zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2026-92-4-75-82zldm-2801Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSПортативный стенд-установка для механических многоцикловых испытаний и исследования усталостной прочности стальных образцов, полученных аддитивной технологией и методом литьяPortable stand for mechanical multi-cycle tests and fatigue strength research of steel specimensБуськоВ. Н.BuskoV. N.

Валерий Николаевич Бусько

220072, г. Минск, Академическая ул., д. 16

Valery N. Busko

16, Akademicheskaya ul., Minsk, 220072

busko@iaph.bas-netИнститут прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus2026280420269247582Copyright © Бусько В.Н., 20262026Бусько В.Н.Busko V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2801

Для механических многоцикловых испытаний и исследования усталостной прочности (УП) стальных образцов создан простой портативный стенд-установка. Такие испытания особенно актуальны при изучении образцов, полученных с помощью аддитивных технологий (АТ), имеющих специфические особенности, обусловленные построением готового продукта путем послойного наращивания порошкового материала. При создании стенда использовали наиболее удобную схему циклического нагружения испытуемого образца, основанную на консольном изгибе. Эта схема отличается простотой реализации, производительностью испытаний, относительно невысокой себестоимостью, адаптируемостью и вариативностью к условиям нагружения и исследования УП, универсальностью и пр. Описана работа стенда, представлены его блок-схема и внешний вид, форма цикла нагружения образца. Кинетику накопления усталостной повреждаемости образцов исследовали микромагнитным методом — методом эффекта Баркгаузена, параметры которого тесно связаны с доменной структурой ферромагнитного материала. На образцах из конструкционной низколегированной стали 09Г2С, изготовленных по аддитивной технологии (селективным лазерным сплавлением/спеканием) и методом литья, проводили многоцикловые испытания при изгибе. Приведены экспериментальные зависимости влияния количества циклов нагружения на интенсивность магнитного шума в образцах одной из партий при малой амплитуде напряжений в диапазоне изменения циклов нагружения от 1,5 · 106 до 6,9 · 106. Продемонстрированы работоспособность и эффективность работы стенда. На нем можно испытывать малогабаритные образцы и детально исследовать процесс накопления усталостной повреждаемости с ростом базового значения количества циклов нагружения. Стенд позволяет задавать требуемый алгоритм нагружения при многоцикловых испытаниях и может быть использован в условиях любой лаборатории.

For mechanical multi-cycle tests and fatigue strength studies of steel specimens, a simple portable bench unit has been created. Such tests are especially relevant in the study of specimens obtained with the help of additive technologies, which have specific features due to the specific production technology, consisting in the construction of the finished product by layer-by-layer build-up of powder material. The most convenient scheme of cyclic loading of the test specimen based on cantilever bending and possessing a number of advantages: simplicity of realization, testing performance, relatively low cost, adaptability and variability to loading conditions and additive technologies research, versatility, etc., was used when creating the stand. The block diagram of the stand, its appearance, the shape of the specimen loading cycle are presented, and the operation of the portable stand is described. The micromagnetic method — the Barkhausen effect method, which is closely related to the domain structure of the material, was used as a method for studying the kinetics of fatigue damage accumulation in the samples. Multi-cycle bending tests were carried out on specimens made of 09G2S low-alloy structural steel manufactured in accordance with GOST by additive technology (by selective laser fusion/sintering) and by casting. Experimental dependences of the influence of the number of loading cycles on the intensity of magnetic noise in the samples of one of the batches at low stress amplitude in the range of loading cycles variation from 1.5 × 106 to 6.9 × 106 are presented, as a result, the performance and efficiency of the stand are demonstrated. The bench allows to test small-sized specimens and to study in detail the process of fatigue damage accumulation with the growth of the basic value of the number of loading cycles and has the ability, if necessary, to set the required loading algorithm for multi-cycle tests and can be used in factory and laboratory conditions.

