УДК 620.1
DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-4-64-70
Аннотация
В настоящей работе проведен комплекс исследований стали 08Г2С, полученной методом 3D-печати электродуговой наплавкой при различных значениях погонной энергии Q. Были выполнены микро-структурные исследования и низкотемпературные испытания на ударный изгиб исследуемой стали после раз-личных режимов наплавления. Установлено, что с увеличением погонной энергии Q процесса 3D-печати наблюдается монотонное увеличение среднего размера зерна металла. Исследование показывает, что в качестве оптимального с точки зрения получения однородной мелкозернистой микроструктуры стали 08Г2С, обеспечивающей высокую хладостойкость, может быть выбран режим 3D-печати с погонной энергией Q = 425 Дж/мм. По результатам низкотемпературных испытаний на ударный изгиб стали 08Г2С установлено, что с понижением температуры наблюдается увеличение хрупкой составляющей в изломе и монотонное снижение значений ударной вязкости. Температура вязкохрупкого перехода t50 для стали 08Г2С составила -40°С. Также была установлена связь ударной вязкости исследуемого материала со средним размером зерна в широком диапазоне пониженных температур. Проведенная в ходе исследования цифровая обработка изображений микроструктур с использованием разработанного в среде MATLAB программного обеспечения показала, что фрактальная размерность D изображения микроструктуры стали 08Г2С имеет линейную зависимость со средним размером зерна d и может быть использована в качестве количественного показателя для оперативной оценки хладостойкости. С практической стороны полученные в результате работы зависимости могут быть использованы для прогнозирования ударной вязкости и среднего размера зерна низкоуглеродистых марганцовистых сталей в зависимости от режимов 3D-печати.
Ключевые слова
3D-печать, сталь 08Г2С, структура, ударная вязкость, хладостойкость, фрактальная размерность.
Для цитирования
Исследование влияния режимов 3D-печати на структуру и хладостойкость стали 08Г2С / Кабалдин Ю.Г., Аносов М.С., Рябов Д.А., Колчин П.В., Шатагин Д.А., Киселев А.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т.19. №4. С. 64–70. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2021-19-4-64-70
1. Елистратова А.А., Коршакевич И.С. Технологии 3D-печати: преимущества и недостатки // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. Т. 1. С. 557–559.
2. Comparison and analysis of different 3D printing techniques. International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology. Vol. (8). Issue (4–1), pp. 264–272. DOI:10.21172/1.841.44
3. Tong L. Low temperature impact toughness of high strength structural steel / L. Tong, L. Niu, S.Jing, L. Ai, X. Zhao // Thin-Walled Structures. 2018. Is. 132. pp. 410–420. DOI: 10.1016/j.tws.2018.09.009
4. Khlybov A.A. et al. The effect of low temperatures on the operability of products 20GL steel. 2020 J. Phys.: Conf. Ser. 1431 012063. DOI:10.1088/1742-6596/1431/1/012063
5. Шахов В. Н., Богданов В. В. Оценка балла зерна методом фрактального анализа // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2014. №10. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-balla-zerna-metodom-fraktalnogo-analiza (дата обращения: 27.07.2021).
6. Малых М.В., Собко С.А., Титова О.В. Применение фрактального анализа для определения размера зерна деформированных материалов. URL: https://www.sphti.ru/wp-content/uploads (дата обращения: 27.07.2021).
7. Kabaldin Yu. G. Diagnostics of 3D printing on a CNC machine by machine learning / Yu.G. Kabaldin, D.A. Shatagin, M.S. Anosov, P.V. Kolchin, A.V. Kiselev // Russian Engineering Research. 2021, vol. 41, № 4, pp. 320–324.
8. Проблемы обеспечения безопасной эксплуатации тележек грузовых вагонов при отрицательных температурах / А.А. Хлыбов, Ю.Г. Кабалдин, М.С. Аносов, Д.А. Рябов, В.И. Сентюрева // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 4. С. 18–26. DOI: 10.22213/2413-1172-2019-4-18-26
9. Kabaldin Yu.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
10. Полетаев Ю.В. Однопроходная электродуговая сварка под тонким слоем шлака толстолистовых конструкций стали 09Г2С / Ю.В. Полетаев, В.Ю. Полетаев // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. 2018. Т. 18, № 1. С. 50–58.
11. Узлов И.Г. Влияние параметров микроструктуры колесной стали на её вязкие свойства / И.Г. Узлов, А.И. Бабченко, Ж.А. Дементьева, А.А. Кононенко, А.Л. Сафронов // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: сб. науч. тр. Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. Вип. 14. С. 202–210.
12. Топоров Г.В., Смокотин Г.Я. Влияние величины зерна на ударно-усталостную стойкость стали 45 // Известия Томского политехнического института [Известия ТПИ]. 1958. Т. 106: Бурильные машины. С. 153–164.