Исследование анизотропии свойств синтезированных металлических материалов WAAM-методом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Аддитивные технологии, в частности WAAM-метод, позволяют быстро и экономично производить сложные металлические изделия. Однако при этом возникает анизотропия физико-механических свойств синтезированных материалов, которую необходимо учитывать при их дальнейшей эксплуатации. Цель работы. Количественная оценка анизотропии свойств материалов, полученных WAAM-методом, для повышения надежности применения изделий в ответственных конструкциях. Методика исследования. Экспериментальное создание образцов из низкоуглеродистой легированной стали 08Г2С, нержавеющей стали 04Х19Н9 и алюминиевого сплава АМг3 и последующее их исследование на прочность, ударную вязкость и твердость. Результаты приведены в сравнении с материалами в исходном состоянии, что позволяет рассмотреть относительную анизотропию по каждому из параметров. Результаты и обсуждение. Исследование показало, что для стали 08Г2С предел прочности образцов, полученных WAAM-методом, почти не отличается по направлениям, что свидетельствует о высокой изотропии (относительная анизотропия составила 1,3 %). У относительного удлинения наблюдается относительная анизотропия 33 %, у ударной вязкости 21 %, у твердости 16 %. Сталь 04Х19Н9 проявляет относительную анизотропию по пределу прочности 15,1 %, по относительному удлинению 244 %, по ударной вязкости 33 %, по твердости 4 %. У алюминиевого сплава АМг3 из-за «вертикального» направления относительная анизотропия предела прочности составила 83,6 %, а относительного удлинения – 513 %. Для ударной вязкости в зависимости от места вырезки образцов относительная анизотропия изменяется незначительно (28 %), по твердости материал можно считать изотропным. В целом наименьшая относительная анизотропия наблюдается по твердости, а наибольшая – по относительному удлинению.

Об авторах

Андрей Викторович Киричек

Брянский государственный технический университет

Email: avkbgtu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3823-0501
SPIN-код: 6910-0233
Scopus Author ID: 6506677389
ResearcherId: AAQ-9985-2020

доктор техн. наук , профессор

Россия, 241035, Россия, г. Брянск, бул. 50 лет Октября, 7

Дмитрий Львович Соловьев

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Автор, ответственный за переписку.
Email: murstin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4475-319X
Scopus Author ID: 6603827038
ResearcherId: O-8393-2015

доктор техн. наук , профессор

Россия, 600000, Россия, г. Владимир, ул. Горького, 87

Александр Васильевич Яшин

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Email: yashin2102@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3186-1300
SPIN-код: 3473-4047
Scopus Author ID: 36816597400
ResearcherId: F-8330-2017

канд. техн. наук, доцент

Россия, 600000, Россия, г. Владимир, ул. Горького, 87

Сергей Александрович Силантьев

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Email: ppdsio@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3524-385X
SPIN-код: 2686-4678
Scopus Author ID: 59747487400

канд. техн. наук, доцент

Россия, 600000, Россия, г. Владимир, ул. Горького, 87

Артемий Витальевич Аборкин

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Email: aborkin@vlsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4979-7164
SPIN-код: 9617-7413
Scopus Author ID: 57189059617
ResearcherId: K-8968-2013

канд. техн. наук, доцент

Россия, 600000, Россия, г. Владимир, ул. Горького, 87

Максим Александрович Новиков

Брянский государственный технический университет

Email: NovikovMax14@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-7552-312X
SPIN-код: 1355-7688
ResearcherId: P-6142-2017