механические многоцикловые испытанияусталостьусталостная прочностьаддитивные технологиистальные литые и 3D-образцыметод эффекта Баркгаузенамагнитный шумmechanical multi-cycle testsfatiguefatigue resistanceadditive technologies3D steel samplesBarkhausen effect methodmagnetic noiseReferencesТерентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов. — М.: Наука, 2015. — 484 с.Terentyev V. F., Korableva S. A. Fatigue of metals. — Moscow: Nauka, 2015. — 484 p. [in Russian].Алешин Н. П., Щипаков Н. А., Дегтярев М. Н. Моделирование процесса распространения ультразвуковых колебаний в анизотропном материале изделий, изготовленных по аддитивным технологиям / Дефектоскопия. 2022. № 6. С. 23 – 26.Aleshin N. P., Shchipakov N. A., Degtyaryov M. N. Modeling of the propagation process ultrasonic oscillations in anisotropic material of products manufactured by additive technologies / Defektoskopiya. 2022. No. 6. P. 23 – 26.Гибсон Я. Розен Д., Стакер Б. Технология аддитивного производства. — М.: Техносфера, 2022. — 648 с.Gibson I., Rosen D., Stucker B. Technology of additive manufacturing. — Moscow: Tekhnosfera, 2022. — 648 p. [Russian translation].Бусько В. Н., Ничипурук А. П., Сташков А. Н. Методика механических испытаний и исследование возможности контроля усталостной прочности магнитошумовым методом стальных образцов, изготовленных аддитивной технологией / Контроль. Диагностика. 2024. Т. 27. № 4(310). С. 54 – 63. DOI: 10.14489/td.2024.pp.054-063Busko V. N., Nichipuruk A. P., Stashkov A. N. The method of mechanical testing and investigation of the possibility of fatigue strength control by the magneto-nouse method steel samples manufactured by technology / Kontrol Diagn. 2024. Vol. 27. No. 4(310). P. 54 – 63 [in Russian]. DOI: 10.14489/td.2024.04.054-063Чулков А. О., Вавилов В. П., Кладов Д. Ю., Юркина В. А. Тепловой неразрушающий контроль композиционных и металлических деталей, изготовленных методом аддитивных технологий / Дефектоскопия. 2022. № 11. С. 53 – 55. DOI: 10.31857/so130308222110069Chulkov A. O., Vavilov V. P., Kladov D. Yu., Yurkina V. A. Thermal nondestructive testing of composite and metal parts manufactured by additive technologies / Defektoskopiya. 2022. No. 11. P. 53 – 55 [in Russian]. DOI: 10.31857/so130308222110069Ботвина Л. Ф., Белецкий Е. Н., Демина Ю. А., Иванов И. А. Усталостное разрушение стали 316L, изготовленной методом селективного лазерного плавления / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 7. С. 56 – 67. DOI: 10.26896/1028-6861-202490-7-56-67Botvina L. F., Beletskiy E. N., Demina Yu. A., Ivanov I. A. Fatigue failure of steel 316L produced by selective laser melting method / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. No. 7. P. 56 – 67 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-7-56-67/90-7-56-67Махутов Н. А., Гаденин М. М. Исследование обобщающих кривых статического и циклического деформирования, повреждения и разрушения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 5. С. 46 – 55. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-5-46-55Makhutov N. A., Gadenin M. M. Investigation of generalizing curves of static and cyclic deformation, damage and fracture / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 5. P. 46 – 55 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-5-46-55Алешин Н. П., Григорьев Н. В., Щипаков Н. А. и др. Применение методов неразрушающего контроля для оценки качества готовых деталей аддитивного производства / Дефектоскопия. 2016. № 10. С. 63 – 75.Aleshin N. P., Grigor’ev N. V., Shchipakov N. A., et al. Application of non-destructive testing methods to assess the quality of parts directly in the process of additive manufacturing / Defektoskopiya. 2016. No. 10. P. 63 – 75 [in Russian].