Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 4 2019 97 MATERIAL SCIENCE Рис. 1. Схемы процессов получения образцов системы «медь-алюминий»: а – методом фрикционной перемшивающей обработки; б – методом сварки трением с перемешиванием; в – ме- тодом электронно-лучевой аддитивной технологии; 1 – градиентная зона 3D-печати; 2 – общая высота образца; EB – электронный пучок; F z – осевое усилие при сварке и обработке; ω – скорость вращения инструмента; V x – ско- рость подачи заготовки при сварке Fig. 1. Schemes of processes for obtaining «copper- aluminum» system: а – samples by friction stir processing; б – friction stir welding; в – electron-beam additive manufacturing; 1 – 3D-printing gradient zone; 2 – total sample height; EB – electronic beam; F z – axial welding and processing force; ω – tool rotation speed; V x – workpiece feed rate during welding инструмента к заготовке) подбирались опытным путем соответственно геометрии рабочей части инструмента. Толщина свариваемых пластин составляла 3 мм, накладной пластины 1 мм. На- кладная технологическая пластина из алюмини- евого сплава располагалась поверх свариваемых пластин для стабилизации процесса сварки мед- ного и алюминиевого сплава. Аддитивное получение образцов из алю- миниевого сплава AA5056 и меди C11000 про- изводилось на экспериментальной установке в ИФПМ СО РАН при помощи двух податчиков проволочного филамента поочередно в последо- вательности «алюминий–медь» (рис. 1, в ). Зна- а б в чения параметров процесса печати (сила тока пучка и скорость подачи проволоки) определя- ли эмпирическим путем. Ускоряющее напряже- ние составляло 30 кВ, развертка пучка – эллипс. Средняя толщина слоя находится в пределах 0,8…1,5 мм. Толщина использованных проволок составляла 1,2 мм. Толщина полученных образ- цов в форме «стенок» составляла от 6 до 8 мм, высота 30…50 мм. В качестве подложки была использована аустенитная сталь 321, листовой прокат толщиной 10 мм. Микроструктура образцов полиметаллов ис- следовалась на вырезанных электроискровым методом в поперечном сечении образцах с ис- пользованием растровой и оптической микро- скопии. РЭМ-исследования проводились при помощи растрового электронного микроско- па Semtrac mini и микроскопа Zeiss LEO EVO 50 в режиме обратно рассеянных электронов. Химический состав различных структурных составляющих определяли с помощью микро- рентгеноспектрального анализа на растровом электронном микроскопе. Оптическую микро- скопию проводили на металлографическом ми- кроскопе АЛЬТАМИ МЕТ 1С и конфокальном микроскопе Olympus LEXT 4100, микротвердость измерялась на микротвердомере Duramin 5. Результаты и их обсуждение При сварке трением с перемешиванием алюминиевого сплава AA1050 и меди C11000 в зоне перемешивания формируется слож- но организованная структура, представляю- щая собой смесь чередующихся слоев меди и алюминия с общим для зоны перемешивания кольцевым строением (рис. 2). Пунктирными линиями разделены характерные структурные зоны СТП соединения: зона перемешивания 1 , зона термомеханического воздействия 2 , зона термического влияния 3 и основной металл 4 . Размер зерна в основном металле сплава АА1050 составляет 74,71 ± 7,93 мкм, в зоне перемешивания 2,38 ± 0,80 мкм. В зоне перемешивания на макроуровне на- блюдаются ламели меди, замешанные в алюми- ниевый сплав и образующие так называемую «луковичную» структуру. Зоны термического и термомеханического влияния у меди меньше, так как теплопроводность меди выше, чем у