chebЧебышевский сборникChebyshevskii Sbornik2226-8383Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University10.22405/2226-8383-2023-24-5-343-356cheb-1643Research ArticleИстория математики и приложенийСomputer scienceМорфология технологических несплошностей в структуре изделий аддитивного производства как причина анизотропии их физико-механических свойствMorphology of technological discontinuities in the structure of additive manufacturing products as a cause of anisotropy of their physical and mechanical propertiesЧукановАлександр НиколаевичChukanovAlexander Nikolaevich

доктор технических наук

doctor of technical sciences

alexchukanov@yandex.ruЯковенкоАлександра АлександровнаYakovenkoAlexandra Alexandrovna

кандидат технических наук

candidate of technical sciences

despozisiya100@yandex.ruЦойЕвгений ВладимировичTsoiEvgeny Vladimirovich

аспирант

postgraduate student

tsoyev@tsput.ruТульский государственный педагогический университет им. Л. Н. ТолстогоРоссияTula State Lev Tolstoy Pedagogical UniversityRussian FederationООО «Металлург-Туламаш»РоссияMetallurg-Tulamash LLCRussian Federation202302022024245343356Copyright © Чуканов А.Н., Яковенко А.А., Цой Е.В., 20242024Чуканов А.Н., Яковенко А.А., Цой Е.В.Chukanov A.N., Yakovenko A.A., Tsoi E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/1643

На основе разработанного метода определения границ областей напряжённо-деформированного состояния (НДС) и координат зон пластичности, развивающихся в окрестностях пор в нагруженных порошковых изделиях SLM технологии, высказана гипотеза ипроведены расчёты, подтверждающие влияние морфологии пор в порошковых аддитивных сплавах на анизотропию их физико-механических свойств. Учтено влияние внешнего растягивающего напряжения и возможного давления газов в порах.Сделанный расчет позволил уточнить место зарождения, форму и координаты границы развития зоны пластичности (трещинообразования) в окрестностях сферической поры взависимости от соотношения внешнего напряжения и давления газов в порах.Полученные выражения для оценки размера зоны пластичности могут быть использованы для уточнения параметров кинетики процессов деструкции изделий из порошковых сталей, изготовленных по SLM технологии в условиях их стресс-коррозии.

Based on the developed method for determining the boundaries of the stress-strain state (VAT) regions and the coordinates of plasticity zones developing in the vicinity of pores in loaded powder products of SLM technology, a hypothesis is proposed and calculations are carried out confirming the influence of pore morphology in powder additive alloys on the anisotropy of their physico-mechanical properties. The influence of the external tensile stress and the possible pressure of gases in the pores is taken into account.The calculation made it possible to clarify the place of origin, shape and coordinates of the boundary of the development of the plasticity zone (cracking) in the vicinity of a spherical pore, depending on the ratio of external stress and gas pressure in the pores.The obtained expressions for estimating the size of the plasticity zone can be used to clarify the parameters of the kinetics of the destruction processes of products made of porous steels manufactured using SLM technology under conditions of their stress corrosion.

