Особенности формирования структуры бронз систем Cu-Al, Cu-Si-Mn и Cu-Al-Si при электронно-лучевом аддитивном производстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Хорошко Екатерина Сергеевна

• Хорошко Екатерина Сергеевна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Хорошко Екатерина Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

1. Обзор литературы

1.1. Медные сплавы систем Cu-Al, Cu-Si-Mn, Cu-Al-Si

1.2. Методы получения меди и медных сплавов с использованием технологий аддитивного производства

1.3. Методы управления структурным состоянием напечатанных изделий

2. Материалы и методы исследования

2.1. Материалы и методика электронно-лучевого аддитивного производства алюминиевых бронз

2.1.1. Материалы для проволочного электронно-лучевого аддитивного производства алюминиевой бронзы

2.1.2. Методика проволочного электронно-лучевого аддитивного производства алюминиевой бронзы

2.2. Материалы и методика комбинированного проволочного и порошкового электронно-лучевого аддитивного производства металломатричного композита на основе алюминиевой бронзы

2.2.1. Материалы для комбинированного проволочного и порошкового электроннолучевого аддитивного производства металломатричного композита на основе алюминиевой бронзы

2.2.2. Методика комбинированного проволочного и порошкового электронно-лучевого аддитивного производства металломатричного композита на основе алюминиевой бронзы

2.2.3. Структурные исследования

2.2.4. Механические испытания (растяжение)

2.2.5. Механические испытания (износ при трении скольжения)

2.2.6. Механические испытания (измерение микротвердости)

2.2.7. Испытания на коррозионную стойкость

2.2.8. Рентгеноструктурный анализ

3. Структура и механические свойства бронз, полученных методом электронно-лучевого аддитивного производства

3.1. Влияние режимов электронно-лучевого аддитивного производства на структуру и механические свойства алюминиевой бронзы системы Cu-Al

3.1.1. Формирование структуры в тонкостенных образцах алюминиевой бронзы системы Cu-Al

3.1.2. Механические свойства тонкостенных образцов алюминиевой бронзы системы Cu-Al

3.2. Влияние режимов электронно-лучевого аддитивного производства на структуру и механические свойства кремниевой бронзы системы Cu-Si-Mn

3.2.1. Формирование структуры в тонкостенных образцах кремниевой бронзы системы Cu-Si-Mn

3.2.2. Механические свойства тонкостенных образцов кремниевой бронзы системы Cu-Si-Mn

3.3. Влияние термической и механической обработки на структуру и механические свойства напечатанных образцов алюминиевой бронзы БрА7

3.4. Влияние термической и механической обработки на структуру и механические свойства напечатанных образцов алюминиевой бронзы БрКМц

3.5. Обобщение результатов исследования влияния режимов электронно-лучевого аддитивного производства на формирование структуры бронз систем Cu-Al и Cu-Si-Mn

3.6. Выводы по разделу

4. Разработка и исследование перспективных методов электронно-лучевого аддитивного производства медных сплавов систем Cu-Al, Cu-Al-Si, Cu-Si-Mn

4.1. Разработка и исследование метода деформационной обработки тонкостенных образцов из медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn

4.1.1. Методика деформационной обработки тонкостенных образцов из медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn

4.1.2. Влияние деформационной обработки на структуру и механические свойства тонкостенных образцов системы Cu-Al

4.1.3. Влияние деформационной обработки на структуру и механические свойства тонкостенных образцов системы Cu-Si-Mn

4.1.4. Условия формирования структуры тонкостенных изделий, напечатанных из сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn с применением метода послойной ударно-механической обработки

4.2. Исследование структуры и механических свойств медных сплавов систем CuAl, Cu-Al-Si, Cu-Al-Si-Mn, напечатанных с применением мультипроволочной электронно-лучевой технологии аддитивного производства

4.2.1. Особенности формирования структуры бронз систем Си-А1 и Си-Л1-Б1

4.3. Методика комбинированной проволочной и порошковой электронно-лучевой технологии аддитивного производства медных сплавов

4.4. Выводы по разделу

5. Исследование эксплуатационных свойств медных сплавов, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства

5.1. Коррозионные испытания медных сплавов, напечатанных методом электроннолучевого аддитивного производства

5.1.1. Особенности формирования питтинговой коррозии на поверхности напечатанных образцов

5.2. Трибологические испытания бронзы медных сплавов, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства

5.3. Трибологические испытания бронзы гетерогенных композитов СиЛ1-В4С, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства

5.4. Выводы по разделу

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности формирования структуры бронз систем Cu-Al, Cu-Si-Mn и Cu-Al-Si при электронно-лучевом аддитивном производстве»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современной промышленности широко внедряются разнообразные технологии аддитивного производства. Однако, для успешного их внедрения требуется разработать технологические рекомендации трехмерной печати объемных изделий для разнообразного круга конструкционных материалов, которые в настоящее время отсутствуют. Проволочная электронно-лучевая технология является одной из перспективных технологий аддитивного производства изделий из металлов и сплавов.

Медные сплавы систем Cu-Al, Cu-Si-Mn и Cu-Al-Si применяются во многих отраслях промышленности. Коррозионная стойкость и износостойкость позволяют использовать эти материалы в машиностроении (втулки, шестеренки, фланцы и т.п.), судостроении (гребные винты, элементы конструкций и механизмов, контактирующие с морской водой), нефтяной и нефтехимической промышленности (взрывобезопасный инструмент, коррозионностой-кая оснастка). Рассматриваемые сплавы являются дорогостоящими, и разработка технологий ресурсоэффективного производства изделий из них является актуальной задачей для современной промышленности. Аддитивное производство является перспективным способом получения готовых изделий, а также заготовок с минимальными затратами на материал. Таким образом, разработка технологий аддитивного производства медных сплавов является актуальной задачей.

Актуальность диссертационной работы подтверждается тем, что для выполнения работ получена поддержка Министерства науки и высшего образования Российской федерации (Государственная бюджетная программа исследований академических институтов РАН, Проект Ш.23.2.7. «Микро- и макроструктурный дизайн 3D металлических материалов с иерархически организованной многоуровневой структурой, формируемых методами нестационарной металлургии, с целью развития базовых принципов аддитивных технологий»), Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 19-38-90130 «Закономерности структурообразования медных сплавов в условиях нестационарной локальной металлургии при электронно-лучевом аддитивном производстве»), Федеральной целевой программы 14.610.21.0013 «Разработка и создание линейки промышленного роботизированного оборудования на основе мультипучковой электронно-лучевой технологии для высокопроизводительного аддитивного производства крупноразмерных металлических и полиметаллических деталей, узлов и конструкций для ключевых отраслей РФ», НШ-1174.2022.4 (соглашение 075-15-20220-797).

Степень разработанности темы исследования. Исследования и разработка технологий для электронно-лучевого аддитивного производства (далее - ЭЛАП) изделий из металлов и сплавов проводятся многими коллективами под руководством DebRoy Т., Taminger K.M., Murr L.E., Körner С., Колубаева Е.А. и др.

Большинство работ посвящены изучению влияния режимов электронно-лучевого аддитивного производства на структуру и свойства изделий при использовании порошковой технологии подачи филамента в зону печати. Проволочная технология печати является более экономичной и производительной по отношению к порошковой. Также большинство работ сосредоточены на получении изделий из титановых и жаропрочных сплавов, а также сталей. Исследования влияния условий печати на структуру и свойства медных сплавов представлены лишь в нескольких кратких работах и затрагивают только порошковую технологию ЭЛАП. Проволочная технология ЭЛАП медных сплавов до настоящего времени не была разработана и детально исследована.

Цель настоящей работы состоит в изучении закономерностей образования макро-и микроструктуры медных сплавов систем Cu-Al, Cu-Si-Mn и Cu-Al-Si, изготовленных в условиях нестационарной металлургии методом электронно-лучевого аддитивного производства, и способов повышения эксплуатационных свойств таких материалов.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Получить образцы медных сплавов систем Cu-Al, Cu-Si-Mn, Cu-Al-Si и гетерогенных композитов системы CuAl-B4C, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства.

