vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-2-169-180vestift-376Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ C ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙMETAL PARTS MANUFACTURING BY ELECTRON BEAM ADDITIVE TECHNOLOGIESЗалесскийВ. Г.ZaleskiV. G.

Залесский Виталий Геннадьевич – доктор физико-ма- тематических наук, директор.

ул. Купревича, 10, 220141, Минск.

Vitali G. Zaleski – D. Sc. (Physics and Mathematics), Director.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk.

v.zalesski@phti.byПобольИ. Л.PobolI. L.

Поболь Игорь Леонидович – доктор технических наук, заведующий отделом электронно-лучевых технологий и физики плазмы.

ул. Купревича, 10, 220141, Минск.

Igor L. Pobol – D. Sc. (Engineering), Head of the Department of Plasma Physics and Electron Beam Technologies.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk.

pobol@phti.byБакиновскийА. А.BakinouskiA. A.

Бакиновский Андрей Александрович – научный сотрудник лаборатории электрофизики.

ул. Купревича, 10, 220141, Минск.

Andrey A. Bakinouski – Researcher of the Laboratory of Electrophysics.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk.

backinoffskin@mail.ruГубкоА. Д.GubkoA. D.

Губко Артем Дмитриевич – научный сотрудник лаборатории электрофизики.

ул. Купревича, 10, 220141, Минск.

Artem D. Gubko – Researcher of the Laboratory of Electrophysics.

10, Kuprevich Str., 220141, Minsk.

phti_leph@mail.ruФизико-технический институт Национальной академии наук Беларуси.Physical-Technical Institute of the National Aca- demy of Sciences of Belarus.201802072018632169180Copyright © Залесский В.Г., Поболь И.Л., Бакиновский А.А., Губко А.Д., 20182018Залесский В.Г., Поболь И.Л., Бакиновский А.А., Губко А.Д.Zaleski V.G., Pobol I.L., Bakinouski A.A., Gubko A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/376

Представлена общая информация о развитии аддитивных технологий, а также обзор основных принципиальных схем процессов послойного выращивания металлических изделий. Описаны технологии и оборудование электронно-лучевого послойного получения металлических изделий как из проволоки, так и из порошка. Приведены экспериментальные данные, полученные авторами в результате электронно-лучевого аддитивного изготовления образцов из низкоуглеродистой стали, нержавеющей аустенитной стали и технического титана. По- лучены зависимости геометрических параметров наплавляемого слоя от основных параметров электронного луча, а также схема изменения профиля одиночного слоя наплавки от тока луча. Проведен анализ микроструктур. Описаны основные характерные зоны, образующиеся в образцах, полученных данным методом. Показано, что при работе с нержавеющей сталью типичная микроструктура образцов – крупные дендриты с главными осями длиной до нескольких миллиметров в направлении теплоотвода. Однако было замечено, что в участках, претерпевших повторный многократный переплав во время наплавки последующих слоев металла, происходит рекристаллизация и образуются равноосные зерна. В технически чистом титане помимо характерной крупнозернистой (до нескольких миллиметров в диаметре) структуры существуют зоны, где наблюдается пластинчатая структура с колониями около 1 мм, а также зона в виде полосы шириной около 1 мм вдоль стенок, представляющая собой игольчатую структуру. Это, очевидно, связано с режимом охлаждения, так как характер теплоотвода по краям заготовки отличается от центральных зон. Проведен анализ перспектив развития электронно-лучевых аддитивных технологий. Продемонстрированы примеры использования электронно-лучевой аддитивной технологии в современном производстве ускорительной техники, авиа- и машиностроении.

General information about development of additive technologies, as well as an overview of the main schema- tics of layer by layer manufacturing of metal products is presented. The technologies and equipment for electron beam layerby-layer production of metal products using wire and powder as a raw material is described. Experimental data obtained by the authors as a result of electron beam additive manufacturing of low-carbon steel, stainless austenitic steel and technical titanium samples are described. Relations between the product geometry and the electron beam main parameters are obtained. The analysis of microstructures is carried out. The main zones formed in the samples fabricated by this method are described. It is shown that typical microstructure of stainless steel samples consists of the large dendrites with main axes up to a few millimeters in the direction of heat sink. In a pure titanium, in addition to the characteristic coarse-grained (up to several millimeters in diameter) structure, there are zones where a lamellar structure with colonies of about 1 mm is observed, as well as a zone in the form of a strip about 1 mm wide along the walls, which is an acicular structure. This is obviously related to the cooling mode, since the character of the heat sink along the edges of the sample differs from the central zones. The analysis of electron beam additive technologies prospects is carried out. Examples of electron beam additive technology using in modern fabrication of accelerator technics, aircraft and machine building are demonstrated.

