Наиболее распространенные и эффективные технологии получения энергонасыщенных гетерогенных композиционных материалов предполагают смешивание порошковых компонентов в высоковязкой дисперсионной среде. В работе рассмотрены вопросы повышения эксплуатационных свойств таких материалов модифицированием наноразмерными порошками на стадии подготовки компонентов. Предпринята попытка повысить качество распределения наноразмерных компонентов в объеме смеси порошков за счет использования адгезионного осаждения их из суспензии в этаноле при смешивании. Показано, что технологические свойства энергонасыщенных гетерогенных композиционных материалов в значительной степени зависят от величины удельной поверхности твердофазных компонентов, стремление в минимизации которой при введении наноразмерных частиц требует, кроме их равномерного распределения, исключения агломератов таких частиц. Последнее предложено обеспечивать благодаря использованию ультразвукового воздействия на нанопорошки при приготовлении суспензии в жидкой дисперсионной среде.

По итогам серии экспериментов установлены основные режимы ультразвукового диспергирования агломератов наночастиц (алмазосодержащей шихты и др.) в жидкости, разработан способ адгезионного осаждения на поверхность частиц микрометрового размера превалирующего твердофазного компонента энергонасыщенных гетерогенных композиционных материалов (частиц крупной фракции аммониевой соли хлорной кислоты), предложена технологическая схема введения наноразмерных порошковых компонентов в состав энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала. Исследование результатов реализации такой схемы позволяет констатировать ее эффективность в части регулирования распределения наноразмерных частиц в объеме композиционного материала. Разработанная технологическая схема может быть адаптирована для процессов получения других высоконаполненных композиционных материалов, в состав которых предусмотрено введение наноразмерных порошковых компонентов.

Ключевые слова: энергонасыщенный гетерогенный композиционный материал, наноразмерные компоненты, способы модифицирования, ультразвуковое диспергирование, адгезионное осаждение, смачивание порошковых компонентов.

Кривонос Олег Константинович (Минск, Беларусь) – кандидат военных наук, доцент, заместитель генерального директора, Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии (Республика Беларусь, 220005, г. Минск, Платонова, 41, e-mail: Krivonos_ok@tut.by).

Ильющенко Александр Федорович (Минск, Беларусь) – доктор технических наук, профессор, академик НАН Беларуси, генеральный директор, Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии (Республика Беларусь, 220005, г. Минск, Платонова, 41,e-mail: alexil@mail.belpak.by).

Петюшик Евгений Евгеньевич (Минск, Беларусь) – доктор технических наук, профессор, заместитель генерального директора, Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии (Республика Беларусь, 220005, г. Минск, Платонова, 41, e-mail: pet65@bk.ru).

1. Kryvanos А.K., Ilyushchanka А.Ph., Buloychik V.M. Modeling of structure formation of energy-saturated heterogeneous composite material // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – Vol. 1507 – P. 082037.

2. Бернер М.К., Зарко В.Е., Талавар М.Б. Наночастицы энергетических материалов. Способы получения и свойства // Физика горения и взрыва. – 2013. – Т. 49, № 6. – С. 3–30.

3. Пассивация наноразмерного порошка алюминия для применения в высокоэнергетических материалах / М.И. Лернер [и др.] // Химическая физика. – 2015. –
Т. 34, № 1. – С. 46–51.

4. Модифицирование энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала цикличными нитраминами / А.Ф. Ильющенко, Е.Е. Петюшик, О.К. Кривонос // Вес. Нац. акад. Навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2018. –Т. 63, № 1. – С. 27–33.

5. Раков Э.Г. Неорганические наноматериалы: учебное пособие. – М:. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 477 с.

6. Поленов Ю.В., Егорова Е.В. Наноматериалы и нанотехнологии: учебник для СПО. – СПб.: Лань, 2020. – 180 c.

7. Энергонасыщенные гетерогенные композиционные материалы на полимерной основе. Некоторые проблемы разработки и пути их решения / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия: Респ. межвед. сб. науч. трудов / редкол.: А. Ф. Ильющенко [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2016. – Вып. 39. – С. 12–16.

8. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.

9. Способ получения смесевого твердого топлива: пат. RU 2429282 / А.В. Архипов, А.Б. Ворожцов, Т.И. Горбенко, А.Г. Коротких, Л.А. Савельева, Г.В. Сакович. – Опубл. 20.09.2011.

10. Способ получения смесевого твердого топлива с металлическим горючим: пат. RU 2474567 / В.А. Архипов, Л.А. Савельева, Т.И. Горбенко, И.С. Беспалов, Б.В. Певченко. – Опубл. 10.02.2013.

