Journals →  Черные металлы →  2024 →  #7 →  Back

Металловедение и термообработка
ArticleName Структура и свойства сталей 08ХМФА и 30ХГСА, полученных методом электродуговой наплавки
DOI 10.17580/chm.2024.07.10
ArticleAuthor М. С. Аносов, М. А. Чернигин, Ю. С. Мордовина, Е. С. Аносова
ArticleAuthorData

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева (НГТУ), Нижний Новгород, Россия

М. С. Аносов, доцент кафедры технологий и оборудования машиностроения (ТиОМ), канд. техн. наук, эл. почта: anosov.ms@nntu.ru
М. А. Чернигин, инженер кафедры ТиОМ, эл. почта: honeybadger52@yandex.ru
Ю. С. Мордовина, инженер по учебному процессу Института переподготовки специалистов, эл. почта ips4@nntu.ru
Е. С. Аносова, ассистент кафедры автоматизации машин, эл. почта: katena.zav@mail.ru

Abstract

В настоящее время активное развитие получают технологии трехмерной печати металлами, среди которых основными являются послойное сплавление порошка (SLM), лазерная наплавка порошка (LENS/DMD) и электродуговая наплавка (WAAM). Одним из перспективных методов аддитивного выращивания изделий является метод электродуговой наплавки проволокой (WAAM). Однако в результате послойного наплавления металла и его кристаллизации в неравновесных условиях, а также многократных циклов нагрева металла выше критических температур, микроструктура материала, получаемого при помощи аддитивных технологий, существенно отличается от структуры материала, получаемого традиционными методами. В данной работе изучены структуры и свойства сталей 30ХГСА и 08ХМФА, полученные методом WAAM. Оптико-эмиссионный анализ наплавленного материала показал присутствие угара легирующих элементов, не превышающее предельных марочных отклонений по ГОСТ на исследуемые стали. В результате акустической диагностики установлена зависимость параметра акустической анизотропии и прочностных свойств от направления наплавки. Анизотропия характерна для обеих сталей, что подтверждено результатами испытаний на растяжение. Значения прочностных свойств образцов, вырезанных поперек наплавленных слоев, в среднем на 20 % ниже, чем образцов, вырезанных вдоль направления наплавки. Применение виброобработки в процессе наплавки приводит к незначительному уменьшению зерна в исследуемом металле, при этом прочностные свойства сталей 30ХГСА и 08ХМФА практически не изменяются. Виброобработка при наплавке металла значительнее сказывается на пластических свойствах: относительное удлинение при растяжении повышается на 6 % относительно исходного во всех направлениях для стали 30ХГСА и на 11 и 27 % для стали 08ХМФА в зависимости от направления вырезки образца. Закалка с высоким отпуском приводит к повышению прочностных свойств обеих сталей. Прочностные свойства образцов, вырезанных в продольном направлении из стали 30ХГСА, практически достигают значений, указанных в ГОСТ 4543, т. е. достигаются свойства горячекатаного материала.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-79-00095 «Разработка научно-технологических основ структурообразования конструкционных материалов, полученных путем аддитивного электродугового выращивания для формирования механических свойств при усталости с использованием подходов искусственного интеллекта».

keywords WAAM, аддитивное выращивание, структура металла, термообработка, прочностные свойства, анизотропия свойств
References

