Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия:

Д. А. Рябов, научный сотрудник кафедры «Материаловедение, технологии материалов и термическая обработка металлов», ассистент, аспирант, эл. почта: ryabovdm1996@gmail.com
М. С. Аносов, доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроения», канд. техн. наук, эл. почта: anosov-maksim@list.ru
А. А. Хлыбов, профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение, технологии материалов и термическая обработка металлов», профессор, докт. техн. наук, эл. почта: hlybov_52@mail.ru

Рассмотрены вопросы структурной деградации при знакопеременном нагружении образцов из стали 09Г2С, полученных по технологии аддитивного электродугового выращивания (WAAM). В настоящее время изучение процессов накопления деградации металлических материалов, полученных методом WAAM, а также поиск методом неразрушающего контроля поврежденного состояния таких материалов является актуальной задачей. В ходе работы дана оценка механических свойств образцов из стали 09Г2С, вырезанных из заготовки в направлении вдоль и поперек наплавления слоев. Получены кривые малоцикловой усталости для продольно и поперечно вырезанных образцов. Установлено, что механические свойства, в том числе усталостные, образцов, вырезанных вдоль направления наплавки, на 10 % выше, чем у образцов, вырезанных поперек. Показаны структурные изменения, проходящие в исследуемом материале в процессе циклического нагружения. Для оценки структурных изменений применен способ цифрового анализа изображений микроструктур (определение показателя фрактальной размерности), полученных при различной наработке. Установлены изменение акустических и магнитных характеристик напечатанного материала от числа циклов при знакопеременном нагружении и связь между наработкой и коэрцитивной силой. Полученные результаты могут быть использованы для контроля текущего состояния подвергнутых циклическому нагружению напечатанных деталей и конструкций из стали 09Г2С.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 19-19-00332-П «Разработка научно обоснованных подходов и аппаратно-программных средств мониторинга поврежденности конструкционных материалов на основе подходов искусственного интеллекта для обеспечения безопасной эксплуатации технических объектов в Арктических условиях».

1. Jackson M. A., Van Asten A., Morrow J. D., Min S., Pfefferkorn F. E. Energy consumption model for additive-subtractive manufacturing processes with case study // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2018. Vol. 5, Iss. 4. P. 459–466. DOI: 10.1007/s40684-018-0049-y
2. Pinto-Lopera Jesús Emilio et al. Real-time measurement of width and height of weld beads in GMAW processes // Sensors. 2016. Vol. 16, Iss. 9. 1500. DOI: 10.3390/s16091500
3. Johnnieew Zhong Li, Mohd Rizal Alkahari, Nor Ana Rosli. 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
4. Кабалдин Ю. Г., Хлыбов А. А., Аносов М. С., Рябов Д. А. Исследование усталостной прочности стали 09Г2С, полученной на основе трехмерной печати электродуговой наплавкой, в широком диапазоне пониженных температур // Черные металлы. 2022. № 2. С. 42–48. DOI: 10.17580/chm.2022.02.08
5. Агеев С. В., Гиршов В. Л. Горячее изостатическое прессование в порошковой металлургии // Металлообработка. 2015. № 4 (88). С. 56–60.
6. Хлыбов А. А., Беляев Е. С., Рябцев А. Д., Рябов Д. А. и др. Моделирование процесса горячего изостатического прессования // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2021. № 3. С. 190–198.
7. Попович А. А., Суфияров В. Ш., Борисов Е. В., Полозов И. А., Масайло Д. В., Григорьев А. В. Анизотропия механических свойств изделий, изготовленных методом селективного лазерного плавления порошковых материалов // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016. № 3. С. 4–11.
8. Кабалдин Ю. Г., Аносов М. С., Рябов Д. А., Колчин П. В., Шатагин Д. А., Киселев А. В. Исследование влияния режимов 3D-печати на структуру и хладостойкость стали 08Г2С // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2021. Т. 19. № 4. С. 64–70. DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-4-64-70

9. Терентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов. — М. : Наука, 2015. — 484 с.
10. Леденёв В. И., Скрылёв В. И. Аварии, разрушения и повреждения. Причины, последствия и предупреждения : монография. — Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2017. — 440 с.
11. Чернявский А. О. Развитие поверхностных систем трещин при механической нагрузке // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математика. Механика. Физика. 2003. № 8. С. 78–82.
12. Gonchar A. V., Anosov M. S., Ryabov D. A. Estimation of structural degradation of the heat affected zone of the welded joint under fatigue // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2022. Vol. 58, Iss. 9. P. 790–799.
13. Кузнецов П. В., Петракова И. В., Шрайбер Ю. Фрактальная размерность как характеристика усталости поликристаллов металлов // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. № 1. С. 389–392.
14. Kim V. A., Mokritskii B. Y., Morozova A. V. Multifractal analysis of microstructures after laser treatment of steel // Solid State Phen. 2020. Vol. 299SSP. P. 926–932.
15. Неразрушающий контроль : справочник / под ред. В. В. Клюева. Т. 3. — М. : Машиностроение, 2004. — 864 с.
16. Murav’eva O., Murav’ev V., Volkova L., Kazantseva N., Nichipuruk A., Stashkov A. Acoustic properties of low-carbon 2% Mn-doped steel manufactured by laser powder bed fusion technology // Additive Manufacturing. 2022. Vol. 51. 102635. DOI: 10.1016/j.addma.2022.102635
17. Науменко А. П. Введение в техническую диагностику и неразрушающий контроль : учеб. пособие. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2019. — 152 с.
18. Толмачев И. И. Магнитные методы контроля и диагностики : учебное пособие. — Томск : Изд-во ТПУ, 2008. — 216 с.
19. Кабалдин Ю. Г., Хлыбов А. А., Шатагин Д. А., Аносов М. С., Рябов Д. А. Оценка хладостойкости образцов из стали 09Г2С, полученных с использованием технологии 3D-печати электродуговой наплавкой на станке с ЧПУ // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2020. Т. 23. № 2. С. 16–23. DOI: 10.22213/2413-1172-2020-2-16-23
20. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
21. ГОСТ 25.502–79. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. — Введ. 01.01.1981.
22. Гончар А. В., Мишакин В. В. Исследование процесса усталостного разрушения низкоуглеродистой стали 15ЮТА неразрушающими методами контроля // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2011. № 3. С. 235–243.
23. Максимов А. Б., Гуляев М. В., Ерохина И. С. Влияние повреждаемости низколегированных сталей на физико-механические свойства // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 5. С. 364–368.
24. Горкунов Э. С., Смирнов С. В., Задворкин С. М. Взаимосвязь между параметрами напряженно-деформированного состояния и магнитными характеристиками углеродистых сталей // Физика металлов и металловедение. 2007. № 3. С. 1–6.