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

Ю. Г. Кабалдин, профессор кафедры «Технология и оборудование машиностроения» Института промышленных технологий машиностроения (ИПТМ), докт. техн. наук
А. А. Хлыбов, заведующий кафедрой «Материаловедения, технологии материалов и термическая обработка металлов» Института физико-химических технологий и материаловедения (ИФХТиМ), профессор, докт. техн. наук, эл. почта: hlybov_52@mail.ru
М. С. Аносов, доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроения» ИПТМ, канд. техн. наук
Д. А. Рябов, научный сотрудник кафедры «Материаловедения, технологии материалов и термическая обработка металлов» ИФХТиМ, аспирант, ассистент

Рассмотрены вопросы получения заготовок из хладостойкой стали 09Г2С перспективным методом трехмерной печати электродуговой наплавкой (электродуговое аддитивное выращивание). Актуальной является задача оценки механических свойств полученного материала и понимания процесса его разрушения. Выполнена оценка усталостной прочности полученного материала после наплавления и последующей термической обработки (ТО) (нормализации) в широком диапазоне пониженных температур. Проведен фрактографический анализ усталостных изломов стали 09Г2С с применением сканирующей электронной микроскопии. Это позволяет оценить надежность деталей, изготавливаемых методом трехмерной печати электродуговой наплавкой. Получены механические свойства и выполнен анализ кривых малоцикловой усталости образцов после трехмерной печати и после дальнейшей ТО в диапазоне температур от –60 до 20 °C. Проведены металлографические исследования и установлены структурные изменения в процессе усталостного нагружения при различной наработке образца. Установлена связь между величиной максимального напряжения цикла и наработкой, соответствующей началу появления магистральной трещины и моменту разрушения образца для стали 09Г2С. Получена зависимость средней скорости роста магистральной трещины от приложенного напряжения при усталостных испытаниях.

Исследование выполнено при поддержке гранта Президента Российской Федерации «Оценка хладостойкости и изучение механизмов разрушения металлов, полученных на основе 3D-печати, для обеспечения безопасной эксплуатации технических объектов в условиях Арктики и Крайнего Севера».

1. Григорьев А. В., Лепов В. В. Оценка надежности металлоконструкций из стали 09Г2С, эксплуатируемых в условиях Севера и Арктики // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 8. С. 53–58. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-8-53-58.
2. Терентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов / Ин-т металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук. — М. : Наука, 2015. — 484 с.
3. Gonchar A. V., Mishakin V. V., Klyushnikov V. A. The effect of phase transformations induced by cyclic loading on the elastic properties and plastic hysteresis of austenitic stainless steel // International Journal of Fatigue. 2018. Vol. 106. P. 153–158.
4. Иванов Ю. Ф., Аксёнова К. В., Громов В. Е., Коновалов С. В., Петрикова Е. А. Увеличение усталостной долговечности эвтектического силумина электронно-пучковой обработкой // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2016. № 2. С. 72–80.
5. Нгуен Нгок Т., Капралов В. М., Коленько Г. С. Влияние частот нагружения на сопротивление усталости материалов // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. С. 68–77.
6. Hu Y., Sun C., Xie J., Hong Y. Effects of Loading Frequency and Loading Type on High-Cycle and Very-High-Cycle Fatigue of a High-Strength Steel // Materials. 2018. Vol. 11, Iss. 8. P. 1456. DOI: 10.3390/ma11081456.