научный сотрудник

Россия, 241035, Россия, г. Брянск, бул. 50 лет Октября, 7

Список литературы

  1. Tomar B., Shiva S., Nath T. A review on wire arc additive manufacturing: Processing parameters, defects, quality improvement and recent advances // Materials Today Communications. – 2022. – Vol. 31. – P. 103739. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.103739.
  2. Invited review article: Strategies and processes for high quality wire arc additive manufacturing / C.R. Cunningham, J.M. Flynn, A. Shokrani, V. Dhokia, S.T. Newman // Additive Manufacturing. – 2018. – Vol. 22. – P. 672–686. – doi: 10.1016/j.addma.2018.06.020.
  3. Description of anisotropic material response of wire and arc additively manufactured thin-walled stainless steel elements / N. Hadjipantelis, B. Weber, C. Buchanan, L. Gardner // Thin-Walled Structures. – 2022. – Vol. 171. – P. 108634. – doi: 10.1016/j.tws.2021.108634.
  4. On the anisotropy of thick-walled wire arc additively manufactured stainless steel parts / L. Palmeira Belotti, T.F.W. van Nuland, M.G.D. Geers, J.P.M. Hoefnagels, J.A.W. van Dommelen // Materials Science and Engineering: A. – 2023. – Vol. 863. – P. 144538. – doi: 10.1016/j.msea.2022.144538.
  5. Wire + Arc additive manufacturing / S.W. Williams, F. Martina, A.C. Addison, J. Ding, G. Pardal, P. Colegrove // Materials Science and Technology. – 2016. – Vol. 32 (7). – P. 641–647. – doi: 10.1179/1743284715Y.0000000073.
  6. Heat sources in wire arc additive manufacturing and their impact on macro-microstructural characteristics and mechanical properties – An overview / N.A. Siddiqui, M. Muzamil, T. Jamil, G. Hussain // Smart Materials in Manufacturing. – 2025. – Vol. 3. – P. 100059. – doi: 10.1016/j.smmf.2024.100059.
  7. Albannai A.I. A brief review on the common defects in wire arc additive manufacturing // International Journal of Current Science Research and Review. – 2022. – Vol. 5 (12). – P. 4556–4576. – doi: 10.47191/ijcsrr/V5-i12-19.
  8. Residual stress in wire and arc additively manufactured aluminum components / J. Sun, J. Hensel, M. Köhler, K. Dilger // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 65. – P. 97–111. – doi: 10.1016/j.jmapro.2021.02.021.
  9. Le V.Th., Mai D.S. Microstructural and mechanical characteristics of 308L stainless steel manufactured by gas metal arc welding-based additive manufacturing // Materials Letters. – 2020. – Vol. 271. – P. 127791. – doi: 10.1016/j.matlet.2020.127791.
  10. Open-source wire and arc additive manufacturing system: Formability, microstructures, and mechanical properties / X. Lu, Y.F. Zhou, X.L. Xing, L.Y. Shao, Q.X. Yang, S.Y. Gao // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 93 (5–8). – P. 2145–2154. – doi: 10.1007/s00170-017-0636-z.
  11. Yangfan W., Xizhang Ch., Chuanchu S. Microstructure and mechanical properties of Inconel 625 fabricated by wire-arc additive manufacturing // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 374. – P. 116–123. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.05.079.
  12. Исследование структуры и анизотропии механических свойств стального изделия, полученного методом послойной электродуговой проволочной 3D-печати / И.В. Власов, А.И. Гордиенко, А.Е. Кузнецова, В.М. Семенчук // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2023. – Т. 66, № 6. – С. 709–717. – doi: 10.17073/0368-0797-2023-6-709-717.
  13. Nagasai B., Malarvizhi S., Balasubramanian V. Mechanical properties of wire arc additive manufactured carbon steel cylindrical component made by gas metal arc welding process // Journal of the Mechanical Behavior of Materials. – 2021. – Vol. 30 (1). – P. 188–198. – doi: 10.1515/jmbm-2021-0019.
  14. Microstructure and mechanical properties of wire and arc additive manufactured AZ31 magnesium alloy using cold metal transfer process / X. Yang, J. Liu, Zh. Wang, X. Lin, F. Liu, W. Huang, E. Liang // Materials Science and Engineering: A. – 2020. – Vol. 774. – P. 138942. – doi: 10.1016/j.msea.2020.138942.
  15. Review on effect of heat input for wire arc additive manufacturing process / N.A. Rosli, M.R. Alkahari, M.F. bin Abdollah, Sh. Maidin, F.R. Ramli, S.G. Herawan // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – Vol. 11. – P. 2127–2145. – doi: 10.1016/j.jmrt.2021.02.002.
  16. Selvi S., Vishvaksenan A., Rajasekar E. Cold metal transfer (CMT) technology – An overview // Defence Technology. – 2018. – Vol. 14 (1). – P. 28–44. – doi: 10.1016/j.dt.2017.08.002.
  17. Nguyen Q.L. Tool path planning for wire-arc additive manufacturing processes. Thesis for: Doctoral. – BTU Cottbus – Senftenberg, 2022. – doi: 10.26127/BTUOpen-5982.
  18. Effect of deposition strategies on mechanical strength of wire arc additively manufactured Inconel 625 / G.S. Rajput, M. Gor, H. Soni, V. Badheka, P. Sahlot // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 62 (13). – P. 7324–7328. – doi: 10.1016/j.matpr.2022.05.164.
  19. D-printed metals: Process parameters effects on mechanical properties of 17-4 P H stainless steel / F.R. Andreacola, I. Capasso, A. Langella, G. Brando // Heliyon. – 2023. – Vol. 9 (7). – P. e17698. – doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e17698.
  20. Гибридные технологии и оборудование аддитивного синтеза изделий / А.В. Киричек, О.Н. Федонин, А.В. Хандожко, А.А. Жирков, Д.Л. Соловьев, С.В. Баринов // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2022. – № 8 (134). – С. 31–38. – doi: 10.30987/2223-4608-2022-8-31-38.
  21. Влияние технологических факторов на процессы формирования параметров качества изделий, изготавливаемых WAAM-методом на основе дуговой сварки в защитных газах / Ш. Ли, Ч. Линь, А.В. Киричек, М.Н. Нагоркин, М.А. Новиков // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2025. – № 5 (167). – С. 3–14. – doi: 10.30987/2223-4608-2025-5-3-14.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Примечание

Финансирование:

Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, работа «Проведение фундаментальных научных исследований» в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки РФ по проекту №FZWR-2024-0003 (№ 075-00150-24-03) «Разработка технологической стратегии и теоретико-экспериментальное исследование ключевых элементов технологии аддитивного синтеза из металлической проволоки деталей 3DMP-методом и волнового термодеформационного упрочнения синтезируемых деталей машин».



Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).