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

М. С. Аносов, доцент кафедры технологий и оборудования машиностроения (ТиОМ), канд. техн. наук, эл. почта: anosov.ms@nntu.ru
М. А. Чернигин, инженер кафедры ТиОМ, эл. почта: honeybadger52@yandex.ru
Ю. С. Мордовина, инженер по учебному процессу Института переподготовки специалистов, эл. почта ips4@nntu.ru
Е. С. Аносова, ассистент кафедры автоматизации машин, эл. почта: katena.zav@mail.ru

В настоящее время активное развитие получают технологии трехмерной печати металлами, среди которых основными являются послойное сплавление порошка (SLM), лазерная наплавка порошка (LENS/DMD) и электродуговая наплавка (WAAM). Одним из перспективных методов аддитивного выращивания изделий является метод электродуговой наплавки проволокой (WAAM). Однако в результате послойного наплавления металла и его кристаллизации в неравновесных условиях, а также многократных циклов нагрева металла выше критических температур, микроструктура материала, получаемого при помощи аддитивных технологий, существенно отличается от структуры материала, получаемого традиционными методами. В данной работе изучены структуры и свойства сталей 30ХГСА и 08ХМФА, полученные методом WAAM. Оптико-эмиссионный анализ наплавленного материала показал присутствие угара легирующих элементов, не превышающее предельных марочных отклонений по ГОСТ на исследуемые стали. В результате акустической диагностики установлена зависимость параметра акустической анизотропии и прочностных свойств от направления наплавки. Анизотропия характерна для обеих сталей, что подтверждено результатами испытаний на растяжение. Значения прочностных свойств образцов, вырезанных поперек наплавленных слоев, в среднем на 20 % ниже, чем образцов, вырезанных вдоль направления наплавки. Применение виброобработки в процессе наплавки приводит к незначительному уменьшению зерна в исследуемом металле, при этом прочностные свойства сталей 30ХГСА и 08ХМФА практически не изменяются. Виброобработка при наплавке металла значительнее сказывается на пластических свойствах: относительное удлинение при растяжении повышается на 6 % относительно исходного во всех направлениях для стали 30ХГСА и на 11 и 27 % для стали 08ХМФА в зависимости от направления вырезки образца. Закалка с высоким отпуском приводит к повышению прочностных свойств обеих сталей. Прочностные свойства образцов, вырезанных в продольном направлении из стали 30ХГСА, практически достигают значений, указанных в ГОСТ 4543, т. е. достигаются свойства горячекатаного материала.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-79-00095 «Разработка научно-технологических основ структурообразования конструкционных материалов, полученных путем аддитивного электродугового выращивания для формирования механических свойств при усталости с использованием подходов искусственного интеллекта».

1. Jackson M. A., Van Asten A., Morrow J. D. et al. Energy consumption model for additive-subtractive manufacturing processes with case study // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2018. Vol. 5. P. 459–466. DOI: 10.1007/s40684-018-0049-y
2. Wu Bintao, Pan Zengxi, Ding Donghong, Cuiuri D. et al. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: Properties, defects and quality improvement // Journal of Manufacturing Processes. 2018. Vol. 35. P. 127–139. DOI: 10.1016/j.jmapro.2018.08.001
3. Осколков А. А., Матвеев Е. В., Безукладников И. И., Трушников Д. Н. и др. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20. № 3. С. 90–105. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.3.11
4. Cunningham C. R., Wikshåland S., Xu F. et al. Cost modelling and sensitivity analysis of wire and arc additive manufacturing // Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 11. P. 650–657. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.163
5. Li J., Alkahari M. R., Rosli N. A. et al. 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
6. Shah Abid, Aliyev Rezo, Zeidler Henning, Krinke Stefan. A review of the recent developments and challenges in wire arc additive manufacturing (WAAM) process // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2023. Vol. 7. 97. DOI: 10.3390/jmmp7030097
7. Senthil T. S., Babu S., Puviyarasan M., Veeman Dhinakaran. Mechanical and microstructural characterization of functionally graded inconel 825 - SS316L fabricated using wire arc additive manufacturing // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 15. P. 661–669. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.08.060
8. Lan Bo, Wang Yaping, Liu Yuehan et al. The influence of microstructural anisotropy on the hot deformation of wire arc additive manufactured (WAAM) Inconel718 // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 823. 141733. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141733
9. Svetlizky D., Das Mitun, Zheng Baolong et al. Directed energy deposition (DED) additive manufacturing: physical characteristics, defects, challenges and applications // Materials Today. 2021. Vol. 49. P. 271–295. DOI: 10.1016/j.mattod.2021.03.020
10. Kennedy J., Davis A., Caballero A. E. Microstructure transition gradients in titanium dissimilar alloy (Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr/Ti-6Al-4V) tailored wire-arc additively manufactured components // Materials Characterization. 2021. Vol. 182. 111577. DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111577
11. Tomar Bunty, Shiva S., Nath Tameshwer. A review on wire arc additive manufacturing: Processing parameters, defects, quality improvement and recent advances // Materials Today Communications. 2022. Vol. 31. 103739. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.103739
12. Кабалдин Ю. Г., Шатагин Д. А., Аносов М. С., Колчин П. В. и др. Диагностика процесса трехмерной печати на станке с ЧПУ с использованием подходов машинного обучения // Вестник машиностроения. 2021. № 1. С. 320–324. DOI: 10.36652/0042-4633-2021-1-55-59
13. Аносов М. С., Шатагин Д. А., Чернигин М. А., Мордовина Ю. С. и др. Структурообразование сплава Нп-30ХГСА при аддитивном электродуговом выращивании // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66, № 3. С. 294–301. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-3-294-301
14. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
15. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления : справочник. — М. : Металлургия, 1988. — 400 с.
16. ГОСТ 2246–70. Проволока стальная сварочная. Технические условия. — Введ. 01.01.1973.
17. ГОСТ 4543–2016. Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия. — Введ. 01.10.2017.
18. Клюшников В. А., Мишакин В. В. Исследование влияния пластического деформирования на акустические и магнитные характеристики аустенитной и аустенитно-ферритной сталей // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия : Машиностроение. 2018. № 119. С. 102–113. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-2-102-113
19. Беляев А. К., Полянский В. А., Третьяков Д. А. Оценка механических напряжений, пластических деформаций и поврежденности посредством акустической анизотропии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2020. № 4. С. 130–151. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.12

20. Аносов М. С., Рябов Д. А., Чернигин М. А., Соловьев А. А. Неразрушающий контроль накопления усталостных повреждений в стали Св-09Г2С, полученной 3D-печатью электродуговой наплавкой // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2023. Т. 21. № 2. С. 47–53. DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-2-47-53
21. Huang C., Kyvelou P., Zhang R., Ben Britton T. et al. Mechanical testing and microstructural analysis of wire arcadditively manufactured steels // Mater. Des. 2022. Vol. 216. 110544. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110544
22. Müller J., Hensel J., Dilger K. Mechanical properties of wire and arc additively manufactured high-strength steel structures // Weld World. 2022. Vol. 66. P. 395–407. DOI: 10.1007/s40194-021-01204-1
23. Rodrigues T. A., Duarte V., Avila J. A., Santos T. G. et al. Wire and arc additive manufacturing of HSLA steel: Effect of thermal cycles on microstructure and mechanical properties // Addit. Manuf. 2019. Vol. 27. P. 440–450. DOI: 10.1016/j.addma.2019.03.029