Юрий Георгиевич Кабалдин, д.т.н., профессор кафедры «Технология и оборудование машиностроения»
Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24
Yurii G. Kabaldin, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Technology and Engineering Equipment”
24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation
Максим Сергеевич Аносов, к.т.н., доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроения»
Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24
Maksim S. Anosov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Technology and Engineering Equipment”
24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation
Юлия Сергеевна Мордовина, инженер института переподготовки специалистов, ассистент кафедры «Технология и оборудование машиностроения», аспирант
Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24
Yuliya S. Mordovina, Engineer of the Institute of Retraining of Specialists, Assistant of the Chair “Technology and Engineering Equipment”, Postgraduate
24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation
Михаил Алексеевич Чернигин, инженер кафедры «Технология и оборудование машиностроения», аспирант
Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24
Mikhail A. Chernigin, Engineer of the Chair “Technology and Engineering Equipment “, Postgraduate
24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation
Ренат Шарифович Мансуров, к.т.н., доцент кафедры «Технология и оборудование машиностроения»
Россия, 603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24
Renat Sh. Mansurov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Technology and Engineering Equipment”
24 Minina Str., Nizhny Novgorod 603022, Russian Federation
На данный момент вопросы, касающиеся усталостного разрушения изделий, полученных с использованием аддитивных методов, в литературе встречаются достаточно редко. Особенно, если усталостное разрушение происходит в присутствии дефектов различного рода. Актуальность обусловлена риском преждевременного разрушения деталей под циклическими нагрузками, особенно в ответственных конструкциях (авиация, энергетика), где метод электродуговой наплавки (WAAM) может обеспечить экономию времени изготовления на 40 – 60 %. В данном исследовании оценивается влияние технологических дефектов на усталостную прочность сталей 08ХМФА и 30ХГСА, полученных методом WAAM. В процессе наплавки были изготовлены образцы из сталей 08ХМФА и 30ХГСА. Режимы наплавки варьировались для генерации различных дефектов: макродефекты (поры, непровары, поверхностные концентраторы), микроструктурные дефекты (видманштеттенова структура, разнозернистость и т. д.). Также были изготовлены бездефектные образцы. Для выявления микроструктуры металлов, а также распределения и характера возможных дефектов был проведен металлографический анализ. Травление образцов осуществлялось в 4 %-ном водном растворе HNO3 . Усталостные испытания проводились на специализированном стенде с нагружением образцов по схеме консольного изгиба. Наибольшую усталостную прочность показывают бездефектные образцы обеих сталей. Наличие любого рода дефектов (микроструктурных и макроструктурных) приводит к снижению усталостной прочности. Макроструктурные дефекты (крупные поры и непровары) оказывают более сильное влияние на усталостную прочность материала, чем микроструктурные дефекты материала. Также установлено, что наличие поверхностного концентратора оказывает большее влияние на формирование магистральной усталостной трещины, чем крупные несплавления в центральной области образцов.
At the moment, there are very few studies on fatigue failure of the products obtained by additive manufacturing, especially when fatigue failure occurs due to various types of defects. The importance of this topic is due to the potential for premature components damage under cyclic loading, especially in critical applications such as aviation and energy, where WAAM (wire arc additive manufacturing) can save significant manufacturing time by up to 40 – 60 %. The study evaluates the impact of technological defects on the fatigue strength of 08CrMoV and 30CrMnSi steels produced by WAAM. The authors used different surfacing modes to generate various types of defects, including macrodefects such as pores, lack of fusion, and surface concentrators, as well as microstructural defects like Widmannstetten structures and grain diversity. Defect-free samples were also produced. The authors performed metallographic analysis to investigate the metals microstructure, distribution and nature of any possible defects. Samples were etched using a 4 % aqueous HNO3 solution. Fatigue tests were conducted on a specialized machine with sample loading following the cantilever bending method. Defect-free samples of both steels exhibited the highest fatigue strength. The presence of any type of defect, whether microstructural or macrostructural, resulted in a decrease in fatigue strength. Macrostructural defects, such as large pores and lack of fusion, had a stronger impact on the material fatigue strength compared to microstructural defects. Additionally, it was found that the presence of a surface concentrator had a greater influence on initiation of a primary fatigue crack than the presence of large non-melted regions in the sample central part.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.