СВОЙСТВА АДДИТИВНОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА RS-553 В ДИАПАЗОНЕ СКОРОСТЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ДО 10⁴ сˉ¹

Д.В. Назаров Nazarov; В.А. Пушков Pushkov; Т.О. Скляднева Sklyadneva; И.Р. Трунин Trunin; А.В. Федотова Fedotova

doi:10.32326/1814-9146-2026-88-3-97-107

Д.В. Назаров Nazarov Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, Саров, Саровский физико-технический институт – филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Саров
В.А. Пушков Pushkov Саровский физико-технический институт – филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Саров
Т.О. Скляднева Sklyadneva Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, Саров
И.Р. Трунин Trunin Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, Саров, Саровский физико-технический институт – филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Саров
А.В. Федотова Fedotova Саровский физико-технический институт – филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Саров

DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2026-88-3-97-107

Ключевые слова: селективное лазерное сплавление, сплав RS-553, метод составного стержня Гопкинсона, методика лазерной интерферометрии, диаграммы деформирования, предел текучести

Аннотация

Получены данные о свойствах алюминиево-магниево-скандиевого сплава марки Rusal RS-553, изготовленного по аддитивной технологии селективного лазерного сплавления, при скорости деформации до 4,5∙10³ сˉ¹. Технология селективного лазерного сплавления в сочетании с технологической оптимизацией предоставляют уникальные возможности для производства сложных бионических конструкций, включая внутренние структуры и сетчатые элементы, недостижимые традиционными методами изготовления, а также позволяют добиться значительного снижения массы деталей при сохранении требуемых прочностных характеристик
Коррозионностойкий высокопрочный сплав RS-553 изготавливается путем расплавления лазерным лучом высокой мощности порошковой композиции, основными химическими элементами которой являются алюминий, магний и скандий. Такая композиция создана специально для производства деталей с помощью аддитивных технологий. Образцы для исследований вырезались из цилиндрических заготовок, выращенных в направлении сканирования лазерного луча.
Опыты на динамическое сжатие проводились на установке составного стержня Гопкинсона в диапазоне скоростей деформации (2,4–4,5)∙10³ сˉ¹. В отличие от метода регистрации деформации стержней с помощью тензометрических датчиков, в экспериментах с исследуемыми образцами использовалась оптическая методика лазерной гетеродин-интерферометрии. В опытах регистрировались скорости поверхности стержней, а пересчет в деформации производился с учетом скорости звука в стержнях, а также угла наклона оптических датчиков, направленных на их торцы.
Свойства сплава RS-553, определенные из экспериментов на сжатие, сравнивались со свойствами алюминиевых сплавов, содержащих магний, АМг6 и Д-16Т, полученных по традиционной технологии литья.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что в рассмотренном скоростном диапазоне нагружения пределы текучести при сжатии сплавов RS-553 и Д-16Т практически совпадают и примерно в 1,5 раза превышают предел текучести АМг6.

Поддерживающие организации

Выполнено в рамках научной программы Национального центра физики и математики по Государственному контракту №Н.4ц.241.4Д.26.1025.

