Исследование микроструктуры образцов, полученных методом послойного построения электрической дугой в защищённой атмосфере

Цель исследования. Статья посвящена металлографическому исследованию структуры характерных зон образцов, полученных методом послойного построения электрической дугой в среде защитного газа. Образцы для исследования микроструктуры были получены с применением лабораторного стенда, содержащего мехатронную систему с числовым программным управлением, обеспечивающую позиционирование устройства для подачи присадочного материала в виде проволоки относительно рабочего стола по трем управляемым координатным осям. Формирование образцов осуществлялось на приемную поверхность из стали 3, материал для послойного построения – легированная сталь Св-09Г2С, источник питания электрической дуги – сварочный аппарат инверторного типа Кедр MIG-160GDM, защищенная атмосфера – среда защитного газа (аргон+углекислый газ). Послойное формирование экспериментальных образцов было реализовано с применением следующих схем: в горизонтальной плоскости приемной поверхности; в вертикальной плоскости приемной поверхности. Подготовка к металлографическому исследованию осуществлялась в соответствии с ГОСТ 5639-82 «Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна», ГОСТ Р 57180-2016 «Соединения сварные. Методы определения механических свойств, макроструктуры, микроструктуры». В результате проведенных исследований выявлено наличие пустот и непроваров между соседними единичными слоями в горизонтальной плоскости; материал приемной поверхности в зоне корневого прохода и зоне термического влияния имеет структуру, характеризуемую более низкими физико-механическими свойствами, а так же более низкой коррозионной стойкостью по сравнению с материалом приемной поверхности. Материал образцов, сформированных в вертикальной плоскости, имеет структуру, схожую по размеру зерен с материалом приемной поверхности, материалом построения.

Методы. В процессе выполнения работ были применены методы исследования микроструктуры.

Результаты. В результате выполнения работ по настоящему исследованию выявлено, что при формировании единичных слоев на приемной поверхности в горизонтальной плоскости имеет место образование критических дефектов – пустот и «непроваров». Зона термического влияния, зона корневого прохода содержит микроструктуру металла, обладающую более низкими по сравнению с материалом приемной поверхности, физико-механическими характеристиками и коррозионной стойкостью.

Заключение. При формировании изделий методом послойного построения электрической дугой в защищённой атмосфере необходимо учитывать следующие технологические особенности процесса: с целью предотвращения образования критических дефектов при послойном построении слоев в горизонтальной плоскости, необходимо установить диапазон значений коэффициента перекрытия слоев; с целью обеспечения создания однородных структур металла в зоне сплавления приемной поверхности и материала построения, а так же минимизации размеров зоны термического влияния и зоны корневого прохода, необходимо построение слоев производить с использованием приемной поверхности из материалов, максимально соответствующих по химическому составу материалу построения.

1. Проектирование технологического оборудования для аддитивного формообразования с гибридной компоновкой / А.Н. Гречухин, В.В. Куц, А.В. Олешицкий, Ю.Э. Симонова // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 4.

2. Расширение технологических возможностей методов аддитивного формообразования с применением механизмов параллельно-последовательной структуры / А.Н. Гречухин, В.В. Куц, А.В. Олешицкий, М.С. Разумов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2019; 23(6): 34-44. https://doi.org/10.21869/2223-1560-

3. -23-6-34-44.

4. Механизмы управления погрешностью аддитивного формообразования с применением устройств с гибридной компоновкой / А.Н. Гречухин, В.В. Куц, А.В. Олешицкий, М.С. Разумов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2019; 23(5): 23-34. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-23-34.

5. Исследование геометрической точности устройства для аддитивного формообразования / В.В. Куц, А.В. Олешицкий, П.А. Гаркавцева, А.Н. Гречухин // Современные материалы, техника и технология. сборник научных статей 10-й Международной научно-практической конференции. Курск, 2020. С. 206-211.

