Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Структура, механические свойства и особенности микромеханизма роста трещин мартенситностареющей стали, полученной гибридной аддитивной СMT-наплавкой

Михаил Юрьевич Симонов, Дмитрий Николаевич Трушников, Юрий Дмитриевич Щицын, Екатерина Александровна Кривоносова, Сергей Дмитриевич Неулыбин, Григорий Сергеевич Шайманов, Арсений Олегович Артемов, Максим Федорович Карташев

Аннотация


Исследовано влияние термической обработки (закалки и старения) на структуру и механические характеристики мартенситно-стареющей стали ЭП659А, полученной по гибридной технологии СМТ-наплавки, заключающейся в многослойном холодном переносе металла с послойным деформационным упрочнением. Проведен металлографический анализ образцов на световом и растровом электронном микроскопах. Определен локальный элементный состав наплавки. Выполнены испытания на растяжение при 20 °C и удар при 20 и – 100 °C. Исследованы микромеханизмы роста трещины и их особенности. Установлен эффект структурной ликвации материала при СМТ-наплавке с деформационным воздействием без термической обработки. Показано, что после проведения термической обработки структурная ликвация в наплавке исчезает, прочностные характеристики и ударная вязкость повышаются, относительное удлинение снижается незначительно. Микромеханизм роста трещин после наплавки и термической обработки изменяется от смешанного вязко-квазихрупкого до вязкого. Для получения высокого комплекса механических характеристик при комнатной и отрицательной температурах материала, синтезированного СМТ-наплавкой с межслойной проковкой, рекомендовано проведение термической обработки по режиму: закалка в воде от 940 °C (45 мин) и старение при 520 °C, 240 мин.


Ключевые слова


гибридные аддитивные дуговые процессы; СМТ процесс; послойная проковка; термическая обработка; мартенситно-стареющие стали; структура; свойства

Полный текст:

PDF

Литература


Bintao Wu, Zengxi Pan, Donghong Ding et al. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: properties, defects and quality improvement // Journal of manufacturing processes. 2018. V. 35. P. 127 – 139. DOI: 10.1016/j.jmapro. 2018.08.001

Lockett Helen, Ding Jialuo, Williams Stewart, Filomeno Martina. Design for wire + arc additive manufacture: design rules and build orientation selection // Journal of Engineering Design. 2017. V. 28. P. 568 – 598. DOI: 10.1080/09544828. 2017.1365826

Ding J., Martina F., Williams S. Production of large metallic components by additive manufacture–issues and achievements / Welding Engineering and Laser Procesingcentre. Bedfordshire: Cranfield University. 2015.

Karunakaran K. P. et al. Low cost integration of additive and subtractive processes for hybrid layered manufacturing // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2010. V. 26, No. 5. P. 490 – 499. DOI: 10.1016/j.rcim.2010.03.008

Zhang Y. et al. Build orientation optimization for multi-part production in additive manufacturing // Journal of Intelligent Manufacturing. 2017. V. 28, No. 6. P. 1393 – 1407. DOI: 10.1007/s10845-015-1057-1

Xizhang Chena et al. Cold metal transfer (CMT) based wire and arc additive manufacture (WAAM) system // Journal of Surface Investigation x-ray Synchrotron and Neutron Techniques. 2018. No. 12. P. 1278 – 1284. DOI: 10.1134/ S102745101901004X

Астафурова Е. Г. и др. Влияние фазового состава и распределения фаз на особенности формирования трещин и механизм разрушения хромоникелевых сталей, полученных методом электронно-лучевой 3D-печати // Известия вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 6(750). С. 16 – 24. DOI: 10.17223/00213411/63/6/16

Осколков А. А., Матвеев Е. В., Безукладников И. И. и др. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий // Вестник ППНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2018. № 3. С. 90 – 105. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.3.11

Келлер И. Э., Казанцев А. В., Дудин Д. С. и др. Искажение формы, локализация пластической деформации и распределение остаточных напряжений при односторонней проковке/обкатке бруса. Применение результатов к аддитивному производству // Вычислительная механика сплошных сред. 2021. № 4. С. 434 – 443.

Martina F. et al. Microstructure of interpass rolled wire + arc additive manufacturing Ti – 6Al – 4V components // Metallurgical and Materials Transactions A. 2015. V. 46. No. 2. P. 6103 – 6118. DOI: 10.1007/s11661-015-3172-1

Tangestani R. et al. Effects of vertical and pinch rolling on residual stress distributions in wire and arc additively manufactured components // Journal of Materials Engineering and Performance. 2020. V. 29, No. 4. P. 2073 – 2084. DOI: 10.1007/s11665-020-04767-0

Киричек А. В. и др. Влияние параметров ударной системы, размеров и материала обрабатываемой детали на эффективность волнового деформационного упрочнения (моделирование) // Транспортное машиностроение. 2022. № 1 – 2(1 – 2). С. 40 – 52.

