Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ), Пермь, Россия:

Ю. Д. Щицын, профессор, зав. каф. «Сварочное производство, метрология и технология материалов»
(СПМТМ), докт. техн. наук, эл. почта: schicin@pstu.ru
Е. А. Кривоносова, профессор каф. СПМТМ, докт. техн. наук, эл. почта: katerinakkkkk@mail.ru
Т. В. Ольшанская, доцент каф. СПМТМ, докт. техн. наук, эл. почта: tvo66@mail.ru
С. Д. Неулыбин, инженер каф. СПМТМ, канд. техн. наук, эл. почта: sn-1991@mail.ru

Исследованы основные закономерности форми рования структуры и свойств высокопрочного легкого сплава 1580 системы алюминий – магний – скандий в гибридной технологии аддитивного производства с использованием плазменной наплавки. Установлено, что послойная плазменная наплавка током обратной полярности обеспечивает получение наплавленного металла без внутренних дефектов с сочетанием высоких прочностных и вязкопластических характеристик. Исследован упрочняющий эффект послойного ударного деформационного воздействия проковкой при последовательном послойном наращивания изделия плазменным наплавлением. Выявлено влияние послойного ударного деформационного воздействия проковкой на структуру и свойства металла при аддитивном формировании изделия плазменной наплавкой. Показано различие структуры металла в нижних, близких к подложке, и верхних слоях наплавленного металла, установлено, что ударная послойная деформационная обработка при аддитивной плазменной наплавке снижает тенденции к усиленному росту зерна под воздействием повторных термических циклов наплавки, способствует измельчению зерна в 1,5–2 раза. Выявлено, что применение послойного деформационного воздействия на слои приводит к улучшению фазового состава алюминиевого сплава и снижению структурной неоднородности: препятствует преимущественной локализации упрочняющей β-фазы на границах слоев и подавляет эффект коагуляции интерметаллидных фаз Al₃(Sc_{1 – х}Zr_х). Установлено, что прочностные пределы наплавок находятся на уровне свойств литого алюминиевого сплава, уступая деформированному; пластичность наплавленного металла существенно превосходит пластичность отливок в 2–3 раза, пластичность отожженных прокатанных полуфабрикатов — в 1,5 раза.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках базовой части государственного задания (проект № 9.9697.2017/8.9), Правительства Пермского края, Министерства образования и науки Пермского края в рамках соглашения С-26/795 от 21.12.2017.

1. Елагин В. И., Захаров В. В., Ростова Т. Д., Филатов Ю. А. Разработка перспективных алюминиевых сплавов, легированных скандием : в кн. Перспективные технологии легких и специальных сплавов. — М. : Физматлит, 2006. — 432 с.
2. Дриц М. Е., Торопова Л. С., Быков Ю. Г., Елагин В. И., Филатов Ю. А. Структура и свойства сплавов Al – Sc и Al – Mg – Sc / в сб: Металлургия и металловедение цветных сплавов. — М. : Наука, 1982. С. 213–223.
3. Smirnov A. S., Konovalov A. V., Pushin V. G., Uksusni kov A. N., Zvonkov A. A. et al. Peculiarities of the Rheological Behavior for the Al – Mg – Sc – Zr Alloy Under High-Temperature Deformation // Journal of Materials Engineering and Performance. 2014. Vol. 23, No. 12. P. 4271–4277.
4. Fuller C. B., Seidman D. N. Temporal evolution of the nanostructure of Al(Sc,Zr) alloys: Part II-coarsening of Al₃(Sc_{1 – x}Zr_x) precipitates // Acta Materialia. 2005. Vol. 53, Iss. 20. P. 5415–5428.
5. Яшин В. В., Арышенский В. Ю., Латушкин И. А., Тептерев М. С. Обоснование технологии изготовления плоского проката из алюминиевых сплавов системы Al – Mg – Sc для аэрокосмической промышленности // Цветные металлы. 2018. № 7. С. 75–82.
6. Belov N. A., Batyshev K. A., Doroshenko V. V. Microstructure and phase composition of the eutectic Al – Ca alloy, additionally alloyed with small additives of zirconium, scandium and manganese // Non-ferrous Metals. 2017 No. 2 Р. 49–54.
7. Shcitsyn Yu. D., Shcitsyn V. Yu., Herold H., Weingart W. Plasma welding of aluminium alloys // Welding International. 2003. Vol. 17, Iss. 10. P. 825–832.
8. Щицын Ю. Д., Косолапов О. А., Щицын В. Ю. Возможности плазменной обработки металлов током обратной полярности // Сварка и Диагностика. 2009. № 2. С. 42–45.
9. Shitsyn Yu. D., Belinin D. S., Neulybin S. D. Plasma Surfacing Of High-Alloy Steel 10Cr18Ni8Ti On Low-Alloy Steel 09Mg2Si // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Vol. 10, No. 20. P. 41103–41109.
10. Корягин Ю. Д., Ильин С. И. Особенности рекристаллизации деформируемых алюминий-магниевых сплавов со скандием // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2017. Т. 17. C. 65–72.
11. Баранов В. Н., Сидельников С. Б., Безруких А. И., Зенкин Е. Ю. Исследование режимов прокатки и механиче ских свойств холоднокатаных, отожженных и сварных полуфабрикатов из опытных сплавов системы Al – Mg, экономнолегирован ных скандием // Цветные металлы. 2017. № 9. С. 91–96.
12. Martina F., Williams S. W., Colegrove P. A., Meyer J. Microstructure of interpass rolling wire + arc additive manufacturing Ti – 6Al – 4V components // Metallurgical and Materials Transactions A. 2015. Vol. 46, Iss. 12. P. 6103–6118.
13. Панин В. Е., Каблов Е. Н., Плешанов В. С., Клименов В. А., Иванов В. Ю. и др. Влияние ультразвуковой ударной обработки на структуру и сопротивление усталости сварных соединений высокопрочной стали ВКС-12 // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9. № 2. С. 85–96.

14. Кныш В. В., Соловей С. А., Кузменко А. З. Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой // Автоматическая сварка. 2014. № 1. С. 46–49.
15. Lu J. Z., Luo K. Y., Zhang Y. K. et al. Grain refinement mechanism of multiple laser shock processing impacts on ANSI 304 stainless steel // Acta Materialia. 2010. Vol. 58, No. 16. P. 5354–5362.
16. Яшин В. В., Кабанов А. С., Арышенский Е. В., Латушкин И. А. Влияние микролегирования алюминиевого сплава АМг5 переходными металлами (Sc, Zr, Nb) на структуру литой заготовки // Цветные металлы. 2019. № 2. С. 56–61.
17. Якивьюк О. В., Баранов В. Н., Сидельников С. Б., Зенкин Ю. А., Безруких А. И. и др. Исследование механических свойств полуфабрикатов из алюминиево-скандиевого сплава // Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 1. С. 147–153.
18. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
19. ГОСТ 7727–81. Сплавы алюминиевые. Методы спектрального анализа. — Введ. 01.07.1982.