Влияние режима 3D-печати на химический состав и структуру стали 30ХГСА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проведено исследование влияния режимов 3D-печати на структуру и химический состав образцов из стали 30ХГСА (хромансиль, англ. chromansil), полученных методом аддитивной электродуговой наплавки. Для исследования влияния режима электродуговой наплавки на химический состав исследуемой стали проведен оптико-эмиссионный анализ образцов. Оценка влияния режима наплавки на получаемую структуру проводилась по всей высоте наплавленных стенок при увеличениях ×50, ×100, ×200 и ×500. В ходе оптико-эмиссионного анализа выявлено изменение химического состава материала, связанное с угаром химических элементов. Установлено, что степень угара C, Cr и Si растет практически линейно и прямо пропорциональна погонной энергии наплавки (Q, Дж/мм). Точного влияния роста величины погонной энергии наплавки на содержание Mn не установлено, но выявлена взаимосвязь между степенью его угара и напряжением (U, В) при наплавке образцов. В ходе микроструктурных исследований всех образцов не выявлено большого количества системно образовавшихся структурных дефектов, характерных для литых и сварных изделий (поры, усадочные раковины и т. д.), что подтверждает высокое качество металла в изделиях, полученных методом электродуговой наплавки. Анализ микроснимков, сделанных на различных участках образцов, позволил определить, что микроструктура металла не претерпевает сильных изменений при разных режимах наплавки, сохраняются основные тенденции изменения структуры по высоте образца. На всех образцах отмечено получение высокодисперсной структуры вне зависимости от параметров 3D-печати. Наиболее благоприятной структурой металла, подходящей для последующего использования при производстве изделий методом 3D-печати, признана структура образца, наплавленного по режиму № 5 (I=160 А, U=24 В, Q=921,6 Дж/мм). Данный режим может быть использован для дальнейшего изучения проблем аддитивной электродуговой наплавки стали 30ХГСА.

Об авторах

Юрий Георгиевич Кабалдин

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Email: uru.40@mail.ru

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технология и оборудование машиностроения»

Россия, 603155, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Максим Сергеевич Аносов

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Автор, ответственный за переписку.
Email: anosov.ms@nntu.ru

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроения»

Россия, 603155, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Юлия Сергеевна Мордовина

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Email: ips4@nntu.ru

аспирант, инженер по учебному процессу института переподготовки специалистов

Россия, 603155, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Михаил Алексеевич Чернигин

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Email: honeybadger52@yandex.ru

аспирант, инженер кафедры «Технология и оборудование машиностроения»

Россия, 603155, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Список литературы

