Разработка и сертификация летной годности современной ответственной детали корпуса переключателя для аэрокосмических систем, изготовленной из сплава AlSi10Mg с помощью аддитивной технологии
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-3-65-2
Аннотация
Аддитивные технологии (АТ) очень эффективны для макетирования и быстрого производства, поэтому их применение выгодно для аэрокосмической отрасли. Они позволяют сэкономить средства, а также облегчить конструкции, подходят для комплексного проектирования. Однако на данный момент доступно лишь несколько стандартов аддитивных технологий, требуется много материалов и оборудования, что приводит к возникновению затруднений с сертификацией и внедрением АТ. Нестандартные испытания приводят к тому, что АТ в аэрозольных материалах оказываются менее привлекательными из-за их дороговизны и трудоемкости. Целью работы является изготовление деталей корпуса переключателя военных и гражданских самолетов методом лазерного сплавления порошкового слоя (LPBF) с применением порошка AlSi10Mg. Выявлены физико-химические свойства материала, проведены неразрушающие и разрушающие испытания, а также даны четкие разъяснения процедур сертификации. Сделан упор на необходимости разработки руководств и стандартов, охватывающих все аспекты производства – от проектирования до изготовления и эксплуатации продукта. Комплексный анализ испытаний на проникновение жидкости показывает, что дефекты находятся в пределах допустимого уровня. AlSi10Mg демонстрирует более высокие показатели предела текучести, предела прочности и относительного удлинения, равные (259±4) МПа, (323±4) МПа и (12,5±1,5) % соответственно. Показано, что дисперсионно-твердеющий AlSi10Mg, разработанный и производящийся в Индии, по свойствам не уступает аналогичным дисперсионно-твердеющим алюминиевым сплавам всемирно известных производителей.
Об авторах
Поннусами ВигнешИндия
доктор наук, младший специалист-1
К.В. Правин
Индия
бакалавр технических наук, технический помощник
Суббулакшми Кришнакумар
Индия
бакалавр технических наук, технический помощник
Моханрао Чембу Бхуванесвари
Индия
бакалавр технических наук, региональный директор (сектор ‘F’)
Шириш Шарад Кейл
Индия
доктор наук, директор (сектор ‘G’)
Тэгараджан Рам Прабху
Индия
доктор наук, содиректор (сектор ‘E’)
Список литературы
1. Bradford R.L., Cao L., Klosterman D., Herman F., Forman L., Browning C. A metal–metal powder formulation approach for laser additive manufacturing of difficult-to-print high-strength aluminum alloys // Materials Letters. 2021. Vol. 300. Article number 130113. DOI: 10.1016/j.matlet.2021.130113.
2. Bajakke P.A., Malik V.R., Deshpande A.S. Particulate metal matrix composites and their fabrication via friction stir processing – a review // Materials and Manufacturing Processes. 2018. Vol. 34. № 8. P. 833–881. DOI: 10.1080/10426914.2019.1605181.
3. Matilainen V., Piili H., Salminen A., Syvänen T., Nyrhilä O. Characterization of process efficiency improvement in laser additive manufacturing // Physics Procedia. 2014. Vol. 56. P. 317–326. DOI: 10.1016/j.phpro.2014.08.177.
4. Fousová M., Dvorský D., Michalcová A., Vojtěch D. Changes in the microstructure and mechanical properties of additively manufactured AlSi10Mg alloy after exposure to elevated temperatures // Materials Characterization. 2018. Vol. 137. P. 119–126. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.01.028.
5. Tradowsky U., White J., Ward R.M., Read N., Reimers W., Attallah M.M. Selective laser melting of AlSi10Mg: Influence of post-processing on the microstructural and tensile properties development // Materials & Design. 2016. Vol. 105. P. 212–222. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.05.066.
6. Zhou L., Mehta A., Schulz E., McWilliams B., Cho K., Sohn Y. Microstructure, precipitates and hardness of selectively laser melted AlSi10Mg alloy before and after heat treatment // Materials Characterization. 2018. Vol. 143. P. 5–17. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.04.022.
7. Li X.P., Wang X.J., Saunders M., Suvorova A., Zhang L.C., Liu Y.J., Fang M.H., Huang Z.H., Sercombe T.B. A selective laser melting and solution heat treatment refined Al–12Si alloy with a controllable ultrafine eutectic microstructure and 25% tensile ductility // Acta Materialia. 2015. Vol. 95. P. 74–82. DOI: 10.1016/j.actamat.2015.05.017.
8. Andersen S.J., Zandbergen H.W., Jansen J., TrÆholt C., Tundal U., Reiso O. The crystal structure of the β″ phase in Al–Mg–Si alloys // Acta Materialia. 1998. Vol. 46. № 9. P. 3283–3298. DOI: 10.1016/S1359-6454(97)00493-X.
9. Rometsch P.A., Schaffer G.B. An age hardening model for Al–7Si–Mg casting alloys // Materials Science and Engineering: A. 2002. Vol. 325. № 1-2. P. 424–434. DOI: 10.1016/S0921-5093(01)01479-4.
