Випуски $\rightarrow$ Том 27, випуск 1 (2026)

Мікроструктура та втомна поведінка зразків стопу AlSi10Mg, виготовлених селективним лазерним топленням

ВОЛОШКО С.М.$^{1}$, МОРДЮК Б.М.$^{2}$, ВАСИЛЬЄВ М.О.$^{2}$, БУРМАК А.П.$^{1}$

$^1$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна
$^2$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано / остаточна версія 30.07.2025 / 22.01.2026 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
В огляді поєднано сучасні дослідження стопу AlSi10Mg і зосереджено на зразках, одержаних методом селективного лазерного топлення (СЛТ). Наразі СЛТ є найперспективнішою серед нових технологій адитивного виробництва, що використовуються для друку деталів зі стопу AlSi10Mg у промислових застосуваннях, таких як аерокосмічна й автомобільна промисловості. Більш конкретною метою цього дослідження є аналіза того, як параметри друку та методи постоброблення впливають на втому зразків зі стопу AlSi10Mg, надрукованих методом СЛТ, з метою поліпшення якости продукції в умовах впливу вібрацій різних частот й інтенсивностей. Важливо зазначити, що характеристики втоми деталів, виготовлених методом СЛТ, оцінюються відповідно до відносних критеріїв об’ємної й поверхневої мікроструктур та дефектів. Проаналізовано наступні параметри друку: потужність лазера, товщина шару, швидкість сканування, віддалі штрихування, температура платформи й орієнтація друку. Розглянуто також методи постоброблення, що підвищують стійкість до втоми. До них належать термічне оброблення (зміцнення старінням і зняття напружень), оброблення тертям з перемішуванням, гаряче ізостатичне пресування, процес потокового оздоблення та шротоструминне зміцнення. Порівняно втомну поведінку зразків після друку та поверхневого модифікування. Критично обговорено вплив цих оброблень на мікроструктуру стопу, зокрема розподіл і морфологію фаз Si в алюмінійовій матриці, оскільки вони впливають на втому.

Ключові слова: адитивне виробництво, мікроструктура, втома, алюмінійові стопи, селективне лазерне топлення.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.27.01.130

Citation: S.M. Voloshko, B.M. Mordyuk, M.O. Vasylyev, and A.P. Burmak, Microstructure and Fatigue Behaviour of AlSi10Mg Alloy Samples Fabricated by Selective Laser Melting, Progress in Physics of Metals, 27, No. 1: 130–156 (2026)

