Печать

2017 №02 (05) DOI of Article
10.15407/sem2017.02.06 		2017 №02 (07)

Современная электрометаллургия 2017 №02


Современная электрометаллургия, 2017, #2, 35-44 pages
 

Моделирование металлургического аддитивного процесса создания конструкций из стали 09Г2С

Г. М. Григоренко, В. А. Костин, В. В. Жуков


Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Abstract
Представлены результаты моделирования термических полей, напряжений, деформаций и перемещений при формировании аддитивной конструкции из стали 09Г2С на подложке. Для проведения компьютерного моделирования использовали расчетный пакет междисциплинарных исследований COMSOL Multiphysics. В работе учитывалось влияние температуры на физико-химические параметры стали. Результаты для моделирования получены с использованием комплекса имитации термодеформационного состояния термического цикла сварки металла под действием растяжения Gleeble 3800 (коэффициент линейного расширения) и установки высокотемпературного термического анализа ВДТА-8М (теплоемкость, теплопроводность). Выполненные исследования показали, что при аддитивном нанесении слоев стали 09Г2С на подложку наибольший уровень остаточных напряжений и деформаций достигается на границе первого слоя и подложки и составляют 280…320 МПа. Напряжения между слоями наплавленного металла существенно ниже (до 50 МПа). Установлено, что с увеличением количества наносимых слоев уровень напряжений на границе аддитивный слой/подложка возрастает нелинейно и со временем не зависит от количества наносимых слоев. При аддитивном процессе для предотвращения заметной деформации подложки следует использовать предварительный подогрев до температур не ниже 300…320 оС. Разработанное программное обеспечение может быть использовано для математического моделирования аддитивного процесса формирования конструкций из сталей, титановых и алюминиевых сплавов. Библиогр. 13, табл. 1, ил. 7.
 
Ключевые слова: аддитивное производство; моделирование; сталь; наплавление; напряжение; микроструктура
 
Received:                14.03.17
Published:               27.06.17

Читати реферат українською
Моделювання металургійного адитивного процесу створення конструкцій із сталі 09Г2С
Г. М. Григоренко, В. А. Костін, В. В. Жуков
Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. Е-mail: office@paton.kiev.ua
Представлені результати моделювання термічних полів, напруг, деформацій і переміщень при формуванні адитивної конструкції із сталі 09Г2С на підложці. Для проведення комп’ютерного моделювання використовували розрахунковий пакет міждисциплінарних досліджень COMSOL Multiphysics. У роботі враховувався вплив температури на фізико-хімічні параметри сталі. Результати для моделювання були отримані з використанням комплексу імітації термодеформаційного стану термічного циклу зварювання металу під дією розтягування Gleeble 3800 (коефіцієнт лінійного розширення) і приладу високотемпературного термічного аналізу ВДТА-8М (теплоємність, теплопровідність). Виконані дослідження показали, що при адитивному нанесенні шарів сталі 09Г2С на підложку найбільший рівень залишкових напружень і деформацій досягається на границі першого шару і підложки і складають 280...320 МПа. Напруження між шарами наплавленого металу істотно нижче (до 50 МПа). Встановлено, що зі збільшенням кількості шарів які наносяться, рівень напружень на границі адитивний шар/підложка зростає нелінійно і з часом перестає залежати від кількості шарів, що наносяться. При адитивному процесі для запобігання помітної деформації підложки слід використовувати попередній підігрів до температур не нижче 300...320 оС. Розроблене програмне забезпечення може бути використане для математичного моделювання адитивного процесу формування конструкцій із сталей, титанових і алюмінієвих сплавів.
Бібліогр. 13, табл. 1, іл. 7.
Ключові слова: адитивне виробництво; моделювання; сталь; наплавлення; напруження; мікроструктура

References
 
  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, 5–6, 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, 5–6, 127–134.
  4. Kaufui V. Wong, Aldo Hernandez (2012) A review of additive manufacturing. International Scholarly Research Network. Mechanical Engineering, 2012, 10 p. doi 10.5402/2012/208760.
  5. Rizwan P. M. Ali, Hara Theja C. R., Syed Saheb S. M., Yavaraj C. (2015) Review on diverse materials applied for additive manufacturing. International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology, 3, July, 16–20.
  6. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. (2015) Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 81, 465–481.
  7. Шаповалов В. А., Григоренко Г. М. (2015) Управление структурой металла в процессе кристаллизации. Современная электрометаллургия, 2, 51–54.
  8. Шаповалов В. А., Григоренко Г. М. (2015) Подавление ликвационных процессов в крупных слитках. Современная электрометаллургия, 1, 26–30.
  9. https://www.comsol.com/.
  10. Костин В. А., Жуков В. В. (2016) Моделирование процессов получения металлических изделий методами аддитивных технологий. Сб. трудов 8-й Межд. конф. «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах», 19–23 сентября 2016 г., Одесса, Украина.
  11. http://tehtab.ru/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsHeatAnd Temperature/ConvectionHeatTransfer1/Overa.llHeat TransferCoefficients/
  12. Махненко О. В., Миленин А. С., Великоиваненко Е. А. и др. (2017) Моделирование температурных полей и напряженно-деформированного состояния малого трехмерного образца при его послойном формировании. Автоматическая сварка, 3, 11–19.