Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева (Нижний Новгород, Россия)

М. А. Чернигин, инженер кафедры «Технология и оборудование машиностроения», honeybadger52@yandex.ru

Технология электродуговой наплавки (WAAM) является одним из наиболее производительных и экономически доступных методов аддитивного производства крупногабаритных металлических изделий. Однако применение данного метода сдерживается ограниченной номенклатурой доступных сварочных проволок и технологической особенностью в виде непреднамеренного изменения химического состава металла в процессе наплавки. Одним из перспективных направлений для решения данных проблем является легирование металла путем подачи легирующих элементов непосредственно в зону сварочной ванны. Одной из целей настоящей работы являлась оценка возможности легирования низкоуглеродистой стали 09Г2С в процессе аддитивного выращивания методом WAAM. Также целью исследования являлось изучение влияния различных легирующих порошков на химический состав и твердость наплавленного металла. Экспериментальные заготовки изготавливались с использованием проволоки Св-08Г2С с одновременной подачей легирующих порошков: никельсодержащих (ПНК УТ3, нитинол, ПЦ-Н70Ю30), алюминиевого (ПАП-1) и медного (ПМС-1). В работе изучался химический состав наплавленного металла, твердость и уровень загрязненности неметаллическими включениями. В качестве термообработки проводилась нормализация при 910 °С. Установлено, что легирование позволило повысить содержание целевых элементов: никеля – до 5,13 % (ПНК УТ3) и 1,16 % (ПЦ-Н70Ю30), меди – до 4,53 % (ПМС-1). Применение алюминиевого порошка ПАП-1 практически не оказало влияния на химический состав стали. Использование нитинола привело к образованию крупных непроваров, при которых корректное определение химического состава невозможно. При легировании любыми порошками происходит рост твердости наплавленного металла. Максимальный прирост (до 30–32 %) достигнут при использовании порошков ПНК УТ3, нитинола и ПМС-1. Нормализация не оказывает существенного влияния на твердость легированных слоев. Полученные результаты подтверждают принципиальную возможность и эффективность легирования сварочной ванны в процессе WAAM.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-19-00534.

