Assessment of Cold Resistance of 09G2S Steel Obtained Using 3D Printing Technology by Electric Arc Surfacing at a CNC Machine
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2020-2-16-23Keywords:
3D printing, electric arc surfacing, impact strength, cold resistance, visco-brittle transitionAbstract
The paper presents the results of studies of samples of steel 09G2S at low temperatures, obtained using 3D printing technology by electric arc welding. For comparison, research data on samples obtained from rolled metal are given.
To achieve this goal, samples for impact bending were made and tested from 09G2S steel. Samples were printed using 3D printing technology at a CNC machine by layer-by-layer deposition of deposited material from 09G2S wire. The quality and stability of the obtained samples’ material structure were ensured by continuous diagnostics of the stability of the dynamic system “power source - arc - material”.
The main diagnostic parameter characterizing the degree of stability was the indicator of the fractal dimension of the attractor of the dynamic system.
Samples for research were cut in the longitudinal and transverse directions of surfacing, and samples of rolled metal were similarly made. Studies of the obtained samples were carried out using impact bending tests in a wide range of low temperatures from -80 to + 20 °C. To identify the fracture mechanism features and the temperature of the viscous-brittle transition of metals, fractographic studies of fractures of the samples were performed.
In the studies, it was found that the temperature of the viscous-brittle transition of 09G2S steel obtained using 3D printing technology by electric arc welding was about -40 °C. It is slightly higher than the temperature of the viscous-brittle transition of 09G2S steel obtained from sheet metal with subsequent annealing of -47 °C. It should be noted that the samples cut along the surfacing have higher values of impact strength and temperature of viscous-brittle transition.
For samples obtained by electric arc welding, the values of impact strength are not more than 20 % lower than the values of impact strength of samples obtained by machining from sheet metal over the entire range of the temperatures studied.
The described above technology of computer-controlled electric arc surfacing can be used to manufacture complex products and repairs. When using welding materials with a low temperature of visco-brittle transition, in particular, the steel 09G2S, it is possible to obtain the product’s high performance in a short time, even in Arctic conditions.References
Лаженцев В. Н. Социально-экономическое пространство и территориальное развитие Севера и Арктики России // Экономика региона. 2018. Т. 14, вып. 2. С. 353–365.
Экономическая безопасность Российской Арктики: особенности и проблемы обеспечения : монография / под науч. ред. В. С. Селина, Т. П. Скуфьиной, Е. П. Башмаковой, М. В. Ульченко. Апатиты : Изд-во КНЦ РАН, 2018. 103 с.
Malladi, Avinash and Sarma. SBS, 3D Metal Printing Technologies. The IUP Journal of Mechanical Engineering, 2017, vol. X, no. 1, pp. 48-54.
Kabaldin Y.G., Kolchin P.V., Shatagin D.A. Digital Twin for 3D Printing on CNC Machines. Russ. Engin. Res., 2019, no. 39, pp. 848-851. https://doi.org/10.3103/S1068798X19100101.
Анализ структуры и механических свойств сплава Co–Cr–Mo, полученного методом 3D-печати / Н. В. Казанцева, И. В. Ежов, Д. И. Давыдов, А. Г. Меркушев // Физика металлов и металловедение. 2019. № 120 (12). С. 1271–1278. https://doi.org/10.1134/
S0015323019120088.
Исследование прочности изделий, полученных методом 3D-печати / А. В. Балашов, А. О. Черданцев, Е. А. Новиковский, С. В. Ананьин, С. В. Белоплотов // Ползуновский вестник. 2016. № 2. С. 61–64.
Смирнова Е. А., Герман М. А., Фисенкова Д. В. Структура и свойства образцов из титанового сплава TI-6AL-4V, полученных при помощи 3D-технологии прямого нанесения металла // Сборник тезисов докладов XIV Междунар. молодежной науч. конф. «Гагаринские чтения – 2019» (Москва, 28 марта 2019 г.) / Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2019. С. 924.
Анализ хладостойкости металлов с различным типом кристаллического строения / Ю. Г. Кабалдин, А. А. Хлыбов, М. С. Аносов, Д. А. Шатагин, Д. А. Ря-бов // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 3. С. 48–55. DOI: 10.22213/2413-1172-2019-3-48-55.
Чернов В. М., Кардашев Б. К., Мороз К. А. Хладноломкость и разрушение металлов с разными кристаллическими решетками // Дислокационные механизмы. Журнал технической физики. 2016. № 7. С. 57–64.
Орыщенко А. С., Малышевский В. А., Хлусова Е. И. Современные конструкционные стали для Арктики // Судостроение. 2013. № 3. С. 46–49.
Солнцев Ю. П., Ермаков Б. С., Слепцов О. И. Материалы для низких и криогенных температур : энциклопедический справочник. СПб. : Химиздат, 2008. 768 с. : ил. ISBN 978-5-93808-157-4.
Хладостойкость материалов и элементов конструкций: результаты и перспективы / В. П. Ларионов, В. Р. Кузьмин, О. И. Слепцов [и др.]. Новосибирск : Наука, 2005. 290 с.
Хлусова Е. И., Сыч О. В. Создание хладостойких конструкционных материалов для Арктики. История, опыт, современное состояние // Инновации. 2018. № 11 (241). С. 85–92.
Самохоцкий А. И., Парфеновская Н. Г. Технология термической обработки металлов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1976. 311 с.
Галимский А. И. Изучение возможностей термической обработки как фактора повышения хладостойкости конструкционных низколегированных сталей // Ползуновский альманах. 2014. № 2. С. 53–56.
