Какие алюминиевые сплавы наиболее часто используются в WAAM для структурных применений?

Основные сплавы: отличная свариваемость и коррозионная стойкость

Алюминиевые сплавы, наиболее часто используемые в дуговой аддитивной технологии (WAAM) для структурных применений, выбираются в первую очередь за их превосходную свариваемость, отношение прочности к весу и устойчивость к образованию трещин при затвердевании. Сплавы серии 5xxx (Al-Mg), в частности ER5183 и ER5087, являются основными вариантами. Содержание магния (Mg) обеспечивает упрочнение твердого раствора без образования хрупких фаз, склонных к растрескиванию во время быстрых термических циклов WAAM. Эти сплавы обладают отличной прочностью в сварном состоянии, выдающейся коррозионной стойкостью — особенно в морской среде — и широко используются для крупногабаритных структурных компонентов в таких секторах, как морской и транспортный.

Универсальные, упрочняемые термической обработкой сплавы для повышения прочности

Для применений, требующих более высокой удельной прочности, распространены сплавы серии 6xxx (Al-Mg-Si). ER4043 (AlSi5) и ER4943 часто используются в качестве присадочной проволоки. Содержание кремния (Si) улучшает текучесть, снижает горячее растрескивание и обеспечивает хороший профиль сварного шва. Хотя их прочность в состоянии после наплавки ниже, чем у сплавов серии 5xxx, они хорошо реагируют на последующую термическую обработку после WAAM (закалку и искусственное старение), что позволяет значительно восстановить и повысить прочность. Это делает их подходящими для структурных рам и компонентов в аэрокосмической и авиационной отраслях, где последующая термическая обработка является стандартной.

Высокопрочные сплавы аэрокосмического класса

Под влиянием спроса со стороны аэрокосмического сектора значительное внимание в НИОКР уделяется обработке высокопрочных сплавов серии 2xxx (Al-Cu) и серии 7xxx (Al-Zn) с помощью WAAM. Такие сплавы, как 2024 (Al-Cu-Mg) и 7075 (Al-Zn-Mg-Cu), высоко ценятся за их исключительную прочность. Однако их обработка методом WAAM является сложной из-за высокой склонности к образованию трещин при затвердевании и значительной пористости. Успешное наплавление часто требует точного контроля защитной атмосферы, специального химического состава проволоки с измельчителями зерна (например, Ti, Zr) и интегрированного межпроходного охлаждения. Успешно изготовленные детали, как правило, должны пройти строгую термическую обработку после наплавки и горячее изостатическое прессование (ГИП) для достижения оптимальных механических свойств и плотности для критических структурных применений.

Выбор сплава и соображения по последующей обработке

Выбор алюминиевого сплава для структурного WAAM — это баланс между свариваемостью, требуемыми механическими свойствами и осуществимостью последующей обработки. Для неупрочняемых термической обработкой сплавов серии 5xxx свойства в значительной степени устанавливаются во время наплавки, что делает контроль процесса первостепенным. Для упрочняемых термической обработкой сплавов серий 2xxx, 6xxx и 7xxx процесс WAAM должен производить качественную, бездефектную заготовку, которая может надежно реагировать на последующие термические циклы. Независимо от сплава, большинство алюминиевых структур, изготовленных методом WAAM, требуют окончательной обработки на станках с ЧПУ для достижения размерной точности и качества поверхности, поскольку процесс дает деталь, близкую к конечной форме. Конвергенция WAAM с традиционной 3D-печатью алюминием и субтрактивными технологиями позволяет производить оптимизированные, легкие структурные компоненты.