2. Исследовать структуру и механические свойства тонкостенных образцов медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства.

3. Исследовать влияние термической и механической обработки на структуру и механические свойства тонкостенных образцов медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства.

4. Исследовать влияние режимов послойной ударно-механической обработки тонкостенных образцов медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства, на их структуру и механические свойства.

5. Исследовать структуру и механические свойства тонкостенных образцов медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Al-Si, напечатанных с использованием мультипроволочной технологии электронно-лучевого аддитивного производства.

6. Исследовать структуру и механические свойства гетерогенных композитов системы CuAl-B4C, напечатанных путем комбинирования проволочной и порошковой технологий электронно-лучевого аддитивного производства.

7. Исследовать эксплуатационные характеристики (коррозионную стойкость и износостойкость), напечатанных образцов.

Научная новизна.

1. Установлено, что ударно-механическая обработка изменяет структуру и механические свойства медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства.

2. Установлено, что мультипроволочная технология электронно-лучевого аддитивного производства позволяет управлять структурно-фазовым составом тонкостенных образцов медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Al-Si.

3. Установлено, что применение комбинированной проволочно-порошковой технологии электронно-лучевого аддитивного производства позволяет изготовить градиентные гетерогенные композиты CuAl-B4C, в которых градиент концентрации свойств зависит от условий диссоциации частиц карбидов.

Теоретическая значимость. Установленные закономерности формирования и эволюции структуры в процессе электронно-лучевой печати медных сплавов систем Cu-Al, Cu-Si-Mn и Cu-Al-Si расширяют представления об особенностях структурообразования сплавов в процессе аддитивного производства.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты о влиянии режимов электронно-лучевого аддитивного производства медных сплавов на структуру и свойства напечатанных образцов использованы при разработке технологии печати изделий из медных сплавов, о чем составлен акт испытаний с ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель». Экспериментальные результаты о влиянии методов термической и механической обработки позволят получать качественные изделия с высокими механическими свойствами.

Методология и методы исследования. Для изучения особенностей структуры и свойств исследуемых материалов использован комплекс методов исследования: оптическая микроскопия, лазерная сканирующая микроскопия, трибологические испытания, потенцио-динамические испытания коррозионной стойкости, растровая электронная микроскопия, механические испытания на растяжение, измерение микротвердости, рентгеноструктурный анализ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментально установленные режимы электронно-лучевого аддитивного производства, основанные на учете тепловложения (от 0,14 до 0,54 кДж/мм) и обеспечивающие управление структурным состоянием и улучшение механических характеристик напечатанных тонкостенных образцов медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn.

2. Разработанный способ механической (деформация сжатием до 9%) и термической (отжиг при температурах 850-985°С) обработки медных сплавов систем Cu-Al и Cu-Si-Mn, напечатанных методом электронно-лучевого аддитивного производства, обеспечивающий формирование равноосной структуры и повышение механических характеристик в 1,2-1,5 раза.

3. Способы мультипроволочной и комбинированной проволочно-порошковой технологии электронно-лучевого аддитивного производства, обеспечивающие печать медных сплавов с управляемым структурно-фазовым состоянием и повышенными эксплуатационными характеристиками.

4. Совокупность экспериментальных данных о влиянии режимов и способов электронно-лучевого аддитивного производства, а также способов механической и термической обработки на износостойкость и коррозионную стойкость медных сплавов Cu-Al, Cu-Si-Mn и Cu-Al-Si, которые указывают на возможность управления эксплуатационными свойствами аддитивно полученных образцов.

Достоверность результатов исследований, полученных в диссертационной работе, обеспечивается использованием современных методов экспериментальных исследований, их обоснованностью и согласованностью с данными, представленными в литературных источниках.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: XII Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в машиностроении», Россия, Юрга, 27-29 мая 2021 г., VIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», г. Томск, 27-30 апреля 2021 г. XVII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» Россия, Томск, 21-24 апреля 2020 г., XI Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в машиностроении», Россия, Юрга, 21-23 мая 2020 г., Международная конференция «Физическая ме-зомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», Россия, Томск, 5-9 октября, 2020 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 работах, из них 2 статьи в журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий из списка ВАК, 3 статьи в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus.

Личный вклад автора состоит в подготовке образцов для проведения исследований, проведении механических испытаний, осуществлении металлографических исследований, а также экспериментальных исследований, направленных на изучение износостойкости и коррозионной стойкости, напечатанных образцов, обработке данных, написании статей по теме диссертации, совместном с научным руководителем формулировке и обсуждении цели и задач диссертационной работы, основных научных положений и выводов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы, включающего 144 наименование и 1 приложение. Всего 160 страниц, в том числе 149 рисунков и 29 таблиц.

1. Обзор литературы

1.1. Медные сплавы систем Cu-Al, Cu-Si-Mn, Cu-Al-Si

Алюминиевые бронзы востребованы для применения в трубопроводах и деталях (таких как пропеллеры, клапаны и многослойные пластины) в судостроительной промышленности, благодаря своей исключительной износостойкости и коррозионной стойкости в высоко агрессивных средах [1], а также относительно низкой стоимости материала [2]. Благодаря своим свойствам, алюминиевая бронза широко используется в общетехнических сферах, связанных с морской водой, водоснабжением, нефтяной и нефтехимической промышленности, в качестве антикоррозионных и износостойких наплавок [3]. В предыдущих работах исследователи в основном фокусировались на изучении особых свойств твердого раствора CuAl с низкой энергией дефектов упаковки, исследовались явления ползучести [4], циклического упрочнения [5], коррозионного растрескивания под напряжением [6] и деформационных механизмов [7].

Алюминий как элемент твердого раствора в сплаве Cu-Al в основном помогает увеличить образование деформационных двойников и плотность дислокаций в процессе двойни-кования [8], что само по себе влияет на размер зерна и оптимизирует механические свойства, такие как твердость и предел текучести сплава [9]. Исследования сплава Cu-Al были сосредоточены на повышении прочности материала путем оптимизации кристаллических структур для уменьшения энергии дефекта упаковки с использованием микролегирующих элементов, таких как Ni, Zr, Cr и Ag [10].

Al в твердом растворе замещения в кристаллической решетке Cu одновременно обеспечивает улучшение механической прочности и повышение его устойчивости к коррозии слабыми коррозионными веществами, особенно в кислой среде, из-за образования тонкой пленки оксида алюминия в поверхность сплава [11]. Как видно на диаграмме, растворимость Al в Cu при 1036°C составляет 7,4%, а при 565°C - 9,4% (рисунок 1.1).

Монофазные алюминиевые бронзы, образованные только зернами твердого раствора а и, следовательно, с составом менее 9% Al (рисунок 1.1), обычно используются для теплообменников, труб, и т.п., которые подвергаются коррозионной среде соленой воды. Однако двухфазные алюминиевые бронзы более распространены из-за их более высокой прочности при растяжении (аналогично латуни). Алюминиевая бронза с 10% Al, охлажденная в равновесных условиях, содержит фазу а и у в результате равновесного превращения Р-фазы со скоростью ниже 10°С/мин при 565°C и ~12% Al Р-фаза превращается эвтектоидной реакцией в а (9,4% Al) + у (15,6% Al), с ламеллярной структурой.

Неравновесные процессы охлаждения в алюминиевых бронзах, как и в системе Fe-C, приводят к образованию неравновесных фаз (метастабильных фаз). Например, сплав с 10% Al, быстро охлаждаемый от высоких температур (образует только Р), образует внутри зерен игольчатый метастабильный мартенсит, который при отпуске дает а и у равновесные фазы со значительно более высокой степенью диспергирования у-выделения внутри а по сравнению с полученным при равновесном охлаждении, и, следовательно, это придает этому сплаву значительное повышение ударной вязкости.

В настоящее время сплавы Cu-Al производятся в основном с использованием процессов порошковой металлургии, таких как плавление лазерным лучом [12], плавка в дуговой печи [13] и измельчение в шаровых мельницах [14, 15]. Литье и порошковая металлургия, с применением вакуумной плавки, использовались для получения образца Cu-Al. Однако, из-за высокой окисляемости как меди, так и алюминия обычное литье сплавов Cu-Al затруднительно.

