Многоцикловая усталость при растяжении и кручении алюминиевого сплава AlSi10Mg, полученного методом селективного лазерного сплавления

Автор: Ильиных А.В., Паньков А.М., Лыкова А.В.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 4, 2024 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты циклических и статических механических испытаний на растяжение и кручение образцов, выращенных в разных направлениях методом селективного лазерного сплавления из алюминиевого порошка АСП35. Представлены результаты макро- и микроструктурных исследований полученного аддитивного алюминиевого сплава AlSi10Mg. Показано, что в массиве наплавленного алюминиевого сплава присутствуют поры различных размеров и несплавленные частицы алюминиевого порошка. Образцы для испытаний на кручение и растяжение были изготовлены из выращенных цилиндрических заготовок методом механической обработки. Для циклических испытаний на растяжение была выбрана корсетная форма рабочей части образца вследствие высокой чувствительности полученного сплава AlSi10Mg к концентрации напряжений. Испытания на усталость при кручении проводились на образцах с цилиндрической рабочей частью. Проведены серии циклических испытаний при растяжении и кручении в области многоцикловой усталости в режиме мягкого нагружения при симметричном цикле напряжений. Построены кривые усталости при растяжении и кручении для разных ориентаций выращенных образцов. Проведено сопоставление значений коэффициентов анизотропии механических свойств при усталостном растяжении и кручении и коэффициентов анизотропии при статических испытаниях на растяжение и кручение. Обнаружено, что при циклическом кручении коэффициент анизотропии свойств имеет наибольшее значение, чем при статических испытаниях и циклических испытаниях при растяжении. По результатам циклических испытаний на растяжение определен предел выносливости рассматриваемого алюминиевого сплава для всех направлений выращивания образцов. Осуществлен анализ поверхностей излома образцов после циклических испытаний на растяжение. Показано, что на циклическую долговечность наибольшее влияние оказывают дефекты в виде пор и нерасплавленных частиц алюминиевого порошка.

Еще

Многоцикловая усталость, аддитивные технологии, алюминиевый сплав, селективное лазерное сплавление, растяжение, кручение, коэффициент анизотропии свойств

Короткий адрес: https://sciup.org/146283043

IDR: 146283043 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.4.02

Список литературы Многоцикловая усталость при растяжении и кручении алюминиевого сплава AlSi10Mg, полученного методом селективного лазерного сплавления