10. Montero-Sistiaga M.L., Mertens R., Vrancken B., Wang X., Van Hooreweder B., Kruth J.P., Van Humbeeck J. Changing the alloy composition of Al7075 for better processability by selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2016. Vol. 238. P. 437–445. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.08.003.
11. Li W., Li S., Liu J., Zhang A., Zhou Y., Wei Q., Yan C., Shi Y. Effect of heat treatment on AlSi10Mg alloy fabricated by selective laser melting: Microstructure evolution, mechanical properties and fracture mechanism // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 663. P. 116–125. DOI: 10.1016/j.msea.2016.03.088.
12. Takata N., Kodaira H., Sekizawa K., Suzuki A., Kobashi M. Change in microstructure of selectively laser melted AlSi10Mg alloy with heat treatments // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 704. P. 218–228. DOI: 10.1016/j.msea.2017.08.029.
13. Reunova K.A., Astafurova E.G., Moskvina V.A., Astafurov S.V., Panchenko M.Y., Melnikov E.V., Kolubaev E.A. Microstructure and Phase Composition of a Gradient Material “Stainless Steel/Cr-Ni Alloy” Produced by Electron-Beam Additive Manufacturing // Russian Physics Journal. 2022. Vol. 65. P. 771–777. DOI: 10.1007/s11182-022-02696-0.
14. Astafurova E.G., Panchenko M.Yu., Moskvina V.A. et al. Microstructure and grain growth inhomogeneity in austenitic steel produced by wire-feed electron beam melting: The effect of post-building solid-solution treatment // Journal of Materials Science. 2020. Vol. 55. № 22. P. 9211–9224. DOI: 10.1007/s10853-020-04424-w.
15. Москвина В.А., Мельников Е.В., Загибалова Е.А. Особенности градиентного материала на основе нержавеющей хромоникелевой стали и сплава Х20Н80, изготовленного методом электронно-лучевой 3D-печати // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021. № 3. С. 57–66. DOI: 10.18323/2073-5073-2021-3-57-66.
16. Халикова Г.Р., Закирова Г.Р., Фархутдинов А.И., Корзникова Е.А., Трифонов В.Г. Структура и механические свойства алюминиевого сплава АК12Д, подвергнутого обработке трением с перемешиванием // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 3-2. С. 99–108. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-3-2-99-108.
17. Торубаров И.С., Дроботов А.В., Гущин И.А., Вдовин Д.С., Плотников А.Л., Яковлев А.А. Аддитивное производство изделий с пространственным армированием непрерывным волокном // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 2. С. 92–104. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-2-92-104.
18. Веткасов Н.И., Капустин А.И., Сапунов В.В. Разработка и применение процесса предварительного формирования высокооднородной сухой смеси «Алюминиевый порошок – одностенные УНТ» в технологии получения алюмоматричных композитов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2018. № 3. С. 14–21. DOI: 10.18323/2073-5073-2018-3-14-21.
19. Raja A., Cheethirala S.R., Gupta P., Vasa N.J., Jayaganthan R. A review on the fatigue behaviour of AlSi10Mg alloy fabricated using laser powder bed fusion technique // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 17. P. 1013–1029. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.01.028.
20. Limbasiya N., Jain A., Soni H., Wankhede V., Krolczyk G., Sahlot P. Comprehensive review on the effect of process parameters and post-process treatments on microstructure and mechanical properties of selective laser melting of AlSi10Mg // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 21. P. 1141–1176. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.09.092.
21. Sha G., Möller H., Stumpf W.E., Xia J.H., Govender G., Ringer S.P. Solute nanostructures and their strengthening effects in Al–7Si–0.6 Mg alloy F357 // Acta Materialia. 2012. Vol. 60. № 2. P. 692–701. DOI: 10.1016/j.actamat.2011.10.029.
22. Zhao L., Song L., Macías J.G.S., Zhu Y., Huang M., Simar A., Li Z. Review on the correlation between microstructure and mechanical performance for laser powder bed fusion AlSi10Mg // Additive Manufacturing. 2022. Vol. 56. Article number 102914. DOI: 10.1016/j.addma.2022.102914.
Рецензия
Для цитирования:
Вигнеш П., Правин К., Кришнакумар С., Бхуванесвари М., Кейл Ш., Рам Прабху Т. Разработка и сертификация летной годности современной ответственной детали корпуса переключателя для аэрокосмических систем, изготовленной из сплава AlSi10Mg с помощью аддитивной технологии. Frontier Materials & Technologies. 2023;(3):19-30. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-3-65-2
For citation:
Vignesh P., Praveen K., Krishnakumar S., Bhuvaneswari M., Kale S., Ram Prabhu T. Development and airworthiness certification of state of art additively manufactured AlSi10Mg mission critical selector valve body part for aerospace. Frontier Materials & Technologies. 2023;(3):19-30. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-3-65-2