Рисунок 1.1 - Фазовая диаграмма системы Cu-Al

С точки зрения порошковой металлургии для достижения высокой плотности материала требуются дорогостоящие процессы и оборудование, такие как горячее изостатическое прессование и вакуумная камера. Хотя порошковая технология позволяет изготавливать компоненты небольшого размера с хорошей точностью [16], металлический порошок следует плавить или смешивать в герметичной камере с защитным газом или даже в вакууме, что требует дорогостоящего оборудования. Кроме того, этим процессам не хватает гибкости при создании изделий со сложной геометрией и, как правило, возникают структурные дефекты, такие как нерасплавленные частицы и микротрещины, ухудшающие качество изделия.

Mn при легировании кремниевой бронзой (Cu-Si) образует ряд важных промышленных сплавов [17], обладающих высокой коррозионной стойкостью и прочностью. Растворимость обоих веществ (Si и Mn) в этих тройных сплавах значительно снижена по сравнению с

их предполагаемыми двойными системами Cu-Si и Cu-Mn. Так как механические свойства сплавов сильно зависят от их микроструктуры, важной задачей является исследование характеристик и установление корреляционных связей между микроструктурой промышленно важных сплавов Cu-Si-Mn с их механическими свойствами [18]. В исследовании [19] деформированная микроструктура сплавов в области а-фазы была охарактеризована с помощью хорошо известного анализа профиля рентгеновских дифракционных линий. Кроме того, в недавних исследованиях [18], проведены структурные исследования сплавов системы Cu-Si-Mn с использованием оптической микроскопии высокого разрешения и сканирующей электронной микроскопии. Также были предприняты попытки представить некоторую взаимосвязь между деформированной микроструктурой и механическими свойствами (микротвердостью) [18]. Вышеупомянутые исследования [17-19] корреляции структуры и свойств сплавов Cu-Si-Mn приводят к следующим важным выводам: 1) растворенные вещества Si и Mn, даже когда присутствуют в небольших количествах, контролируют микроструктуру тройных (а-фазных) сплавов с более сильным влиянием Si; 2) В составе многофазного сплава с повышенным содержанием Si на микроструктуру сильно влияют выделяющиеся интерметаллиды, а именно Cus Si, MnSi и т. д. образующиеся на границах зерен; 3) появление линий скольжения и микродвойников отмечается в сплавах с а-фазой с более высоким содержанием Si; 4) Si оказывает более сильное влияние на повышение микротвердости, хотя гетерогенная микродеформация преобладает в областях с низкой нагрузкой. Повышенное значение микротвердости для многофазного состава сплава является результатом влияния интерметаллических фаз, выделяющихся на границах зерен; 5) тесная корреляция между микроструктурой и механическими свойствами сплавов может быть установлена по результатам рентгеноструктур-ных, оптических, РЭМ-исследований и исследований микротвердости.

Si

Cu1 2 3 4 5 6 7 6 9 10 Mn вес. % Mn

Рисунок 1.2 - Фазовая диаграмма системы Cu-Si-Mn

Сплав Cu-Al-Si обеспечивает исключительную стойкость к большому количеству агрессивных агентов и поэтому широко используется в морских и химических средах.

По сравнению с бинарными системами по тройной системе Cu-Al-Si (рисунок 1.3) опубликовано мало работ. Принятая фазовая диаграмма, опубликованная в 1966 г. CDA [20], была основана на работах Уилсона [21]. В 1948 г. Уилсон опубликовал работу, охватывающую обогащение меди в диапазоне 0-8 вес. % Al, 0-3 вес. % Si. В ней были построены кривые ликвидуса и солидуса. Фазы a, ß, к и 5 были идентифицированы вместе с закаленной мартенситной фазой ß. Фаза 5 была рассмотрена Уилсоном, как фаза у2 из бинарной системы медь-алюминий, как определил Рейнор [22]. Добавки кремния в бинарную алюминиевую бронзу в первую очередь обеспечивают улучшение ее обрабатываемости [20]. Добавление кремния можно рассматривать как дополнительную добавку алюминия, поскольку он имеет тенденцию к образованию ß и вызывает некоторую степень упрочнения.

ат. % AI

Рисунок 1.3 - Фазовая диаграмма системы Cu-Al-Si

Микроструктура литой кремний-алюминиевой бронзы состоит из а, у2, двойниковых пластин на границах зерен а-у2 и интерметаллических частиц на основе на Fe-Si [23, 24]. Однако эволюция микроструктуры во время охлаждения в результате разложения высокотемпературной Р-фазы изучена недостаточно. Предыдущие исследования показали, что Р-фаза либо сохраняется при комнатной температуре [25, 26], либо превращается до смеси фаз а + у2 [27, 28] или а + к фаз [21].

Богатая медью часть системы Cu-Al-Si представляет собой очень сложный комплекс, несмотря на подробные исследования [29-31], до конца не изученный. Фазы k - CuSi и у - AI4CU9 распадаются на ОЦК фазу, расширяя систему от Al - Cu до Cu - Si в виде высокотемпературной фазы. Понвейзер и Ричтер [29] идентифицировали трехфазную структуру при температуре 700°C. Однако, их данные о структурном состоянии сплава при температуре 500°C не согласуются с работой Риани [31] и Хи [30]. В этих работах [30, 31] были определены температура и

состав ряда инвариантных реакций и измерялось их действие на фазовый состав при помощи дифференциальной сканирующей калориметрии. Система Cu-Si-Mn была смоделирована Хи с коллегами [30], на основе которой показано, что фаза y-Ál4Cu9 может существовать только в высокотемпературной области. Ранее также были представлены модели системы Cu-Al-Si на основе недавнего описания систем Al-Cu и Cu-Si [29]. Система Cu-Al-Si подверглась критическому анализу Лукаса и Лебруна в 2005 г. [32]. Многое из тех данных, которые сейчас имеются, относятся к работам Мацуямы [33] и Хисацунэ [34]. Данные, предоставленные этими работами, в значительной степени подтверждаются, хотя не все фазы были идентифицированы. Хи-сацунэ [34] рассматривал y-AUCu9 и 5-Cu33Si7 как одну фазу. Уилсон [21] предоставил важную информацию о фазовом составе в температурном диапазоне 400 - 1000°C. Филипс [35] предоставил подробные данные по фазовой диаграмме с высоким содержанием алюминия, которые все еще считаются наиболее точными [31]. Хи с коллегами [30] провели подробное исследование изотермического среза при 500°C и исследовали изотермический разрез при 600°C. Их результаты согласуются с данными Риани [31]. Понвайзеран и Рихтер [29] исследовали изотермические срезы при 500°С и 700°C с помощью рентгеновского электронного зондового микроанализа на отожженных и закаленных образцах. Их данные также хорошо согласуются с результатами Риани [31]. В разрезе 700°C фаза ОЦК по какой-то причине не была идентифицирована. На линии между фазами y1-Ál4Cu9 и 5-Cu33Si7 была определена фаза ОЦК. Также были исследованы два вертикальных участка с содержанием 10% Si и 40% Si. Отсутствие фазы ОЦК вызвало значительную путаницу. Витусевич с коллегами [36] измеряли энтальпии смешения в жидких сплавах Cu-Al-Si с помощью калориметрии [37]. Йошикава и Морита [38] использовали метод уравновешивания в жидких сплавах Cu-Al-Si. Система Cu-Al-Si была термодинамически смоделирована Панеталем [39], Миеттиненом [40] и Хи [30], которые предоставили единственное полное описание фазового состава [39] и смоделировали богатую алюминием часть фазовой диаграммы в соответствии с доступными экспериментальными данными. Мит-тинен [40] смоделировал богатую медью часть системы. Он использовал простую модель замещающего раствора для фазы y-Al4Cu9 и получил хорошее описание фаз а-Cu, ОЦК, ГПУ и у-фазы [21]. Только Хи [30] предпринял попытку описать полные системы, но не смог воспроизвести расширение фаз ГПУ и y1-AUCu9 в трехкомпонентную систему. Модель для фазы у1-AUCu9 не допускала более высокого содержания Cu, чем 69 ат.%.

