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

Ю. Д. Щицын, профессор, заведующий кафедрой «Сварочное производство, метрология и технология материалов» (СПМТМ), докт. техн. наук, эл. почта: schicin@pstu.ru
Е. А. Кривоносова, профессор кафедры СПМТМ, докт. техн. наук, эл. почта: katerinakkkkk@mail.ru
Т. В. Ольшанская, доцент кафедры СПМТМ, докт. техн. наук, эл. почта: tvo66@mail.ru
Р. Г. Никулин, аспирант кафедры СПМТМ, эл. почта: nikromonger.ro@gmail.com

Разработка новых технологий изготовления изделий из магниевых сплавов, обеспечивающих улучшенные эксплуатационные характеристики и высокие экономические показатели, является актуальной задачей. Представлены результаты исследования аддитивного формирования изделий из высокопрочного легкого сплава МА5 системы магний – алюминий – марганец – цинк с использованием плазменной наплавки (ПН) током обратной полярности. ПН током обратной полярности обеспечивает очистку поверхности предыдущего слоя от загрязнений за счет эффекта катодного распыления, хорошее смачивание и растекание жидкого металла при минимальном нагреве поверхности. При этом обеспечивается получение слоистых материалов с благоприятной структурой без внутренних дефектов. Проведенные исследования показали, что метод послойного синтеза с применением ПН позволяет использовать деформируемые магниевые сплавы для получения изделий заданной формы. Установлено, что ПН обеспечивает относительную стабильность структурного и фазового состава материала предшествующих слоев под воздействием термических циклов, последующих по мере формирования заготовки. Зафиксировано незначительное увеличение размера упрочняющих и избыточных фаз. Установлено, что дисперсность структуры наплавленных слоев существенно выше, чем для литых и термообработанных структур металла традиционных технологий, размер зерна не превышает 5–15 мкм; твердость наплавленного материала МА5 существенно превосходит как твердость отливок (в 2–3 раза), так и твердость термообработанного магниевого сплава — в 1,5 раза.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, заявка РНФ № 21-19-00715 от 10.11.2020 «Управ ление микроструктурой, прочностью, остаточными напряжениями и искажениями геометрии при гибридном аддитивном про из водстве».

1. Щицын Ю. Д., Кривоносова Е. А., Ольшанская Т. В., Неулыбин С. Д. Формирование структуры и свойств сплава системы алюминий – магний – скандий в аддитивных технологиях плазменной наплавки с послойным деформационным упрочнением // Цветные металлы. 2020. № 2. С. 89–94. DOI: 10.17580/tsm.2020.02.12.
2. Chen L., He Y., Yang Y., Niu S., Ren H. The research status and development trend of additive manufacturing technology // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 89. Р. 3651–3660. DOI: 10.1007/s00170-016-9335-4.
3. Williams S. W., Martina F., Addison A. C., Ding J., Pardal G. et al. Wire arc additive manufacturing // Materials Science and Technology. 2015. Vol. 32, Iss. 7. Р. 641–647.
4. Ding D. H., Pan Z. X., Cuiuri D., Li H. J. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 81, Iss. 4. P. 465–481.
5. Осколков А. А., Матвеев Е. В., Безукладников И. И., Трушников Д. Н., Кротова Е. Л. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20, № 3. С. 90–105.
6. Savchenkov S. A., Bazhin V. Yu., Brichkin V. N., Kosov Ya. I., Ugolkov V. L. Production Features of Magnesium-Neodymium Master Alloy Synthesi // Metallurgist. 2019. Vol. 63, Iss. 3-4. P. 394–402.
7. Jhavar S., Jain N. K., Paul С. P. Development of micro-plasma transferred arc (p-PTA) wire deposition process for additive layer manufacturing applications // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214, Iss. 5. P. 1102–1110.
8. Ahsan M. N., Pinkerton A., Ali Ali Labeeb. A comparison of laser additive manufacturing using gas and plasma-atomized Ti – 6Al – 4V powders / Innovative Developments in Virtual and Physical Prototyping. — London : Taylor & Francis Group, 2012. — Р. 625– 633.
9. Щицын В. Ю., Гайдар С. М., Щицын Ю. Д., Кастелл Э. С. Формирование свойств рабочих поверхностей ответственных изделий плазменной наплавкой и поверхностной термообработкой током обратной полярности // Технология металлов. 2018. № 5. С. 22–28.
10. Shchitsyn V. Yu., Gaidar S. M., Shchitsyn Yu. D., Kastell E. S. Formation of the properties of the working surfaces of Important parts by plasma surfacing and surface heat treatment by a reversed-polarity current // Russian Metallurgy (Metally). 2018. Vol. 2018, Iss. 13. P. 1296–1300.
11. Krivonosova E. A., Schitsin Yu. D., Trushnikov D. N., Myshkina A. V., Akulova S. N. et al. Structure formation of high-temperature alloy by plasma, laser and TIG surfacing // Journal of Physics: Conference Series 2018. 2018. Vol. 1089. 012019. — 10 p.
12. Колтыгин А. В., Баженов В. Е. Структура и свойства магниевого сплава МЛ10 (NZ30K), используемого в качестве шихты для производства отливок // Цветные металлы. 2017. № 7. С. 68–72. DOI: 10.17580/tsm.2017/07/11.
13. Belov V. D., Koltygin A. V., Belov N. A., Plisetskaya I. V. Innovations in cast magnesium alloys // Metallurgist. 2010. Vol. 54, Iss. 5-6. P. 317–321.
14. Серебряный В. Н., Шамрай В. Ф. Исследования текстурированных материалов в лаборатории кристаллоструктурных исследований ИМЕТ РАН. Часть II. Текстуры материалов из магниевых сплавов // Цветные металлы. 2011. № 5. С. 65–73.