Shchitsyn Y., Kartashev M., Krivonosova E. et al. Formation of structure and properties of the two-phase Ti – 6Al – 4V alloy during CMT additive deposition with interpass forging // Materials. 2021. V. 14, Is. 16. P. 4415. DOI: 10.3390/ ma14164415

Shchitsyn Y. D., Krivonosova E. A., Trushnikov D. N. et al. Use of CMT-surfacing for additive formation of titanium alloy workpieces // Metallurgist. 2020. No. 64(1 – 2). P. 67 – 74. DOI: 10.1007/s11015-020-00967-0

Baoqiang Cong, Zewu Qi, Bojin Qi et al. Comparative study of additively manufactured thin wall and block structure with Al – 6.3 % Cu alloy using cold metal transfer process // Applied Sciences. 2017. V. 7. P. 275. DOI: 10.3390/ app7030275

Tian Y., Shen J., Hu S. et al. Effects of ultrasonic vibration in the CMT process on welded joints of Al alloy // Journal of Materials Processing Technology. 2018. V. 259. P. 282 – 291. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2018.05.004

Shchitsyn Yu. D., Krivonosova E. A., Neulybin S. D. et al. Characteristics of structure and properties of magnesium alloys during plasma additive deposition // Physical Mesomechanics. 2021. V. 24, No. 6. P. 716 – 723. DOI: 10.1134/ S1029959921060102

Qianru Wu, Jiping Lu, Changmeng Liu et al. Effect of molten pool size on microstructure and tensile properties of wire arc additive manufacturing of Ti – 6Al – 4V alloy // Materials. 2017. No. 10. P. 749. DOI: 10.3390/ma10070749

Fang X. et al. Effect of characteristic substrate parameters on the deposition geometry of CMT additive manufactured Al – 6.3 % Cu alloy // Applied Thermal Engineering. 2019. V. 162. P. 114302. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114302

Щицын Ю. Д., Терентьев С. А., Неулыбин С. Д. и др. Формирование структуры и свойств стали 04Х18Н9 при аддитивном производстве заготовок // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20, № 3. DOI: 10.15593/2224 – 9877/2018.3.07

Todaro C. J., Easton M. A., Qiu D., et al. Grain refinement of stainless steel in ultrasound-assisted additive manufacturing // Addit. Manuf. 2020. V. 37. 101632. DOI: 10.1016/ j.addma.2020.101632

Yuan, Sun X. J., Sun L. B. et al. Improvement of the grain structure and mechanical properties of austenitic stainless steel fabricated by laser and wire additive manufacturing assisted with ultrasonic vibration // Materials Science and Engineering: A. 2021. V. 813. 141177. DOI: 10.1016/j.msea. 2021.141177

Olshanskaya T., Trushnikov D., Dushina A. et al. Microstructure and properties of the 308LSi austenitic steel produced by Plasma-MIG deposition welding with layer-by-layer peening // Metals. 2022. V. 12, No. 1. P. 82. DOI: 10.3390/met12010082

Plangger J. et al. CMT additive manufacturing of a high strength steel alloy for application in crane construction // Metals. 2019. V. 9, No. 6. P. 650. DOI: 10.3390/met9060650

Wang C. et al. Study on microstructure and tensile properties of 316L stainless steel fabricated by CMT wire and arc additive manufacturing // Materials Science and Engineering: A. 2020. V. 796. P. 140006. DOI: 10.1016/j.msea. 2020.140006

Lervеg M. et al. Additive manufacturing with superduplex stainless steel wire by cmt process // Metals. 2020. V. 10, No. 2. P. 272. DOI: 10.3390/met10020272

Щицын Ю. Д., Трушников Д. Н., Кривоносова Е. А. и др. Влияние технологий наплавки на структурообразование жаропрочных никелевых сплавов // Металлург. 2019. № 2. С. 68 – 73.

Chen Yuhua, Mingfang Xu, Timing Zhang et al. Grain refinement and mechanical properties improvement of Inconel 625 alloy fabricated by ultrasonicassisted wire and arc additive manufacturing // Journal of Alloys and Compounds. 2022. V. 910. 164957. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.164957

Перкас М. Д., Кардомский В. М. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали. М.: Металлургия, 1971. 224 с.

Бармин Л. Н., Королев Н. В., Пряхин А. В. Свойства мартенситно-стареющих сплавов для наплавки инструмента горячего и холодного деформирования металла // Теоретические и технологические основы наплавки. Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1979. С. 57 – 61.

Бирман С. Р. Экономнолегированные мартенситностареющие стали. М.: Металлургия, 1974. 207 с.

Лазько В. Е., Лукин В. И., Максимович Т. Л. Повышение прочности соединений при сварке мартенситно-стареющей стали // Сварочное производство. 2001. № 3. С. 3 – 6.

Кальянов В. Н., Багров В. А. Мартенситно-стареющие стали для наплавки штампов // Сварочное производство. 2003. № 2. С. 35 – 37.

Макаров Э. Л., Якушин Б. Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов. М.: Из-во МГТУ им. М. И. Баумана, 2010.

Кондратьев И. А., Рябцев И. А., Черняк Я. П. Порошковая проволока для наплавки слоя мартенситностареющей стали // Автоматическая сварка. 2006. № 4.

Симонов М. Ю., Георгиев М. Н., Симонов Ю. Н. и др. Оценка параметров рельефных составляющих изломов высоковязкой конструкционной стали 09Г2С после динамических испытаний // МиТОМ. 2012. № 11(689). С. 45 – 50.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2024.2.40-48

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024