1.2. Методы получения меди и медных сплавов с использованием технологий аддитивного производства

Для повышения эффективности производства деталей из медных сплавов требуется разработка новых методов таких как селективное лазерное спекание, проволочная электродуговая печать, электронно-лучевая печать [41].

Технологии селективного лазерного сплавления или спекания в настоящее время широко распространены (рисунок 1.4). Их используют для печати изделий из разнообразных металлов, керамики и пластмасс. Сущность метода заключается в направленном высокоэнергетическом воздействии лазера на порошок, который в процессе нагрева расплавляется. Порошок подается с помощью податчика в ванну расплава, где равномерно распределяется с заданной толщиной. Смещение лазерного луча позволяет постепенно плавить и формировать треки из сплавленного материала.

Рисунок 1.4 - Схема процесса селективного лазерного спекания порошков [42]

Данная технология также используется и для получения изделий из меди и её сплавов. В работе [43] представлены результаты исследований процесса селективного лазерного спекания порошков Cu-10%Sn. В случае применения порошка меди, электрохимическим методом покрытого оловянным покрытием, удалось достичь приемлемой гомогенизации структуры материала. В то время как использование смеси порошков меди и олова привело лишь к формированию неоднородной структуры с консолидированными сферическими частицами олова, которые не удалось полностью расплавить. Применение термических обработок позволило повысить гомогенность структуры. Но в случае со смесью порошков так и не удалось добиться полного растворения всех сферических частиц олова.

Позднее было проведено исследование возможности получения сплава Cu-4,3%Sn методом селективного лазерного спекания [44]. Оптимизация параметров печати и термической обработки привела к получению образцов с плотностью около 97%, пределом прочности

274 МПа и удлинением 5,6%, а также удовлетворительной удельной электропроводностью. С помощью STEM-анализа с высоким разрешением были выявлены частицы диоксида олова в нанометровом масштабе по всей структуре образцов.

В работе [45] приводятся частичные сведения о процессе спекания порошков для получения сплава Си-14%А1-4%№. Путем оптимизации режимов авторам удалось получить образцы с достаточно плотной структурой (плотность составила 99,47%). Данных о механической прочности и структурно-фазовом состоянии образцов авторы не приводят.

В недавно опубликованной работе [46] приводятся результаты исследования структуры и механических свойств медного сплава системы Си-Сг^г, в состав которого входят 0.5-1.2 % Сг, 0.03-0.3 %Zr, < 0.1 Si, < 0.08 Fe. Авторы отмечают, что образцы в состоянии после печати имеют относительно невысокую прочность 287 МПа при удлинении ~33%. Термообработка способствовала резкому увеличению прочности до 466 МПа и снижению относительного удлинения до ~21%. В структуре материала выявлены интерметаллиды системы Си^г, а также отдельные наноразмерные кластеры Сг. Авторы также отмечают очень высокую плотность образцов ~99.99%, что является очень высоким показателем для процесса селективного лазерного плавления.

Несмотря на положительные отзывы авторов статей по селективному лазерному плавлению/спеканию сплавов на основе меди, стоит отметить, что в большинстве случаев механические и функциональные свойства, напечатанных этим методом изделий, далеки от идеальных. Это в первую очередь связано с окислительными процессами. Используемые в селективном лазерном спекании порошок меди, алюминия и титана сложно получить без содержания большого количества кислорода. В свою очередь это приводит к формированию оксидных пленок, которые являются более тугоплавкими, чем основной материал из-за чего требуется более интенсивно нагревать область печати. Также не удается полностью растворить оксиды, которые аккумулируются по границам зерен.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хорошко Екатерина Сергеевна, 2022 год

Список литературы

1. Dimaté Castellanos, L. M. Corrosion resistance of Cu-Al coatings produced by thermal spray / L. M. Dimaté Castellanos, J. J. Olaya Flórez, A. Orjuela, J. Edgar. // Ingeniería e Investigación. - 2012. -V. 32. - P. 18 - 23.

2. Fatigue property of single-crystal and columnar-grained polycrystalline Cu-12wt.% Al Alloys / H. Huang, M. Nie, Y. Luan [et al.] / Procedia Engineering. - 2020. - V. 27. -P. 1686 - 1693.

3. Wang Y. Enhanced room-temperature tensile ductility of columnar-grained polycrystalline Cu-12wt.% Al alloy through texture control by Ohno continuous casting process / Y. Wang, H.-Y. Huang, J.-X. Xie // Materials Letters. - 2011. - V. 65. - P. 1123 - 1126.

4. Kloc L. Creep in a Cu-14at. % Al solid solution alloy at intermediate temperatures and low stresses / L. Kloc, J. Fiala, J. Cadek // Materials Science and Engineering: A. - 1990. - V. 130. - P. 165 - 172.

5. Hong S. I. Cyclic-hardening behavior of polycrystalline Cu-16at. %Al alloy / S. I. Hong, C. Laird // Materials Science and Engineering: A. - 1991. - V. 142. - P. 1 - 9.

6. Yamashita M. Stress corrosion cracking of (100)-twist boundaries in Cu-9at. % Al alloy / M. Yama-shita, M. Yoshioka, T. Mimaki, S. Hashimoto, S. Miura // Acta Metallurgica et Materialia. - 1990. -V. 38. - P. 1619 - 1623.

7. Engelke C. Plastic deformation of single glide-oriented Cu-2 to 15at. % Al crystals at elevated temperatures / C. Engelke, J. Plessing, H. Neuhäuser // Materials Science and Engineering: A. - 1993. -V. 164. - P. 235 - 239.

8. Rohatgi A. The influence of stacking fault energy on the mechanical behavior of Cu and Cu-Al alloys: Deformation twinning, work hardening, and dynamic recovery // A. Rohatgi, K. S. Vecchio, G. T. Gray // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2001. - V. 32. - P. 135 - 145.

9. Tao J. The defect structures and mechanical properties of Cu and Cu-Al alloys processed by split Hopkinson pressure bar / J. Tao, K. Yang, H. Xiong [et al.] // Materials Science and Engineering: A. - 2013. - V. 580. - P. 406 - 409.

10. Rajkovic V. Processing, characterization and properties of copper-based composites strengthened by low amount of alumina particles / V. Rajkovic, D. Bozic, J. Stasic [et al.] // Powder Technology. - 2014. - V. 268. - P. 392 - 400.

11. Pero-Sanz Elorz J. A. Solidification and Solid-State Transformations of Metals and Alloys / J. A. Pero-Sanz Elorz, M. J. Q. Hernández, L. F. V. González // Amsterdam: Elsevier, 2017. - P. 364.

12. Ahuj a B. Fabrication and characterization of high strength Al-Cu alloys processed using laser beam melting in metal poweder bed / B. Ahuja, L. M. Kang, K. Y. Nagulin, M. Schmidt // Physics Procedia. - 2014. - V. 56. - P.135 - 146.

13. Liu X. Phase equilibria in the Cu-rich portion of the Cu-Al binary system / X. Liu, I. Ohnuma, R. Kainuma, K. Ishida // Journal of alloys and compounds. - 1998. - V. 264. - P. 201 - 208.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

Phase evolution during early stages of mechanical alloying of Cu-13wt.% Al powder mixtures in a high-energy ball mill / D. V. Dudina, O. I. Lomovsky, K. R. Valeev [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. - 2015. - V. 629. - P. 343 - 350.

Wang H. Characterization of a powder metallurgy SiC/Cu-Al composite // H. Wang, R. Zhang, X. Hu [h gp.] // Journal of materials processing technology. - 2008 V. -. 197. - P. 43 - 48. Shen C. Fabrication of iron-rich Fe - Al intermetallics using the wire-arc additive manufacturing process // C. Shen, Z. Pan, Y. Ma, D. Cuiuri, H. Li // Additive Manufacturing. - 2015. - V. 7. - P. 20 - 26. Woldman N.E. Engineering Alloys // N.E. Woldman, R.C. Gibbons. - New York: Van Nostrand Reinhold Company. - 1973. - 1427 p.

