Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 2 2020 119 MATERIAL SCIENCE Введение Алюминиевая бронза является распростра - ненным конструкционным сплавом , который чаще всего используют в качестве коррозионно - стойкого и / или износостойкого материала для изготовления изделий , работающих в морской воде , водоснабжении и нефтехимии . Для полу - чения сплавов системы Cu-Al традиционно при - меняются технологии порошковой металлургии [1] и дуговой плавки [2]. Эти технологии имеют существенные ограничения по геометрической форме получаемых изделий . Для обеспечения ресурсоэффективности при изготовлении дета - лей требуется разработка новых методов про - изводства . К таким относятся современные аддитивные технологии , совмещающие в себе принципы локальной нестационарной метал - лургии и высокопроизводительное оборудова - ние с числовым программным обеспечением . Известно , что для получения медных сплавов могут применяться технологии , использующие энергию дугового , лазерного и электронно - луче - вого источников [3]. Однако все они накладыва - ют на производственный процесс свои ограни - чения . Технологии селективного лазерного плав - ления или спекания чаще используют для фор - мирования покрытий из никель - алюминиевых бронз , чем для получения объемных трехмерных изделий [4–9]. Одной из наиболее существен - ных проблем при использовании этих техноло - гий является межслойное окисление материала в процессе печати из - за высокой реакционной способности порошков , в связи с чем снижается качество напечатанного изделия . Для получения объемных изделий из алю - миниевой бронзы , содержащей железо , никель и марганец в качестве дополнительных легиру - ющих элементов чаще всего применяют прово - лочную электродуговую технологию аддитив - ного производства [10–15]. К проблемам данной технологии можно отнести структурную неод - нородность и межслойное окисление , что значи - тельно влияет на механические свойства и экс - плуатационные характеристики напечатанных изделий . В настоящее время известна только одна ра - бота по формированию алюминиевой бронзы методом электронно - лучевого аддитивного про - изводства [16]. В этой работе авторы использо - вали микропорошки меди и алюминия в соот - ношении 3,65 : 1 соответственно . В результате были получены различные структурные состоя - ния в напечатанном материале : крупные кристал - лы α - твердого раствора меди (Cu с 19 ат .%Al), метастабильная β - фаза (Cu с 25 ат .% Al), об - ласти эвтектоидов , состоящие из γ 1 - фазы (Cu с 30 ат .% Al) и ламелей (Cu с 19 ат .% Al). По - лученный сплав имеет хорошую прочность ( σ в = 486,5 МПа ), но очень низкую пластичность ( относительное удлинение 3,2 %). Кроме того , авторы отмечают небольшую анизотропию в прочности и пластичности , выявленную при ис - пытании материала в продольном и поперечном направлении относительно направления печати . Важной проблемой получения объемных из - делий из большинства конструкционных сплавов является формирование дендритной структуры . Форма и размеры дендритов , а также связанное с ними образование вторичных фаз могут оказы - вать влияние на прочность и эксплуатационные свойства изделий , что ранее было установлено в ряде работ на примере аустенитной коррози - онно - стойкой стали [17–19]. Следовательно , для разработки современной технологии аддитив - ного производства требуется всестороннее из - учение особенностей формирования структур - но - фазового состава в напечатанном изделии и установление взаимосвязи структура – свойства . Целью данной работы является исследова - ние структуры и механических свойств алюми - ниевой бронзы , полученной методом электрон - но - лучевого аддитивного производства . Методика исследований Печать осуществлялась на лабораторной установке ( рис . 1, а , б ), разработанной и изго - товленной в ИФПМ СО РАН [6]. Для получения образцов использовалась проволока алюмини - евой бронзы , содержащая 7,5 вес .% алюминия . В качестве подложек использовалась сталь 12 Х 18 Н 10 Т . Для проведения структурных ис - следований были напечатаны плоские стенки ( рис . 1, в , г ) длиной ~90 мм , высотой ~38 мм и толщиной ~5 мм . Режимы печати представлены в таблице . Схема вырезки образцов для проведе - ния экспериментальных исследований показана на рис . 2.