11. Жорник В.И. Антифрикционные композиционные материалы, модифицированные наноразмерными алмазно-графитовыми добавками: дис. … д-ра техн. наук: 05.16.06. – Минск, 2012. – 346 с.

12. Топливная композиция (варианты): пат. RU 2649573 / В.А. Горбачев, Е.Ю. Убей-Волк, Н.В. Шевченко. – Опубл. 01.04.2018.

13. Особенности подготовки порошковых компонентов энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала / А.Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия: Респ. межвед. сб. науч. трудов / редкол.: А.Ф. Ильющенко [и др.]. – Минск: НАН Беларуси, 2021. – Вып. 44. – С. 179–184.

14. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. – М.: Химия, 1974. – 416 с.

15. Kossen N.W., Heertjies P.M. The determination of the contact angle for system with powder // Chemical Engineering Science. – 1965. – Vol. 20, № 6. – P. 593–599.

16. Определение характеристик смачиваемости порошковых материалов / В.А. Архипов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2012. – Т. 55, № 7/2. – С. 20–26.

17. Киселев М.Г., Савич В.В., Павич Т.П. Определение краевого угла смачивания на плоских поверхностях // Вестник БНТУ: Приборостроение. Информатика. – 2006. – № 1. – С. 38–41.

18. Пористые проницаемые материалы: справ изд. / под ред. С.В. Белова. – М.: Металлургия, 1985. – 335 с.

19. Kryvanos А.К., Ilyushchanka A.Ph., Piatsiu­shyk Ya.Ya. Results of studying wettability of powder materials in high-viscosity liquids // Euro PM2021 Virtual Congress & Exhibition (18–22 October 2021). – Proceedings: Copyright 2021. – 5 P.

20. Способ определения смачиваемости порошковых материалов: пат. RU 2756288 / О.К. Кривонос,
А.Ф. Ильющенко, Е.Е. Петюшик, Д.И. Сарока, В.В. Семашко, В.М. Булойчик. – Опубл. 29.09.2021.

21. Шумахер И. Перхлораты. Свойства, производство и применение. – М.: Гос. науч. . изд-во хим. литер., 1963. – 274 с.

22. Химическая энциклопедия. Т. 4 (Пол-Три) / редкол.: И.Л. Кнунянц [и др.]. – М.: Советская энциклопедия, 1995. – 639 с.

23. Новик А.А. Исследование процесса ультразвукового диспергирования керамических материалов в жидких средах: автореф. дис. … кан. тех. наук: 05.09.10. – СПб., 2013. – 18 с.

24. Influence of acoustic cavitation on the controlled ultrasonic dispersion of carbon nanotubes / A. Sesis [et al.] // The Journal of Physical Chemistry B. – 2013, 117 (48). – P. 15141–15150.

25. Технологические основы и оборудование для сфероидизации порошков аммониевой соли хлорной кислоты методом ультразвуковой механоактивации / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Вестник ГрГУ им. Я.Купалы. Сер. 6. Техника. – 2022. – Т. 12, № 1. – С. 15–23.

26. Дьяченко Д.И., Хмель М.А., Акатьев В.В.
О возможности получения порошков сверхвысокой дисперсности в кавитирующей среде // Вестник ВолГУ. – 2012. – Сер. 10, вып. 6. – С. 52–56.

27. Modeling and optimization of the structure of a highly filled polymer composite material in the process of mixing components / А.K. Kryvanos, А.Ph. Ilyushchanka, Y.Y. Piatsiushyk, V.М. Buloichyk // Deutsche internationale Zeitschrift für zeitgenössische Wissenschaft, 2021. – № 17. – Р. 65–73.
DOI: 10.24412/2701-8369-2021-17-65-73

Выявлена температурная зависимость роста зерна при нагреве хромоникелевой стали. Рекомендована новая технология химико-термической обработки деталей из хромоникелевых сталей. Технология обеспечивает формирование мелкозернистого строения в стали и высокую скорость насыщения углеродом поверхности изделий. В качестве газовой атмосферы используют эндогаз с 40 % водорода и небольшими (~0,5 %) добавками аммиака.

Предложена сталь 40Х прямого восстановления (40Х-ПВ) для изготовления шаровых пальцев грузового автомобиля взамен дорогостоящей цементуемой стали 12ХН3А. Показано преимущество стали 40Х-ПВ по чистоте и содержанию сопутствующих и вредных примесей по отношению к стали традиционного способа выплавки. Разработана и внедрена технология термического улучшения полуфабрикатов шаровых пальцев из стали 40Х-ПВ. Для закалки полуфабрикатов использован водный раствор полимера, при охлаждении в котором обеспечивается высокая твердость по всему сечению изделия и исключается образование трещин на деталях с различным видом концентратора напряжений. После термического улучшения сталь 40Х-ПВ приобретает однородную структуру сорбита, твердость 255–285 НВ и обладает высокой сопротивляемостью к хрупкому разрушению до температуры – 45 ºС.