Pal H. Correlation of Microstructure with Mechanical Property of Silicon-Bronze in the alpha and (a + Y)-phase / H. Pal, S. K. Pradhan, M. De // Indian Journal of Physiscs. - 1994. -V. 68A. - P. 239. Pradhan S.K. An x-ray diffraction line profile analysis on the microstructure of cold-worked face-centered-cubic Cu-Mn-Si alloys: Effects of Mn and Si as solutes / S.K. Pradhan, M. De // Journal of Applied Physics. - 1988. - V. 64. - P. 2324 - 2327.

Macken P. J. The aluminum bronzes: properties and production processes / P. J. Macken, A.

A. Smith. - London: CDA. - 1966. - No. 31. - P. 261.

Wilson F.H. The copper-rich corner of the copper-aluminum-silicon diagram / F.H. Wilson. -Trans. AIME, 1948. - N. 175. - P. 262 - 282.

Raynor G. V. The Cu-Sn Phase Diagram, Annotated Equilibrium Diagram Series No.4 / Raynor G. V. - London: Institute of Metals, 1944.

B. A. Lioyd, J. W. Pyemont / Met. Tech., 1974. - P. 534.

W. J. Cairns, R. J. Goodwin, D. M. Stephens / Inst. of Metal Monography, 1970. - No. 34. - P. 244 - 248.

Upton B. Corrosion Resistance in Sea Water of Medium Strength Aluminum Bronzes / B. Upton / Corrosion. - 1963. - V. 19. - P. 204 - 209. Bradley J. N. / Inst. Met. Rev. - 1972. - V. 17. - P. 88 - 92.

Dies K. Kupfer and Kupfer Legierungen in der Technik / K. Dies // Berlin: Springer-Verlag, 1967. - P. 66 - 100.

G. Newcombe / Ohio, New York: Copper Conf., Cleveland, CDA, 1972.

Ponweiser N. New investigation of phase equilibria in the system Al-Cu-Si / N. Ponweiser, K. W.

Richter // J. Alloy. Compd. - 2012. - V. 512. - P. 252 - 263.

He C.-Y. Experimental investigation and thermo-dynamic modeling of the Al-Cu-Si system / C-

Y. He, Y. Du, H.-L. Chen, H. Xu // Calphad. - 2009. - V. 33. - P. 200 - 210.

Riani P. About the Al-Cu-Si isothermal section at 500°C and the stability of the e-Cu15Si4 phase

/ P. Riani, K. Sufryd, G. Cacciamani // Intermetallics. - 2009. - V. 17. - P. 154 - 164.

Lukas H.L. Aluminium-Copper-Silicon / H.L. Lukas, N. Lebrun // Berlin, Germany: Landolt-

Börnstein, New Series, G.Effenberg, S.Ilyenko Eds., 2005. - V. IV/11A2. - P.135 - 147.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

Matsuyama K. Ternary diagram ofAl-Cu-Sisystem / K. Matsuyama // Kinzoku No Kenkyu - 1934. - V. 11. - P. 461 -490.

Hisatsune C. On the constitution of alloys of copper, aluminium and silicon / C. Hisatsune // Mem. Coll. Eng. Kyoto Imp. Univ. - 1935. - V. 9. - P. 18 - 47.

Phillips H. W. L. The constitution of aluminum-copper-silicon alloys / H. W. L. Phillips // J. Inst. Met. - 1953. - V. 82. - P. 9 - 15.

Witusiewicz V. T. Enthalpy of mixing of liquid Al-Cu-Si alloys / V. T. Witusiewicz, I. Arpshofen, H.-J. Seifert, F. Aldinger // J.Alloy.Compd. - 2000. - V. 297. - P. 176 - 184. Thermodynamics of liquid aluminium-copper-silicon alloys / D. Kanibolotsky, O. A. Bielobo-rodova, V. A. Stukalo [et al.] // Thermochim. Acta. - 2004. - V. 412. - P. 39 - 45. Yoshikawa T. Activity measurements of Al and Cu in Si-Al-Cu melt at 1273 and 1373 K by the equilibration with molten Pb / T. Yoshikawa, K.Morita // J.Alloy.Compd. - 2006. - V. 420. -P.136 - 144.

Pan X.M. An assessment of thermodynamic data for the liquid phase in the Al-rich corner of the Al-Cu-Si System and its application to the solidification of a 319 alloy / X.M. Pan, C. Lin, J.E. Morral, H.D. Brody // J. Phase Equilib. Diffus. - 2005. - V. 26. - P. 225 - 233. J.Miettinen. Thermodynamic description of the Cu-Al-Si system in the copper-rich corner / Cal-phad. - 2017. - 31. - 449 - 456.

Additive manufacturing of metallic components - Process, structure and properties / T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback [et al.] // Prog. Mater. Sci. - 2018. - V. 92. - P. 112 - 224. Guo P. Study on microstructure, mechanical properties and machinability of efficiently additive manufactured AISI 316L stainless steel by high-power direct laser deposition / P. Guo, B. Zou, C. Huang, H. Gao // J. Mater. Process. Technol. - 2017. - V. 240. - P. 12 - 22. Walker D.C. Selective laser sintering of composite copper-tin powders / D.C. Walker, W.F. Caley, M. Brochu // Journal of Materials Research. - 2014. - V. 29. - P. 1997 - 2005. Mechanical Properties and Microstructural Characterization of Cu-4.3 Pct Sn Fabricated by Selective Laser Melting / A.P. Ventura, C.A. Wade, G. Pawlikowski // Metallurgical and Materials Transactions A. -2017. - V. 48. - P. 178 - 187.

Fabrication of Cu-Al-Ni Shape Memory Alloy by Selective Laser Melting Process / K. Imai, T.T. Ikeshoji, K. Nakamura // Materials Science Forum. - 2018. - V. 941. - 1570 - 1573. Wallis C. Effect of heat treatments on microstructure and properties of CuCrZr produced by laser-powder bed fusion / C. Wallis, B. Buchmayr // Materials Science and Engineering A. - 2019. - V. 744. - P. 215 - 223.

Controlling the microstructure and properties of wire arc additive manufactured Ti-6Al-4V with trace boron additions / M. J. Bermingham, D. Kent, H. Zhan [et al.] // Acta Materialia. - 2015. -V. 91. - 289 - 303.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

Lee H. T. The effects of peak temperature and cooling rate on the susceptibility to intergranular corrosion of alloy 690 by laser beam and gas tungsten arc welding / H. T. Lee, J. L. Wu // Corrosion Science. - 2009. - V. 51. - P. 439 - 445.

Ding D. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests / D. Ding, Z. Pan, D. Cuiuri, H. Li // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2015. - V. 81. - P. 465 - 481.

Fabrication of Copper-Rich Cu-Al Alloy Using the Wire-Arc Additive Manufacturing Process / B. Dong, Z. Pan, C. Shen, Y. Ma, H. Li // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2017. - V. 48. - 3143 - 3151. In-situ wire-feed additive manufacturing of Cu-Al alloy by addition of silicon / Y. Wang, X. Chen, S. Konovalov [et al.] // Applied Surface Science. - 2019. - V. 487. - 1366 - 1375. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: properties, defects and quality improvement / B. Wu, Z. Pan, D. Ding [et al.] // J. Manuf. Process. - 2018. - V. 35. - P. 127 - 139. Metal transfer in wire feeding-based electron beam 3D printing: Modes, dynamics, and transition criterion / R. Hu, X. Chen, G. Yang [et al.] // International Journal of Heat and Mass Transfer. -2018. - V. 126. - Part B. - P. 877 - 887.

Open-cellular copper structures fabricated by additive manufacturing using electron beam melting / D.A. Ramirez, L.E. Murr, S.J. Li [et al.] // Materials Science and Engineering A. - 2011. - V. 528. - Issue 16 -17. - P. 5379 - 5386.

