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

Ю. Г. Кабалдин, профессор кафедры технологии и оборудования машиностроения (ТиОМ) Института промышленных технологий машиностроения (ИПТМ), докт. техн. наук
С. А. Сорокина, доцент кафедры материаловедения, технологий материалов и термической обработки металлов Института физико-химических технологий и материаловедения (ИФХТиМ), канд. техн. наук

Ю. С. Мордовина, инженер по учебному процессу Института переподготовки специалистов, инженер кафедры ТиОМ ИПТМ, аспирант

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия¹ ; АО «ЦНИИ «Буревестник», Нижний Новгород, Россия²
М. А. Чернигин, инженер кафедры ТиОМ ИПТМ¹, инженер-исследователь 3-й категории², аспирант¹, эл. почта: honeybadger52@yandex.ru

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия¹ ; ФГУП «РФЯЦ — ВНИИЭФ», Саров, Россия²

С. В. Перова, аспирант кафедры ТиОМ ИПТМ¹, инженер-технолог²

Несмотря на то, что большинство изделий из аустенитных сталей изготавливается с применением технологий холодной пластической деформации (ХПД), при производстве изделий сложной конфигурации применение данных технологий может быть затруднено, поскольку деформирование ГЦК-металлов при температурах ниже рекристаллизационных приводит к изменению структурно-фазового состава материала и его физико-механических свойств. Технологии трехмерной печати металлами позволяют получать детали и конструкции сложной конфигурации с применением минимума формообразующих операций, практически полностью исключая использование ХПД. Рассмотрено изменение химического состава исходного материала (проволоки) и структуры метастабильной аустенитной стали 07Х25Н13 при наплавке методом WAAM и последующей термообработке. Выявлено, что при наплавке по использованному режиму (I = 120 А, U = 24 В, V = 350 мм/мин) происходит снижение содержания некоторых легирующих элементов, при этом химический состав стали не выходит за марочные отклонения. В результате проведенного исследования установлено, что при наплавке металла происходит кристаллизация по типу ФА с образованием грубой дендритной структуры, состоящей из δ- и σ-фаз. Посленаплавочная аустенизация при температуре 1070 °C практически не изменяет структуру. Повышение температуры до 1100 °C приводит к уменьшению размера дендритов и образованию аустенитных зерен. На фрезерованных поверхностях образцов происходит более активное образование аустенитных зерен, что может быть связано с протеканием рекристализационных процессов при нагреве наклепанного в результате механической обработки металла. В связи с этим можно предположить положительное влияние предварительного наклепа и посленаплавочной аустенизации на структурообразование материала после трехмерной печати.

1. Чернигин М. А., Сорокина С. А., Воробьев Р. А. Исследование микроструктуры метастабильной аустенитной хромомарганцевой стали 14Х15Г9НД методами оптической и электронной микроскопии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 4. С. 38–44. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-4-38-44
2. Большаков В. И., Сухомлин Г. Д., Лаухин Д. В. Атлас структур металлов и сплавов. — Днепропетровск : ПГАСА, 2010. — 174 с.
3. Андрушевич А. А. Атлас микроструктур черных и цветных металлов : учебное наглядное пособие. — Минск : БГАТУ, 2012. — 100 с.
4. Гуляев А. П. Металловедение. — М. : Металлургия, 1986. — 544 с.
5. Гончар А. В., Клюшников А. А., Мишакин В. В. Влияние пластического деформирования и последующей термообработки на акустические и электромагнитные свойства стали 12Х18Н10Т // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 2. С. 23–28. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-2-23-28
6. Фетисов Г. П., Карпман М. Г. и др. Материаловедение и технология металлов. — М. : Высшая школа, 2002. — 638 с.
7. Suuatala N., Takalo T., Moisio T. The relationship between solidification and microstructure in austenitic and austenitic-ferritic stainless steel welds // Metallurgical and Materials Transactions A. 1979. Vol. 10. P. 512–514. DOI: 10.1007/BF02697081

8. Kim Y. H., Kim D. G., Sung J. H., Kim I. S. et al. Influences of Cr/Ni equivalent ratios of filler wires on pitting corrosion and ductility-dip cracking of AISI 316l weld metals // Metals and Materials International. 2011. Vol. 17. P. 151–155. DOI: 10.1007/s12540-011-0221-1
9. Jacob G. Prediction of solidification phases in Cr – Ni stainless steel alloys manufactured by laser based powder bed fusion process // NIST Advanced Manufacturing Series (NIST AMS). 2018. Vol. 100–114. P. 1–38. DOI: 10.6028/NIST.AMS.100-14
10. Olson D. L. Prediction of austenitic weld metal microstructure and properties // Welding Research Supplement. 1985. Vol. 64. P. s281–s295.
11. Sindo K. Welding Metallurgy. 2nd ed. — New York : Willey, 2003. — 480 p.
12. Коваленко В. С. Металлографические реактивы : справочник. — М. : Металлургия, 1981. — 120 с.
13. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления : справочник. — М. : Металлургия, 1988. — 400 с.
14. Панченко Е. В. Лаборатория металлографии. — М. : Металлургия, 1965. — 441 с.
15. ГОСТ 2246–70. Проволока стальная сварочная. — Введ. 01.01.1973.
16. Chen X., Li J., Cheng X., He B. et al. Microstructure and mechanical properties of the austenitic stainless steel 316L fabricated by gas metal arc additive manufacturing // Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 703. P. 567–577. DOI: 10.1016/j.msea.2017.05.024
17. Никитин К. В., Никитин В. И., Тимошкин И. Ю., Глущенков В. А., Черников Д. Г. Обработка расплавов магнитно-импульсными полями с целью управления структурой и свойствами промышленных силуминов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2016. № 2. С. 34–42. DOI: 10.17073/0021-3438-2016-2-34-42
18. Ефимов А. В., Чернов В. П. Влияние внешних воздействий на структуру и свойства отливок из стали 150ХНМ // Теория и технология металлургического производства. 2020. № 2 (33). С. 34–40.
19. Черников Д. Г., Глущенков В. А., Иголкин А. Ю., Никитин К. В., Акишин С. А. Повышение эффективности процессов литья при производстве деталей двигателей летательных аппаратов путем воздействия импульсного магнитного поля на расплав // Вестник СГАУ. 2012. № 5-1 (36). С. 253–257.
20. Astafurov S., Astafurova E. Phase composition of austenitic stainless steels in additive manufacturing: A review // Metals. 2021. Vol. 11. 1052. DOI: 10.3390/met11071052
21. Kabaldin Y., Shatagin D., Ryabov D., Solovyov A., Kurkin A. Microstructure, phase composition, and mechanical properties of a layered bimetallic composite ER70S 6-ER309LSI obtained by the WAAM method // Metals. 2023. Vol. 13. 851. DOI: 10.3390/met13050851