Сучасна електрометалургія, 2018, №01



2018 №01 (02)

DOI of Article 10.15407/sem2018.01.03

2018 №01 (04)

---

Сучасна електрометалургія, 2018, #1, 17-27 pages
 

Математичне моделювання процесу формування многошарової 3d конструкції адитивного методу з використанням електродугових джерел тепла

В. А. Костін, Г. М. Григоренко, В. О. Шаповалов, О. М. Пікулін

Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України.
03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Представлено результати моделювання температурних полів, кінетики нанесення шарів різнорідних металів та характеру структурних перетворень при формуванні адитивної багатошарової конструкції із сталей 17Г1С та 30ХГС. Для проведення комп’ютерного моделювання використовували розрахунковий пакет COMSOL Multiphysics. Враховано вплив температур на теплофізичні параметри сталі. Вивчено одночасний вплив трьох дуг на процес формування наплавки, кінетику структурних перетворень та дифузійні процеси перерозподілу легуючих елементів. Показано, що для зниження рівня напруг між адитивною наплавкою та підкладкою до 50 МПа на початку процесу нанесення слід використовувати попередній підігрів підкладки дугою без нанесення матеріалу, який наплавляють, а також, що час проходження між сусідніми дуговими джерелами тепла слід підтримувати в діапазоні від 5 до 30 с. Встановлено, що за малої потужності дуги (1 кВт) в наплавці переважно утворюється ферито-бейнітна структура, частка бейніта в якій складає 71 %, феррита — 28 %, мартенсита приблизно 1 %. При використанні дуги більшої потужності (5 кВт) у наплавці формується бейніто-мартенситна структура, частка бейніта в якій складає біля 50 %, мартенсита збільшується до 40 % і ферита до 10 %. Підвищення потужності дуги призводить до зростання максимальної температури рідкої ванни до 1750…1850 ^оС, збільшення швидкості охолодження до 15...25 ^оС/с і, як слідство, підвищенню частки мартенситу в структурі шарів, що наплавлюються. Розроблено програмне забезпечення, яке може бути використано для математичного моделювання металургійного адитивного процесу формування виробів з різних сталей та сплавів. Бібліогр. 16, табл. 2, іл. 8.
 
Ключові слова:  адитивне виробництво; моделювання; наплавлення; функціональні матеріали; структурні перетворення; мікроструктура
 
Received:                22.01.18
Published:               20.03.18
 
 
Список литературы

1. Жуков В. В., Григоренко Г. М., Шаповалов В. А. (2016) Аддитивное производство металлических изделий (Обзор). Автоматическая сварка, 5–6, 148–153.
2. Ахонин С. В., Вржижевский Э. Л., Белоус В. Ю., Петриченко И. К. (2016) 3D электронно-лучевая наплавка титановых деталей. Там же, 141–144.
3. Коржик В. Н., Хаскин В. Ю., Гринюк А. А. и др. (2016) Трехмерная печать металлических объемных изделий сложной формы на основе сварочных плазменно-дуговых технологий (Обзор). Там же, 127–134.
4. Wong K. V., Hernandez A. (2012) A review of additive manufacturing. International Scholarly Research Network. Mechanical Engineering, 2012.
5. Dave V. R., Matz J. E., Eagar T. W. (1995) Electron beam solid freeform fabrication of metal parts. Proc. of the Solid Freeform Fabrication Symp., Univ. of TX, Austin, 64–70.
6. Jandric Z., Labudovic M., Kovacevic R. (2004) Effect of heat sink on microstructure of three-dimensional parts built by welding-based deposition. International J. of Machine Tools and Manufacture, 44(7–8), 785–796.
7. Шаповалов В. А., Григоренко Г. М. (2015) Управление структурой металла в процессе кристаллизации. Сучасна електрометалургія, 2, 51–54.
8. Шаповалов В. А., Григоренко Г. М. (2015) Подавление ликвационных процессов в крупных слитках. Там же, 1, 26–30.
9. Volyansky I., Shishkovsky I. (2016) Laser assisted 3D printing of functional graded structures from polymer covered nanocomposites. New Trends in 3D Printing. I. V. Shishkovsky (Ed.), Rijeka, Croatia, pp. 237–258.
10. Шишковский И. В. (2016) Основы аддитивных технологий высокого разрешения. Санкт-Петербург, Питер.
11. Spencer P. J. (2008) Brief History of CALPHAD. CALPHAD, 32, 1–8.
12. Костин В. А., Григоренко Г. М. (2017) Особенности формирования структуры 3D изделия из стали S460M в аддитивной металлургической технологии. Сучасна електрометалургія, 3, 33–42.
13. Патон Б. Е. (2014) Исследования и разработки ИЭС им. Е. О. Патона для современной энергетики. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1, 3–11.
14. Костин В. А., Григоренко Г. М., Жуков В. В. (2017) Моделирование металлургического аддитивного процесса создания конструкций из стали 09Г2С. Сучасна електрометалургія, 2, 35–44.
15. Блантер М. Е. (1962) Фазовые превращения при термической обработке сталей. Mосква, ГНТИЛ по черн. и цвет. металлургии.
16. Wert C. A. (1950) Diffusion coefficient of C in α-iron. Rev., 79(4), 601–606.