GMAW and GTAW 3D printing microsctructure literature review/ru

▼Открытая лаборатория технологий устойчивого развития Мичиганского технологического института

Свяжитесь с доктором Джошуа Пирсом из Free Appropriate Sustainable Technology

MOST · Проекты и публикации · Методы · Литературные обзоры · Люди · Спонсоры · Новости · Обновления в Twitter · YouTube

В этом обзоре литературы обосновывается работа по созданию 3D-принтера с открытым исходным кодом для печати по металлу .

GMAW

Большинство статей по GMAW посвящены получению хорошего качества 3D-печати, но лишь немногие из них рассматривают влияние микроструктуры на свойства печати.

Херд, Д.В., Брофи, С. и Брочу, М. (2012). Изготовление цельных компонентов свободной формы из Al-Si методом CSC-MIG. Canadian Metallurgical Quarterly , 51 ( 3 ), 302–312.

• Четыре слоя сплава 4047 были напечатаны методом GMAW 3D на купонах из сплава 6061, после чего был отлит аналогичный алюминиевый сплав (Al-12%Si).
• Свойства и микроструктуры отпечатанного материала 4047 сравнивались с литым материалом.
• Анализ SDAS 3D-печатных слоёв показал укрупнение SDAS с увеличением высоты слоя. Авторы объяснили это накоплением тепла в подложке 6061 и последующим снижением скорости охлаждения образца.
• Более быстрое охлаждение изменило структуру эвтектики на более волокнистую. Более медленное охлаждение привело к формированию более игольчатой ​​эвтектической структуры.
• Авторы также сравнили микроструктуры в трёх слоях сварного шва с 5-минутным периодом охлаждения между слоями и без него. 5-минутный период охлаждения между слоями обеспечивал постоянный размер SDAS в последующих напечатанных слоях (т.е. SDAS слоя 1 = SDAS слоя 2).
• Дендритные структуры в первом ^слое печати не были выровнены  конкурентный рост дендритов. Направление роста напрямую зависит от направления теплового потока. Поскольку первый ^слой находится в прямом контакте с подложкой, тепловой поток двумерный, и с помощью рентгеновской дифракции были обнаружены две различные предпочтительные ориентации роста: (111) и (200).
• По мере увеличения количества напечатанных слоёв дендритные структуры приобретали более выровненное и стабильное направление роста. Отвод тепла осуществлялся преимущественно одномерно. Преимущественная ориентация кристаллизации находилась в плоскости (200).
• Были охарактеризованы твёрдость и прочность на изгиб. Прочность на изгиб материала, напечатанного на 3D-принтере, статистически эквивалентна прочности литого аналога. Деформация изгиба материала 4047, напечатанного на 3D-принтере, была меньше, чем у литого сплава Al-12%Si.
• Сравнивались поверхности изломов образцов, полученных методом 3D-печати, и литых образцов. Литой образец разрушился вследствие хрупкого разрушения вдоль эвтектических пластин кремния. На образце, полученном методом 3D-печати, наблюдались ямки (пластическая деформация перед разрушением), связанные с изменением морфологии и уменьшением размера частиц кремния.

Мэн, Ф.Дж., Ба, Д.М., Инь, Ф.Л. и Ду, Дж. (2014). Анализ микроструктуры деталей, изготовленных методом GMAW-сварки с учетом электромагнитных ограничений. ' Advanced Materials Research' , ' 887-888' , 1152–1155.

• GMAW 3DP стали H08Mn2Si на горячекатаную сталь 45.
• Для уменьшения и улучшения микроструктуры применялось электромагнитное поле, хотя подробно это не описывалось.
• Микроструктура в середине слоёв представлена ​​мелкозернистым равноосным ферритом. На границах слоёв микроструктура переходит в крупнозернистый феррит. На границах слоёв микроструктура становится более грубой, поскольку часть ранее напечатанного слоя переплавляется.

Сонг, Й.-А., Пак, С., Чой, Д. и Джи, Х. (2005). 3D-сварка и фрезерование: Часть I – прямой подход к изготовлению металлических прототипов произвольной формы. « Международный журнал станков и производства» , 45 ( 9 ), 1057–1062.