Цитована література   
  1. A.F. Madayag, Metal Fatigue: Theory and Design (Wiley: 1968).
  2. Y. Murakami, Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic In-clusions (Academic Press: 2019).
  3. R.I. Stephens, A. Fatemi, R.R. Stephens, and O. Henry, Metal Fatigue in Engineering (Wiley & Sons: 2001).
  4. J. Schijve, Int. J. Fatigue, 25: 679 (2003); https://doi.org/10.1016/S0142-1123(03)00051-3
  5. L.P. Pook, Metal Fatigue: What It Is, Why It Matters. Solid Mechanics and Its Applications (Springer: 2007).
  6. M.M. Mohammed, Multidisciplinary Mater. Chronicles, 1: 49 (2024); https://doi.org/10.62184/mmc.jmmc110020245
  7. M. Zimmermann, Int. Mater. Rev., 57: 73 (2012); https://doi.org/10.1179/1743280411Y.0000000005
  8. L. Wagner, Mater. Sci. Eng. A, 263: 210 (1999); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)01168-X
  9. E. Celik, Additive Manufacturing: Science and Technology (De Gruyter: 2025).
  10. R. Tyagi, R. Kumar, and N. Ranjan, Tribological Aspects of Additive Manu-facturing (CRC Press: 2024).
  11. I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker, M. Khorasani, I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker, and M. Khorasani, Additive Manufacturing Technologies (Springer Int. Publishing: 2021).
  12. R. Singh and J. Paulo Davim, Additive Manufacturing Applications and In-novations (CRC Press: 2021).
  13. N. Gordon, Aluminum Alloys: Properties, Processes and Applications (States Academic Press: 2022).
  14. C. Robles Hernandez, J.M. Herrera Ramírez, and R. Mackay, Al–Si Alloys, Automotive, Aeronautical, and Aerospace Applications (Springer: 2017).
  15. J.E. Gruzleski and B.M. Closset, The Treatment of Liquid Aluminum–Silicon Alloys (American Foundrymen’s Society: 1990).
  16. L.W Lin, Y.F. Fang, Y.X. Liao, G. Chen, C. Gao, and P. Z. Zhu, Adv. Eng. Mater., 21: 1801013 (2019); https://doi.org/10.1002/adem.201801013
  17. L. Pezzato, M. Dabalà, S. Gross, and K. Brunelli, Surf. Coat. Technol., 404: 126477 (2020); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126477
  18. B. Gao, H. Zhao, L. Peng, and Z. Sun, Micromachines, 14: 57 (2023); https://doi.org/10.3390/mi14010057
  19. K. Kempen, L. Thij, J. Van Humbeeck, and J.-P. Kruth, Phys. Proc., 39: 439 (2012); https://doi.org/10.1016/j.phpro.2012.10.059
  20. A.P. Burmak, S.M. Voloshko, S.I. Sidorenko, I.A. Vladymyrskyi, M.M. Voron, B.M. Mordyuk, and M.О. Vasylyev, Anisotropy of the microstructure and microhardness of the AlSi10Mg alloy fabricated by selective laser melting, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 47, No. 5: 473 (2025) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/mfint.47.05.0473
  21. M. Tang and P.C. Pistorius, Int. J. Fatigue, 125: 479 (2019); https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2019.04.015
  22. S.R. Ch, A. Raja, R. Jayaganthan, N.J. Vasa, and M. Raghunandan, Mater. Sci. Eng. A, 781: 139180 (2020); https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139180
  23. N.E. Uzan, R. Shneck, O. Yeheskel, and N. Frage, Mater. Sci. Eng. A, 704: 229 (2017); https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.08.027
  24. M.-S. Baek, R. Kreethi, T.-H. Park, Y.H. Sohn, and K.-A. Lee, Mater. Sci. Eng. A, 819: 141486 (2021); https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141486
  25. J. Fiocchi, A. Tuissi, P. Bassani, and C.A. Biffi, J. Alloys Compd., 695: 3402 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.12.019
  26. M. Matušů, J. Papuga, J. Rosenthal, J. Šimota, L. Džuberová, and L. Beránek, Proc. Struct. Integrity, 57: 327 (2024); https://doi.org/10.1016/j.prostr.2024.03.035
  27. O.E. Zasimchuk, M.G. Chausov, B.M. Mordyuk, O.I. Baskova, V.I. Zasimchuk, T. V. Turchak, and O. S. Gatsenko, Features of strain hardening of heterogeneous aluminium alloys to enhance the fatigue durability, Prog. Phys. Met., 22, No. 4: 619 (2021); https://doi.org/10.15407/ufm.22.04.619
