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
М. С. Аносов, доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроения» ИПТМ, канд. техн. наук
М. А. Чернигин, инженер кафедры «Технология и оборудование машиностроения» ИПТМ, аспирант, эл. почта: honeybadger52@yandex.ru
Ю. С. Мордовина, ведущий инженер Института переподготовки специалистов (ИПС), ассистент кафедры «Машиностроительные технологические комплексы» ИПТМ, аспирант

Активное развитие аддитивных технологий способствует повышенному интересу к данной тематике не только среди научного сообщества, но и в промышленности. Несмотря на достаточно обширный пласт накопленных знаний в отношении данных технологий, влияние режима наплавки на химический состав, твердость и структурообразование низкоуглеродистых сталей при аддитивном электродуговом выращивании изучено недостаточно. Выполнен анализ влияния режимов электродуговой наплавки (WAAM) на структуру и свойства стали 08ХМФА. Установлено, что параметры процесса (сила тока 120–200 А, напряжение 18–27 В, погонная энергия 520–1300 Дж/мм) определяют химический состав, твердость и микроструктурные особенности наплавленного металла. В ходе проведения оптико-эмиссионного спектрального анализа установлено, что максимальное выгорание легирующих элементов наблюдается при напряжении 27 В и погонной энергии 1300 Дж/мм (V — 28 %, C — 34 %, Mo — 7,7 %). Минимальные потери выявлены при режимах с напряжением 18 В. Наиболее активно происходит выгорание углерода и ванадия, наименее активно снижается содержание молибдена для всех режимов. В ходе измерения микротвердости наплавленных образцов установлено, что с повышением погонной энергии наплавки происходит снижение средней твердости от 258 до 216 HV0.5, что может быть связано с процессами рекристаллизации и угаром углерода. Наиболее равномерное распределение твердости по высоте образцов отмечено при напряжении 18 В. Металлографический анализ позволил выявить трехзонную неоднородность по высоте образцов: феррит-перлит у подложки, зона с выраженной разнозернистостью в средних и Видманштеттова структура в верхних слоях. Вне зависимости от режима наплавки выявлено очень мелкое зерно (9–10 баллов по ГОСТ Р ИСО 643-2015). Оптимальные режимы (18 В, 520–860 Дж/мм) обеспечивают минимальное выгорание легирующих элементов и равномерное распределение твердости.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-19-00534.

1. Rodrigues T. A., Duarte V., Miranda R.M., Santos T. G., Oliveira J. P. Current status and perspectives on wire and arc additive manufacturing (WAAM) // Materials. 2019. Vol. 12. 1121. DOI: 10.3390/ma12071121
2. Herzog D., Seyda V., Wycisk E., Emmelmann C. Additive manufacturing of metals // Acta Materialia. 2016. Vol. 117. P. 371–392. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.07.019
3. Григорьянц А. Г. Колчанов Д. С., Дренин А. А., Денежкин А. О. Исследование влияния основных параметров процесса селективного лазерного плавления на пористость образцов из алюминиевого сплава RS-300 // Известия вузов. Машиностроение. 2022. № 8 (749). С. 55–64. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-8-55-64
4. Кабалдин Ю. Г., Чернигин М. А. Структура и ее дефекты при аддитивном выращивании нержавеющих сталей методами лазерного спекания и электродуговой наплавки // Известия вузов. Черная Металлургия. 2024. № 67(1). С. 65–72. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-1-65-72
5. Vimal K. E. K., Naveen Srinivas M., Rajak S. Wire arc additive manufacturing of aluminium alloys: A review // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 41, Iss. 5. P. 1139–1145. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.09.153
6. Wu B., Pan Z., Ding D., Cuiuri D., Li H., Xu J., Norrish J. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: properties, defects and quality improvement // Journal of Manufacturing Prcesses. 2018. Vol. 35. P. 127–139. DOI: 10.1016/j.jmapro.2018.08.001
7. Williams S. W., Martina F., Addison A. C., Ding J., Pardal G., Colegrove P. Wire + arc additive manufacturing // Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32, Iss. 7. P. 641–647. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000073
8. Атрощенко В. В., Тефанов В. Н., Краев К. А. К вопросу об управлении переносом электродного металла при дуговой сварке плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2008. № 11(2). С. 146–154.
9. Аносов М. С., Шатагин Д. А., Чернигин М. А., Мордовина Ю. С., Аносова Е. С. Структурообразование сплава Нп-30ХГСА при аддитивном электродуговом выращивании // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. № 66(3). С. 294–301. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-3-294-301
10. Кабалдин Ю. Г., Аносов М. С., Мордовина Ю. С., Чернигин М. А. Влияние режима 3D-печати на химический состав и структуру стали 30ХГСА // Frontier Materials & Technologies. 2024. № 3. С. 63–73. DOI: 10.18323/2782-4039-2024-3-69-6
11. Аносов М. С., Чернигин М. А., Мордовина Ю. С., Аносова Е. С. Структура и свойства сталей 08ХМФА и 30ХГСА, полученных методом электродуговой наплавки // Черные металлы. 2024. № 7. С. 63–69. DOI: 10.17580/chm.2024.07.10
12. Васин О. Е. и др. Атлас дефектов. Научно-технический сборник. — Екатеринбург, 2008. — 56 с.
13. Калиниченко Н. П., Васильева М. А., Радостев А. Ю. Атлас дефектов сварных соединений и основного металла: учебное пособие. — Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2011. — 71 с.
14. Жаткин С. С., Никитин К. В., Дунаев Д. А., Минаков Е. А. Исследование влияния WAAM-наплавки на структуру и коэффициент термического линейного расширения сплава АК-5 // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2024. Т. 26, № 4(2). С. 215–221. DOI: 10.37313/1990-5378-2024-26-4(2)-215-221
15. Balokhonov R., Zemlianov A., Utyaganova V., Gatiyatullina D., Romanova V. Two-scale computational analysis of deformation and fracture in an al-si composite material fabricated by electron beam wire-feed additive manufacturing // Metals. 2023. Vol. 13. 1465. DOI: 10.3390/met13081465
16. Xian G., Pan J., Li Q. A Comparative study of two WAAM patterns for structures with grid fin characteristics // Materials. 2025. Vol. 18. 219. DOI: 10.3390/ma18020219
17. Аносов М. С., Сорокина С. А., Чернигин М. А., Мордовина Ю. С. Влияние термообработки на структуру аустенитной стали 07Х25Н13, полученной методом аддитивного выращивания WAAM // Известия вузов. Черная Металлургия. 2024. № 67(3). С. 303–310. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-3-303-310
18. Rodrigues T. et al. Effect of heat treatments on 316 stainless steel parts fabricated by wire and arc additive manufacturing: Microstructure and synchrotron X-ray diffraction analysis // Additive manufacturing. 2021. Vol. 48. 102428. DOI: 10.1016/j.addma.2021.102428
19. Lim S. et al. Development of preliminary heat treatment guidelines for additively manufactured alloy 718 based on AMS standards: A microstructural perspective // Journal of Welding and Joining. 2025. Vol. 43. P. 231–241. DOI: 10.5781/JWJ.2025.43.3.1
20. ГОСТ 5640-2020. Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры проката стального плоского. — Введ. 01.10.2021.
21. ГОСТ Р ИСО 643-2015. Сталь. Металлографическое определение наблюдаемого размера зерна. — Введ. 01.08.2016