6. Применение аддитивных методов формообразования как инструмент повышения качества изделий / А.Н. Гречухин, В.В. Куц, А.В. Олешицкий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 12. С. 46-48.

7. Гречухин А.Н., Куц В.В., Олешицкий А.В. Повышение качества аддитивных методов формообразования с применением механизмов последовательной структуры // Отечественный и зарубежный опыт обеспечения качества в машиностроении: сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции. Тула, 2019. С. 147-150.

8. Гречухин А.Н., Куц В.В., Олешицкий А.В. Теоретическое исследование влияния геометрической точности узлов технологического оборудования с гибридной компоновкой на погрешность аддитивного формообразования // Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. № 12 (85). С. 42-49.

9. Влияние частоты тока при импульсной послойной плазменной наплавке на структуру и свойства высоколегированной стали при аддитивном формировании изделий / Ю.Д. Щицын, Т.В. Ольшанская, С.Д. Неулыбин, Р.Г. Никулин, А.Ю. Душина // СТИН. 2021. № 6. С. 10-12.

10. Металлургические особенности ремонтной плазменной наплавки магниевых сплавов / Р.Г. Никулин, Ю.Д. Щицын, Е.А. Кривоносова, Д.С. Загребин, Т. Хассель // Металлург. 2021. № 12. С. 47-54.

11. Использование плазменной наплавки для аддитивного формирования заготовок из титановых сплавов / Ю.Д. Щицын, Е.А. Кривоносова, Т.В. Ольшанская, С.Д. Неулыбин // Технология металлов. 2021. № 2. С. 46-54.

12. О влиянии схем плазменной наплавки на формирование структуры и свойств титанового сплава / С.Н. Акулова, А.В. Мышкина, С.В. Варушкин, С.Д. Неулыбин, Е.А. Кривоносова, Ю.Д. Щицын, Т.В. Ольшанская // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23. № 3. С. 75-83.

13. Влияние углекислого газа на тепловую эффективность плазменной поверхностной термической обработки двухкамерным плазмотроном / А.В. Казанцев, Ю.Д. Щицын, Д.С. Белинин, Р.Г. Никулин, С.Г. Никулина // Химия. Экология. Урбанистика. 2020. Т. 1. С. 434-438.

14. Токарев А.С., Ризванов Р.Г., Каретников Д.В. Исследование микроструктуры и механических свойств сварных соединений из коррозионностойкой стали марки 10х17н13м2т полученных ротационной сваркой трением // Нефтегазовое дело. 2022. Т. 20. № 4. С. 163-172.

15. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий / А. А. Осколков и др. // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20. № 3. С. 90-105.

16. Сравнительный анализ структуры и механических свойств аддитивных изделий, полученных электронно-лучевым методом и холодным переносом металла / А. А. Елисеев и др. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2020. № 4. С. 65-73.

17. Metallurgical processes during plasma remelting of a metallized coating of the Fe–C– Cr–Ti–Al system / S. D. Neulybin et al. // Metallurgist. 2017. Vol. 60. № 11. P. 1202-1206.

18. Коротеев А. О., Долячко В. П., Куликов В. П. Аддитивная технология создания объемных металлических изделий на основе дуговой сварки с импульсной реверсивной подачей присадочного материала // Вестник Белорусско-Российского университета. 2019. № 4 (65). С. 15-25

19. Коротеев А. О. Особенности формирования микроструктуры при аддитивной дуговой наплавке материалов системы легирования Al–Si // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы международной научно-технической конференции. Могилев, 2022. С. 182.

20. Аддитивно-субтрактивные технологии – эффективный переход к инновационному производству / А. В. Киричек и др. // Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. № 8 (81). С. 4-10

21. Способ управления процессом трехмерной наплавки / Д. Н. Трушников, М. Ф. Карташев, Р. П. Давлятшин, С. З. Ф. Раймундо // СТИН. 2022. № 8. С. 29-31