  28. A.P. Burmak, M.M. Voron, S.M. Voloshko, S.I. Sydorenko, I.A. Vladymyrs’kyy, S.I. Konorev, B.M. Mordyuk, and M.O. Vasyl’yev, Influence of heat treatment on microstructure and mechanical properties of AlSi10Mg alloy fabricated by additive and casting technologies, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 47, No. 8: 827 (2025) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/mfint.47.08.0827
  29. C.A. Rodopoulos, A.Th. Kermanidis, E. Statnikov, V. Vityazev, and O. Korolkov, J. Mater. Eng. Perform., 16: 30 (2007); https://doi.org/10.1007/s11665-006-9004-0
  30. Y.K. Gao, Mater. Sci. Eng., A, 528: 3823 (2011); https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.01.077
  31. B.N. Mordyuk, G.I. Prokopenko, Y.V. Milman, M.O. Iefimov, and A.V. Sameljuk, Mater. Sci. Eng. A, 563: 138 (2013); https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.11.061
  32. E. Maleki, S. Bagherifard, and M. Guagliano, J. Mater. Res. Technol., 24: 3265 (2023) ; https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.03.193
  33. R.H. Liu, S.B. Xu, C. Xu, K.W. Sun, X. Ju, X. Yang, Y.F. Pan, J. Li, G.C. Ren, and L.D. Wang, J. Alloys Compd., 1010: 178124 (2025); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.178124
  34. X. Ma, 3R. Gao, S. Xu, K.W. Sun, X.Z. Hu, M. Wang, and J. Li, J. Mater. Eng. Perform., 34, 6159 (2025); https://doi.org/10.1007/s11665-024-09526-z
  35. S.M. Voloshko, A.P. Burmak, S.I. Sidorenko, І.А. Vladymyrskyi, M.A. Vasylyev, B.N. Mordyuk, М.М. Voron, and P.О. Gurin, Surface modifi-cation of additively manufactured AlSi10Mg alloy by sand blasting, Metallo-fiz. Noveishie Tekhnol., 48 (2026) (in Ukrainian) (submitted 15.03.2025).
  36. E. Brandl, U. Heckenberger, V. Holzinger, and D. Buchbinder, Mater. De-sign, 34: 159 (2012); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.07.067
  37. R. Kovacheva, Praktische Metallographie, 30: 68 (1993); https://doi.org/10.1515/pm-1993-300203
  38. G. Qiana, Z. Jiana, Y. Qianc, X.G. Pana, X.F. Mac, and Y.S. Honga, Int. J. Fatigue, 138: 105696 (2020); https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.105696
  39. M. Matušů, K. Dimke, J. Šimota, J. Papuga, J. Rosenthal, V. Mára, and L. Beránek, J. Mech. Sci. Technol., 37: 7 (2023); https://doi.org/10.1007/s12206-022-2110-6
  40. R.F. Fernandes, J.S. Jesus, R. Branco, L.P. Borrego, J.D. Costa, and J.A.M. Ferreira, Eng. Failure Anal., 169: 109210 (2025); https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2024.109210
  41. R.S. Mishra, M.W. Mahoney, S.X. McFadden, N.A. Mara, and A.K. Mukherjee, Scripta Mater., 42: 163 (1999); https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00329-2
  42. A.H. Feng and Z.Y. Ma, Scripta Mater., 56: 397 (2007); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2006.10.035
  43. G. Cam, Int. Mater. Rev., 56: 1 (2011); https://doi.org/10.1179/095066010X12777205875750
  44. A. Mishra, Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol., 6, No. 1: 1551 (2018); http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3104223
  45. M.M. El-Rayes and E.A. El-Danaf, J. Mater. Proc. Technol., 212: 1157 (2012); https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.017
  46. J.G. Santos Macías, C. Elangeswaran, L. Zhao, J.-Y. Buffière, B. Van Hoo-reweder, and A. Simar, Mater. Design, 210: 110084 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110084
  47. H. Wexel, S. Kramer, J. Schubert, V. Schulze, and F. Zanger, Proc. CIRP, 123: 173 (2024); https://doi.org/10.1016/j.procir.2024.05.032
  48. N.E. Uzan, S. Ramati, R. Shneck, N. Frage, and O. Yeheskel, Additive Man-uf., 21: 458 (2018); https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.03.030
  49. L. Hitzler, J. Hirsch, B. Heine, M. Merkel, W. Hall, and A. Ochsner, Materi-als, 10: 1136 (2017); https://doi.org/10.3390/ma10101136
  50. M.H. Lee, J.J. Kim, K.H. Kim, N.J. Kim, S. Lee, and E.W. Lee, Mater. Sci. Eng. A, 340: 123 (2003); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00157-0

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,