Портативный стенд-установка для механических многоцикловых испытаний и исследования усталостной прочности стальных образцов, полученных аддитивной технологией и методом литья

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.

1. Терентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов. — М.: Наука, 2015. — 484 с.

2. 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.

3. Гибсон Я. Розен Д., Стакер Б. Технология аддитивного производства. — М.: Техносфера, 2022. — 648 с.

4. 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.054-063

5. Чулков 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/so130308222110069

6. Ботвина 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: 10.26896/1028-6861-202490-7-56-67

7. Махутов 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: 10.26896/1028-6861-2023-89-5-46-55

8. Алешин 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.

9. 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.

10. 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.2023.170810

11. 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.

12. Сингх Ш. С., Субхаш А., Нахак Б. Оценка параметров поверхности термообработанной стали магнитными методами неразрушающего контроля / Дефектоскопия. 2022. № 5. С. 37 – 50.

13. 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.

14. 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: 10.21122/2220-9506-2022-13-3-228-236

15. Махутов 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: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-55-62

16. Кабалдин 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.2022.02.08

17. Сташков 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/s0130308223010050

18. Гордеев 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/s0130308224070079

19. Ничипурук 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.2021.11.51567.25s

20. Бусько 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: 10.12737/1609-3178-2020-50-56

21. Бусько В. Н. Лабораторная установка для исследования усталостной повреждаемости плоских ферромагнитных образцов / Приборы и техника эксперимента. 2011. № 1. С. 165 – 167.

22. Бусько В. Н. Методика и стенд для испытаний образцов на усталость при моно- и бигармоническом нагружении / Химическая техника. 2017. № 4. С. 32 – 35.

23. 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.

24. 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.