ВЕСТНИК МАГНИТОГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. Г. И. НОСОВА

Постановка задачи (актуальность работы). Год от года в производстве увеличивается доля аддитивных технологий. Наибольшими темпами растет применение 3D-печати электродуговой наплавкой, как наиболее экономичной и производительной технологии. Однако имеющихся научных и практических данных недостаточно для ее успешного использования при изготовлении деталей, работающих в условиях низких температур. В связи с этим требуется более детальное исследование материалов, полученных 3D-печатью и предназначенных для работы в условиях Крайнего Севера и Арктики. Используемые оборудование и методы. Изготовление образцов из стали 07Х25Н13 выполнено на разработанном стенде, реализующем технологию 3D-печати электродуговой наплавкой, применен метод испытания на ударный изгиб по Шарпи, с использованием растрового электронного микроскопа проведен анализ фрактограмм изломов. Новизна. Определены механизмы разрушения при низких температурах образцов из стали 07Х25Н13, выполненых по технолгии 3D-печати электродуговой наплавкой. Полученные результаты позволяют понять поведение материалов, напечатанных объектов в условиях низких температур, чему ранее уделялось недостаточно внимания. Выявлена связь фрактальной размерности изломов образцов и величины ударной вязкости, позволяющая оценивать влияние температуры на разрушение. Результат. В процессе исследования образцов, изготовленных из стали 07Х25Н13, установлено, что изломы, полученные после испытаний на ударную вязкость, обладают четырьмя характерными зонами: зарождения трещины; распространения трещины, утяжки, долома. Во всем исследуемом температурном диапазоне наблюдается вязкий механизм разрушения, однако с уменьшением температуры испытаний происходит снижение пластичности и уменьшение количества наблюдаемых зон. Показана связь уменьшения фрактальной размерности изображений изломов с уменьшением ударной вязкости. Практическая значимость. Полученные результаты дают возможность более полно понять механизмы разрушения объектов из стали 07Х25Н13, полученных с помощью 3D-печати электродуговой наплавкой и оценить поведение данного материала в условиях низких температур. Установленная связь фрактальной размерности излома и ударной вязкости позволяет более четко устанавливать температурные причины разрушения конструкций.

В настоящей работе проведен комплекс исследований стали 08Г2С, полученной методом 3D-печати электродуговой наплавкой при различных значениях погонной энергии Q. Были выполнены микро-структурные исследования и низкотемпературные испытания на ударный изгиб исследуемой стали после раз-личных режимов наплавления. Установлено, что с увеличением погонной энергии Q процесса 3D-печати наблюдается монотонное увеличение среднего размера зерна металла. Исследование показывает, что в качестве оптимального с точки зрения получения однородной мелкозернистой микроструктуры стали 08Г2С, обеспечивающей высокую хладостойкость, может быть выбран режим 3D-печати с погонной энергией Q = 425 Дж/мм. По результатам низкотемпературных испытаний на ударный изгиб стали 08Г2С установлено, что с понижением температуры наблюдается увеличение хрупкой составляющей в изломе и монотонное снижение значений ударной вязкости. Температура вязкохрупкого перехода t 50 для стали 08Г2С составила -40°С. Также была установлена связь ударной вязкости исследуемого материала со средним размером зерна в широком диапазоне пониженных температур. Проведенная в ходе исследования цифровая обработка изображений микроструктур с использованием разработанного в среде MATLAB программного обеспечения показала, что фрактальная размерность D изображения микроструктуры стали 08Г2С имеет линейную зависимость со средним размером зерна d и может быть использована в качестве количественного показателя для оперативной оценки хладостойкости. С практической стороны полученные в результате работы зависимости могут быть использованы для прогнозирования ударной вязкости и среднего размера зерна низкоуглеродистых марганцовистых сталей в зависимости от режимов 3D-печати.