1. Jackson M. A., Van Asten A., Morrow J. D. et al. Energy consumption model for additive-subtractive manufacturing processes with case study // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2018. Vol. 5. P. 459–466. DOI: 10.1007/s40684-018-0049-y
2. Wu Bintao, Pan Zengxi, Ding Donghong, Cuiuri D. et al. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: Properties, defects and quality improvement // Journal of Manufacturing Processes. 2018. Vol. 35. P. 127–139. DOI: 10.1016/j.jmapro.2018.08.001
3. Осколков А. А., Матвеев Е. В., Безукладников И. И., Трушников Д. Н. и др. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20. № 3. С. 90–105. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.3.11
4. Cunningham C. R., Wikshåland S., Xu F. et al. Cost modelling and sensitivity analysis of wire and arc additive manufacturing // Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 11. P. 650–657. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.163
5. Li J., Alkahari M. R., Rosli N. A. et al. Review of wire arc additive manufacturing for 3D metal printing // International Journal of Automation Technology. 2019. Vol. 13, Iss. 3. P. 346–353. DOI: 10.20965/ijat.2019.p0346
6. Shah Abid, Aliyev Rezo, Zeidler Henning, Krinke Stefan. A review of the recent developments and challenges in wire arc additive manufacturing (WAAM) process // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2023. Vol. 7. 97. DOI: 10.3390/jmmp7030097
7. Senthil T. S., Babu S., Puviyarasan M., Veeman Dhinakaran. Mechanical and microstructural characterization of functionally graded inconel 825 - SS316L fabricated using wire arc additive manufacturing // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 15. P. 661–669. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.08.060
8. Lan Bo, Wang Yaping, Liu Yuehan et al. The influence of microstructural anisotropy on the hot deformation of wire arc additive manufactured (WAAM) Inconel718 // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 823. 141733. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141733
9. Svetlizky D., Das Mitun, Zheng Baolong et al. Directed energy deposition (DED) additive manufacturing: physical characteristics, defects, challenges and applications // Materials Today. 2021. Vol. 49. P. 271–295. DOI: 10.1016/j.mattod.2021.03.020
10. Kennedy J., Davis A., Caballero A. E. Microstructure transition gradients in titanium dissimilar alloy (Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr/Ti-6Al-4V) tailored wire-arc additively manufactured components // Materials Characterization. 2021. Vol. 182. 111577. DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111577
11. Tomar Bunty, Shiva S., Nath Tameshwer. A review on wire arc additive manufacturing: Processing parameters, defects, quality improvement and recent advances // Materials Today Communications. 2022. Vol. 31. 103739. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.103739
12. Кабалдин Ю. Г., Шатагин Д. А., Аносов М. С., Колчин П. В. и др. Диагностика процесса трехмерной печати на станке с ЧПУ с использованием подходов машинного обучения // Вестник машиностроения. 2021. № 1. С. 320–324. DOI: 10.36652/0042-4633-2021-1-55-59
13. Аносов М. С., Шатагин Д. А., Чернигин М. А., Мордовина Ю. С. и др. Структурообразование сплава Нп-30ХГСА при аддитивном электродуговом выращивании // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66, № 3. С. 294–301. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-3-294-301
14. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
15. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления : справочник. — М. : Металлургия, 1988. — 400 с.
16. ГОСТ 2246–70. Проволока стальная сварочная. Технические условия. — Введ. 01.01.1973.
17. ГОСТ 4543–2016. Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия. — Введ. 01.10.2017.
18. Клюшников В. А., Мишакин В. В. Исследование влияния пластического деформирования на акустические и магнитные характеристики аустенитной и аустенитно-ферритной сталей // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия : Машиностроение. 2018. № 119. С. 102–113. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-2-102-113
19. Беляев А. К., Полянский В. А., Третьяков Д. А. Оценка механических напряжений, пластических деформаций и поврежденности посредством акустической анизотропии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2020. № 4. С. 130–151. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.12

20. Аносов М. С., Рябов Д. А., Чернигин М. А., Соловьев А. А. Неразрушающий контроль накопления усталостных повреждений в стали Св-09Г2С, полученной 3D-печатью электродуговой наплавкой // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2023. Т. 21. № 2. С. 47–53. DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-2-47-53
21. Huang C., Kyvelou P., Zhang R., Ben Britton T. et al. Mechanical testing and microstructural analysis of wire arcadditively manufactured steels // Mater. Des. 2022. Vol. 216. 110544. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110544
22. Müller J., Hensel J., Dilger K. Mechanical properties of wire and arc additively manufactured high-strength steel structures // Weld World. 2022. Vol. 66. P. 395–407. DOI: 10.1007/s40194-021-01204-1
23. Rodrigues T. A., Duarte V., Avila J. A., Santos T. G. et al. Wire and arc additive manufacturing of HSLA steel: Effect of thermal cycles on microstructure and mechanical properties // Addit. Manuf. 2019. Vol. 27. P. 440–450. DOI: 10.1016/j.addma.2019.03.029

Language of full-text russian
Full content Buy
Back