Влияние источников нагрева, защитных газов на свойства материала при изготовлении авиационных деталей методом прямого выращивания

Abstract

RU: Исследование проводилось с целью определения, при каком источнике нагрева и с использованием какого защитного газа наплавленный материал будет иметь высшие значения физико-механических характеристик, оценки качества, размера и равномерности распределения наплавленных слоев, геометрии полученной поверхности. Методы исследования: методы изучения химического состава, структуры и свойств опытных сплавов; методы качественной и количественной оценки структурных составляющих, определения физико-механических и структурных свойств изучаемого материала. Объектом исследования выбран сплав AlSi5, выращенный с использованием двух параметров, влияющих на качество выращенного материала – источников нагрева: электродугового и сварочной дуги с холодным переносом металла (СМТ – Cold Metal Transition) в среде аргона и защитных газов – аргона и смеси аргон – гелий в соотношении 50/50 при выращивании методом электродуговой наплавки. Основными показателями свойств алюминиевого сплава, которые определялись в эксперименте, были выбраны : предел прочности (σв), предел текучести (σ0,2), относительное удлинение (δ). Результаты исследования: выявлено влияние источников нагрева на формирование поверхности наплавленных пластин; образцы, полученные методом плазменной наплавки, имеют выступание наплавленных слоев боковой поверхности на высоту до 1,5 мм; образцы, полученные методом электродуговой наплавки, как в среде аргона, так и в среде гелия имеют высоту до 0,3 мм. Анализ химического состава показал, что каждый источник нагрева позволил обеспечить химический состав готового изделия, соответствующий химическому составу изначального материала, однако процесс СМТ обеспечил наиболее точное распределение легирующих элементов. Физико-механические свойства пластин, полученных методом прямого выращивания, находятся примерно на одном уровне с материалами, которые были получены традиционными методами литья. Наивысшие значения механических свойств имеют образцы, полученные методом СМТ наплавки: σв =19 МПа; σ0,2 = 13 МПа; δ = 12 %, что можно объяснить более дисперсной структурой. Научная новизна исследования : выявлено влияние каждого источника нагрева на изменение физико-механических свойств, а также влияние защитного газа при электродуговой наплавке; выполнена оценка взаимозаменяемости данных процессов при изготовлении авиационных деталей методом прямого выращивания. Практическая значимость: исследование позволяет определить, какой источник нагрева целесообразней использовать для получения необходимых для конкретного технологического процесса.

UK: Дослідження проводилося з метою визначення, за яке джерело нагрівання та з використанням якого захисного газу наплавлений матеріал буде мати вищі значення фізико-механічних характеристик, оцінити якість, розмір і рівномірність розподілу наплавлених шарів, геометрію отриманої поверхні. Методи дослідження: методи вивчення хімічного складу, структури і властивостей дослыджуваних сплавів; методи якісного і кількісного оцінювання структурних складових; методи визначення фізико-механічних і структурних властивостей досліджуваного матеріалу. Об'єктом дослідження обрано сплав AlSi5, вирощений з використанням двох параметрів, які впливають на якість вирощеного матеріалу − джерел нагріву : електродугового і зварювальної дуги з холодним перенесенням металу (СМТ − Cold Metal Transition), в середовищі аргону та захисних газів − аргону і суміші аргон − гелій у співвідношенні 50/50 під час вирощування методом електродугового наплавлення. Основними показниками властивостей алюмінієвого сплаву, які визначалися в експерименті, були обрані: межа міцності (σв), межа плинності (σ0,2), відносне подовження (δ). Результати дослідження: виявлено вплив джерел нагріву на формування поверхні наплавлених пластин; зразки, отримані методом плазмового наплавлення, мають виступання наплавлених шарів бічної поверхні на висоту до 1,5 мм; зразки, отримані методом електродугового наплавлення, як у середовищі аргону, так і в середовищі гелію, мають висоту до 0,3 мм. Аналіз хімічного складу показав, що кожне з джерел нагріву дозволило забезпечити хімічний склад готового виробу, який відповідає хімічному складу початкового матеріалу, проте процес СМТ забезпечує найбільш точний розподіл легуючих елементів. Фізико-механічні властивості пластин, отриманих методом прямого вирощування, перебувають приблизно на одному рівні з матеріалами, які були отримані традиційними методами лиття. Найвищі значення механічних властивостей мають зразки, отримані методом СМТ наплавлення: σв = 19 МПа; σ0,2, = 13 МПа; δ = 12 %, що можна пояснити більш дисперсною структурою. Наукова новизна дослідження полягає у виявленні впливу кожного джерела нагріву на зміну фізико-механічних властивостей, а також виявлено вплив захисного газу за електродугового наплавлення. Проведено оцінювання взаємозамінності цих процесів під час виготовлення авіаційних деталей методом прямого вирощування. Практична значимість: дослідження дозволяє визначити, яке джерело нагріву доцільніше використовувати для конкретного технологічного процесу.

EN: The purpose of the research is to determine at what source of heating and with the use of which shielding gas the deposited material will have the highest values of physical and mechanical characteristics. It is necessary to assess the quality, size and uniformity of distribution of the deposited layers, the geometry of obtained surface. To perform the tasks set in this work, we applied the methods of research of the chemical composition, structure and properties of the experimental alloys. We used the methods of qualitative and quantitative assessment of structural components, the determination of physical, mechanical and structural properties of the material under study. The object of the study was the AlSi5 alloy grown using two parameters affecting the quality of the grown material - heat sources: electric arc and welding arc with cold metal transfer (CMT − Cold Metal Transition) in argon. The main indicators of the properties of the aluminum alloy, which were determined in the experiment, are following: tensile strength (σв), yield strength (σ0.2), elongation (δ). As a result of the research, it was revealed that the influence of heat sources on the formation of the surface of the deposited plates, the samples obtained by the method of plasma-jet facing have a protrusion of the deposited layers of the lateral surface to a height of 1.5 mm. Samples obtained by the method of electric arc welding both in argon and helium have a height of up to 0.3 mm. Analysis of the chemical composition showed that each source of heating made it possible to ensure the chemical composition of the finished product, corresponding to the chemical composition of the original material. The CMT process provided the most accurate distribution of alloying elements. The physicomechanical properties of the plates obtained by the direct growth method are approximately at the same level with the materials that were obtained by traditional casting methods. The highest values of mechanical properties have the samples obtained by the method of SMT facing: σв = 19 МPa; σ0.2, = 13 МPa; δ = 12 %, which can be explained by more dispersed structure. The scientific novelty of the research lies in the fact that the influence of each heat source on the change in the physical and mechanical properties was revealed. Effect of shielding gas during electric arc surfacing. The evaluation of the interchangeability of these processes in the manufacture of aircraft parts by the method of direct growth. The practical significance of the study allows us to determine which source of heating is more appropriate to use in order to obtain the necessary properties for a particular process.