Разработана и внедрена технология поверхностного упрочнения шаровых пальцев по шаровой и конусной частям, а также зоне сопряжения в виде галтели между ними после нагрева ТВЧ и спрейерного охлаждения. Разработана и внедрена новая конструкция индуктора для обеспечения равномерного скоростного нагрева поверхности различных участков детали. Реализована в производстве эффективная система закалочного охлаждения. При глубине упрочненного слоя 1,5–3,2 мм и твердости поверхности – 56–62HRC циклическая стойкость деталей составляет 90кН, что в ~ 2,5 раза выше, чем деталей, изготовленных из хромоникелевой стали 12ХН3А. Себестоимость шаровых пальцев из стали 40Х-ПВ значительно ниже, чем из хромоникелевой стали.

Ключевые слова: сталь, термическая обработка, закаливаемость, трещинообразование, порог хладноломкости, упрочненный слой, циклическая стойкость, шаровый палец, структура, твердость, закалочная среда.

Пуртова Елена Викторовна (Набережные Челны, Россия) – аспирант Набережночелнинского института (филиала) Казанского (Приволжского) федерального университета (Российская Федерация, 423823, г. Набережные Челны, пр-т Вахитова, 27-285, e-mail: elena.v. purtova@gmail.com).

Астащенко Владимир Иванович (Набережные Челны, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры материалов, технологий и качества Набережночелнинского института (филиала) Казанского (Приволжского) федерального университета (Российская Федерация, 423820, г. Набережные Челны, пр-т Мира, 13, e-mail: astvi-52@mail.ru).

Пуртов Алексей Владимирович (Набережные Челны, Россия) – аспирант Набережночелнинского института (филиала) Казанского (Приволжского) федерального университета (Российская Федерация, 423823,
г. Набережные Челны, пр-т Вахитова, 27-285, e-mail: aleksey.purtov@icloud.com).

1. Угаров А.А. Развитие на ОЭМК технологии производства сортового проката для нужд автомобильной промышленности // Сталь. – 2004. – № 7. – С. 74–77.
2. Алиев А.А. Выбор и совершенствование конструкционных сталей // Автомобильная промышленность. – 2018. – № 4. – С. 35–38.
3. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта. – М.: Машиностроение, 1980. – 783 с.
4. Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. – 303 с.
5. Astashchenko V.I., Purtova E.V. New technology of hardening of chromium-nickel steel parts // Solid State Phenomena. – 2018. – Vol. 284 SSP. – P. 1221–1225.
6. Кальнер В.Д. Чистота шихты и свойства конструкционной углеродистой стали // Автомобильная промышленность. – 1987. – № 4. – С. 33–35.
7. Шепеляковский К.З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве. – М.: Машиностроение, 1972. – 288 с.
8. Глинер Р.Е., Астащенко В.И. Введение в технологию поверхностного упрочнения металла. – М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. – 328 с.
9. ТУ 14-1-5414-2001 Прокат горячекатаный, горячекатаный обточенный и горячекалиброванный круглый из углеродистой и легированной стали прямого восстановления. – М.: ЦССМ ЦНИИчермет им. И.П. Гардика, 2001. – 10 с.
10. ТУ 0258-004-06906598-2008. Жидкость смазочно-охлаждающая «Тосол-К» – ПК «ЛОТОС». – Набережные Челны, 2008. – 11 с.
11. Астащенко В.И., Швеева Т.В., Швеев А.И. Эффективность закалки термоулучшаемых сталей в водных растворах полимера // Черные металлы. – 2020. – № 4. – С. 47–53.
12. Shveyova T.V., Muhametzyanova G.F., Asta­shchenko V.I. Characteristic features of the cooling capacity of aqueous polymer solutions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 570, iss. 1. – Art. № 012098.
13. Зеленова В.Д. Механизм вязкого и хрупкого разрушения и методы оценки сопротивления разрушению металлов и сплавов. – М.: Машиностроение, 1975. – 40 с.
14. Архипов И.Я., Полоцкий М.С. Изгибная выносливость зубьев цементованных колес с различной твердостью материала сердцевины // Вестник машиностроения. – 1972. – № 10. – С. 30–31.
15. Контроль качества термической обработки полуфабрикатов и деталей: справочник / под общ. ред. В.Д. Кальнера. – М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.
16. Астащенко В.И., Шибаков В.Г. Технологические методы управления структурообразованием стали при производстве деталей машин. – М.: Academia, 2006. – 328 с.
17. Горюшин В.В., Шевченко С.Ю. О применении полимерных закалочных сред в промышленности // МиТОМ. – 2010. – № 6. – С. 26–30.
18. Astashchenko V.I, Zapadnova N.N, Mukhamet­zianova G.F. Key concepts for production of high-quality parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 240, iss. 1. – Art. № 012007. DOI: 10.1088/1757-899X/240/1/012007
19. Малинкина Е.И. Образование трещин при термической обработке стальных изделий. – М.: Машиностроение, 1966. – 173 с.
20. Михлюк А.И. Индуктор ТВЧ – основной инструмент индукционной термической обработки // Литье и металлургия. – 2010. – № 3 (57). – С. 260–266.
21. Гурченко П.С., Михлюк А.И. Типовые индукторы для закалки деталей автомобиля // Грузовик. – 2003. – № 10. – С. 31–35.
22.  Патент РФ №109812 U1 МПК F16с 11/06 «Палец шарнира» / Ключников С.М., Пуртова Е.В. [и др.]. Опубл. 27.10.2011, Бюл. № 30.

