ما هي سبائك الألومنيوم الأكثر استخدامًا في WAAM للتطبيقات الهيكلية؟
السبائك الأساسية: قابلية لحام ممتازة ومقاومة للتآكل
يتم اختيار سبائك الألومنيوم الأكثر استخدامًا في التصنيع الإضافي بالقوس السلكي (WAAM) للتطبيقات الهيكلية بشكل أساسي لقابلية اللحام الممتازة، ونسبة القوة إلى الوزن، ومقاومة التصدع أثناء التصلب. تُعد سبائك السلسلة 5xxx (Al-Mg)، وخاصة ER5183 و ER5087، خيارات أساسية. يوفر محتواها من المغنيسيوم (Mg) تقوية بمحلول صلب دون تكوين أطوار هشة عرضة للتشقق أثناء الدورات الحرارية السريعة لـ WAAM. تقدم هذه السبائك قوة ممتازة في حالة اللحام، ومقاومة استثنائية للتآكل - خاصة في البيئات البحرية - وتستخدم على نطاق واسع للمكونات الهيكلية الكبيرة في قطاعات مثل القطاع البحري والنقل.
سبائك متعددة الاستخدامات وقابلة للمعالجة الحرارية لتحسين القوة
للتطبيقات التي تتطلب قوة نوعية أعلى، فإن سبائك السلسلة 6xxx (Al-Mg-Si) هي السائدة. تُستخدم أسلاك الحشو ER4043 (AlSi5) و ER4943 بشكل متكرر. يحسن محتوى السيليكون (Si) السيولة، ويقلل من التشقق الساخن، ويوفر كفافًا جيدًا لحبة اللحام. بينما تكون قوتها المترسبة أقل من سبائك السلسلة 5xxx، إلا أنها تستجيب جيدًا لـ المعالجة الحرارية بعد WAAM (التذويب والشيخوخة الاصطناعية)، مما يتيح استعادة وتعزيز كبيرين للقوة. وهذا يجعلها مناسبة للإطارات والمكونات الهيكلية في الفضاء والطيران، حيث تكون المعالجة الحرارية بعد العملية معيارية.
سبائك عالية القوة من درجة الفضاء
بدافع الطلب من قطاع الفضاء، هناك تركيز كبير على البحث والتطوير لمعالجة سبائك السلسلة 2xxx (Al-Cu) و السلسلة 7xxx (Al-Zn) عالية القوة عبر WAAM. سبائك مثل 2024 (Al-Cu-Mg) و 7075 (Al-Zn-Mg-Cu) مرغوبة للغاية لقوتها الاستثنائية. ومع ذلك، فإن معالجتها بواسطة WAAM تمثل تحديًا بسبب القابلية العالية للتشقق أثناء التصلب والمسامية الكبيرة. غالبًا ما يتطلب الترسيب الناجح تحكمًا دقيقًا في الغلاف الواقي، وكيمياء أسلاك متخصصة مع مواد تحسين الحبيبات (مثل Ti، Zr)، وتبريد متكامل بين المراحل. يجب أن تخضع الهياكل الناجحة عادةً لمعالجة حرارية صارمة بعد الترسيب و الكبس المتساوي الساخن (HIP) لتحقيق الخواص الميكانيكية والكثافة المثلى للاستخدامات الهيكلية الحرجة.
اختيار السبيكة والاعتبارات بعد العملية
يعد اختيار سبيكة ألومنيوم لـ WAAM الهيكلي توازنًا بين قابلية اللحام، والخصائص الميكانيكية المطلوبة، وإمكانية إجراء المعالجة اللاحقة. بالنسبة لسبائك السلسلة 5xxx غير القابلة للمعالجة الحرارية، يتم تحديد الخصائص إلى حد كبير أثناء الترسيب، مما يجعل التحكم في العملية أمرًا بالغ الأهمية. بالنسبة للسلسلة 2xxx، 6xxx، و 7xxx القابلة للمعالجة الحرارية، يجب أن تنتج عملية WAAM شكلاً أوليًا سليمًا وخاليًا من الشقوق يمكنه الاستجابة بشكل موثوق للدورات الحرارية اللاحقة. بغض النظر عن السبيكة، تتطلب معظم الهياكل الألومنيوم المنتجة بواسطة WAAM تشغيل CNC نهائيًا لتحقيق الدقة الأبعاد ونهاية السطح، حيث تنتج العملية جزءًا قريبًا من الشكل النهائي. إن تقارب WAAM مع طباعة الألومنيوم ثلاثية الأبعاد التقليدية والتقنيات الطاردة للقطع يتيح تصنيع مكونات هيكلية خفيفة الوزن ومحسنة.
