The Effect of Heat Input, Annealing, and Deformation Treatment on Structure and Mechanical Properties of Electron Beam Additive Manufactured (EBAM) Silicon Bronze

Abstract

Electron beam additive wire-feed manufacturing of Cu-3wt.%S-0.8wt.%Mn bronze thin wall on a stainless steel substrate has been carried out at heat input levels of 0.19, 0.25, and 0.31 kJ/mm. The microstructures of as-deposited metal ranged from low aspect ratio columnar with equiaxed grain layers to zig-zagged and high aspect ratio columnar, as depended on the heat input. Post-deposition annealing at 900 °C for 6 h resulted in recrystallization of the high aspect ratio columnar grains with further grain growth by boundary migration. Pre-deformation by 10% thickness reduction and then annealing at 900 °C for 6 h also allowed obtaining recrystallized grain structures with less fraction of twin boundaries but higher fraction of high-angle ones, as compared to those of only annealed sample. Pre-deformation and ensuing annealing allowed simultaneous increasing of the ultimate tensile strength and strain-to-fracture.

Structure and Mechanical Properties of Cu–Al–Mn Alloys Fabricated by Electron Beam Additive Manufacturing

“…Depending on the printing regime, the melt had time to decompose (in the case of high heat input) or did not have time (in the case of low heat input). The above analysis confirms that the effect of heat input was much higher and provided more possibilities for the studied material than for Cu-Si-Mn alloys [38].…”

Study of the properties of silicon bronze-based alloys printed using electron beam additive manufacturing technology

“…Часть из этих образцов с наиболее крупнозерни-стой структурой была подвергнута термической (отжиг при температуре 850 °С) и механической обработке (деформация сжатием на 10 % и последующий отжиг при 850 °С) для успешного изменения структурного состояния. Более подробная информация о режимах обработки и структурном состоянии этих образцов приведена в работе [22].…”

“…В контексте получения сплавов системы Cu-Al-Si можно воспользоваться алюминиевым филаментом и добавлять его в процессе печати бронзы в соотношении 10:1, что должно обеспечить требуемый состав сплава. Ранее технология электронно-лучевого аддитивного производства успешно применялась для получения образцов из сплава БрКМц 3-1 [22] и сплава системы Cu-Al-Si-Mn [23]. Однако в известных на сегодняшний день работах эксплуатационные свойства этого сплава, изготовленного с применением аддитивных технологий, исследованы не в полной мере.…”