порошковые сплавытехнология SLMрастяжениеанизотропияпораполе напряженийсиловые линиифункции комплексных переменныхтензор напряженийpowder alloysSLM technologytensileanisotropyporestress fieldforce linesfunctions of complex variablesstress tensor.Представленные в данной статье исследования выполнены на средства гранта 2022 г. по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследо- ваний и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» по научному проекту: «Волновая деформация и ее взаимосвязь с ортотропией структуры и физико-механических свойств в изделиях селективного лазерного сплавления» (соглашение № 23-29-00433 от 13.01.2023 г.) https://rscf.ru/project/№ 23-29-00433/.ReferencesПопович А.А., Суфияров В.Ш., Борисов Е.В., Полозов И.А., Масайло Д.В., Григорьев А.В. Анизотропия механических свойств изделий, изготовленных методом селективного лазерного плавления порошковых материалов//Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2016. – Вып. 3. – С. 4 – 11.Popovich A.A., Sufiyarov V.Sh., Borisov E.V., Polozov I.A., Masailo D.V., Grigoriev A.V. 2016, “Anisotropy of mechanical properties of products manufactured by selective laser melting of powder materials”, News of universities. Powder metallurgy and functional coatings, Iss. 3. – pp. 4–11.Simonelli M., Tse Y.Y., Tuck C. Effect of the build orientation on the Mechanical Properties and Fracture Modes of SLM Ti-6Al-4V. Mater. Sci. Eng. A. 2014. Vol. 616. Pp. 1-11.Simonelli M., Tse Y.Y., Tuck C. 2014, “Effect of the build orientation on the Mechanical Properties and Fracture Modes of SLM Ti-6Al-4V”, Mater. Sci. Eng. A, Vol. 616, pp. 1–11.Vroncken B., Thijs L., Kruth J.P., Van Hambeeck J. Microstructure and Mechanical Properties of novel 𝛽 titanium metallic composite by selective laser melting/ Acta Mater. 2014/ Vol. 68. Pp. 150-158.Vroncken B., Thijs L., Kruth J.P., Van Hambeeck J. 2014, “Microstructure and Mechanical Properties of novel 𝛽 titanium metallic composite by selective laser melting”, Acta Mater, Vol. 68. pp. 150–158.Frazier W.E., Metal additive manufacturing: A review. J. Mater. Eng. Perform. 2014. Vol. 23. No 6. Pp. 1917-1928.Frazier W.E. 2014, “Metal additive manufacturing: A review”, J. Mater. Eng. Perform. Vol. 23. No 6. pp. 1917–1928.Wu M.W., Lai P.H., Chen J.K. Anisotropy in the impact toughness of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy. Mater.Sci. Eng.: A. 2016. Vol. 650. P. 295-299.Wu M.W., Lai P.H., Chen J.K. 2016, “Anisotropy in the impact toughness of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy”, Mater.Sci. Eng.: A, Vol. 650. pp. 295–299.Чуканов А.Н. Анизотропия деформации при послойном лазерном синтезе изделий // «Перспективные технологии и материалы». Матер. Всеросс. НПК с межд. уч., (Севастополь, 14–16.10.2020 г.), Научное изд. - Севастополь, СевГУ. 222с., С. 169 -174.Chukanov A.N. 2020, “Anisotropy of deformation in layered laser synthesis of elements”, “Promising technologies and materials”. Mater. All-Russian. NPC with international studies, (Sevastopol, 14-16.10.2020), Scientific publishing house - Sevastopol, SevSU. 222s., pp. 169 -174.Чуканов А.Н. Влияние ориентации изделий аддитивных технологий на их анизотропию деформации // Научные чтения им. чл.-корр. РАН И.А. Одинга «Механические свойства современных конструкционных материалов». - Москва. 17-18 сентября 2020 г./ Сб. матер. – М: ИМЕТ РАН, 2020, 194 с. С. 79-80. (http://odin.imetran.ru/)Chukanov A.N. 2020, “Influence of orientation of products of additive technologies on their deformation anisotropy”, Scientific readings named after chl.-corr. RAS I.A. Odinga “Mechanical properties of modern structural materials”. - Moscow. September 17-18, 2020/ ”, Sat. mater. – M: IMET RAS„ 194 p. pp. 79–80. (http://odin.imetran.ru/)Чуканов А.Н. Анизотропия физико-механических свойств при послойном лазерном синтезе // МНТК «Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов», посвящ. 150-лет. со дня рожд. акад. А.