Определение критической плоскости и оценка усталостной долговечности при различных режимах циклического нагружения / И.С. Никитин, Н.Г. Бураго, А.Д. Никитин, В.Л. Якушев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2017. – № 4. – С. 238–252. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.4.15
Оценка усталостной долговечности и определение критической плоскости при многоосном циклическом нагружении с произвольным сдвигом фаз / Н.Г. Бураго, И.С. Никитин, А.Д. Никитин, Б.А. Стратула // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 3. – С. 27–36. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.3.03
Механическое поведение конструкционной стали ЭП517Ш при двухосной малоцикловой усталости в условиях нормальных и повышенных температур / Е.В. Ломакин, М.П. Третьяков, А.В. Ильиных, А.В. Лыкова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. –2019. – № 1. – С. 77–86. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.07
Malek, B. Fatigue behavior of 2618-T851 aluminum alloy under uniaxial and multiaxial loadings / B. Malek, C. Mabru, M. Chaussumier // Int. J. Fatigue. – 2022. – Vol. 131. – P. 105322. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2019.105322
Influence of additional static stresses on biaxial low-cycle fatigue of 2024 aluminum alloy / A.S. Yankin, A.V. Lykova, A.I. Mugatarov, V.E. Wildemann, A.V. Ilinykh // Fracture and Structural Integrity. – 2022. – Vol. 16, no. 62. – P. 180–193.
Selective laser sintering of metals in additive technologies / B.K. Igisenov, V.Е. Kasutin, А.V. Kreymer, К.V. Viblov // Bulletin of contemporary research. – 2018. – No. 4.2 (19). – P. 235–239.
Additive manufacturing of metals / D. Herzog, V. Seyda, E. Wycisk, C. Emmelmann // Acta Materialia. – 2016. – Vol. 117. – P. 371–392.
T. DebRoy, H. Wei, J. Zuback, T. Mukherjee, J. Elmer, J. Milewski, A. Beese, A. Wilson–Heid, A. De, W. Zhang // Progress in Materials Science. – 2018. – Vol. 92. – P. 112.
Sustainable 3D printing with recycled materials: a review / S. Lodha, B. Song, S.I. Park [et al.] // J Mech Sci Technol. – 2023. – Vol. 37. – P. 5481–5507. DOI: 10.1007/s12206-023-1001-9
Influence of the parameters of the selective laser melting process on the structure of the aluminum alloy of the system Al-Si-Mg / N.V. Dinin, A.V. Zavodov, M.S. Oglodkov, D.V. Hasikov // VIAM Proceedings. – 2017. – No. 10(58). – P. 1–14.
3D printing of high-strength aluminium alloys / J.H. Martin, B.D. Yahata, J.M. Hundley, J.A. Mayer, T.A. Schaedler, T.M. Pollock // Nature. – 2017. – Vol 5 4 9. – P. 365–379.
Environmental life cycle assessment of an automobile component fabricated by additive and conventional manufacturing / S. Ramadugu, S. Ledella, J. Gaduturi [et al.] // Int J Interact Des Manuf. – 2023. DOI: 10.1007/s12008-023-01532-0
Topology optimization of a gas-turbine engine part / R.N. Faskhutdinov, A.S. Dubrovskaya, K.A. Dongauzer, P.V. Maksimov, N.A. Trufanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – Intern. Conf. on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems. – 2017. – Vol. 177. – 5 p. DOI: 10.1088/1757-899X/177/1/012077
Fetisov, K.V. Topology optimization and laser additive manufacturing in design process of efficiency lightweight aerospace parts / K.V. Fetisov, P.V. Maksimov // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1015. – 5 р. DOI: 10.1088/1742-6596/1015/5/052006/meta
Ilinykh, A.V. Mechanical properties of AISI 321 steel obtained by selective laser melting / A.V. Ilinykh // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Aerospace engineering. – 2018. – No. 55. – P. 103–109.
Lewandowski, J.J. Metal Additive Manufacturing: A Review of Mechanical Properties / J.J. Lewandowski, M. Seifi // Annu. Rev. Mater. Res. – 2016. – Vol. 46. – P. 14.1–14.36.
Fatigue crack growth behavior of laser powder bed fusion additive manufactured Ti-6Al-4V: Roles of post heat treatment and build orientation / H.E. Ostergaard, X. Li, J.J. Kruzic // International Journal of Fatigue. – 2021. – Vol. 142. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105955
Паньков, А.М. Исследование зависимости механических характеристик SLM-образцов от направления выращивания / А.М. Паньков, А.В. Ильиных // Математическое Моделирование в Естественных Науках. – 2021. – № 1 – C. 355–357.
Anisotropy of additively manufactured AlSi10Mg: threads and surface integrity / R. Ullah, J.S. Akmal, S.V.A. Laakso [et al.] // Int J Adv Manuf Technol. – 2020. – Vol. 107. – P. 3645–3662. DOI: 10.1007/s00170-020-05243-8
Сбитнева, С.В. Некоторые особенности структуры алюминиевых сплавов, полученных методом селективного лазерного сплавления (обзор) / С.В. Сбитнева, Е.А. Лукина, И. Бенариеб // Труды ВИАМ. – 2023. – № 1 (119). – Ст. 06. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-1-69-83
Vladislavskaya, E.Yu. Investigation of the mechanical characteristics of samples made of maraging steel 08Kh18K9M5T, synthesized by selective laser melting / E.Yu. Vladislavskaya // Materials of the XV Russian Annual Conference of Young Researchers and Postgraduates "Physical Chemistry and Technology of Inorganic Materials". – M., 2018. – P. 38–39.
Расчетная оценка усталостной долговечности несущих конструкций карьерного самосвала на основе комплексного компьютерного моделирования процессов нагружения и накопления повреждений / А.В. Шмелев, Э.В. Лисовский,
