Unconventional methods of manufacturing thin wires for application as input material in additive manufacturing. Part 1: Preparation of input material for wire drawing

• Autorzy: Burdek Marek , Garbarz Bogdan , Woźniak Dariusz , Adamczyk Mariusz , Skiba Jacek , Kulczyk Mariusz

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.22.3-4.2

Warianty tytułu

PL

Niekonwencjonalne metody wytwarzania cienkich drutów stalowych do zastosowania jako materiał wsadowy w technologiach przyrostowych. Cz. 1: Przygotowanie wsadu do ciągnienia drutów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Part 1 of the article presents the technological path of producing semi-finished products for wires constituting input material in additive technologies. On the basis of the developed chemical compositions of experimental Fe-based alloys, laboratory ingots with a square section of 120×120 mm / 130×130 mm were produced, which were then hot rolled into flat bars. In order to select the physical parameters of the drawing tests, numerical modelling of the process was performed. As a result of the simulations, it was found that the calculated drawing force exceeds the capabilities of the experimental drawing machine and for this reason, hydrostatic extrusion was used to produce bars intended for drawing wires. The hydrostatic extrusion method was used to make bars with a diameter of 5 mm from three tested materials, while three experimental steels showed insufficient susceptibility to extrusion at high pressure and cracked at various strain values. An analysis of possible causes of bar breakage during extrusion was carried out on the basis of the results of microstructure examination.

PL

W części 1 artykułu przedstawiono ścieżkę technologiczną wykonania półwyrobów przeznaczonych na druty będące materiałem wsadowym do technologii przyrostowych. Na podstawie opracowanych składów chemicznych eksperymentalnych stopów na bazie Fe wytworzono wlewki laboratoryjne o przekroju kw. 120×120 mm / 130×130 mm, które następnie poddano walcowaniu na gorąco na płaskowniki. W celu dobrania parametrów fizycznych testów ciągnienia wykonano modelowanie numeryczne tego procesu. W wyniku symulacji ustalono, że wyliczona siła ciągnienia przewyższa możliwości eksperymentalnej ciągarki i z tego powodu do wytworzenia prętów przeznaczonych do ciągnienia drutów zastosowano wyciskanie hydrostatyczne. Metodą wyciskania hydrostatycznego wykonano pręty o średnicy 5 mm z trzech badanych materiałów, natomiast trzy eksperymentalne stale wykazały niewystarczającą podatność do wyciskania z wysokim ciśnieniem i ulegały pękaniu przy różnych wartościach odkształcenia. Przeprowadzono analizę możliwych przyczyn pękania prętów w trakcie wyciskania na podstawie wyników badań mikrostruktury.

Słowa kluczowe

EN

additive technology; wire; rolling; hydrostatic extrusion

PL

technologia przyrostowa; drut; walcowanie; wyciskanie hydrostatyczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 74, no. 3-4
• Strony: 14--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Burdek Marek

• Łukasiewicz Research Network - Institute for Ferrous Metallurgy, K. Miarki 12-14, 44-100 Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2556-6460

autor

Garbarz Bogdan

• Łukasiewicz Research Network - Institute for Ferrous Metallurgy

• https://orcid.org/0000-0002-8090-2738

autor

Woźniak Dariusz

• Łukasiewicz Research Network - Institute for Ferrous Metallurgy

• https://orcid.org/0000-0001-7208-5347

autor

Adamczyk Mariusz

• Łukasiewicz Research Network - Institute for Ferrous Metallurgy

• https://orcid.org/0000-0002-9120-5487

autor

Skiba Jacek

• Unipress - Extrusion Sp. z o.o. Institute of High Pressure Physics of the Polish Academy of Sciences

• https://orcid.org/0000-0003-4486-9915

autor

Kulczyk Mariusz

• Unipress - Extrusion Sp. z o.o. Institute of High Pressure Physics of the Polish Academy of Sciences

• https://orcid.org/0000-0002-6892-8070

Bibliografia

• [1] J. Shi, Y. Wang. Development of metal matrix composites by laser-assisted additive manufacturing technologies: a review. Journal of Materials Science, 2020, 55 (23), pp. 9883-9917.
• [2] T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback, T. Mukherjee, J.W. Elmer, J.O. Milewski, A.M. Beese, A. Wilson-Heid, A. De, W. Zhang. Additive manufacturing of metallic components - Process, structure and properties. Progress in Materials Science, 2018, 92, pp. 112-224.
• [3] B. Song, X. Zhao, S. Li, Ch. Han, Q. Wei, S. Wen, J. Liu, Y. Shi. Differences in microstructure and properties between selective laser melting and traditional manufacturing for fabrication of metal parts: A review. Frontiers of Mechanical Engineering, 2015, 10 (2). pp. 111-125. doi: 10.1007/s11465-015-0341-2.
• [4] A. Zadi-Maad, R. Rohib, A. Irawan. Additive manufacturing for steels: a review. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2017, 285, 012028 doi: 10.1088/1757-899X/285/1/012028.
• [5] T. Mukherjee, J.S. Zuback, A. De, T. DebRoy. Printability of alloys for additive manufacturing. Scientific Reports, 2016, 6, 19717. doi: 10.1038/srep19717.
• [6] L. Johnson, M. Mahmoudi, B. Zhang, R. Seede, X. Huang, J.T. Maier, H.J. Maier, I. Karaman, A. Elwany, R. Arroyave. Assessing printability maps in additive manufacturing of metal alloys. Acta Materialia, 2019, 176 (3), pp. 199-210.
• [7] B. Garbarz. Perspektywy rozwoju technologii wytwarzania i zastosowań wyrobów z ultrawytrzymałych stali nanobainitycznych. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2015, 67 (2), pp. 65-79.
• [8] M. Burdek, J., Marcisz, T. Tomczak. Opracowanie technologii wytwarzania materiału wsadowego w postaci proszków i drutów do technologii przyrostowych z nowych gatunków stopów na bazie Fe. PI 0011 - 01 03 research project report p.1, Gliwice, December, 2020. [unpublished].
• [9] Walcarka do walcowania na gorąco wraz z urządzeniami do obróbki cieplnoplastycznej (moduł B-LPS) [Online] Available at: https://imz.pl/pl/aktualnosci/Grupa_Badawcza_Technologie_Wytwarzania_i/Walcarka_do_walcowania_na_goraco_wraz_z/[33,253,,,,]
• [10] Możliwości programu Qform3D [Online] Available at: https://www.qform3d.com.
• [11] Z. Steininger. Ciągnienie drutów stalowych - wybrane zagadnienia. Katowice: Wydawnictwo Śląsk, 1975.
• [12] J. Łuksza, A. Skołyszewski, F. Witek, W. Zachariasz. Druty ze stali i stopów specjalnych. Warszawa: WNT, 2006.
• [13] D. Halaczek. Ciągnienie drutu. Podstawy teoretyczne i ćwiczenia laboratoryjne. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2012.
• [14] J. Marcisz, M. Burdek, T. Tomczak. Wytworzenie i dostawa prętów o średnicy 16 mm ze stali maraging w gatunku MS300. Study Report N0 496, Gliwice, 2019 [unpublished].
• [15] M. Przybysz, J. Skiba, M. Kulczyk. Study report No. UE01/05/21, Unipress-Extrusion Sp. z o.o., Warszawa, maj 2021 [unpublished].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).