Печать

2017 №03 (05) DOI of Article
10.15407/sem2017.03.06 		2017 №03 (07)

Современная электрометаллургия 2017 №03


Современная электрометаллургия, 2017, #3, 33-42 pages
 

Особенности формирования структуры 3D изделия из стали S460M в аддитивной металлургической технологии

В. А. Костин, Г. М. Григоренко


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 температурных полей, кинетики нанесения слоев жидкого металла, параметров охлаждения и характера структурных превращений при формировании аддитивной конструкции из стали S460M. Для проведения компьютерного моделирования использовали расчетный пакет COMSOL Multiphysics. В работе учитывали: влияние температуры на физико-химические параметры стали; влияние тепла, вносимого расплавленной проволокой, а также кинетику структурных превращений. Для моделирования использовали значения режимов близкие к оптимальным для электродуговой сварки высокопрочных низколегированных сталей. Проведенные исследования показали, что учет влияния нагрева дуговым источником стали S460M приводит к заметному повышению температуры в области наплавляемого слоя (до 1800…2000 оС) и значительному расширению зоны термического влияния (до 20…25 мм). В предложенном технологическом режиме дугового наплавления анализ полей изотерм не показал проплавления подложки при отсутствии нагрева дуговым источником и показал незначительное проплавление подложки до 0,1…0,2 мм при учете совместного нагрева дуговым источником и металлом расплавленной проволоки. Изучена кинетика структурных превращений в стали S460M при аддитивном процессе формирования слоев. Показано, что наибольшие скорости охлаждения (до 40…45 оС/с) формируются по краям наплавляемых слоев, что приводит к образованию на этих участках до 5 % мартенситной составляющей, которая повышает риск образования трещин и отслаивания наплавки. Разработанное программное обеспечение может быть использовано для математического моделирования металлургического аддитивного процесса формирования конструкций из сталей, титановых, алюминиевых и др. сплавов. Библиогр. 12, табл. 1, ил. 9.

Ключевые слова: аддитивное производство; моделирование; конструкционная сталь S460M; наплавление; структурные превращения; микроструктура
 
Received:                24.05.17
Published:               18.09.17
 
 
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. Slotwinski J. A., Garboczi E. J., Stutzman P. E. et al. (2014) Characterization of metal powders used for additive manufacturing. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 119, 460–493. http://dx.doi.org/10.6028/jres.119.018
  5. 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(1), 465–481.
  6. Bandl E., Bayfeld B., Leyens C., Gault R. (2010) Additive manufacturing of Ti–6Al–4V using welding wire: comparison of laser and arc beam deposition and evaluation with respect to aerospace material specifications. Physics Procedia, 5, 595–606.
  7. Jandric Z., Labudovic M., Kovacevic R. (2004) Effect of heat sink on microstructure of three-dimensional parts built by welding-based deposition. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44(7–8), 785–796.
  8. https://www.esi-group.com/software-solutions/virtual-manufacturing/welding-assembly-simulation. SYSWELD material database
  9. Зайфарт П., Касаткин О. Г. (2002) Расчетные модели для оценки механических свойств металла ЗТВ при сварке низколегированных сталей. Сборник трудов междунар. конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах». Киев, ИЭС. им. Е. О. Патона, 103–106.
  10. Касаткин О. Г. (1990) Математическое моделирование зависимостей состав-свойства сварных соединений и создание расчетно-экспериментальной системы для оптимизации основных факторов сварки низколегированных конструкционных сталей: Автореф. дис. ... доктора техн. наук.
  11. https://www.comsol.com/
  12. Григоренко Г. М., Костин В. А., Жуков В. В. (2017) Моделирование металлургического аддитивного процесса создания конструкций из стали 09Г2С. Современнная электрометалургия, 2, 35–44.

Читати реферат українською
Особливості формування структури 3D виробів зі сталі S460M в адитивній металургійній технології
В. А. Костін, Г. М. Григоренко
Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Представлені результати моделювання температурних полів, кінетики нанесення шарів рідкого металу, параметрів охолодження та характеру структурних перетворень при формуванні адитивної конструкції зі сталі S460M. Для проведення комп’ютерного моделювання використовували розрахунковий пакет COMSOL Multiphysics. В роботі враховували: вплив температури на фізико-хімічні параметри сталі; вплив тепла, внесеного розплавленим дротом, а також кінетику структурних перетворень. Для моделювання використовували значення режимів близьких до оптимальних для зварювання високоміцних низьколегованих сталей. Проведені дослідження показали, що врахування впливу нагріву дуговим джерелом сталі S460M призводить до помітного підвищення температури в області шару, що наплавляється (до 1800...2000 оС) і значного розширення розміру зони термічного впливу (до 20...25 мм). У запропонованому технологічному режимі дугового наплавлення аналіз полів ізотерм не показав проплавлення підкладки при відсутності нагріву дуговим джерелом та показав незначне проплавлення підкладки до 0,1...0,2 мм при врахуванні спільного нагріву дуговим джерелом і металом розплавленого дроту. Вивчено кінетику структурних перетворень в сталі S460M при адитивному процесі формування шарів. Показано, що найбільші швидкості охолодження (до 40...45 оС/с) формуються по краям шарів, що наплавляються та призводить до утворення на цих ділянках до 5 % мартенситної складової, яка підвищує ризик утворення тріщин і відшаровування наплавлення. Розроблене програмне забезпечення може бути використане для математичного моделювання металургійного адитивного процесу формування конструкцій із сталей, титанових, алюмінієвих та інших сплавів. Бібліогр. 12, табл. 1, іл. 9.

Ключові слова: адитивне виробництво; моделювання; конструкційна сталь S460M; наплавлення; структурні перетворення; мікроструктура