С.А. Шляжко, П.С. Литвинюк, А.С. Хацкевич // Механика Машин, Механизмов и Материалов. – 2020 – № 1(50) – C. 33–44.
Феклистова, Е.В. Численное моделирование НДС стержневых конструкций, изготовленных на основе аддитивных технологий / Е.В. Феклистова, А.В. Ильиных // Математическое Моделирование в Естественных Науках. – 2021 – № 1 – C. 159–161.
Mahmoud, D. The influence of selective laser melting defects on the fatigue properties of Ti6Al4V porosity graded gyroids for bone implants / D. Mahmoud, K.S. Al-Rubaie, M.A. Elbestawi // International Journal of Mechanical Sciences. – 2021. – Vol. 193. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2020.106180
Чижик, С.А. Проектирование технологического оборудования для аддитивного и субтрактивного производства / С.А. Чижик, М.Л. Хейфец, Н.Л. Грецкий // Механика Машин, Механизмов и Материалов. – 2021 – № 1(54) – C. 54–61.
Defect-correlated fatigue resistance of additively manufactured al-Mg4.5Mn alloy with in situ micro-rolling / C. Xie, S. Wu, Y. Yu, H. Zhang, Y. Hu, M. Zhang, G. Wang // Journal of Materials Processing Technology. – 2021. – Vol. 291. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.117039.
Process parameters effect and porosity reduction on AlSi10Mg parts manufactured by selective laser melting / J.A.T. Rios, P. Zambrano-Robledo, J.D.T. Taborda [et al.] // Int J Adv Manuf Technol. – 2023. – Vol. 129. – P. 3341–3351. DOI: 10.1007/s00170-023-12521-8
Fischer, C. Lifetime assessment of the process-dependent material properties of additive manufactured AlSi10Mg under low-cycle fatigue loading / C. Fischer, Ch. Schweizer // MATEC Web of Conferences. – 2020. – Vol. 326. – P. 07003. DOI: 10.1051/matecconf/202032607003
Стрижевская, Н.О. Исследование свойств алюминиевого сплава AlSi10Mg при изготовлении детали типа «корпус» с применением SLM-технологии аддитивного производства / Н.О. Стрижевская, Д.А. Гневашев, О.А. Быценко // Технология металлов. – 2022. – № 10. – С. 9–19. DOI: 10.31044/1684-2499-2022-0-10-9-19
Predictive modeling of porosity in AlSi10Mg alloy fabricated by laser powder bed fusion: A comparative study with RSM, ANN, FL, and ANFIS / A.M. Babakan, M. Davoodi, M. Shafaie [et al.] // Int J Adv Manuf Technol. – 2023. – Vol. 129. – P. 1097–1108. DOI: 10.1007/s00170-023-12333-w
Influence of laser process on the porosity-related defects, microstructure and mechanical properties for selective laser melted AlSi10Mg alloy / Z. Luo, W. Tang, D. Li [et al.] // Int J Adv Manuf Technol. – 2023. – Vol. 124. – P. 281–296 DOI: 10.1007/s00170-022-10523-6
Demkovich, N.A. Application of numerical modeling systems in the implementation of new production technologies / N.A. Demkovich, I.A. Volkov, E.I Yablochnikov // Bulletin of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. – 2016. – No. 4-3. – P. 459–463.
Леонтьева, Ю.О. Анализ макро- и микрокартины изломов образцов из алюминиевых сплавов alsi10mg аддитивного производства и 1163АТВ листового проката, разрушенных при испытаниях на сопротивление усталости / Ю.О. Леонтьева // Роль фундаментальных исследований при реализации Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года: материалы VII Всероссийской научно-технической конференции, Москва, 28 июня 2021 года. – М.: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, 2021. – С. 131–148.
Anisotropy of mechanical properties and residual stress in additively manufactured 316l specimens / A. Fedorenko, B. Fedulov, Y. Kuzminova, S. Evlashin, O. Staroverov, M. Tretyakov, I. Akhatov // Materials. – 2021. – Vol. 14(23). DOI: 10.3390/ma14237176
Process parameter optimisation for selective laser melting of AlSi10Mg-316L multi-materials using machine learning method / H. Miao, F. Yusof, M.S.A. Karim [et al.] // Int J Adv Manuf Technol. – 2023. – Vol. 129. – P. 3093–3108. DOI: 10.1007/s00170-023-12489-5
Effect of supporting structure design on residual stresses in selective laser melting of AlSi10Mg / J. Xiaohui, Y. Chunbo, G. Honglan [et al.] // Int J Adv Manuf Technol. – 2022. – Vol. 118. – P. 1597–1608. DOI: 10.1007/s00170-021-08010-5
An approach to predict the residual stress and distortion during the selective laser melting of AlSi10Mg parts / L. Wang, X. Jiang, Y. Zhu [et al.] // Int J Adv Manuf Technol. – 2018. – Vol. 97. – P. 3535–3546. DOI: 10.1007/s00170-018-2207-3
Исследование влияния параметров процесса 3D-наплавки проволочных материалов на формирование остаточных деформаций / О.Ю. Сметанников, П.В. Максимов, Д.Н. Трушников, Г.Л. Пермяков, В.Я. Беленький, А.С. Фарберов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 2. – С. 181–194. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.2.15
Tensile and torsion tests of cylindrical specimens of aluminum alloy ASP35 obtained by the SLM method / A.V. Ilinykh, A.M. Pankov, E.M. Strungar, T.V. Tretyakova // Procedia Structural Integrity. – 2023. – Vol. 50. – P. 113–118. DOI: 10.1016/j.prostr.2023.10.029
Ильиных, А.В. Циклические испытания на кручение алюминиевого сплава АСП35, полученного методом селективного лазерного сплавления / А.В. Ильиных, А.М. Паньков, Е.М. Струнгарь // Актуальные вопросы машиноведения. – 2022. – Т. 11. – С. 254–256. – EDN ECIFFT.

Еще

Статья научная