А. Байкова: Сб. научн. статей (18.09.2020 г.)/ Юго-Зап. гос. ун-т. Курск: ЮЗГУ, 2020. - 271 с. - С. 244-247.Chukanov A.N. 2020, “Anisotropy of physico-mechanical properties in layered grain synthesis”, ISTK “Modern problems and directions of development of metallurgy and heat treatment of metals and alloys”, dedicated. 150 years old. since the day of birth. Academician A.A. Baykova: Collection of scientific papers. articles (09/18/2020)/ South-West State University. Kursk: South Ural State University. - 271 p. - pp. 244–247.Чуканов А.Н., Терёшин В.А., Цой Е.В. Свойства изделий, полученных селективным лазерным синтезом. 2. Изделия ячеистых структур // XIII-я МНТК «Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2021)», (20.11.2021 г.), Сб. статей., Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2021. С. 338-340.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Tsoi E.V. 2021, “Properties of products obtained by selective laser synthesis. 2. Products of cellular structures”, XIII-I MNTK “Modern automotive materials and technologies (SAMIT-2021)”, (11/20/2021), Collection of articles., Kursk: Yugo-Zap. gos. un-t, pp. 338–340.Чуканов А.Н., Терёшин В.А., Цой Е.В. Свойства изделий, полученных селективным лазерным синтезом. 1. «Сплошные» изделия // XIII-я МНТК «Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2021)», (20.11.2021 г.), Сб. статей., Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2021. С. 341-346.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Tsoi E.V. 2021, “Properties of products obtained by selective laser synthesis. 1. “Solid” products”, XIII-I ISTK “Modern automotive materials and technologies (SAMIT-2021)”, (11/20/2021), Collection of articles, Kursk: Yugo-Zapad. gos. un-t, pp. 341– 346.Колачёв Б.А. Водородная хрупкость металлов. - М.: Металлургия, 1985. - 217 с.Kolachev B. A. 1985, “Hydrogen brittleness of metals”, M.: Metallurgy, 217 p.Sergeev N.N., Chukanov A.N., Baranov V.P., Yakovenko A.A. Development of Damage and Decarburization of High-Strength Low-Alloy Steels Under Hydrogen Embrittlement // Metal Science and Heat Treatment. – 2015. - vol.57.- № 1-2.- P. 63-68.Sergeev N. N., Chukanov A. N., Baranov V. P., Yakovenko A. A. 2015, “Development of Damage and Decarburization of High-Strength Low-Alloy Steels Under Hydrogen Embrit-tlement”, Metal Science and Heat Treatment. vol.57.- No. 1-2.- pp. 63–68.Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. - М.: Металлургия, 1984. - 280 с.Vladimirov V.I. 1984, “The physical nature of the destruction of metals”, M.: Metallurgy, 280 p.Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения. - М.: Металлургия, 1978. - 256 с.Nott J. F. 1978, “Fundamentals of fracture mechanics”, M.: Metallurgy, 256 p.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. В 10-ти т. Т. VII. Теория упругости. Уч. пособие. – М.: Наука, Гл. ред. физматлитературы, 1982,- 248 с.Landau L.D., Lifshits E.M. 1982, “Theoretical physics. In 10 vols. Vol. VII. Theory of elasticity. Textbook”, M.: Nauka, Gl. ed. of physical literature, - 248 p.Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной. - М.: Физматлит, 2010. - 336 с.Sveshnikov A.G., Tikhonov A.N. 2010, “Theory of functions of a complex variable”, M.: Fizmatlit, 336 p.Чуканов А.Н., Терешин В.А., Гвоздев А.Е., Сергеев А.Н., Яковенко А.А., Хонелидзе Д.М., Широкий И.Ф. Моделирование зон пластичности у газонаполненных пор в литых и порошковых сталях в условиях стресс-коррозии // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2018. - Т. 23.- № 122. - С. 314-319.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Gvozdev A.E., Sergeev A.N., Yakovenko A.A., Kho-nelidze D.M., Shirokiy I.F. 2018, “Modeling of plasticity zones in gas-filled pores in cast and powder steels under stress corrosion conditions”, Bulletin of the Tambov University. Series: Natural and Technical Sciences vol. 23. No. 122. - pp. 314–319.Sergeev N.N., Tereshin V.A., Chukanov A.N., Kolmakov A.G., Yakovenko A.A., Sergeev A.N., Leontiev I.M., Khonelidze D.M., Gvozdev A.E., Formation of plastic zones near spherical cavity in hardened low-carbon steels under conditions of hydrogen stress corrosion // Inorganic Materials: Applied Research. 