1. Brettel M., Friederichsen N., Keller M., Rosenberg M. How Virtualization, Decentralization and Network Building Change the Manufacturing Landscape: An Industry 4.0 Perspective // International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering. 2014. Vol. 8. pp. 37–44.
2. Wang J., Sama S. R., Manogharan G. Re-Thinking Design Methodology for Castings: 3D Sand-Printing and Topology Optimization // International Journal of Metalcasting. 2019. Vol. 13. pp. 2–17. DOI: 10.1007/s40962-018-0229-0
3. Feng Sh., Kamat A., Pei Yu. Design and fabrication of conformal cooling channels in molds: Review and progress updates // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021. Vol. 171. pp. 121082. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121082
4. Begendikova A. Zh., Bukaeva A. Z. Application of additive technologies in modern foundry production // The Bulletin of Kazakh Academy of Transport and Communications named after M. Tynyshpayev. 2021. Vol. 117 (2), pp. 20–27. DOI: 10.52167/1609-1817-2021-117-2-20-27
5. Любимый Н. С., Польшин А. А., Тихонов А. А. и др. Оценка экономической эффективности технологии изготовления композитных металлметаллополимерных деталей в сравнении с аддитивной и субтрактивной технологиями // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2022. № 7 (5), С. 91–105. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-7-5-91-105
6. Cunningham C. R., Wikshåland S., Xu F. Cost modelling and sensitivity analysis of wire and arc additive manufacturing // Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 11. pp. 650–657. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.163
7. Tamir T., Xiong G., Shen Zh. (et al). 3D Printing in Materials Manufacturing Industry: A Realm of Industry 4.0 // Heliyon. 2023. Vol. 9. e19689. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e19689
8. Войнов П. С., Беленький В. Я., Белинин Д. С., Варушкин С. В. Возможности применения аддитивных технологий при конструировании и производстве вооружения, военной и специальной техники // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2021. № 23 (2), С. 70–78. DOI: 10.15593/2224-9877/2021.2.09
9. Шемонаева Е. С., Гончаров А. В., Андреев В. Д. Оценка целесообразности применения аддитивных технологий в изделиях аэрокосмической техники // Инженерный журнал: наука и инновации. 2021. № 12 (120). DOI: 10.18698/2308-6033-2021-12-2136
10. Киричек А. В., Федонин О. Н., Соловьев Д. Л. и др. Аддитивносубтрактивные технологии - эффективный переход к инновационному производству // Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. № 8 (81). C. 4–10. DOI: 10.30987/article_5d6cbe42004700.14416796
11. Осколков А. А., Матвеев Е. В., Безукладников И. И. и др. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2018. № 20 (3). С. 90–105. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.3.11
12. Смирнов А. С., Галиновский А. Л., Мартысюк Д. А. Снижение шероховатости поверхностей аддитивных изде лий электрохимическими методами обработки // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 7 (748). С. 16–23. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-7-16-23
13. Сухов Д. И., Неруш С. В., Беляков С. В., Мазалов П. Б. Исследование параметров шероховатости поверхностного слоя и точности изготовления изделий аддитивного производства // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 9 (690), С. 73–84. DOI: 10.18698/0536-1044-2017-9-73-84
14. Кабалдин Ю. Г., Аносов М. С., Чернигин М. А., Мордовина Ю. С. Структурообразование стали 08ХМФА при аддитивном электродуговом выращивании // Черные металлы. 2025. № 12, 64–72.
15. Аносов М. С., Чернигин М. А., Мордовина Ю. С., Аносова Е. С. Структура и свойства сталей 08ХМФА и 30ХГСА, полученных методом электродуговой наплавки // Черные металлы. 2024. № 7, С. 63–69.
16. Laghi V., Palermo M., Tonelli L. (et al). Tensile properties and microstructural features of 304L austenitic stainless steel produced by wire-and-arc additive manufacturing // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 106. pp. 3693–3705. DOI: 10.1007/s00170-019-04868-8
17. Teixeira F. R., Jorge V. L., Scotti F. M. (et al). Methodology for Shielding-Gas Selection in Wire Arc Additive Manufacturing with Stainless Steel // Materials. 2024. Vol. 17. pp. 3328. DOI: 10.3390/ma17133328
18. Habib N., Vafadar A., Guzzomi F. A comparative study of aluminium properties manufactured using additive friction stir deposition (AFSD) and wire arc additive manufacturing (WAAM) // Prog Addit Manuf. 2025. Vol. 10. pp. 8963–8983. DOI: 10.1007/s40964-025-01217-y
19. Мордовина Ю. С., Чернигин М. А., Аносов М. С., Гаврилов Г. Н. Формирование химического состава металлических заготовок, получаемых методом WAAM (обзор) // Заготовительные производства в машиностроении. 2026. № 24 (3). С. 139–147. DOI: 10.36652/1684-1107-2026-24-3-139-147
20. Prakash A., Dhiman R., Ambekar A. (et al). Investigating the effect of varying powder size range on particulate matter emission and mechanical properties of in situ micropowder alloyed WAAM depositions // Weld World. 2025. Vol. 69. pp. 1171–1190. DOI: 10.1007/s40194-024-01922-2
21. Song X., Niu J., Huang J. (et al). The Effect of B4C Powder on Properties of the WAAM 2319 Al Alloy // Materials. 2023. Vol. 16 (1). pp. 436. DOI: 10.3390/ma16010436
22. Osman M. H., Alkahari M. R., Paijan L. H., Abd Wahab D. Effect of Adding Al2O3 Ceramic in Wire Arc Additive Manufacturing 308LSi Stainless Steel // Journal of Advanced Research in Micro and Nano Engineering. 2024. Vol. 27 (1). pp. 133–145. DOI: 10.37934/armne.27.1.133145