Неразрушающий контроль качества термообработки стальных образцов, полученных аддитивной технологией, магнитошумовым методом

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.

1. Гибсон Я. Технология аддитивного производства: пер. с англ. / Я. Гибсон, Д. Розен, Б. Стакер // Москва: Техносфера. – 2016. – 656 с.

2. Стратегия развития аддитивных технологий // Аддитивные технологии. – 2021. – № 4. – С. 10–11.

3. 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.

4. 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.

5. Алешин 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.

6. Бусько 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.

7. 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.

8. Алешин 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.

9. Алешин 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.

10. Алешин 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.

11. Ничипурук 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.2021.11.51567.25s

12. 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., 2020, 268 p.

13. 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.

14. 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.

15. 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/SO130308221030039

16. Иванова 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/S1061830912020040

17. Филинов 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.

18. 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: 10.12737/1609-3178-2020-50-56

19. Rudnitsky 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/S1061830919020098

20. Kren 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.2021.104141

21. Бусько 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.