Применение магнитного метода для контроля деформированного состояния образцов из стали ER308LSI, полученных методом аддитивного выращивания

В современной промышленности высокими темпами внедряются аддитивные технологии (АТ), используемые для изготовления материалов и изделий. Значительный интерес представляет технология электродугового выращивания (Wire Arc Additive Manufacturing — WAAM), что обусловлено относительно малой стоимостью оборудования и наплавляемого материала, а также достаточным уровнем знания сварочных процессов. Выращивание металлических слоев и изготовление объемных деталей различной геометрической формы в данном случае осуществляется за счет наплавления проволоки. Среди наплавляемых материалов для трехмерной печати широкое распространение получили хромоникелевые стали. С учетом специфики сложных структурных и формообразующих процессов при реализации WAAM возникает необходимость в дополнительных исследованиях структуры и свойств получаемых материалов. Поэтому цель данной работы — применение современных неразрушающих методов контроля структурной деградации в процессе одноосного растяжения стали ER308LSI, полученной методом электродугового аддитивного выращивания. Проведены металлографические и магнитные исследования, а также выполнен анализ изменения микротвердости в процессе деформирования образцов, вырезанных вдоль и поперек напечатанных слоев. Проанализированы особенности этапов деградации структуры в процессе одноосного растяжения и соответствующее поведение магнитных параметров материала. Установлено, что одноосное растяжение образцов, изготовленных методом WAAM, приводит к образованию большого количества структурных дефектов в виде деформационных полос, несплошностей и микротрещин, появление которых сопровождается значительными изменениями предела текучести, микротвердости и коэрцитивной силы H_c. По полученным значениям H_c введен параметр магнитной анизотропии (A_магн), который отражает характер изменения коэрцитивной силы в образцах, вырезанных как вдоль, так и поперек направления наплавки. Однако характер таких изменений для продольно и поперечно (относительно наплавленных слоев) вырезанных образцов различен. Результаты работы могут быть применены в задачах диагностики деформированного состояния изделий, полученных по технологии WAAM.

1. Каблов Е. Н. Настоящее и будущее аддитивных технологий / Металлы Евразии. 2017. № 1. С. 2 – 6.

2. Жуков В. В., Григоренко Г. М., Шаповалов В. А. Аддитивное производство металлических изделий (обзор) / Автоматическая сварка. 2016. № 5 – 6. С. 148 – 153.

3. Alhakeem M. M., Mollamahmutoglu M., Yilmaz O., et al. A deposition strategy for Wire Arc Additive Manufacturing based on temperature variance analysis to minimize overflow and distortion / Journal of Manufacturing Processes. 2023. Vol. 85. P. 1208 – 1220. DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.006

4. Кабалдин Ю. Г., Аносов М. С., Рябов Д. А. и др. Исследование влияния режимов 3D-печати на структуру и хладостойкость стали 08Г2С / Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2021. Т. 19. № 4. С. 64 – 70. DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-4-64-70

5. Коржик В. Н., Хаскин В. Ю., Ткачук В. И. и др. Трехмерная печать металлических объемных изделий сложной формы на основе сварочных плазменно-дуговых технологий / Автоматическая сварка. 2016. № 5 – 6. С. 127 – 134.

6. Williams S. W., Martina F., Addison A. C., et al. Wire + Arc Additive Manufacturing / Mater. Sci. Technol. 2016. Vol. 32. N 7. P. 641 – 647.

7. Ригмант М. Б., Корх М. К., Давыдов Д. И. и др. Методы выявления мартенсита деформации в аустенитно-ферритных сталях / Дефектоскопия. 2015. № 10. С. 28 – 42.

8. Литовченко И. Ю., Тюменцев А. Н., Аккузин С. А. и др. Особенности мартенситных превращений и эволюция метастабильной аустенитной стали в процессе интенсивной пластической деформации кручением под давлением / Физическая мезомеханика. 2016. Т. 117. № 8. С. 875 – 884.

9. Меринов П. Е., Мазепа. А. Г. Определение мартенсита деформации в сталях аустенитного класса магнитным методом / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1997. Т. 63. № 3. С. 47 – 49.

10. Wasnik D. N., Gopalakrishnan I. K., Yakhmi J. V., et al. Cold rolled texture and microstructure in types 304 and 316L austenitic stainless steel / ISIJ International. 2003. Vol. 43. N 10. P. 1581 – 1589. DOI: 10.2355/isijinternational.43.1581

11. Shakhova I., Dudko V., Belyakov A., et al. Effects of large strain cold rolling and subsequent annealing on microstructure and mechanical properties of an austenitic stainless steel / Material Science and Engineering. 2012. Vol. 545. P. 176 – 186. DOI: 10.1016/j.msea.2012.02.101

12. Толмачев И. И. Магнитные методы контроля и диагностики: учебное пособие. — Томск: Изд-во ТПУ, 2008. — 216 с.

13. Новиков В. Ф., Яценко Т. А., Бахарев М. С. Зависимость коэрцитивной силы малоуглеродистых сталей от одноосных напряжений (часть 1) / Дефектоскопия. 2001. № 11. С. 51 – 57.

14. Горкунов Э. С., Задворкин С. М., Митропольская С. Ю. и др. Изменение магнитных свойств метастабильной аустенитной стали при упругопластическом деформировании / МиТОМ. 2009. № 9. С. 15 – 21.

15. Deryagin A. I., Zavalishin V. A., Sagaradze V. V., et al. Effect of composition and temperature on the redistribution of alloying elements in Fe-Cr-Ni alloys during cold / The Physics of Metals and Metallography. 2008. Vol. 106. N 3. P. 291 – 301. DOI: 10.1134/S0031918X08090093

16. Горкунов Э. С., Задворкин С. М., Путилова Е. А. Оценка приложенных напряжений при упругопластической деформации одноосным растяжением двухслойного композиционного материала «сталь ст3 — сталь 08Х18Н10Т» магнитными методами / Дефектоскопия. 2012. № 8. С. 64 – 76.

17. Агиней Р. В., Теплинский Ю. А., Кузьбожев А. С. и др. Применение магнитного метода для оценки напряженного состояния стальных конструкций / ВСГТУ. 2004. № 27. С. 95 – 97.

18. Putilova E. A., Zadvorkin S. M., Gorkunov E. S. Studying the effect of plastic deformation on the mechanical and magnetic characteristics of high-strength bimetal materials intended for use in the arctic climate / Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2018. Vol. 6. P. 136 – 148. DOI: 10.17804/2410-9908.2018.6.136-148

19. Преображенский А. А. Магнитные материалы и элементы: учеб. для вузов. — М.: Высшая школа, 1976. — 336 с.