Fabricating Copper Components with Electron Beam Melting / P. Frigola, O. A. Harrysson, T.J. Horn [et al.] // Advanced Materials and Processes. - 2014. - V. 172. - Issue 7. - 20 - 24. Lodes M.A. Process development for the manufacturing of 99.94% pure copper via selective electron beam melting // M.A. Lodes, R. Guschlbauer, C. Körner // Materials Letters. - 2015. - V.143. - P. 298 - 301.

Raab S.J. Thermal and Electrical Conductivity of 99.9% Pure Copper Processed via Selective Electron Beam Melting / S.J. Raab, R. Guschlbauer, M.A. Lodes, C. Körner // Advanced Engineering Materials. - 2016. - V.18. - P. 1661.

Guschlbauer R. Process development of99.95% pure copper processed via selective electron beam melting and its mechanical and physical properties / R. Guschlbauer, S. Momeni, F. Osmanlic, C. Körner // Materials Characterization. - 2018. - V. 143. - P.163 - 170.

Pobel C. R. Selective Electron Beam Melting of Oxide Dispersion Strengthened Copper / C. R. Pobel, M. A. Lodes, C. Körner / Advanced Engineering Materials. - 2018. - V. 20. -1 - 7. Wolf T. Selective electron beam melting of an aluminum bronze: Microstructure and mechanical properties / T. Wolf, Z. Fu, C. Körner // Materials Letters. - 2019. - V. 238 - 241. Continuous and discontinuous grain-boundary wetting in Zn-Al / B. B. Straumal, A. S. Gornakova, O. A. Kogtenkova [et al.] // Phys. Rev. B. - 2008. - V. 78. - P. 054202.

62.

63.

64.

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

72.

73.

74.

75.

Reversible "Wetting" of grain boundaries by the second solid phase in the Cu-In system / B. B. Straumal, O. A. Kogtenkova, K. I. Kolesnikova [et al.] // JETP Letters. - 2014. - V. 100. - Issue 8. - P. 535 - 539.

Becker D. Selektives Laserschmelzen von Kupfer und Kupferlegierungen / D. Becker // Edition Wissenschaft Apprimus, 1st edn. Apprimus, Aachen. - 2014.

Cosslett V.E. Multiple scattering of 5-30 keV electrons in evaporated metal films III. Backscatter-ing and absorption / V.E. Cosslett, R.N. Thomas // Br. J. Appl. Phys. -1965. - V. 16. P. 779. Lodes M.A. Process development for the manufacturing of 99.94% pure copper via selective electron beam melting / M.A. Lodes, R. Guschlbauer, C. Körner // Mater. Lett. - 2015. - V. 143. - P. 298 - 301. Comparison of the oxidation behavior of nanocrystalline and coarse-grain copper / Z. Han, L. Lu, H.W. Zhang [et al.] / Oxid. Of Met. - 2005. - V. 63. - P. 261 - 275.

Structure and phase composition of Ti-6Al-4V alloy obtained by electron-beam additive manufacturing / V. R. Utyaganova, A. V. Vorontsov, A. A. Eliseev [et al.] // Russian Physics Journal. -2019. - V. 62. - No. 8. - P. 1461 - 1468.

The effect of wire feed geometry on electron beam freeform 3D printing of complex-shaped samples from Ti-6Al-4V alloy / K. N. Kalashnikov, V. E. Rubtsov, N. L. Savchenko [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2019. - V. 105. - P. 3147 - 3156. Study of the structure and mechanical properties of aluminum bronze printed by electron beam additive manufacturing/ E.S. Khoroshko, A.V. Filippov, S. Yu. Tarasov [et al.] // Obrabotka metal-lov - Metal Working and Material Science. - 2020. - V. 22. - P. 118 - 129. Wear, vibration and acoustic emission characterization of sliding friction processes of coarsegrained and ultrafine-grained copper / A. V. Filippov, S.Y. Tarasov, S. V. Fortuna [et al.] // Wear. - 2019. - V. 424 - 425. - P. 78 - 88.

Microstructural, mechanical and acoustic emission-assisted wear characterization of equal channel angular pressed (ECAP) low stacking fault energy brass / A.V. Filippov, S.Y. Tarasov, S.V. Fortuna [et al.] // Tribol. Int. - 2018. - V. 123. - P. 273 - 285.

Revealing the deformation mechanisms of Cu-Al alloys with high strength and good ductility / Y.Z. Tian, L.J. Zhao, N. Park [et al.] // Acta Materialia. - 2016. - V. 110. - P. 61 - 72. Watanabe T. Grain boundary engineering: historical perspective and future prospects / T. Watanabe // Journal of Materials Science. - 2011. - V. 46. - P. 4095 - 4115.

Guan X. J. Gain boundary character distribution optimization of Cu-16 at. % Al alloy by thermo-mechanical process: Critical role of deformation microstructure / X.J. Guan, F. Shi, H.M. Ji, X.W. Li. // Materials Science and Engineering: A. - 2019. - V. 765. - P. 138299. Anomalous recovery of work hardening rate in Cu-Mn alloys with high stacking fault energies under uniaxial compression / D. Han, X. J. Guan, Y. Yan, F. Shi, X. W. Li // Mater. Sci. Eng. A. -2019. - V. 743. - P. 745 - 754.

76.

77.

78.

79.

80.

81.

82.

83.

84.

85.

86.

87.

88.

89.

Shen Z. Dislocation pile-up and grain boundary interactions in 304 stainless steel / Z. Shen, R.H. Wagoner, W. A. T. Clark // Scr. Mater. - 1986. - V. 20. - P. 921 - 926.

Microscopic mechanisms contributing to the synchronous improvement of strength and plasticity (SISP) for TWIP copper alloys / R. Liu, Z. J. Zhang, L. L. Li [et al.] // Scientific reports. - 2015. -V. 5. - P. 9550.

Enhanced strength-ductility synergy and transformation-induced plasticity of the selective laser melting fabricated 304L stainless steel / Z. Zhu, W. Li, Q. B. Nguyen [et al] // Additive Manufacturing. - 2020. - V. 35. - P. 101300.

High manganese austenitic twinning induced plasticity steels: A review of the microstructure properties relationships / O. Bouaziz, S. Allain, C. P. Scott [et al.] / Solid State Mater. Sci. - 2011. - V. 15. - P. 141 - 168.

Microstructural evolution and strain hardening of Fe-24Mn and Fe-30Mn alloys during tensile deformation / X. Liang, J. Mcdermid, O. Bouaziz [et al.] // Acta Mater. - 2009. - 57. - P. 3978 - 3988. Dependence of deformation twinning on grain orientation in a high manganese steel / P. Yang, Q. Xie, L. Meng [et al.] // Scripta Mater. - 2006. - V. 55. - P. 629 - 631.

Zhang. P. Optimizing strength and ductility of Cu-Zn alloys through severe plastic deformation / P. Zhang, X. H. An, Z. Zhang, S. D. Wu // Scripta Mater. - 2012. - V. 67. - P. 871 - 874. Effect of stacking fault energy on mechanical behavior of cold-forging Cu and Cu alloys / X. X. Wu, X. Y. San, X. G. Liang [et al.] // Mater. Des. - 2013. - V. 47. - P. 372 - 376. Stable ductility of an electrodeposited nanocrystalline Ni-20wt.% Fe alloy in tensile plastic deformation / J. Mu, X. Li, L. Zhao // J. Alloys Compd. - 2013. - V. 553. - P. 99 - 105. Raju K. S. High strength and ductile ultrafine-grained Cu-Ag alloy through bimodal grain size, dislocation density and solute distribution / K. S. Raju, S.S. Vadlamani, A. Kauffmann [et al.] // Acta Mater. - 2013. - V. 61. - P. 228 - 238.

Electron Backscattered Difraction to Estimate Residual Stress Levels of a Superalloy Produced by Laser Powder Bed Fusion and Subsequent Heat Treatments / M. Terner, J. Lee, G. Marchese // Materials. - 2020. - V. 13. - P. 4643: 1 - 18.