2018. Т. 9. № 4. С. 663-669.Sergeev N.N., Tereshin V.A., Chukanov A.N., Kolmakov A.G., Yakovenko A.A., Sergeev A.N., Leontiev I.M., Khonelidze D.M., Gvozdev A.E. 2018, “Formation of plastic zones near spherical cavity in hardened low-carbon steels under conditions of hydrogen stress corro-sion”, Inorganic Materials: Applied Research. Vol. 9. No. 4. pp. 663–669.Чуканов А.Н., Терешин В.А, Цой Е.В. Моделирование эволюции микронесплошностей в напряжённых металлических средах различного производства // Матер. XXI МК, посвящ.году математики. (17-21.05.2022 г.) - Тула: Тул. гос. пед. ун-т им. Л.Н. Толстого. - 187 с.- Тула, 2022. С. 371-375.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Tsoi E.V. 2022, “Modeling of the evolution of micro-continuities in stressed metallic media of various production”, Mater. XXI MK, dedicated. the year of mathematics. Tula, pp. 371–375.Чуканов А.Н., Терёшин В.А., Цой Е.В. Математическое моделирование полей напряжений у стресс-коррозионных дефектов // Современные материалы, техника и технологии. 2021.- т.6 (39) -. С. 65 -70.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Tsoi E.V. 2021, “Mathematical modeling of stress fields in stress-corrosion defects”, Modern materials, technique and technologies. vol.6 (39), pp. 65–70.Чуканов А.Н., Терешин В.А., Цой Е.В. Использование векторных функций для описания НДС в металлических средах с дефектами // «Алгебра, теория чисел и дискретная геометрия: современные проблемы, приложения и проблемы истории». - Матер. XIX МК посвящ. 200-летию со дня рожд. акад. П.Л. Чебышова, Тула, 18-22.05.2021 г.- Тула: Тул. гос. пед. ун-т им. Л.Н. Толстого. - 442 с.- С.395-399.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Tsoi E.V. 2021, “The use of vector functions to describe VAT in metallic media with defects”, “Algebra, number theory and discrete geometry: modern problems, applications and problems of history”. - Mater. XIX MK dedicated. the 200-th anniversary of the birth. Academician P. L. Chebyshev, Tula, pp.395–399.Чуканов А.Н., Терешин В.А. Моделирование напряженно-деформированного состояния материала на основе концепции силовых линий // «Алгебра, теория чисел и дискретная геометрия: современные проблемы, приложения и проблемы истории».- Матер. XVIII МК посвящ. столетию со дня рожд. проф. Б.М. Бредихина, В.И. Нечаева и С.Б. Стечкина, Тула, 23-26.09.2020 г.- Тула: Тул. гос. пед. ун-т им. Л.Н. Толстого. - 478 с.- С.459-463.Chukanov A.N., Tereshin V.A. 2020, “Modeling of the stress-strain state of a material based on the concept of force lines”, “Algebra, number theory and discrete geometry: modern problems, applications and problems of history”.- Mater. XVIII MK dedicated. to the centenary of the birth of Prof. B.M. Bredikhin, V.I. Nechaev and S.B. Stechkin, Tula, pp.459–463.Чуканов А.Н. Морфология объёмных зон пластичности у газонаполненных пор в литых и порошковых сталях в условиях стресс-коррозии / А.Н. Чуканов, В.А. Терешин, А.Е. Гвоздев, С.Н. Кутепов, А.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, А.А. Яковенко // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2019; вып. 23 (5). - С. 35-52.Chukanov A.N., Tereshin V.A., Gvozdev A.E., Kutepov S.N., Sergeev A.N., Ageev E.V., Yakovenko A.A. 2019, “Morphology of volumetric plasticity zones in gas-filled pores in cast and powder steels under stress corrosion conditions”, From the Southwestern State University, iss. 23 (5), pp. 35–52. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-35-52 .https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-35-52.https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-35-52.

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