалами двумя разными методами. Первую стенку ученые получили путем двухдугового наплавления с равными пропорциями материалов. Два электрода из двух видов сталей одновременно наплавляли изделие при регулируемой подаче. Вторую стенку изготовили с помощью однодугового попеременного наплавления каждого из материалов в равных пропорциях.

«Для детального рассмотрения мы изучили структуру и свойства полученных образцов. На стенке, наплавленной при первом режиме, наблюдается монолитная однородная структура без ярко выраженных границ между материалами, на втором образце данная граница хорошо отслеживается. Средний химический состав образцов также значительно отличается», — рассказал научный руководитель лаборатории методов создания и проектирования систем «материал-технология-конструкция» ПНИПУ Сергей Неулыбин.

Для оценки влияния разных технологий наплавления на прочностные характеристики образцов политехники провели механические испытания. Выяснилось, что наплавленный двухдуговым методом материал обладает более высокой прочностью, чем образец, полученный послойной наплавкой. Прочность изделия на двадцать пять процентов выше стандартных значений прочности для стали марки 30ХГСА.

Поперечные срезы образцов

Технология позволит создавать металлические изделия с улучшенными эксплуатационными характеристиками. В машиностроительной промышленности предложенный метод поможет изготавливать детали из высоколегированных сталей со всеми необходимыми свойствами — высокой прочностью, устойчивостью к коррозии, пластичностью, твердостью.

Исследование выполнено на грант Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Russian Engineering Research.

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.