7. Мыльников В. В., Шетулов Д. И., Кондрашкин О. Б., Чернышов Е. А., Пронин А. И. Изменение показателей сопротивления усталости конструкционных сталей при различных спектрах нагружения // Извести вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62, № 10. С. 796–802. DOI: 10.17073/0368-0797-2019-10-796-802.
8. Meraj M., Dutta K., Bhardwaj R. et al. Influence of Asymmetric Cyclic Loading on Structural Evolution and Deformation Behavior of Cu-5 at. % Zr Alloy: An Atomistic Simulation-Based Study // Journal of Materials Engineering and Performance. 2017. Vol. 26. P. 5197–5205. DOI: 10.1007/s11665-017-3003-1.
9. Pachurin G. V., Kuz’min N. A., Filippov A. A., Nuzhdina T. V., Goncharova D. A. Mechanical Properties of Steel after Gas-Phase Application of a Nickel Coating // Russian Engineering Research. 2019. Vol. 39, No. 7. P. 577–579.
10. Nagesha A. Influence of temperature on the low cycle fatigue behaviour of a modified 9Cr–1Mo ferritic steel // International Journal of Fatigue. 2002. Vol. 24, Iss. 12. P. 1285–1293. DOI: 10.1016/s0142-1123(02)00035-x.
11. Khlybov A. A., Kabaldin Y. G., Anosov M. S., Ryabov D. A., Naumov V. I., Sentyureva V. I. The effect of low temperatures on the operability of products 20GL steel // Journal of Phy sics: Conference Series. 2020. Vol. 1431, Iss. 1. P. 012063. DOI: 10.1088/1742-6596/1431/1/012063.
12. Khlybov A. A., Uglov A. L., Ryabov D. A. On the Specific Features of Using the Phenomenon of Acoustoelasticity When Testing the Stress State of Anisotropic Material of Technical Objects at Subzero Temperatures // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2021. Vol. 57. P. 21–30. DOI: 10.1134/S1061830921010083.
13. Man’shin Yu. P., Man’shina E. Yu. Estimating the Life of a Machine Part // Russian Engineering Research. 2018. Vol. 38, Iss. 3. P. 157–162. DOI: 10.3103/S1068798X18030103.
14. Белоусов А. И., Сафронов А. В. Определение показателей прочностной надежности деталей ДЛА на этапе проектирования // Вестник СГАУ. 2006. № 2–1 (10). С. 296–301.
15. Леденёв В. В., Скрылёв В. И. Аварии, разрушения и повреждения. Причины, последствия и предупреждения : монография. — Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2017. — 440 с.
16. Montevecchi F., Venturini G., Scippa A., Campatelli G. Finite Element Finite Element Modelling of Wire-arc-additivemanufacturing Process // Procedia CIRP. 2016. Vol. 55. P. 109–114. DOI: 10.1016/j.procir.2016.08.024.
17. Johnnieew Zhong Li., Alkahari M. R., Rosli N. A. Review of Wire Arc Additive Manufacturing for 3D Metal Printing // International Journal of Automation Technology. 2019. Vol. 3, Iss. 3. P. 346–353.
18. Oliveira J. P., Rodrigues T., Duarte V., Miranda R. M., Santos T. Current Status and Perspectives on Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) // Materials. 2019. Vol. 12, Iss. 7. P. 1121. DOI: 12.1121.10.3390/ma12071121.
19. Панченко О. В., Жабрев Л. А., Курушкин Д. В., Попович А. А. Макроструктура и механические свойства алюминиевых Al – Si-, Al – Mg –Si-, Al – Mg – Mn-сплавов, полученных электродуговым аддитивным выращиванием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. № 11. С. 63–69.
20. Mendagaliyev R., Turichin G. A., Klimova-Korsmik O. G., Zotov O. G., Eremeev A. D. Microstructure and Mechanical Properties of Laser Metal Deposited Cold-Resistant Steel for Arctic Application // Procedia Manufacturing. 2019. Vol. 36. P. 249–255. DOI: 10.1016/j.promfg.2019.08.032.
21. Kabaldin Y. G., Shatagin D. A., Anosov M. S., Kolchin P. V., Kiselev A. V. Diagnostics of 3D printing on a CNC machine by machine learning // Russian Engineering Research. 2021. Vol. 41, Iss. 4. P. 320–324.
22. ГОСТ 11150–84. Металлы. Методы испытания на растяжение при пониженных температурах. — Введ. 01.01.1986.
23. ГОСТ 25.502–79. Методы механических испытаний материалов. — Введ. 01.01.1981.
24. Киричек А. В., Соловьев Д. Л., Тарасов Д. Е. Повышение долговечности деталей машин комбинированной упрочняющей обработкой // Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. № 2 (50). С. 52–58.
25. Гончар А. В., Мишакин В. В. Исследование процесса усталостного разрушения низкоуглеродистой стали 15ЮТА неразрушающими методами контроля / Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2011. № 3 (90). С. 235–243.
26. Пустовойт В. Н., Гришин С. А., Дука В. В., Федосов В. В. Установка для исследования кинетики развития трещины при испытаниях на циклический изгиб // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 7. С. 59–64. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-7-59-64.
27. Серенко А. Н. Оценка влияния остаточных напряжений на кинетику развития усталостных трещин в сварных соединениях. Часть I / ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет». 2011. № 22. С. 156–161.