Горкунов Э. С., Драгошанский Ю. Н., Миховски М. Эффект Баркгаузена и его использование в структуроскопии ферромагнитных материалов (обзор I/II) / Дефектоскопия. 1999. ¹ 6. С. 3 – 23; ¹ 7. С. 3 – 32.Gorkunov E. S., Dragoshanskiy Yu. N., Mihovski M. The Barkhausen effect and in its use in the structuroscopy of ferromagnetic materials (reviev I/reviev II) / Defektoskopiya. 1999. No. 6. P. 3 – 23; No. 7. P. 3 – 32 [in Russian].Fagan P., Zhang S., Sebald G., et al. Barkhausen noise hysteresis cycle: theoretical and experimental understanding / J. Magn. Magnetic Mater. 2023. Vol. 578. 170810. DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.170810Fagan P., Zhang S., Sebald G., et al. Barkhausen noise hysteresis cycle: theoretical and experimental understanding / J. Magn. Magnetic Mater. 2023. Vol. 578. 15 July. 2023. 170810. DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.170810Tu Le Manh, Perez Benitez J. A., Espina Hernandez J. H., Hallen Lopez J. M. Barkhausen noise for nondestructive testing and materials characterization in low-carbon steels. — Cambridge, MA: Elsevier, 2020. — 268 p.Tu Le Manh, Perez Benitez J. A., Espina Hernandez J. H., Hallen Lopez J. M. Barkhausen noise for nondestructive testing and materials characterization in low-carbon steels. — Cambridge, MA: Elsevier, 2020. — 268 p.Сингх Ш. С., Субхаш А., Нахак Б. Оценка параметров поверхности термообработанной стали магнитными методами неразрушающего контроля / Дефектоскопия. 2022. № 5. С. 37 – 50.Singh Sh. S., Subhash A., Nahak B. Estimation of surface parameters of heat-treated steel by magnetic methods of nondestructive testing / Defektoskopiya. 2022. No. 5. P. 37 – 50 [in Russian].Зайдес С. А., ХО Минь Куан. Использование шумов Баркгаузена для оценки остаточного напряженного состояния деталей, упрочненных маятниковым инструментом / Сборник трудов XIV Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении». — Кемерово, 2023. С. 153 – 158.Zaides S. A., Ho Minh Quan. Use of Barkhausen noises for estimation of residual stressed state of parts hardened by a pendulum tool / Proc. of the XIV Int. Sci.-Pract. Conf. «Innovations in Mechanical Engineering». — Kemerovo, 2023. P. 153 – 158 [in Russian].Бусько В. Н., Крень А. П., Ланцман Г. А. Неразрушающий контроль качества термообработки стальных образцов, полученных аддитивной технологией, магнитошумовым методом / Приборы и методы измерений. 2022. Т. 13. № 3. С. 228 – 236. DOI: 10.21122/2220-9506-2022-13-3-228-236Busko V. N., Kren A. P., Lanzman G. A. Non-destructive testing by magnetic nose method of the quality of heat treatment of steel samples obtained by additive technology / Prib. Metody Izmer. 2022. Vol. 13. No. 3. P. 228 – 236 [in Russian]. DOI: 10.21122/2220-9506-2022-13-3-228-236Махутов Н. А., Гаденин М. М., Юдина О. Н. Анализ циклической прочности технических систем при сложных режимах нагружения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 10. С. 55 – 62. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-55-62Makhutov N. A., Gadenin M. M., Yudina O. N. Analysis of cyclic strength of technical systems under complex loading modes systems under complex loading modes / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 10. P. 55 – 62 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-55-62Кабалдин Ю. Г., Хлыбов А. А., Аносов М. С. и др. Исследование усталостной прочности стали 09Г2С, полученной на основе трехмерной печати электродуговой наплавкой, в широком диапазоне пониженных температур / Черные металлы. 2022. № 2. С. 42 – 48. DOI: 10.17580/chm.2022.02.08Kabaldin Yu. G., Khlibov A. A., Anosov M. C., et al. Investigation of fatigue resistance of 09G2S steel, obtained on the basis of three-dimensional printing by electric arc cladding, in a wide range of reduced temperatures / Ferrous Met. 2022. No. 2. P. 42 – 48 [in Russian]. DOI: 10.17580/chm.2022.02.08Сташков А. Н., Ничипурук А. П., Щапова Е. А. и др. Магнитные свойства циклически деформированной растяжением стали 09Г2С, изготовленной с помощью селективного лазерного сплавления / Дефектоскопия. 