Microstructural evolution and mechanical properties of Alloy 718 fabricated by selective laser melting following different posttreatments / H. Luo, X.-Q. Li, C.-L. Pan [et al.] // Rare Metals. -2021. - V. 40. - P. 3222 - 3234.

Microstructure and grain growth inhomogeneity in austenitic steel produced by wire-feed electron beam melting: the effect of post-building solid-solution treatment / E. G. Astafurova, M. Y. Pan-chenko, V. A. Moskvina [et al.] // Journal of Materials Science. - 2020. - V. 55. - P. 9211 - 9224. Ying D. Y. Solid-state reactions between Cu and Al during mechanical alloying and heat treatment / D. Y. Ying, D. L Zhang // Journal of Alloys and Compounds. - 2000. - V. 311. - Issue 2. - P. 275 - 282.

90. Fabrication of Copper-Rich Cu-Al Alloy Using the Wire-Arc Additive Manufacturing Process / B. Dong, Z. Pan, C. Shen [et al.] // Metall. Mater. Trans. B. - 2017. - V. 48. - P. 3143 - 3151.

91. Selective laser melting of nickel aluminium bronze / T. Murray, S. Thomas, Y. Wu [et al.] // Additive Manufacturing. - 2020. - V. 33. - P. 101122.

92. Microstructural evolution and mechanical properties of deep cryogenic treated Cu-Al-Si alloy fabricated by Cold Metal Transfer (CMT) process / K. Liu, X. Chen, Q. Shen [et al.] // Materials Characterization. - 2020. - V. 159. - P. 110011.

93. D eformation microstructures and strengthening mechanisms for the wire+arc additively manufactured Al-Mg4.5Mn alloy with inter-layer rolling / J. Gu, X. Wang, J. Bai [et al.] // Materials Science & Engineering A. - 2018. - V. 712. - P. 292 - 301.

94. Enhancing mechanical properties of wire+arcadditively manufactured INCONEL718 superalloy through in-process thermomechanical processing / X. Xu, S. Ganguly, J. Ding // Materials and Design. - 2018. - V. 160. - P.1042 - 1051.

95. Martina F. Microstructure of Interpass Rolled Wire+Arc Additive Manufacturing Ti-6Al-4V Components Filomeno / F. Martina, P. A. Colegrove, S. W. Williams, J. Meyer // Metallurgical and materials transactions A. - 2015. - V. 46 A. - P. 6103.

96. Xie Y. Improvement in Geometrical Accuracy and Mechanical Property for Arc-Based Additive Manufacturing Using Metamorphic Rolling Mechanism / Y. Xie, H. Zhang, F. Zhou // Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 2016. - V. 138. - P. 111002: 1 - 7.

97. Improving mechanical properties of wire plus arc additively manufactured maraging steel through plastic deformation enhanced aging response / X. Xu, S. Ganguly, J. Ding [et al.] // Materials Science & Engineering A. - 2019. - V. 747. - P. 111 - 118.

98. Fu Y. Investigation of mechanical properties for hybrid deposition and microrolling of bainite steel Youheng / Y. Fu, H. Zhang, G. Wang, H. Wang // Journal of Materials Processing Tech. - 2017.

- V. 250. - P. 220 - 227.

99. Microstructure and residual stress improvement in wire and arc additively manufactured parts through high-pressure rolling / P. A. Colegrove, H. E. Coules, J. Fairman // Journal of Materials Processing Technology. - 2013. - V. 213. - P. 1782 - 1791.

100. Tammas-Williams S. The Effectiveness of Hot Isostatic Pressing for Closing Porosity in Titanium Parts Manufactured by Selective Electron Beam Melting Samuel / S. Tammas-Williams, P. J. Withers, I. Todd, P. B. Prangnell // Metallurgical and materials transactions A. - 2016. - V. 47A.

- P. 1939 - 1946.

101. Effect of subsequent Hot Isostatic Pressing on mechanical properties of ASTM F75 alloy produced by Selective Laser Melting / J. Haan, M. Asseln, M. Zivcec [et al.] // Powder Metallurgy. - 2015.

- V. 58. - No 3. - P. 161 - 165.

102. Herzog D. Productivity optimization of laser powder bed fusion by hot isostatic pressing / D. Herzog, K. Bartsch, B. Bossen // Additive Manufacturing. - 2020. - V. 36. - P. 101494.

103. Hot Isostatic Pressing of IN718 Components Manufactured by Selective Laser Melting / W. Tillmann, C. Schaak, J. Nellesen [et al.] // Additive Manufacturing. - 2017. - V. 13. - P. 93-102.

104. Plessis A. du. Hot isostatic pressing in metal additive manufacturing: X-ray tomography reveals details of pore closure Plessis / A. du Plessis, E. Macdonald // Additive Manufacturing. - 2020. -V. 34. - P. 101191.

105. Liverani E. The effects of hot isostatic pressing (HIP) and solubilization heat treatment on the density, mechanical properties, and microstructure of austenitic stainless-steel parts produced by selective laser melting (SLM) / E. Liverani, A. H. A. Lutey, A. Ascari, A. Fortunata // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2020. - V. 107. - P. 109 - 122.

106. Effects of combining ultrasonic micro-forging treatment with laser metal wire deposition on microstructural and mechanical properties in Ti-6Al-4V alloy / H. Ye, K. Ye, B. Guo [et al.] // Materials Characterization. - 2020. - V. 162. - P. 110187.

107. Effect of ultrasonic shot peening on the surface defects of thin struts built by electron beam melting: Consequences on fatigue resistance / T. Persenot, A. Burr, E. Plancher [et al.] // Additive Manufacturing. - 2019. - V. 28. - P. 821 - 830.

108. Sealy M. P. Finite Element Modeling of Hybrid Additive Manufacturing by Laser Shock Peening / M. P. Sealy, G. Madireddy, C. Li // Solid Freeform Fabrication Symposium, University of Texas-Austin, Austin, TX, August 8 - 10. - 2016. - P. 306 - 316.

109. Hybrid Processes in Additive Manufacturing / M. P. Sealy, G. Madireddy, R. E. Williams // Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 2018. - V. 140. - P. 060801.

110. Glocal integrity in 420 stainless steel by asynchronous laser processing / M.P. Sealy, H. Hadidi, C.J. Kanger [et al.] // CIRP Annals - Manufacturing Technology. - 2019. - V. 68. - P.189 - 192.

111. Laser peening: A tool for additive manufacturing post-processing / L. Hackel, J. R. Rankin, A. Rubenchik [et al.] // Additive Manufacturing. - 2018. - V. 24. - P. 67 - 75.

112. 3D Laser Shock Peening—A New Method for the 3D Control of Residual Stresses in Selective Laser Melting / N. Kalentics, E. Boillat, P. Peyre [et al.] // Mater. Des. - 2017. - V. 130. - P. 350 - 356.

113. Mechanical Properties Enhancement of Additive Manufactured Ti-6Al-4V by Machine Hammer Peening / L. Neto, S. Williams, J. Ding [et al.] // Lecture Notes in Mechanical Engineering. - 2020. - P. 121 - 132.

114. The Effectiveness of Grain Refinement by Machine Hammer Peening in High Deposition Rate Wire-Arc AM Ti-6Al-4V / J. R. Hönnige, A. E. Davis, A. Ho [et al.] // Metallurgical and materials transactions A. - 2020. - V. 51A. - P. 3692 - 3703.

115. Soyama H. Effect of Various Peening Methods on the Fatigue Properties of Titanium Alloy Ti6Al4V Manufactured by Direct Metal Laser Sintering and Electron Beam Melting / H. Soyama, F. Takeo // Materials. - 2020. - V. 13. - P. 2216.

116. Uzan N. E. On the effect of shot-peening on fatigue resistance of AlSi10Mg specimens fabricated by additive manufacturing using selective laser melting (AM-SLM) / N. E. Uzan, S. R. Roni, S. N. Frage, O. Yeheskel // Additive Manufacturing. - 2018. - V. 21. - P. 458 - 464.

117. Study of the Effects of Hot Forging on the Additively Manufactured Stainless Steel Preforms / C. I. Pruncu, C. Hopper, P. A. Hooper [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. - 2020. - V. 57. - P. 668 - 676.

