УДК 620.18
DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-3-68-74
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Год от года в производстве увеличивается доля аддитивных технологий. Наибольшими темпами растет применение 3D-печати электродуговой наплавкой, как наиболее экономичной и производительной технологии. Однако имеющихся научных и практических данных недостаточно для ее успешного использования при изготовлении деталей, работающих в условиях низких температур. В связи с этим требуется более детальное исследование материалов, полученных 3D-печатью и предназначенных для работы в условиях Крайнего Севера и Арктики. Используемые оборудование и методы. Изготовление образцов из стали 07Х25Н13 выполнено на разработанном стенде, реализующем технологию 3D-печати электродуговой наплавкой, применен метод испытания на ударный изгиб по Шарпи, с использованием растрового электронного микроскопа проведен анализ фрактограмм изломов. Новизна. Определены механизмы разрушения при низких температурах образцов из стали 07Х25Н13, выполненых по технолгии 3D-печати электродуговой наплавкой. Полученные результаты позволяют понять поведение материалов, напечатанных объектов в условиях низких температур, чему ранее уделялось недостаточно внимания. Выявлена связь фрактальной размерности изломов образцов и величины ударной вязкости, позволяющая оценивать влияние температуры на разрушение. Результат. В процессе исследования образцов, изготовленных из стали 07Х25Н13, установлено, что изломы, полученные после испытаний на ударную вязкость, обладают четырьмя характерными зонами: зарождения трещины; распространения трещины, утяжки, долома. Во всем исследуемом температурном диапазоне наблюдается вязкий механизм разрушения, однако с уменьшением температуры испытаний происходит снижение пластичности и уменьшение количества наблюдаемых зон. Показана связь уменьшения фрактальной размерности изображений изломов с уменьшением ударной вязкости. Практическая значимость. Полученные результаты дают возможность более полно понять механизмы разрушения объектов из стали 07Х25Н13, полученных с помощью 3D-печати электродуговой наплавкой и оценить поведение данного материала в условиях низких температур. Установленная связь фрактальной размерности излома и ударной вязкости позволяет более четко устанавливать температурные причины разрушения конструкций.
Ключевые слова
Конструкционные стали, 3D-печать, электродуговая наплавка, фрактографический анализ, фрактальная размерность, хладостойкость.
Для цитирования
Электронно-микроскопические исследования механизмов разрушения конструкционных сталей, полученных на основе 3D-печати / Аносов М.С., Кабалдин Ю.Г., Колчин П.В., Шатагин Д.А., Чегуров М.К. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т.19. №3. С. 68–74. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2021-19-3-68-74
1. Oliveira J.P., Rodrigues Tiago, Duarte Valdemar, Miranda R.M., Santos Telmo. Current Status and Perspectives on Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM). Materials. 2019. 12(7):1121. doi: 10.3390/ma12071121
2. Елистратова А.А., Коршакевич И.С. Технологии 3D-печати: преимущества и недостатки // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. Том 1. С. 557–559.
3. Mendagaliyev R., Turichin G.A., Klimova-Korsmik O.G., Zotov O.G., Eremeev A.D. Microstructure and Mechanical Properties of Laser Metal Deposited Cold-Resistant Steel for Arctic Application. Procedia Manufacturing. 2019. Vol. 36, pp. 249–255. ISSN 2351-9789. doi: 10.1016/j.promfg.2019.08.032
4. Анализ структуры и механических свойств сплава Co–Cr–Mo, полученного методом 3D-печати / Казанцева Н.В., Ежов И.В., Давыдов Д.И., Меркушев А.Г. // Физика металлов и металловедение. 2019. 120 (12). С. 1271–1278. doi: 10.1134/ S0015323019120088
5. Исследование прочности изделий, полученных методом 3D-печати / Балашов А.В., Черданцев А.О., Новиковский Е.А., Ананьин С.В., Белоплотов С.В. // Ползуновский вестник. 2016. № 2. С. 61–64.
6. Смирнова Е.А., Герман М.А., Фисенкова Д.В. Структура и свойства образцов из титанового сплава TI-6AL-4V, полученных при помощи 3D-технологии прямого нанесения металла // Гагаринские чтения – 2019: сборник тезисов докладов XIV Международной молодежной научной конференции. М.: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2019. 924 с.
7. Xu X., Ganguly S., Ding J., Guo S., Williams S., Martina. F. Microstructural evolution and mechanical properties of maraging steel produced by wire+arc additive manufacture process. Mater. Charact. 2017. 143. Pp. 152–162. doi:10.1016/j.matchar. 2017.12.002.
8. Пат. 2696121 Российская Федерация, МПК B33Y10/00 B22F3/00. Способ 3D-печати на оборудовании с ЧПУ с интеллектуальной оптимизацией режимов / Ю.Г. Кабалдин, П.В. Колчин, Д.А. Шатагин, А.В. Киселев; заявитель и патентообладатель НГТУ им. Р.Е. Алексеева. № 2018125837; заявл. 13.07.2018; опубл. 31.07.2019.
9. РД 153-34.1-003-01. Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования (PTM-1c). Введ. 2001-07-02. М., 2002. 465 с.
10. Кабалдин Ю.Г., Аносов М.С., Зиновьев Ю.А. Исследование хладостойкости материалов для ответственных узлов технических средств, работающих при низких температурах // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2016. Т. 4. № 2. С. 14–17.
11. Савенков Г.Г., Барахтин Б.К. Связь фрактальной размерности поверхности разрушения с комплексом стандартных характеристик материала на растяжение // ПМТФ. 2011. Т. 52. №6. С. 177–184.
12. Kabaldin Y.G., Anosov M.S., Shatagin D.A. Evaluation of the mechanism of the destruction of metals based on approaches of artificial intelligence and fractal analysis // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 709 (2020) 033076 IOP Publishing doi: 10.1088/1757-899X/709/3/033076.