• В данной статье основное внимание уделено описанию их системы сварки и фрезерования.
• Стальная проволока ER70S-6 была приварена к стали. Качество печати было ужасным (см. верхнюю часть рис. 5), но фрезерование после каждого слоя значительно улучшило качество печати.
• Микроструктура была мельче там, где охлаждение происходило быстрее (первые напечатанные слои). Микроструктура была грубее там, где охлаждение происходило медленнее (верхние слои). Образцы были твёрже там, где микроструктура была более тонкой.
• В таблице 1 приведено сравнение плотности, точности, шероховатости поверхности и механической прочности данной 3D-сварки и фрезерования с характеристиками деталей, изготовленных другими методами 3D-печати.

Чжу, С., Ли, Ч., Шен, Ч.-Д. и Лю, Дж. (2010). « Микроструктура и микромеханические свойства детали, изготовленной методом быстрого прототипирования методом GMAW-сварки» ( т. 419–420).

• В аннотации не упоминается контроль микроструктуры, но микроструктуры стальных деталей, напечатанных на 3D-принтере, по крайней мере были оценены.
• Авторы изготовили собственный провод (может пригодиться для устранения неполадок при изготовлении провода).

Статьи, посвященные микроструктуре 3D-печати на основе GTAW

Бауфельд, Б., Брандл, Э. и ван дер Бист, О. (2011). Аддитивное производство с использованием проволоки: сравнение микроструктуры и механических свойств компонентов из сплава Ti–6Al–4V, изготовленных лазерным напылением и фасонным напылением. Журнал «Технологии обработки материалов» , 211 (6), 1146–1158.

• Были проанализированы образцы в готовом и термообработанном виде как для лазерной сварки 3DP, так и для сварки GTAW 3DP.
• В данной статье основное внимание уделяется микроструктурной характеристике, небольшим отклонениям в обсуждении результатов испытаний на усталость и твердости.
• Оба метода выявили удлиненные зерна, слоистые поверхности и полосчатые мезоструктуры.
• Более мелкие микроструктуры наблюдаются в верхних слоях. Более крупные микроструктуры наблюдаются вблизи нижней части образца.

Хории, Т., Кирихара, С. и Миямото, Й. (2008). Изготовление сплавов Ti–Al свободной формы методом трёхмерной микросварки. Интерметаллические соединения , 16 (11–12), 1245–1249.

• Micro-GTAW
• Использовалось несколько проволок Ti и Al диаметром 200 мкм и два отдельных механизма подачи проволоки.
• Проанализированы свойства 3 различных соотношений добавок проволоки Ti и Al; также специально создан образец с градиентом состава.
• Несколько микроструктурных изображений и сравнение с фазовой диаграммой. Стоит посмотреть.

Хории, Т., Ишикава, М., Кирихара, С., Миямото, Ю. и Яманака, Н. (2007). Разработка технологии изготовления металлических изделий произвольной формы методом трёхмерной микросварки. Явления в твёрдом состоянии , 127 , 189–194.

Хории, Т., Кирихара, С. и Миямото, Й. (2009). Изготовление изделий из суперсплавов произвольной формы методом 3D-микросварки. Materials & Design , 30 (4), 1093–1097.

• Та же система, описанная в статье Хории 2008 года
• Авторы напечатали сплав Инконель 600
• Сравнение стабильности шариков в зависимости от типа вольфрамового электрода, «время нарастания».
• Представлены микроструктуры. Слои на рисунке 7 выглядят точно так же, как и те, что мы обычно видим в алюминии серии 4000, напечатанном на 3D-принтере.
• Авторы охарактеризовали механические свойства

Яндрич, З., Лабудович, М. и Ковачевич, Р. (2004). Влияние теплоотвода на микроструктуру трёхмерных деталей, изготовленных методом наплавки. International Journal of Machine Tools and Manufacture , 44 (7–8), 785–796.

