Многоуровневый анализ деформации и разрушения сплавов Al-Si, полученных электронно-лучевым аддитивным плавлением

Объектом исследования являются аддитивно изготовленные алюминиево-кремниевые сплавы Al-Si12. Цель работы – экспериментально-теоретический анализ структуры и механических свойств материала после изготовления и термообработки. Осуществлена электронно-лучевая аддитивная печать (ЭЛАП) лабораторных объемных изделий из Al-Si12 с различной стратегией. Из напечатанных изделий в различных направлениях нарезаны образцы для микроструктурных исследований и механических испытаний. Часть образцов подвергнута термообработке при температурах 350 и 550 °C для изучения ее влияния на структуру и свойства материала. Проведены механические испытания на растяжение исходных и термообработанных образцов Al-Si12. Выполнено индентирование ЭЛАП образцов с различными усилиями прижима. Проведен EBSD анализ текстуры исходных и термообработанных образцов. Изучена дендритная структура термообработанных образцов методами оптической микроскопии. Проведен рентгеноструктурный анализ остаточных микронапряжений в образцах до и после термообработки. Построены двумерные конечно-элементные модели структур материала, включая поликристаллические структуры с учетом экспериментально наблюдаемой ориентации зерен. Методом пошагового заполнения (SSP) созданы трехмерные макромодели слоистых структур и структур с ваннами расплава для различных стратегий печати, а также модели поликристаллических структур с частицами кремния на мезоуровне. Построенные модели интегрированы в пакет ABAQUS/Explicit. Развит и применен подход многоуровневого моделирования «Top-Down». Для определения свойств алюминия использовались данные наноиндентирования и макроскопических экспериментов на сжатие. Для расчетов деформирования и разрушения дендритных структур с прослойкой применен подход «Bottom-Up». Проведено численное моделирование охлаждения и термоциклирования структур аддитивного Al-Si12.