аддитивные технологииэлектронно-лучевые технологиимикроструктуратитаннержавеющая стальadditive technologieselectron beam technologiesmicrostructuretitanstainless steelReferencesFrazier, W. E. Digital Manufacturing of Metallic Components [Electronic resource] / W. E. Frazier. – Mode of access: https://sffsymposium.engr.utexas.edu/Manuscripts/2010/2010-60-Frazier.pdf – Date of access: 13 October 2017.Frazier W. E. Digital Manufacturing of Metallic Components. Available at: https://sffsymposium.engr.utexas.edu/Manuscripts/2010/2010-60-Frazier.pdf (Accessed 13 October 2017).Guo, N. Additive manufacturing: technology, applications and research needs / N. Guo, M. C. Leu // Frontiers of Mechanical Engineering. – 2013. – Vol. 8, № 3. – P. 215–243. https://doi.org/10.1007/s11465-013-0248-8Guo N., Leu M. C. Additive manufacturing: technology, applications and research needs. Frontiers of Mechanical Engineering, 2013, vol. 8, no. 3, pp. 215–243. https://doi.org/10.1007/s11465-013-0248-8Pham, D. T. Rapid prototyping and rapid tooling - the key enablers for rapid manufacturing / D. T. Pham, S. S. Dimov // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: J. Mech. Eng. Sci. – Vol. 217, № 1. – P. 1–23. https://doi.org/10.1243/095440603762554578Pham D. T., Dimov S. S. Rapid prototyping and rapid tooling - the key enablers for rapid manufacturing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 217, no. 1, pp. 1–23. https://doi.org/10.1243/095440603762554578Ek, K. Additive Manufactured Material: Master of Science Thesis MMK 2014:19 MKN 109 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design / K. Ek. – Stockholm, Sweden, 2014. – 102 p.Ek K. Additive Manufactured Material: Master of Science Thesis MMK 2014:19 MKN 109 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design. Stockholm, Sweden, 2014. 102 p.Hardware of ARCAM electron beam melting equipment [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.arcam. com/technology/electron-beam-melting/hardware. – Date of access: 13.10.2017.Hardware of ARCAM electron beam melting equipment. Available at: http://www.arcam.com/technology/electronbeam-melting/hardware/ (Accessed 13 October 2017).Зленко, М. А. Аддитивные технологии в машиностроении: пособие для инженеров / М. А. Зленко, М. В. Нагайцев, В. М. Довбыш. – М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. – 220 с.Zlenko M. A., Nagaitsev M. V., Dovbysh V. M. Additive technologies in mechanical engineering: a manual for engineers. Moskow, Research Automobile and Automotive Institute Publ., 2015. 220 p. (in Russian).Electron Beam Melting (EBM) [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.camplex.com.au/ebm-electron-beam-melting/ – Date of access: 13.10.2017.Electron Beam Melting (EBM). Available at: http://www.camplex.com.au/ebm-electron-beam-melting/ (Accessed 13 October 2017).EBM® Electron Beam Melting in the forefront of Additive Manufacturing [Electronic resource] // Arcam EBM. – Mode of access: http://www.arcam.com/technology/electron-beam-melting/ – Date of access: 13.10.2017.EBM® Electron Beam Melting in the forefront of Additive Manufacturing. Arcam EBM. Available at: http://www.arcam.com/technology/electron-beam-melting/ (Accessed 13 October 2017)Powder Handling [Electronic resource] // Arcam EBM. – Mode of access: http://www.arcam.com/technology/products/powder-handling/ – Date of access: 13.10.2017.Powder Handling. Arcam EBM. Available at: http://www.arcam.com/technology/products/powder-handling/ (Accessed 13 October 2017).The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing / W. J. Sames [et al.] // Int. Mat. Rev. – 2016. – Vol. 61, Iss. 5. – P. 315–360. https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649Sames, W. J., List F. A., Pannala S., Dehoff R. R., Babu S. S. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing. International Materials Reviews, 2016, vol. 61, iss. 5, pp. 315–360. https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649Microstructural and property evolution of Ti6Al4V powders with the number of usage in additive manufacturing by electron beam melting / Chongbin Wei [et al.] // Mat. Let. – 2018. – Vol. 221. – P. 111–114. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.03.124Chongbin Wei, Xiaolin Ma, Xiaojie Yang, Meng Zhou, Caimei Wang, Yufeng Zheng, Weiping Zhang, Zhijiang Li. Microstructural and property evolution of Ti6Al4V powders with the number of usage in additive manufacturing by electron beam melting. Materials Letters, 2018, vol. 221, pp. 111–114. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.03.124Make Metal Parts Faster & Cheaper Than Ever with Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM®) Systems or Services [Electronic resource] // Sciaky Inc. – Mode of access: http://www.sciaky.com/additive-manufacturing/electron-beam-additive-manufacturing-technology – Date of access: 13.10.2017.Make Metal Parts Faster & Cheaper Than Ever with Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM®) Systems or Services. Sciaky Inc. Available at: http://www.sciaky.com/additive-manufacturing/electron-beam-additive-manufacturing-technology (Accessed 13 October 2017).Taminger, K. M. B. Electron beam freeform fabrication: a rapid metal deposition [Electronic resource] / K. M. B. Taminger. R. A. Hafley // Proc. of the 3rd Annual Automotive Composites Conference, Sept. 9–10, 2003, Troy, MI, Society of Plastic Engineers. – Mode of access: http://www.cs.odu.edu/~mln/ltrs-pdfs/NASA-2003-3aacc-kmt.pdf – Date of access: 13.10.2017.Taminger K. M. B., Hafley R. A. Electron beam freeform fabrication: a rapid metal deposition. Proceedings of the 3rd Annual Automotive Composites Conference, September 9–10, 2003, Troy, MI, Society of Plastic Engineers. Available at: http://www.cs.odu.edu/~mln/ltrs-pdfs/NASA-2003-3aacc-kmt.pdf (Accessed 13 October 2017).Бакиновский, А. А. Исследования возможностей применения установки электронно-лучевой сварки для изготовления послойной наплавкой заготовок из металлической проволоки / А. А. Бакиновский, А. А. Бурин // Сб. науч. тр. Междунар. конф. «Современные методы и технологии создания и обработки материалов», г. Минск, 14–16 сент. 2016 г. – Минск, 2016. — Кн. 2. – С. 15–20.Bakinovskiy A. A., Burin A. A. Investigation of possibility of using electron beam welding equipment for layer by layer fabrication of samples from wire. Sb. nauch. tr. Mezhdunar. konf. «Sovremennye metody i tekhnologii sozdaniya i obrabotki materialov», g. Minsk, 14–16 sent. 2016 g. Kn. 2 [Book of conference “Modern methods and technologies of materials fabrication and treatment”, Minsk, 14–16 September. Book 2]. Minsk, 2016, pp. 15–20 (in Russian)Benson Tolle, T. H. Accelerating Materials Insertion by Evolving the DoD Materials Qualification-Transition Paradigm / T. H. Benson Tolle, G. A. Shoeppner // Advanced Materials, Manufacturing and Testing Information Analysis Center. – 2002. – Vol. 6, № 1. – P. 3–6.Benson Tolle T. H., Shoeppner G. A. Accelerating Materials Insertion by Evolving the DoD Materials Qualification-Transition Paradigm. Advanced Materials, Manufacturing and Testing Information Analysis Center, 2002, vol. 6, no. 1, pp. 3–6.Advanced electron beam free form fabrication methods and technology [Electronic resource] / S. Stecker [et al.] // 87th Annual Convention Professional American Welding Society, 2006. Session 2: Electron Beam Welding. – Mode of access: http://files.aws.org/conferences/abstracts/2006/012.pdf – Date of access: 13.10.2017.Stecker S., Lachenberg K. W., Wang H., Salo R. C. Advanced electron beam free form fabrication methods and technology. 87th Annual Convention Professional American Welding Society, 2006. Session 2: Electron Beam Welding. Available at: http://files.aws.org/conferences/abstracts/2006/012.pdf (Accessed 13 October 2017).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.