• Сталь AISI 1018 GTAW 3DP
• Выполнен микроструктурный анализ зон сплавления и термического влияния сварных швов.
• Это исследование очень похоже на работу, проделанную нашими корпоративными командами в этом году. Авторы этого исследования изучали влияние видимого размера радиатора на охлаждение и характеристики 3DP-процессора.
• Зона сплавления содержала крупные столбчатые дендриты, обусловленные конституционным переохлаждением.
• Верхний слой всех сварных швов имел равноосные дендриты, но микроструктура нижележащего слоя различалась в зависимости от количества отводимого тепла. «Наилучшая» микроструктура была получена для образцов с наиболее равномерной теплопередачей.
• Более игольчатый феррит образовался в образцах, сваренных на радиаторе большего объема (т.е. с большим охлаждением)
• Образцы были тверже в верхнем слое и мягче в первом слое, хотя эта тенденция была незначительной.
• Рекомендации по дальнейшей работе: Чтобы улучшить качество печати GTAW 3DP, подвод тепла к сварному шву следует регулировать в зависимости от объема теплоотвода, чтобы ко всем слоям применялась одна и та же максимальная температура.

Ма, Й., Куйури, Д., Хойе, Н., Ли, Х. и Пан, З. (2015). Влияние местоположения на микроструктуру и механические свойства алюминидов титана, полученных методом аддитивного нанесения с использованием легирования in-situ и дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа. Materials Science and Engineering: A , 631 , 230–240.

• Двойные устройства подачи проволоки диаметром ~1 мм
• Качество печати в GTAW не намного лучше нашего.
• Микроструктурная характеристика – слоистые структуры, подобные нашим
• Также проводились измерения EDS, жгутов и прочностных свойств.
• Сравнение микроструктуры с фазовой диаграммой Ti-Al

Ма, Й., Куйури, Д., Хойе, Н., Ли, Х. и Пан, З. (2014). Характеристика легированных in situ и аддитивно изготовленных алюминидов титана. Metallurgical and Materials Transactions B , 45 (6), 2299–2303.

• Похоже на вступительную статью к их статье 2015 года.

Теракубо, М., О, Дж., Кирихара, С., Миямото, Й., Мацуура, К. и Кудо, М. (2005). Изготовление титановых деталей произвольной формы методом 3D-микросварки. Материаловедение и машиностроение: A , 402 (1–2), 84–91.

• Печать Ti методом импульсной 3D-печати GTAW
• Испытаны два разных типа защитного газа (Ar и Ar-4% водорода)
• Исследование фотоэлектрических систем: влияние тока дуги на высоту шарика, угол контакта, размер шарика
• Некоторые микроструктуры даны
• Твердость по Виккерсу

Ван, Х., Цзян, В., Оуян, Дж. и Ковачевич, Р. (2004). Быстрое прототипирование деталей из алюминиевого сплава 4043 методом VP-GTAW. Журнал «Технологии обработки материалов», 148(1), 93–102.

• Напечатанный на 3D-принтере GTAW с переменной полярностью (VP) 4043. 4043 был напечатан на алюминиевой пластине 6061. Был напечатан 120-слойный цилиндр. Каждый сварной слой имел высоту от 0,2 до 0,45 мм в зависимости от параметров принтера и сварочного аппарата.
• Авторы наблюдали слоистую микроструктуру (подобную результатам моей статьи «Механические свойства»), в которой слои грубой микроструктуры уступали место слоям тонкой микроструктуры.
• Средний размер SDAS в верхних слоях составляет около 4 мкм, а в нижних областях — около 8 мкм.
• Самое быстрое охлаждение наблюдалось в верхних слоях.
• Скорость охлаждения при этом типе 3DP выше, чем при традиционной сварке плавлением (точные цифры не приводятся).

Не уверен, GMAW или GTAW

Ли, Ч., Чжу, С., Шэнь, Ч.-Д. и Лю, Дж. (2010). Микроструктура и микромеханические свойства деталей из мягкой стали, изготовленных методом скоростного формования. Cailiao Rechuli Xuebao/Tractions of Materials and Heat Treatment , 31 (4), 45–49.

• Они изготавливали собственную металлопорошковую проволоку.
• В микроструктуре наблюдается слоистый характер. Содержание перлита уменьшается, а содержание феррита (предполагаю, игольчатого феррита) увеличивается в более высоких слоях по сравнению с изначально напечатанными слоями.