118. Hot forging wire and arc additive manufacturing (HF-WAAM) / V. R. Duarte, T. A. Rodrigues, N. Schell [et al.] // Additive Manufacturing. - 2020. - V. 35. - P. 101193.

119. Heat input effect on microstructure and mechanical properties of electron beam additive manufactured (Ebam) cu-7.5wt.%al bronze / A. Filippov, N. Shamarin, E. Moskvichev, N. Savchenko, E. Kolubaev, E. Khoroshko, S. Tarasov // Materials. - 2021. - V. 14. - Issue 22. - 6948: 1 - 17.

120. Strength and Ductility Improvement through Thermomechanical Treatment of Wire-Feed Electron Beam Additive Manufactured Low Stacking Fault Energy (SFE) Aluminum Bronze / E. Khoroshko, A. Filippov, S. Tarasov [et. al.] // Metals. - 2020. - V. 10. - Issue 12. - 1568: 1 - 18.

121. Khoroshko E.S. Anisotropy of the mechanical properties of the aluminum bronze obtained by the electron beam additive manufacturing / E.S. Khoroshko, A.V. Filippov, N.N. Shamarin, S. Yu. Tarasov // AIP Conference Proceedings. - 2020. - V. 2310. - 020145.

122. Microstructural Control of Additively Manufactured Metallic Materials / P.C. Collins, D. A. Brice, P. Samimi, I. Ghamarian, H. L. Fraser // Annu. Rev. Mater. Res. - 2016. - V. 46. - 18.1 - 18.29.

123. Current issues in recrystallization: a review / R. D. Doherty, D.A. Hughes, F.J. Humphreys [et al.] // Materials Science and Engineering A. - 1997. - V. 238. - P. 219 - 274.

124. Structure and mechanical properties of Cu - Al - Si - Mn system-based copper alloy obtained by additive manufacturing / E.S. Khoroshko, A.V. Filippov, N.N. Shamarin [et al.] // Russian Physics Journal. - 2021. - V. 64. - No. 2. - P. 333 - 339.

125. Zobac O. Experimental Description of the Al-Cu Binary Phase Diagram / O. Zobac, A. Kroupa, A. Zemanova, K. W. Richter // Experimental Metallurgical and Materials Transactions A. - 2019. - V. 50 A. - P. 3805 - 3815.

126. Goedecke T. Z. Metall /T. Goedecke, F. Sommer. - 1996. - V. 87. - P. 581 - 86.

127. Ponweiser N. New investigation of phase equilibria in the system Al-Cu-Si / N. Ponweiser, K. W. Richter // Journal of Alloys and Compounds. - 2012. - V. 512. - P. 252 - 263.

128. Iqbal J. Development of Microstructure in Silicon-Aluminum-Bronze / J. Iqbal, F. Ahmed, F. Hasan // Pak. J. Engg. & Appl. Sci. - 2008. - V. 3. - P. 47 - 53.

129. Miettinen J. Thermodynamic description of the Cu-Al-Si system in the copper-rich corner above 700 °C / J. Miettinen // Computer Coupling ofPhase Diagrams and Thermochemistry. - 2007. - V. 31. - P. 449 - 456.

130. Hisatsune C. Constitution Diagram of the Copper-Silicon-Aluminium System / Mem. Coll. Eng. Kyoto Imp. Univ. - 1935. - 9. - P. 18 - 47.

131. Wilson F.H. The Metallurgy / F.H. Wilson // Metals Technol. - 1948. - V. 15. - P. 1 - 12.

132. Hallstedt B. Calorimetric measurements and assessment of the binary Cu-Si and ternary Al-Cu-Si phase diagrams / B. Hallstedt, J. Gröbner, M. Hamp, R. Schmid-Fetzer // Cal-phad. - 2016. - V. 53. - P. 25 - 38.

133. Filippov A.V. Peculiarities of the boron carbide particles reinforced aluminum bronze manufactured

by electron beam 3D printing / A.V. Filippov, N.N. Shamarin, S.Yu. Tarasov, E.S. Khoroshko [et al.] // AIP Conference Proceedings. - 2020. - V. 2310. - Issue1. - P. 020095: 1 - 4.

134. Characterization of gradient CuAl - B4C composites additively manufactured using a combination of wire-feed and powder-bed electron beam deposition methods / A.V. Filippov, E.S. Khoroshko, N.N. Shamarin [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. - 2021. - V. 859. - P. 157824: 1 - 10.

135. Froumin N. Ceramicemetal interaction and wetting phenomena in the B4C/Cu system / N. Froumin, N. Frage, M. Aizenshtein, M.P. Dariel // J. Eur. Ceram. Soc. - 2003. - V. 23. - Issue 15. - P. 2821 - 2828.

136. Lozovoi A. Boron in copper: a perfect misfit in the bulk and cohesion enhancer at a grain boundar / A. Lozovoi, A. Paxton // Physical Review B. - 2008. - V. 77. - Issue 16. - P. 165413 - 165427.

137. Diffusion of boron in copper by direct-exchange mechanism / B. Ittermann, H. Ackermann, H.-J. Stockmann [et al.] // Phys. Rev. Lett. - 1996. - V. 77. - Issue 23. - P. 4784 - 4787.

138. Yasakau K.A. Role of intermetallics in corrosion of aluminum alloys. Smart corrosion protection / K.A. Yasakau, M.L. Zheludkevich, M.G.S. Ferreira // Intermetallic Matrix Composites Properties and Applications / ed. by R. Mitra. - 2018. - P. 425 - 462.

139. Kear G. Electrochemical corrosion of unalloyed copper in chloride media - a critical review / G Kear, B.D. Barker, F.C. Walsh // Corrosion Science. - 2004. - V. 46. - Issue. - P.109 - 139.

140. The Application of Copper-Nickel Alloys in Marine Systems / Seminar-Technical Report 70441919: Copper Development Association Inc.,1996.

141. Callot F. Lochfraß an Kupferrohren und oberflächlicher Kohlenstoff: ESCA-Untersuchungen / F. Callot, A. Jaegle, A. Kait, G. Nanse // Weokstoffe und Korrosion. - 1978. - V. 29. - P. 519 - 522.

142. Shalaby H.M. A Morphological Study of Pitting Corrosion of Copper in Soft Tap Water / H.M.

Shalaby, F.M. AI-Kharafi, V.K. Gouda // CORROSION. -Vol. 45. - No. 7. - P. 536 - 547.

143. D eslouis C. Electrochemical behavior of copper in neutral aerated chloride solution. I Steady-state investigation / C. Deslouis, B. Tribollet, G. Mengoli, M. M. Musiani // Journal of Applied Electrochemistry. - 1988. - V. 18. - P. 374 - 383.

144. Kovacik J. Effect of composition on friction coefficient of Cuegraphite composites / Wear // J. Kovacik, S. Emmer, J. Bielek, L. Kelesi. - 2008. - V. 265. - Issue 3 - 4. - P. 417 - 421.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

АКТ ИСПЫТАНИИ

Комиссия в составе:

председатель: члены комиссии:

директор

заместитель директора главный инженер главный конструктор

Бакшаев В.А. Федотов Ю.Н. Индубаев В.И. Ивашкин И.Н.

составили акт о том, что в ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель» проведены исследовательские испытания технологии электронно-лучевого аддитивного производства для производства изделий из бронзы систем Cu-Al, Cu-Al-Si транспортного и авиакосмического назначения (разработчики: Колубаев Е.А., Рубцов В.Е., Хорошко Е.С., Шамарин H.H.). В рамках работ разработана новая методика выбора технологических режимов электронно-лучевой трехмерной печати, обеспечивающая изготовление качественных изделий с повышенными прочностными свойствами.

Предложенные новые технологические решения позволили снизить трудоемкость при изготовлении изделий, напечатанных из бронзы систем Cu-Al, Cu-Al-Si, на 30% и 45%, соответственно, по сравнению с ранее применявшейся технологией.

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

Бакшаев В.А.

Федотов Ю.Н.

Индубаев В.И.

Ивашкин И.Н.