15. Волкова Е. Ф., Дуюнова В. А., Иода Е. Н., Пантелеев М. Д. Особенности свариваемости нового деформируемого магниевого сплава ВМД16 // Сварочное производство. 2017. № 6. С. 3–11.
16. Рохлин Л. Л. Актуальные проблемы металловедения и применения магниевых сплавов // Цветные металлы. 2006. № 5. С. 62–66.
17. Дуюнова В. А., Козлов И. А., Кузнецова В. А., Козлова А. А. Влияние эксплуатационных нагревов на защитные свойства покрытий для магниевого сплава МЛ10 // Цветные металлы. 2019. № 3. С. 51–57. DOI: 10.17580/tsm.2019.03.07.
18. Елкин Ф. М. Деформируемые магниевые сплавы: современное состояние и перспективы // Технология легких сплавов. 2009. № 3. С. 9–20.
19. Yin D. D., Wang Q. D., Gao Y. et al. Effects of heat treatments on microstructure and mechanical properties of Mg – 11Y – 5Gd – 2Zn – 0,5Zr (wt. %) alloy // Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509, Iss. 5. P. 1696–1704.
20. Машталяр Д. В., Синебрюхов С. Л., Имшинецкий И. М., Гнеденков С. В. Покрытия, формируемые на сплаве магния МА8 методом плазменного электролитического оксидирования в дисперсных электролитах с наночастицами нитрида титана // Цветные металлы. 2017. № 1. С. 70–76. DOI: 10.17580/tsm.2017.01.12.
21. Шаломеев Д. К. Влияние РЗМ на морфологию и топологию интерметаллидной фазы в магниевых сплавах // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2014. № 1. С. 11–15.
22. Logesh K., Bupesh Raja V. K. Evaluation of mechanical properties of Mg – Al layered double hydroxide as a filler in epoxybased FML composites // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 104, Iss. 9-12. P. 3267–3285.
23. Zhang X., Cao Z. Pulsed Nd:YAG laser spot welding of an AZ31 magnesium alloy // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 104, Iss. 5-8. P. 3053–3063.
24. Kumar Mishra A., Kumar A. Modelling of SLM additive manufacturing for magnesium alloy / Precision productprocess design and optimization. Part of the lecture notes on multidisciplinary industrial engineering book series (LNMUINEN). 2018. P. 123–140.
25. Wimpenny D. I., Pandey P. M., Jyothish Kumar L. Advances in 3D printing & additive manufacturing technologies // Springer Science+Business Media Singapore 2017. — 185 р. DOI: 10.1007/978-981-10-0812-2.
26. ГОСТ 14957–76. Сплавы магниевые деформируемые. Марки. — Введ. 01.01.1978.
27. ГОСТ 7727–81. Сплавы алюминиевые. Методы спектрального анализа. — Введ. 01.07.1982.
28. ОСТ 1-9060–85. Магниевые сплавы, отливные и песчаные формы. Определение микроструктуры. — Введ. 01.01.1986.