ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 67.02
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-4-94-101
Аннотация
Современное развитие аддитивных технологий позволяет создавать новые композиционные материалы с более высокими характеристиками, состоящие из двух и более различных сплавов. Это открывает возможности по изготовлению оборудования и конструкций, более стойких к экстремальным условиям эксплуатации, таким как низкие температуры Крайнего севера и Арктики. В данной статье проведена оценка хладостойкости материала, состоящего из стали 20, который армирован сталью 12Х18Н10Т с целью образования участков вязкого разрушения при хрупком разрушении основного материала в условиях низких температур. Для достижения поставленной цели и задач были изготовлены биметаллические образцы, где второй материал наносился методом лазерной наплавки проволоки и расположен в виде полос по трем сторонам на поверхности образцов. В работе применялись методы испытания на ударный изгиб, микроструктурного и фрактографического анализа. Результаты показывают, что армирование стали с ОЦК-решеткой сплавом с ГЦК-решеткой аддитивным методом лазерной наплавки позволяет сохранить в изломе образцов вязкую составляющую на уровне 9% поперечного сечения образца при выбранной плотности армирования, что увеличивает ударную вязкость в 2,2 раза при температуре испытания –50°C. Однако ввиду разницы в свойствах материалов при разрушении действуют напряжения, снижающие ударную вязкость при нормальной температуре. В связи этим возникает потребность в выработке методов по снижению данного негативного влияния за счет подбора более эффективной схемы армирования, термической обработки, методов компьютерного моделирования и сочетания материалов.
Ключевые слова
хладостойкость, мультиметаллические материалы, аддитивные технологии, лазерная наплавка, армирование
Для цитирования
Колчин П.В., Костылев К.А., Чернигин М.А. Оценка ударной вязкости, хладостойкости и структуры углеродистой стали 20, армированной сталью 12Х18Н10Т методом лазерной наплавки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №4. С. 94-101. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-4-94-101
1. Солнцев Ю.П. Современные и перспективные стали криогенной техники // Перспективные материалы. 1998. № 3. С. 68–81.
2. Металловедение. Сталь: справочник в 2-х томах (четырех книгах): пер. с нем. М.: Металлургия, 1995. 399 с.
3. Лебедев Д.В. Конструктивная прочность криогенных сталей. М.: Металлургия, 1976. 264 с.
4. Солнцев Ю.П. Хладостойкие стали и сплавы: учебник для вузов. СПб.: Химиздат, 2014. 476 с.
5. Ульянин Е.А., Сорокина Н.А. Стали и сплавы для криогенной техники: справочник. М.: Металлургия, 1984. 206 с.
6. Вигли Д.А. Механические свойства материалов при низких температурах / пер. с англ. В. Н. Геминова; под ред. [и с предисл.] Л.К. Гордиенко. М.: Мир, 1974. 373 с.: ил.
7. Береснев Г.А. Факторы, влияющие на склонность стали к хрупкому разрушению // Проблемы металловедения и физики металлов: сб. тр. М.: Металлургия, 1968. № 9. С. 157–162.
8. Спектор Я.Я., Саррак В.И., Энтин Р.И. О причинах влияния никеля на хладноломкость железа // ДАН СССР. 1964. Т. 155. № 5. С. 156–157.
9. Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. К.: Наукова думка, 1975. 296 с.
10. Вологжанина С.А., Иголкин А.Ф. Хладостойкие материалы. Лабораторные работы: учеб.-метод. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 42 с.
11. Константинов В.М., Галимский А.И., Хина Б.Б. Анализ путей повышения хладостойкости ряда углеродистых и низколегированных конструкционных сталей // Металлургия: республиканский межведомственный сборник научных трудов. Минск: БНТУ, 2015. Вып. 36. С. 177–185.
12. Гурин М. А., Шафрай К. А. Особенности увеличения хладностойкости металлических сооружений // E-Scio. 2019. №8 (35). С. 186–194.
13. A Review of the Metal Additive Manufacturing Processes / Tebianian M., Aghaie S., Razavi Jafari N.S., Elmi Hosseini S.R., Pereira A.B., Fernandes F.A.O., Farbakhti M., Chen C., Huo Y. // Materials. 2023, 16, 7514. https://doi.org/10.3390/ma16247514
14. Review on additive hybrid- and multi-material-manufacturing of metals by powder bed fusion: state of technology and development potential / Schneck M., Horn M., Schmitt M. et al. // Prog Addit Manuf. 2021, 6, 881–894. https://doi.org/10.1007/s40964-021-00205-2
15. Additive manufacturing of multi-material parts–Design guidelines for manufacturing of 316L/CuCrZr in laser powder bed fusion / Meyer Ina, Marcus Oel, Tobias Ehlers, Roland Lachmayer // Heliyon. 2023, 9, no. 8.
16. Вологжанина C.A., Петкова А.П. Исследование влияния низких температур и деформаций на свойства аустенитной стали 12Х18Н10Т // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. №4. С. 83-93.
17. Defect formation and influence on metallurgical structure due to powder cross-contaminations in LPBF / M. Horn et al. // Proceedings of 7th International Conference on Additive Technologies (iCAT), 2018.
18. A Review of the Laser Cladding of Metal-Based Alloys, Ceramic-Reinforced Composites, Amorphous Alloys, and High-Entropy Alloys on Aluminum Alloys / Zhao P., Shi Z., Wang X., Li Y., Cao Z., Zhao M., Liang J. // Lubricants. 2023, 11, 482. https://doi.org/10.3390/lubricants11110482
19. Евдокимов Е.Е., Коновалов О.В. Теория напряженного и деформированного состояния. Волгоград: Волгоградский государственный технический университет, 2020. 56 с.
20. Реут Л.Е. Теория напряженного и деформированного состояния с примерами и задачами: учеб.-метод. пособие по разделу курса «Механика материалов» для машиностроительных специальностей. Минск: БНТУ, 2008. 106 с.
21. К вопросу построения предельной поверхности прочности торфяных структурных систем / Б.Ф. Зюзин, В.А. Миронов, А.Б. Зюзин, С.А. Юдин // Вестник ТвГТУ. 2014. № 2. Вып. 26. C. 55–64.