Числове моделювання напружено-деформованого стану при адитивному MIG наплавленні кремнієвою бронзою CuSi3Mn1

Автор(и)

  • Одарка Прохоренко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2589-7056
  • Іван Лагодзінський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7986-9440

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2024-1(35)-32-47

Ключові слова:

WAAM; GMAW; напружено-деформований стан; адитивні технології; CuSi3Mn1; пошарове наплавлення

Анотація

Досліджено напружено-деформований стан адитивно згенерованих виробів із застосуванням кремнієвої бронзи CuSi3Mn1 (БрКМц3-1). Розроблена скінченно-елементна модель, на базі якої виконане числове моделювання пошарового наплавлення просторового виробу. Досліджено зміни температурного поля та виявлено, що характер зміни температур і величина її зменшення у відповідному шарі після наплавлення наступних шарів є однаковими і не залежать від траєкторії наплавлення. Встановлено, що для нижніх (1-4 шар) та верхніх (останніх) шарів характерний об’ємний напружений стан, який призводить до утворення тріщин на стадії охолодження в діапазоні температур 475–550 оС при зменшенні межі міцності наплавленого матеріалу σВ<170 МПа.

 

Біографії авторів

Одарка Прохоренко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

кандидат технічних наук, доцент кафедри зварювального виробництва

Іван Лагодзінський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

аспірант, асистент кафедри зварювального виробництва

Посилання

Treutler, Kai, and Volker Wesling. (2021). The Current State of Research of Wire Arc Ad-ditive Manufacturing (WAAM): A Review. Applied Sciences, 11(18), 8619. https://doi.org/10.3390/app11188619.

Manurung, Y. H. P., Prajadhiana, K. P., Adenan, M. S., Awiszus, B., Graf, M., & Haelsig, A. (2021). Analysis of material property models on WAAM distortion using nonlinear numerical computation and experimental verification with P-GMAW. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 21(1). https://doi.org/10.1007/b101137.

Gurcik, T., Kovanda, K., Rohan, P. (2019). Influence of shielding gas on geometrical quality of WAAM technology. METAL 2019 - 28th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, 715–721. https://doi.org/10.37904/metal.2019.871.

Kvasnytskyi, V.V., Lahodzinskyi, I.M. (2023). Vplyv metodiv GMAW i PAW adytyvno-ho duhovoho naplavlennia ta skladu zakhysnoho hazu na heometrychni kharakterystyky pov-erkhon i strukturu metalu vyrobiv [Influence of GMAW and PAW methods of additive arc sur-facing and shielding gas composition on surface geometry and metal structure]. Avtomatychne zvariuvannia – Automatic Welding, 11, 23–31. https://doi.org/10.37434/as2023.11.02.

Xiong, J., Li, R., Lei, Y., & Chen, H. (2018). Heat propagation of circular thin-walled parts fabricated in additive manufacturing using gas metal arc welding. Journal of Materials Processing Technology, 251, 12–19. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.08.007.

Zhao, H., Zhang, G., Yin, Z., & Wu, L. (2011). A 3D dynamic analysis of thermal behav-ior during single-pass multi-layer weld-based rapid prototyping. Journal of Materials Processing Technology, 211(3), 488–495. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.11.002.

Jimenez, X., Dong, W., Paul, S., Klecka, M. A., & To, A. C. (2020). Residual Stress Mod-eling with Phase Transformation for Wire Arc Additive Manufacturing of B91 Steel. JOM, 72(12), 4178–4186. https://doi.org/10.1007/s11837-020-04424-w.

Cunningham, C. R., Flynn, J. M., Shokrani, A., Dhokia, V., & Newman, S. T. (2018). In-vited review article: Strategies and processes for high quality wire arc additive manufacturing. Additive Manufacturing, 22, 672–686. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.06.020.

Huang C., Kyvelou P., Gardner L. (2023). Stress-strain curves for wire arc additively manufactured steels. Engineering Structures, 279, №115628. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.115628.

Silvestru, V.-A., Ariza, I., Vienne, J., Michel, L., Aguilar Sanchez, A. M., Angst, U., … Taras, A. (2021). Performance under tensile loading of point-by-point wire and arc additively manufactured steel bars for structural components. Materials & Design, 205, № 109740. https://doi.org/10.1016/ j.matdes.2021.109740.

Xin, H., Tarus, I., Cheng, L., Veljkovic, M., Persem, N., & Lorich, L. (2021). Experi-ments and numerical simulation of wire and arc additive manufactured steel materials. Struc-tures, 34, 1393–1402. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.08.055.

Kyvelou, P., Slack, H., Mountanou, D. D., Wadee, M. A., Britton, T. B., Buchanan, C., & Gardner, L. (2020). Mechanical and microstructural testing of wire and arc additively manu-factured sheet material. Materials & Design, 108675. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108675.

Hadjipantelis N., Weber B., Buchanan C., Gardner L. (2022). Description of anisotropic material response of wire and arc additively manufactured thin-walled stainless steel elements. Thin-Walled Structures, 171, 108634. https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.108634.

Gang, M., Xueming, H., Ye, H., Chen, S., Min W. (2020) Study on the microstructure optimization and mechanical properties of dissimilar TC4-304L arc-brazing joints, Materials Science and Engineering: A, 788. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139566.

Yu, Z.S., Li, R.F., Zhou, F.M. et. al. (2004) Joint evolution and strengthening mecha-nisms in arc brazed galvanised steels with Cu97Si3 filler. Materials Science and Technology, 20(11), 1479-1483. https://doi.org/10.1179/026708304225022133.

Baby, J., Amirthalingam, M. (2020) Microstructural development during wire arc addi-tive manufacturing of copper-based components. Welding in the World, 64, 395–405. https://doi.org/10.1007/ s40194-019-00840-y.

Yanhu, W., Xizhang, C., Sergey, K., Chuanchu, S., Arshad, N.S., Namrata, G. (2019) In-situ wire-feed additive manufacturing of Cu-Al alloy by addition of silicon. Applied Surface Science, 487, 1366–1375. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.05.068.

Lahodzinskyi, I.M., Kvasnytskyi, V.V., Hryniuk, A.A. (2023). Osoblyvosti vykorystan-nia CMT ta Pulse tekhnolohii pry duhovomu adytyvnomu vyhotovlenni prostorovykh vyrobiv. Zvariuvannia ta sporidneni tekhnolohii: perspektyvy rozvytku [Features of using CMT and Pulse technologies in arc additive manufacturing of spatial products]. Tezy dopovidei V Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii – Welding and related technologies: prospects for development: theses add. V International science and technology conf. (pp. 50–53). Donbass state engineering academy.

Prokhorenko, O., Hainutdinov, S., Prokhorenko, V., Pulka, C., Senchyshyn, V., (2022). Numerical simulation results of the kinetics of temperature and phase composition in a butt joint made from steel DC04 during a single-pass submerged arc welding. Procedia Structural Integri-ty, 36, 2022, 290–297. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.01.037.

Grigorenko, G.M., Kostin, V.A., Zhukov, V.V. (2017). Modeling of metallurgical addi-tive process of manufacture of 09G2S steel structures. Electrometallurgy Today, 2, 35–44. https://doi.org/ 10.15407/sem2017.02.06.

Kvasnytskyi, V., Korzhyk, V., Lahodzinkyi, I., Illiashenko, Y., Peleshenko, S., Voitenko, O. (2020). Creation of volumetric products using additive arc cladding with compact and pow-der filler materials. IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Proper-ties (NAP), 02SAMA16-1–02SAMA16-5. https://doi.org/10.1109/NAP51477.2020.9309696.

Spittel, Marlene & Spittel, Thilo. (2016). Flow stress and plasticity of CuSi3Mn. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-14174-4_62.

Handbook of Comparative World Steel Standards. (2004). International Technical In-formation Institute.

Goldak, J.A., Akhlagi, М. (2005). Computational Welding Mechanics. Springer.

Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L., Fox, D.D. (2014). The finite element method for solid and structural mechanics. Zienkiewicz– Elsevier.

Haelsig, A., Kusch, M., & Mayer, P. (2012). New Findings On The Efficiency Of Gas Shielded Arc Welding. Welding in the World, 56(11-12), 98–104. https://doi.org/10.1007/BF03321400.

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-29

Як цитувати

Прохоренко, О. ., & Лагодзінський, І. . (2024). Числове моделювання напружено-деформованого стану при адитивному MIG наплавленні кремнієвою бронзою CuSi3Mn1. Технічні науки та технології, (1 (35), 32–47. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2024-1(35)-32-47

Номер

Розділ

ПРИКЛАДНА МЕХАНІКА, МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО ТА МАШИНОБУДУВАННЯ