Литература

1. Zlenko M.A., Popovich A.A., Mutylina I.N. Additivnye tekhnologii v mashinostroenii [Additive Technologies in Mechanical Engineering]. Saint Petersburg. Petersburg Polytechnic University Publ. 2013. 223 p. (In Russian).
2. Valetov V.A. Additivnye tekhnologii (sostoyanie i perspektivy) [Additive Technologies: Present State and Development Perspectives]. Saint Petersburg. Universitet ITMO Publ. 2015. 63 p. (In Russian).
3. Melnikova M.A., Kolchanov D.S., Melnikov D.M. Selektivnoe lazernoe plavlenie: primenenie i osobennosti formirovaniya trekhmernykh konstruktivnykh tekhnologicheskikh elementov [Selective laser melting: application and features of three-dimensional structural engineering elements formation]. Fotonika [Photonics]. 2017. Vol. 62. No 2. P. 42–49 (In Russian).
4. Ming W., Chen J., An Q., Chen M. Dynamic mechanical properties and machinability characteristics of selective laser melted and forged Ti6Al4V. J. Mater. Process. Technol. 2019. Vol. 271. P. 284–292. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2019.04.015.
5. Amir B., Samuha S., Sadot O. Influence of selective laser melting machine source on the dynamic properties of AlSi10Mg alloy. Materials. 2019. Vol. 12. Article No 1143. DOI: 10.3390/ma12071143.
6. Brandl E., Heckenberger U., Holzinger V., Buchbinder D. Additive manufactured AlSi10Mg samples using selective laser melting (SLM): Microstructure, high cycle fatigue, and fracture behavior. Mater Des. 2012. Vol. 34. P. 159–169. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.07.067.
7. Ryabov D.K., Grushin I.A., Saferyan A.G. Nekotorye osobennosti formirovaniya struktury i svoystv novykh alyuminievykh splavov pri additivnom proizvodstve [Some features of the structure and properties formation of new aluminum alloys during laser powder bed fusion]. Stankoinstrument. 2022. No 1 (026). P. 44–49 (In Russian).
8. Kolsky H. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading. Proceedings of the Physical Society Section B. 2002. Vol. 62(11). P. 676–700. DOI: 10.1088/0370-1301/62/11/302.
9. Bragov A.M., Igumnov L.A., Konstantinov A.Yu., Lomunov A.K. Vysokoskorostnaya deformatsiya materialov razlichnoy fizicheskoy prirody [High-Strain-Rate Deformation of Materials of Various Physical Nature]. N.Novgorod. NNGU Publ. 2020. 300 p. (In Russian).
10. Zukas J.A., Nicholas T., Swift H.F. et al. Impact Dynamics. New York. Wiley.1982. 452 p.
11. Chen W., Song B. Split Hopkinson (Kolsky) Bar: Design, Testing and Applications. Boston. Springer. 2011. 397 p.
12. Bragov A.M., Lomunov A.K., Konstantinov A.Yu., Lamzin D.A. A modified Kolsky method for determining the shear strength of brittle materials. Tech. Phys. Lett. 2017. Vol. 43. No 1. P. 130–132. DOI: 10.1134/S1063785017010175.
13. Strand O.T., Goosman D.R., Martinez C., Whitworth T.L. Compact system for high-speed velocimetry using heterodyne techniques. Review of Scientific Instruments. 2006. Vol. 77. Iss. 8. Article No 083108. DOI: 10.1063/1.2336749.
14. Yandex.url: https://3dvision.su/product/alyuminievyy-splav-rusal-rs-553/?ysclid= mnyo88beyt321377687 (Accessed 14.04.2026).
15. Kozulin A.A., Krasnoveykin V.A., Skripnyak V.V., Khandaev B.V., Li Yu.V. Mekhanicheskie svoystva alyuminiy magnievykh splavov posle intensivnoy plasticheskoy deformatsii [Mechanical behavior of aluminum-magnesium alloys subjected to severe plastic deformation]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern Problems of Science and Education]. 2013. №6. 888 c.
16. Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovskiy A.M. et al. Fizicheskie velichiny: Spravochnik [Physical Quantities: A Guide]. Moscow. Energoatomizdat Publ. 1991. 53 p. (In Russian).
17. Konstantinov A.Yu. Eksperimentalno-teoreticheskiy podkhod k issledovaniyu vysokoskorostnogo deformirovaniya i razrusheniya materialov s ispolzovaniem mernykh sterzhney [An experimental-theoretical investigation into high-speed material deformation and fracture employing measurement rods]. Diss... dokt. fiz.-mat. nauk [D. Sci. (Phys.&Math.). Dissertation]. N. Novgorod. 2018. 304 p. (In Russian).
18. Gama B.A., Lopatnikov S.L., Gillespie J.W.Jr. Hopkinson bar experimental technique: A critical review. Appl. Mech. Rev. 2004. Vol. 57. Iss. 4. P. 223–250. DOI:10.1115/1.1704626.
19. Belskiy V.M., Pushkov V.A., Zhernokletov M.V. Metody issledovaniya dinamicheskikh svoystv materialov [Methods for Testing the Dynamic Properties of Materials]. Sarov. RFYaTs–VNIIEF Publ. 2021. 203 p. (In Russian).
20. Ashuach Y., Avinadav C., Rosenberg Z. Eliminating the thermal softening of dynamically loaded specimens in the Kolsky bar system by multi-step loading. The European Physical Journal Conferences. 2012. Vol. 26. Article No 01047. DOI: 10.1051/epjconf/20122601047.
21. Bragov A.M., Igumnov L.A., Konstantinov A.Y., Kruszka L., Lamzin D.A., Lomunov A.K. Methodological aspects of testing brittle materials using the split Hopkinson bar technique. Strain. 2021. P. 12389-1 – 12389-16. DOI: 10.1111/str.12389.