Structural and mechanical properties of stainless steel formed under conditions of layer-by-layer fusion of a wire by an electron beam

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 111 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Структурные и механические свойства нержавеющей стали , сформированной в условиях послойного сплавления проволоки электронным лучом Василий Фёдоров 1, a, * , Александр Рыгин 2, b , Василий Клименов 1, c , Никита Мартюшев 1, d , Анатолий Клопотов 2, 3, e , Ирина Стрелкова 1, f , Сергей Матрёнин 1, g , Андрей Батранин 1, h , Валентина Дерюшева 1, i 1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет , пр . Ленина , 30, г . Томск , 634050, Россия 2 Томский государственный архитектурно - строительный университет , пл . Соляная , 2, 634003, Томск , Россия 3 Национальный исследовательский Томский государственный университет , пр . Ленина , 36, 634050, Томск , Россия a https://orcid.org/0000-0002-5164-5875, fedorov@tpu.ru, b https://orcid.org/0000-0001-5664-8234, alexandr.rygin@gmail.com, c https://orcid.org/0000-0001-7583-0170, klimenov@tpu.ru , d https://orcid.org/0000-0003-0620-9561, martjushev@tpu.ru, e https://orcid.org/0000-0002-3690-0436, klopotovaa@tsuab.ru , f https://orcid.org/0000-0002-2222-2865, strelkova@tpu.ru , g https://orcid.org/0000-0002-2188-8120, msv@tpu.ru , h https://orcid.org/0000-0001-9678-2905, batranin@tpu.ru , i https://orcid.org/0000-0002-2116-3891 , vderusheva@tpu.ru Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2021 Том 23 № 4 с . 111–124 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-111-124 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 62-4 История статьи : Поступила : 02 сентября 2021 Рецензирование : 16 сентября 2021 Принята к печати : 23 сентября 2021 Доступно онлайн : 15 декабря 2021 Ключевые слова : Аддитивные технологии Электронно - лучевая наплавка Нержавеющая сталь Крупнозернистая аустенитная сталь Финансирование : Работа выполнена в рамках про - граммы развития ТПУ . Благодарности : Исследования выполнены на обо - рудовании ЦКП « Структура , меха - нические и физические свойства материалов ». АННОТАЦИЯ Введение . Одним из перспективных современных способов формирования деталей машин являются аддитив - ные технологии . Изготовление этим методом дает возможность получать сложную форму деталей и качественную структуру . При этом качество формируемой структуры зависит от большого количества параметров – оборудова - ния , режимов его работы , материала , среды и т . п . Крупные зарубежные компании , производящие 3D- принтеры , при поставке оборудования дают технологические рекомендации по работе на нем . Эти рекомендации включают информацию о производителях сырья ( порошка для печати ) и их выпускаемых продуктах , с которыми может рабо - тать их оборудование , а также о том , какие режимы необходимо использовать для работы с этими порошками . Для разрабатываемых в рамках исследовательских программ и программ импортозамещения отечественных установок эти параметры необходимо подбирать . Очень часто перед исследователями и разработчиками оборудования для трехмерной печати стоит задача получения на имеющемся сырье образцов деталей с минимальной пористостью , однородностью структуры и механическими свойствами хотя бы на уровне литых заготовок . Одним из распро - страненных материалов для трехмерной печати является нержавеющая сталь . Данный материал обладает высокой коррозионной стойкостью , что снижает требования к среде , в которой ведется 3D- печать . Изготовленные изделия из нержавеющей стали обладают хорошим сочетанием прочностных и пластических характеристик . Целью работы является получение образцов с минимальным количеством макро - и микродефектов и однородной структурой из нержавеющей стали методом наплавки проволокой на электронно - лучевой оригинальной установке , разработанной в Томскоком политехническом университете . Методы исследования образцов из нержавеющей стали марки AISI 308LSi, полученных трехмерной печатью : рентгеноструктурный анализ , томография , химический анализ , метал - лографический анализ , исследование микротвердости . Результаты и обсуждение . Установлено , что напечатанные на разработанной установке электронно - лучевой трехмерной печати образцы из нержавеющей стали марки AISI 308LSi не содержат макродефектов во всем объеме образца . Присутствующие небольшие микродефекты остаточ - ных газовых пор имеют размер не более 5,2 мкм . Микроструктура образцов формируется близкой к микроструктуре крупнозернистых литых аустенитых сталей и состоит из столбчатых зерен аустенитной матрицы γ -Fe и высокотем - пературного феррита . Границы раздела между слоями укладки проволоки не выражены , но есть небольшие отличия по фазовому составу . На основе анализа полученных результатов установлено , что использование электронно - луче - вой трехмерной печати для изготовления деталей из стали марки AISI 308LSi дает структуру , аналогичную литым аустенитным сталям . Появления макродефектов не происходит , а количество газовых пор мало . Для цитирования : Структурные и механические свойства нержавеющей стали , сформированной в условиях послойного сплавления проволоки электронным лучом / В . В . Фёдоров , А . В . Рыгин , В . А . Клименов , Н . В . Мартюшев , А . А . Клопотов , И . Л . Стрелкова , С . В . Матрёнин , А . В . Батранин , В . Н . Дерюшева // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2021. – Т . 23, № 4. – С . 111–124. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-111-124. ______ * Адрес для переписки Федоров Василий Викторович , заведующий лабораторией Национальный исследовательский Томский политехнический университет , пр . Ленина , 30, 634050, г . Томск , Россия Тел .: 8 (3822) 606006, e-mail: fedorov@tpu.ru