Разработка алюминиевых сплавов для проволочной 3D печати

Актуальность
Технология Wire Arc Additive Manufacturing является одним из наиболее перспективных направлений аддитивного производства металлических изделий благодаря высокой производительности, низкой стоимости и возможности изготовления крупногабаритных деталей. При этом алюминиевые сплавы занимают ключевое место в авиационной и транспортной промышленности за счёт сочетания низкой плотности и высокой удельной прочности. Однако практическое внедрение WAAM для алюминиевых сплавов ограничено рядом нерешённых проблем: нестабильность структуры и свойств, высокая пористость, склонность к горячим трещинам и сильная зависимость качества от характеристик проволоки. Особенно остро стоит проблема разработки новых проволок, так как существующие сварочные материалы не оптимизированы под аддитивные процессы. Дополнительно показано, что даже при одинаковом химическом составе качество проволоки (в частности состояние поверхности) существенно влияет на уровень пористости изделий. В связи с этим актуальной является задача формирования у студентов компетенций в области разработки составов и технологий получения проволоки для WAAM, а также методов оценки её пригодности без проведения дорогостоящих полноразмерных экспериментов.
Проблема
Основная проблема заключается в отсутствии системного подхода к разработке алюминиевых сплавов и проволок, специально предназначенных для WAAM. Существующие материалы: – либо адаптированы из сварочных сплавов и не обеспечивают стабильные свойства, – либо требуют сложной и дорогостоящей переработки в проволоку, – либо демонстрируют высокую дефектность (поры, трещины, анизотропия свойств). Ключевые факторы проблемы: – зависимость пористости от качества проволоки и её поверхности, а не только состава – ограниченная свариваемость высокопрочных систем Al–Zn–Mg – отсутствие доступных методов предварительной оценки технологичности сплава без изготовления проволоки В образовательном процессе данная проблематика практически не представлена в виде прикладных задач, ориентированных на полный цикл — от идеи сплава до оценки его применимости в WAAM.
Цель
Формирование у студентов практических навыков разработки и первичной оценки алюминиевых сплавов для WAAM с получением экспериментально обоснованных рекомендаций по составу и технологии переработки в проволоку.
Задачи
1. Анализ современного состояния WAAM алюминиевых сплавов и выявление ключевых ограничений (пористость, трещинообразование, анизотропия свойств). 2. Выбор перспективных систем легирования (например, Al–Zn–Mg, Al–Cu, Al–Mg с добавками эвтектических элементов). 3. Проведение термодинамического и структурного анализа (в том числе расчётного) для оценки фазового состава и интервала кристаллизации. 4. Разработка экспериментальных составов сплавов. 5. Получение лабораторных слитков и их исследование (структура, склонность к дефектам). 6. Оценка технологичности сплавов: – склонность к горячим трещинам, – порообразование, – перерабатываемость давлением. 7. Формирование рекомендаций по получению проволоки и параметрам WAAM. 8. Подготовка научного отчёта и презентации результатов.
Результат
Для одного учебного года: 1. аналитический обзор по WAAM алюминиевых сплавов; 2. база данных перспективных составов; 3. 1–2 экспериментальных сплава с первичной оценкой технологичности; 4. рекомендации по дальнейшей разработке проволоки. Для долгосрочного проекта: 1. разработанный состав сплава, пригодный для получения проволоки; 2. обоснование параметров WAAM; 3. задел для научной публикации или НИР.
Партнёры проекта
—
***