2023. № 1. С. 44 – 52. DOI: 1031857/s0130308223010050Stashkov A. N., Nichipuruk A. P., Shchapova E. A., et al. Magnetic properties of cyclically deformed tension of 09G2S steel made using selective laser fusion / Defektoskopiya. 2023. No. 1. P. 44 – 52 [in Russian]. DOI: 10.31857/s0130308223010050Гордеев Н. В., Сташков А. Н., Матосян А. М., и др. Магнитные свойства и структура изготовленных лазерным сплавлением образцов из конструкционной углеродистой стали и подвергнутых усталостным испытаниям / Дефектоскопия. 2024. № 7. С. 62 – 66. DOI: 10.31857/s0130308224070079Gordeev N. V., Stashkov A. N., Matosyan A. M., et al. Magnetic properties and structure of laser fusion fabricated samples from structural carbon steel and subjected to fatigue tests / Defektoskopiya. 2024. No. 7. P. 62 – 66 [in Russian]. DOI: 10.31857/s0130308224070079Ничипурук А. П., Сташков А. Н., Щапова Е. А. и др. Структура и магнитные свойства стали 09Г2С, полученной методом селективного лазерного сплавления / Физика твердого тела. 2020. Т. 63. Вып. 1. С. 1719 – 1724. DOI: 10.21883/ftt.2021.11.51567.25sNichipuruk A. P., Stashkov A. N., Shchapova E. A., et al. Structure and magnetic properties of 09G2S steel obtained by the selective laser melting metod / Phys. Solid State. 2022. Vol. 63. P. 1719 – 1724 [in Russian]. DOI: 10.1134/s106378422030076Бусько В. Н., Осипов А. А. Исследование и оценка механической анизотропии сталей и сплавов магнитошумовым методом / В мире неразрушающего контроля. 2020. № 3. С. 50 – 56. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-50-56Busko V. N., Osipov A. A. Study and evaluation of mechanical anisotropy of steels and alloys by the magnetoshum method / In the world of NDT. 2020. No. 3. P. 50 – 56 [in Russian]. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-50-56Бусько В. Н. Лабораторная установка для исследования усталостной повреждаемости плоских ферромагнитных образцов / Приборы и техника эксперимента. 2011. № 1. С. 165 – 167.Busko V. N. Laboratory plant for the study of fatigue damage of flat ferromagnetic samples / Prib. Tekhn. Éksper. 2011. No. 1. P. 165 – 167 [in Russian].Бусько В. Н. Методика и стенд для испытаний образцов на усталость при моно- и бигармоническом нагружении / Химическая техника. 2017. № 4. С. 32 – 35.Busko V. N. Methodology and stand for fatigue testing of specimens under mono- and bi-harmonic loading / Khim. Tekhn. 2017. No. 4. P. 32 – 35 [in Russian].Бусько В. Н. Методика и устройство для механических испытаний ферромагнитных образцов на усталость с заданным алгоритмом нагружения / Матер. Междунар. научно-технич. конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии». — Могилев, 2023. С. 29 – 31.Busko V. N. Methodology and device for mechanical fatigue testing of ferromagnetic specimens with a given loading algorithm / Proc. of the Int. Sci.-Techn. Conf. «Materials, equipment and resource-saving technologies». — Mogilev, 2023. P. 29 – 31 [in Russian].Бусько В. Н., Винтов Д. А. Изучение усталостной повреждаемости образцов стали 09Г2С магнитошумовым и электронно-оптическим методами / Матер. Междунар. научно-технич. конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии». — Могилев, 2025. С. 286 – 287.Busko V. N., Vintov D. A. Study of fatigue damage of 09G2S steel samples by magnetic noise and electron-optical methods / Proc. of the Int. Sci.-Techn. Conf. «Materials, Equipment and Resource-Saving Technologies», 25 – 26.04.2025, Mogilev, 2025. P. 286 – 287 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.