  1. Li Johnnie Liew Zhong, Alkahari M.R., Rosli N.A.B., Hasan R., Sudin M.N., Ramli F.R. Review of Wire Arc Additive Manufacturing for 3D Metal Printing // International Journal of Automation Technology. 2019. Vol. 13. № 3. P. 346–353. doi: 10.20965/ijat.2019.p0346.
  2. Ding Donghong, Pan Zengxi, Cuiuri D., Li Huijun. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 81. P. 465–481. doi: 10.1007/s00170-015-7077-3.
  3. Wu Bintao, Pan Zengxi, Ding Donghong, Cuiuri D., Li Huijun, Xu Jing, Norrish J. 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.
  4. Осколков А.А., Матвеев Е.В., Безукладников И.И., Трушников Д.Н., Кротова Е.Л. 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.
  5. Cunningham C.R., Wikshåland S., Xu F., Kemakolam N., Shokrani A., Dhokia V., Newman S.T. 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.
  6. Pant H., Arora A., Gopakumar G.S., Chadha U., Saeidi A., Patterson A.E. Applications of wire arc additive manufacturing (WAAM) for aerospace component manufacturing // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 127. P. 4995–5011. doi: 10.1007/s00170-023-11623-7.
  7. Wang Fude, Williams S., Rush M. Morphology investigation on direct current pulsed gas tungsten arc welded additive layer manufactured Ti6Al4V alloy // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011. Vol. 57. P. 597–603. doi: 10.1007/s00170-011-3299-1.
  8. Ahmadkhaniha D., Möller H., Zanella C. Studying the Microstructural Effect of Selective Laser Melting and Electropolishing on the Performance of Maraging Steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 2021. Vol. 30. P. 6588–6605. doi: 10.1007/s11665-021-05927-6.
  9. Beese A.M., Carroll B.E. Review of mechanical properties of Ti–6Al–4V made by laser-based additive manufacturing using powder feedstock // JOM. 2016. Vol. 68. P. 724–734. doi: 10.1007/s11837-015-1759-z.
  10. Kirka M.M., Lee Y., Greeley D.A., Okello A., Goin M.J., Pearce M.T., Dehoff R.R. Strategy for texture management in metals additive manufacturing // JOM. 2017. Vol. 69. P. 523–531. doi: 10.1007/s11837-017-2264-3.
  11. Williams S.W., Martina F., Addison A.C., Ding J., Pardal G., Colegrove P. Wire + arc additive manufacturing // Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32. № 7. P. 641–647. doi: 10.1179/1743284715Y.0000000073.
  12. Gu Jianglong, Ding Jialuo, Williams S.W., Gu Huimin, Bai Jing, Zhai Yuchun, Ma Peihua. The strengthening effect of inter-layer cold working and post-deposition heat treatment on the additively manufactured Al–6.3Cu alloy // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 651. P. 18–26. doi: 10.1016/j.msea.2015.10.101.
  13. Guo Nannan, Leu Ming. Additive manufacturing: Technology, applications and research needs // Frontiers of Mechanical Engineering. 2013. Vol. 8. P. 215–243. doi: 10.1007/s11465-013-0248-8.
  14. Xu Fujia, Lv Yaohui, Liu Yuxin, Shu Fengyuan, He Peng, Xu Binshi. Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Inconel 625 Alloy during Pulsed Plasma Arc Deposition Process // Journal of Material Science and Technology. 2013. Vol. 29. № 5. P. 480–488. doi: 10.1016/j.jmst.2013.02.010.
  15. Кудряшов В.А., Лапышев А.А. Создание аддитивных технологий с учетом усталостного поведения материала в авиационном инжиниринге // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018. Т. 20. № 4-3. С. 406–413. EDN: YVOALR.
  16. Кубанова А.Н., Сергеев А.Н., Добровольский Н.М., Гвоздев А.Е., Медведев П.Н., Малий Д.В. Особенности материалов и технологий аддитивного производства изделий // Чебышевский сборник. 2019. Т. 20. № 3. С. 453–477. doi: 10.22405/2226-8383-2019-20-3-453-477.
  17. Терентьев В.Ф., Кораблева С.А. Усталость металлов. М.: Наука, 2015. 484 с.
  18. Кабалдин Ю.Г., Шатагин Д.А., Аносов М.С., Колчин П.В., Киселев А.В. Диагностика процесса 3D-печати на станке с ЧПУ с использованием подходов машинного обучения // Вестник машиностроения. 2021. № 1. С. 55–59. doi: 10.36652/0042-4633-2021-1-55-59.
  19. Атрощенко В.В., Тефанов В.Н., Краев К.А. К вопросу об управлении переносом электродного металла при дуговой сварке плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2008. Т. 11. № 2. С. 146–154. EDN: JXECOH.
  20. Аносов М.C., Шатагин Д.А., Чернигин М.А., Мордовина Ю.С., Аносова Е.С. Структурообразование сплава Нп-30ХГСА при аддитивном электродуговом выращивании // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 3. С. 294–301. doi: 10.17073/0368-0797-2023-3-294-301.
  21. Jovičević-Klug P., Lipovšek N., Jovičević-Klug M., Podgornik B. Optimized Preparation of Deep Cryogenic Treated Steel and Al-alloy Samples for Optimal Microstructure Imaging Results // Materials Today Communications. 2021. Vol. 27. Article number 102211. doi: 10.1016/j.mtcomm.2021.102211.
  22. Рыбаков А.А., Филипчук Т.Н., Демченко Ю.В. Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с применением многослойной сварки // Автоматическая сварка. 2013. № 12. С. 24–30. EDN: SYLXOT.
  23. Чинахов Д.А., Скаков М.К., Градобоев А.В., Увалиев Б.К., Шаров В.В. Изменение микроструктуры и механических свойств многослойных соединений из стали ЗОХГСА при сварке плавлением разными способами // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2008. Т. 313. № 2. С. 119–122. EDN: JVJFVT.
  24. Балякин А.В., Жученко Е.И., Смирнов Г.В., Проничев Н.Д. Исследование проблем появления негативной технологической наследственности при изготовлении деталей ГТД методом селективного лазерного сплавления // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2019. Т. 21. № 1. С. 61–70. EDN: XHSWIU.
  25. Жаткин С.С., Никитин К.В., Деев В.Б., Панкратов С.С., Дунаев Д.А. Применение электродуговой наплавки для создания трехмерных объектов из стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 6. С. 443–450. doi: 10.17073/0368-0797-2020-6-443-450.
  26. Wang Fude, Williams S., Colegrove P., Antonysamy A.A. Microstructure and Mechanical Properties of Wire and Arc Additive Manufactured Ti–6Al–4V // Metallurgical and Materials Transactions A. 2013. Vol. 44. P. 968–977. doi: 10.1007/s11661-012-1444-6.
  27. Gürol U., Kocaman E., Dilibal S., Koçak M. A comparative study on the microstructure, mechanical properties, wear and corrosion behaviors of SS 316 austenitic stainless steels manufactured by casting and WAAM technologies // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2023. Vol. 47. P. 215–227. doi: 10.1016/j.cirpj.2023.10.005.
  28. Takagi H., Sasahara H., Abe T., Sannomiya H., Nishiyama Sh., Ohta Sh., Nakamura K. Material-property evaluation of magnesium alloys fabricated using wire-and-arc-based additive manufacturing // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 24. P. 498–507. doi: 10.1016/J.ADDMA.2018.10.026.
  29. Rodrigues T.A., Duarte V., Miranda R.M., Santos T.G., Oliveira J.P. Current Status and Perspectives on Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) // Materials. 2019. Vol. 12. № 7. Article number 1121. doi: 10.3390/ma12071121.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Кабалдин Ю.Г., Аносов М.С., Мордовина Ю.С., Чернигин М.А., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах