pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2022-13-3-228-236pimi-781Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsНеразрушающий контроль качества термообработки стальных образцов, полученных аддитивной технологией, магнитошумовым методомNon-Destructive Testing by Magnetic Noise Method of the Quality of Heat Treatment of Steel Samples Obtained by Additive TechnologyБуськоВ. Н.BuskoV. N.

Адрес для переписки:Бусько В.Н. – Ин-т прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, ул. Академическая, 16, г. Минск 220072, Беларусьe-mail: busko@iaph.bas-net.by

Address for correspondence:Busko V.N. - Institute of Applied Physics of the National Academy of Science of Belarus,Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072, Belarus e-mail: busko@iaph.bas-net.by

busko@iaph.bas-net.byКреньА. П.KrenA. P.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

ЛанцманГ. А.LanzmanG. A.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

Институт прикладной физики НАН БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Science of BelarusBelarus202224102022133228236Copyright © Бусько В.Н., Крень А.П., Ланцман Г.А., 20222022Бусько В.Н., Крень А.П., Ланцман Г.А.Busko V.N., Kren A.P., Lanzman G.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/781

Производство изделий по аддитивным технологиям, как правило, сопровождается несанкционированным появлением и ростом неоднородности свойств, анизотропии, остаточных напряжений, пористости и других дефектов. Поэтому резко возросла актуальность неразрушающего контроля качества изделий, полученных с помощью аддитивных технологий. Цель работы – экспериментально исследовать возможность контроля и оценки качества термической обработки трёхмерных и литых образцов с помощью неразрушающих методов контроля.

Исследовались стальные образцы из низколегированной стали 09Г2С, полученные методом селективного лазерного сплавления с разными видами и режимами последующих термических обработок и литьём. Методами исследования являлись магнитошумовой метод, реализующий магнитный метод эффекта Баркгаузена, и контактно-динамический метод измерения твёрдости материала.

Экспериментально установлено, что оба метода обладают высокой чувствительностью к отожжённым и нормализованным трёхмерным образцам и их отбраковке. Магнитошумовой метод, в отличие от метода твёрдометрии, связанного, преимущественно, с фазово-структурными изменениями, благодаря селективности к другим контролируемым параметрам, дополнительно обладает чувствительностью к литьевым образцам, хотя микроструктуры литых и нормализованных трёхмерных образцов по данным рентгеноструктурного анализа близки между собой.

Магнитошумовой метод может быть использован в качестве одного из физических методов оценки качества и контроля термообработки 3D-образцов на стадии изготовления при отработке их видов, режимов и разбраковке образцов.

 

The manufacture of products using additive technologies is accompanied by the unpredictable appearance of inhomogeneity of properties, anisotropy, residual stresses, porosity, and other defects. Therefore, there is a great relevance of non-destructive quality control of products obtained by additive technologies. The purpose of the paper is the experimental investigation of the possibility of testing and evaluation of the quality of heat treatment of three-dimensional and cast samples by non-destructive control methods.

The low-alloy steel 09G2S samples, which was obtained by casting and selective laser sintering different modes of subsequent heat treatments were studied. The method of the Barkhausen effect and the instrumented indentation method for measuring the material hardness were applied.

It was experimentally established that both methods are highly sensitive to annealed and normalized three-dimensional samples and their rejection. Compared to the hardness measurement method, which is mainly associated with phase-structural changes, the magnetic noise method due to selectivity to other controlled parameters is additionally sensitive to cast samples (at the same time the microstructures of cast and normalized three-dimensional samples are close to each other according to X-ray data).

The magnetic noise method can be used as one of the physical methods for evaluation the quality and control of the heat treatment of 3D samples at the manufacturing stage when testing their types and modes, as well as sorting samples.

 

аддитивные технологии и материалыселективное лазерное сплавлениетермическая обработкамагнитошумовой методконтактно-динамический методadditive technologies and materialsselective laser meltingheat treatmentmagnetic noise methodcontact-dynamic methodReferencesГибсон Я. Технология аддитивного производства: пер. с англ. / Я. Гибсон, Д. Розен, Б. Стакер // Москва: Техносфера. – 2016. – 656 с.Gibson I., Rosen D., Stuсker B. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Raid Prototiping, and Direct Digital Manufacturing: Springer, 2015, 498 p.Стратегия развития аддитивных технологий // Аддитивные технологии. – 2021. – № 4. – С. 10–11.Strategy for the development of additive technologies. Additivnye tekhnologii [Additive Technologies], 2021, no. 4, pp. 10–11 (in Russian).Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Е.Н. Каблов // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – № 1 (34). – С. 3–33.Kablov E.N. Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030. Aviacionnye materialy i tekhnologii [Aviation materials and technologies], 2015, no. 1(34), pp. 3–33 (in Russian).Алешин Н.П. Применение методов неразрушающего контроля для оценки качества деталей непосредственно в процессе аддитивного производства / Н.П. Алешин, Н.В. Григорьев, Н.А. Щипаков [и др.] // Дефектоскопия. – 2016. – № 9. – С. 64–71.Aleshin N.P., Grigor’ev T., Shchipakov N.A., Prilutskii M.A., Murashov V.V. Using nondestructive testing methods for in-production quality control of additive manufactured parts. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, pp. 532–537. DOI: 10.1134/S1061830916090023Алешин Н.П. Некоторые особенности исследований деталей, изготовленных по аддитивным технологиям, методом рентгеновской компьютерной томографии / Н.П. Алешин, Н.В., О.А. Крупнина [и др.] // Дефектоскопия. – 2018. – № 4. – С. 42–48.Aleshin N.P., Grigor’ev M.V., Krupnina O.A., Shchipakov N.A. Some features of the study of parts manufactured using additive technologies using X-ray computed tomography. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2018, vol. 54, no. 4, pp. 271–277. DOI: 10.1134/S1061830918040022Бусько В.Н. Особенности циклической усталостной прочности образцов, полученных селективным лазерным спеканием из стали 09Г2С / В.Н. Бусько, В.Л.Венгринович, Д.А. Винтов [и др.] // Неразрушающий контроль и техническая диагностика. – 2020. – № 4. – С. 16–25.Busko V.N., Vengrinovich V.L., Vintov D.A., Nichipuruk A.P. , Stashkov A.N. Peculiarities of Cyclic Fatigue Strength of Specimens Produced by Selective Laser Sintering from Steel 09G2S. Nondestructive testing and technical diagnostics, 2020, no. 4, pp. 16–25 (in Russian).Алешин Н.П. Применение методов неразрушающего контроля для оценки качества готовых деталей аддитивного производства / Н.П. Алешин, Н.В. Григорьев, Н.А. Щипаков Н.А [и др.] // Дефектоскопия. – 2016. – № 10. – С. 63–71.Aleshin N.P., Grigor’ev T., Shchipakov N.A., Prilutskii M.A., Murashov V.V. Applying nondestructive testing to quality control of additive manufactured parts. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 10, pp. 600–609. DOI: 10.1134/S1061830916100028Алешин Н.П. О возможности применения поверхностных и головных ультразвуковых волн при неразрушающем контроле качества изделий аддитивного производства / Н.П. Алешин, Н.В. Григорьев, Н.А. Щипаков Н.А [и др.] // Дефектоскопия. – 2017. – № 12. – С. 16–23.Aleshin N.P., Grigor’ev M. V., Shchipakov N.A., Krys’ko N.V., Krasnov I.S., Prilutskii M.A., Smorodinskii Y.G. On the possibility of using surface and head ultrasonic waves for non-destructive quality control of additive manufacturing products. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2017, vol. 53, no. 12, pp. 830–838. DOI: 10.1134/S1061830917120026Алешин Н.П. Оценка результатов исследования деталей, изготовленных по аддитивным технологиям, альтернативными методами / Н.П. Алешин, Н.В. Григорьев, Н.А. Щипаков [и др.] // Дефектоскопия. – 2016. – № 12. – С. 25–31.Aleshin N.P., Grigor’ev M.V., Murashov V.V., Krasnov I.S., Krupnina O.A., Smorodinskii Y.G. Assessing the results of ultrasonic testing of additive manufactured parts with alternative methods. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 12, pp. 691– 696. DOI: 10.1134/S1061830916120032Алешин Н.П. Экспериментальные исследования возможностей и особенностей ультразвукового контроля деталей, изготовленных по аддитивным технологиям / Н.П. Алешин, Н.В., Н.В. Григорьев, Н.А. Щипаков [и др.] // Дефектоскопия. – 2016. – № 12. – С. 17–24.Aleshin N.P., Murashov V., Shchipakov N., Krasnov I., Lozhkova D. Experimental research into possibilities and peculiarities of ultrasonic testing of additive manufactured parts. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 12. pp. 685–690. DOI: 10.1134/S1061830916120020Ничипурук А.П. Структура и магнитные свойства стали 09Г2С, полученной методом селективного лазерного сплавления / А.П. Ничипурук, А.Н. Сташков, Е.А. Щапова [и др.] // Физика твердого тела. – 2021. – Т. 63. – С. 1719–1724. DOI: 10.21883/FTT.2021.11.51567.25sNichipuruk A.P., Stashkov A.N., Shchapova E.A., Kazantseva N.V., Makarova M.V. Structure and Magnetic Properties of 09G2S Steel Obtained by the Selective Laser Melting Metod. Physics of the Solid State, 2022, vol. 64, pp. 148–153. DOI: 10.1134/S106378422030076Tu Le Manh, Jose Alberto Perez Benitez, Jose Hiram Espina Hernandez, Jose Manuel Hallen Lo pez. Barkhausen Noise for Nondestructive Testing and Materials Characterization in Low-Carbon Steels. Cambridge, United States, Elsevier Ltd., 2020, 268 p.Tu Le Manh, Jose Alberto Perez Benitez, Jose Hiram Espina Hernandez, Jose Manuel Hallen Lo pez. Barkhausen Noise for Nondestructive Testing and Materials Characterization in Low-Carbon Steels. Cambridge, United States, Elsevier Ltd. Publ., 2020, 268 p.Горкунов Э.С. Эффект Баркгаузена и его использование в структуроскопии ферромагнитных материалов (обзор I/обзор II) / Э.С. Горкунов, Ю.Н. Драгошанский, М. Миховски// Дефектоскопия. – 1999. – № 6. – С. 3–23 // Дефектоскопия. – 1999. – № 7. – С. 3–32.Gorkunov E.S., Dragoshansky Yu.N., Mihovski M. Barkhausen effect and its use in structuroscopy of ferromagnetic materials (review I/review II). Russian Journal of Nondestructive Testing, 1999, no. 6, pp. 3–23 and // Russian Journal of Nondestructive Testing, 1999, no. 7, pp. 3–32 (in Russian).Блаоу М.М. Магнитные шумы Баркгаузена для надежного измерения зоны термического влияния в сварной пластине из судостроительной стали / М.М. Блаоу, Б.А. Шау // В мире неразрушающего контроля. – 2014. – № 4. – С. 70–75.Blaow M.M., Shau B.A. Barkhausen Magnetic Noises for Reliable Measurement of the Heat-Affected Zone in a Welded Shipbuilding Steel Plate. NDT World, 2014, no. 4. pp. 70–75.Ашвани Шарма. Влияние условий шлифования на магнитный отклик инструментальной стали AISI D2 / Шарма Ашвани, Чаудхари Абхиманью, Субхаш Акаш [и др.] // Дефектоскопия. – 2021. – №3. – С. 26–36. DOI: 10.31857/SO130308221030039Ashwani Sharma, Abhimanyu Chaudhary, Akash Subhash, Mohd Zahir Khan Yusufzay, Meganshu Vashista. Influence of grinding conditions on the magnetic response of AISI D2 tool steel. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2021, vol. 57, pp. 212–221. DOI: 10.31857/SO130308221030039Иванова Й. Сравнительные измерения напряженного состояния проката углеродистой стали посредством шума Баркгаузена и ультразвука / Й. Иванова, Т. Парталин // Дефектоскопия. – 2012. – № 4. – C. 83–94. DOI: 10.1134/S1061830912020040Ivanova Y., Portalin T. Comparative Measurements of the Stressed State of Rolled Carbon Steel Using Barkhausen Noise and Ultrasonic methods. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2012, no. 4, pp. 83–94. DOI: 10.1134/S1061830912020040Филинов В.В. Применение метода магнитных щумов для контроля технологических напряжений / В.В. Филинов, В.Е. Шатерников, В.А. Рукавишников [и др.] // Контроль. Диагностика. – 2005. – № 3. – С. 17–24.Filinov V.V., Shaternikov V.E., Rukavishnikov V.V., Naroditsky A.M., Pleshakov V.V., Kovalev D.A. Application of the method of magnetic noise to control process stresses. Kontrol'. Diagnostika [Control. Diagnostics], 2005, no. 3, pp. 17–24 (in Russian).Бусько В.Н. Исследование и оценка механической анизотропии сталей и сплавов магнитошумовым методом / В.Н. Бусько, А.А. Осипов // В мире неразрушающего контроля. – 2020. – № 3. – С. 50–56. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-50-56Busko V.N., Osipov А.А. Research and Evaluation of the Mech ical Anisotropy of Steel an Alloys by the Magnetic Noise Method. NDT World, 2020, no. 3. pp. 50–56 (in Russian). DOI: 10.12737/1609-3178-2020-50-56Rudnitsky V.A., Kren A.P., Lantsman G.A. Determining Yield Strength of Metals by Microindentation with a Spherical Tip // Russian Journal of Nondestructive Testing, 2019, vol. 55, pp. 162–168. DOI: 10.1134/S1061830919020098Rudnitsky V.A., Kren A.P., Lantsman G.A. Determining Yield Strength of Metals by Microindentation with a Spherical Tip. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2019, vol. 55, no. 2, pp. 162–168. DOI: 10.1134/S1061830919020098Kren A., Delendik M., Machikhin A. Non-destructive evaluation of metal plasticity using a single impact microindentation // International Journal of Impact Engineering, 2022, vol. 162, p. 104141. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2021.104141Kren A., Delendik M., Machikhin A. Non-destructive evaluation of metal plasticity using a single impact microindentation. International Journal of Impact Engineering, 2022, vol. 162, p. 104141. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2021.104141Бусько В.Н. Оценка пористости порошкового материала подшипниковой стали с помощью метода магнитных шумов / В.Н. Бусько, А.А. Дмитрович // Материалы 37-го межгосударственного семинара “Защитные покрытия, сварка и контроль” / Ред. А.Ф. Ильющенко и др. – Минск: 2006. – С. 66.Busko V.N., Dmitrovich A.А. Evaluation of the porosity of bearing steel powder material using the magnetic noise method. Materials of the 37th interstate seminar “Protective coatings, welding and control”. Editor A.Ilyushchenko, Minsk, 2006, p. 66 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.