Исследованы структура и состав композиционного алмазосодержащего материала с матрицей на основе карбида вольфрама, пропитанной в процессе спекания в вакууме расплавом эвтектики железо – углерод, с помощью методов растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального и рентгенофазового анализа. В зоне контакта низкоуглеродистой стали с графитовой подложкой, при достижении температуры эвтектического плавления системы, формируется расплав Fe–C. Благодаря смачиванию поверхности частиц WC формирующимся расплавом Fe–C, алмазосодержащий брикет полностью пропитывается им в течение 10–15 мин.

Установлено, что относительное содержание компонентов матрицы составляет: карбид вольфрама (WC) – 61,0 %, карбид железа (Fe3C) – 17,0 %, железо (α-Fe) – 16,5 % и графит – 5,5 %. Эвтектический сплав Fe–C, выполняющий функцию связующего компонента матрицы, представляет собой серый чугун и состоит из феррито-перлитной металлической основы с включениями пластинчатого графита. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния показано, что на межфазной границе «алмаз – матрица» графитные включения не формируют сплошной слой, а располагаются в виде отдельных образований преимущественно на дефектных участках алмазных зерен. Линейные размеры графитовых включений в составе матрицы и вдоль межфазной границы «алмаз – матрица» находятся в интервале 2–20 мкм.

Сравнение результатов измерения микротвердости показало, что среднее значение микротвердости разработанной матрицы на основе WC с пропиткой расплавом Fe–C составляет ~11 Гпа и в ~3,5 раза превышает микротвердость твердосплавной матрицы
WC-6 %Co с пропиткой Cu, используемой при изготовлении алмазных инструментов широкого класса. Высокая микротвердость разработанной матрицы предполагает её высокую износостойкость, низкий уровень к засаливанию и, как следствие, возможность их использования при изготовлении алмазных инструментов, предназначенных для обработки высоко- или сверхтвердых материалов.

Ключевые слова: алмаз, матрица, карбид вольфрама, порошковая металлургия, пропитка, графитизация, межфазная граница, алмазоудержание, эвтектическое плавление, низкоуглеродистая сталь.

Акимова Мария Панфиловна (Якутск, Россия) – младший научный сотрудник лаборатории инновационных технологий Арктики и Субарктики ФИЦ «ЯНЦ СО РАН» (Российская Федерация, 677000, г. Якутск,
ул. Петровского, 2, e-mail: mar1ya_ak1mova@mail.ru).

Шарин Пётр Петрович (Якутск, Россия) – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела физикохимии материалов и технологий ИФТПС им. В.П. Ларионова СО РАН (Российская Федерация, 677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, e-mail: psharin1960@mail.ru).

1. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / В.Н. Бакуль, Ю.И. Никитин, Е.Б. Верник, В.Ф. Селех. – М.: Машиностроение, 1975. – 296 с.
2. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 1. Кинетическое описание систем Cалмаз–ВК6 и Салмаз–(ВК6–CrB2–W2B5) / Н.В. Новиков, Н.А. Бондаренко, А.Н. Жуковский, В.А. Мечник // Физическая мезомеханика. – 2005. – № 2 (8). – С. 99–106.
3. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 2. Результаты аттестации структурного состояния сверхтвердых материалов состава алмаз-твердый сплав ВК6 / Н.В. Новиков, Н.А. Бондаренко, А.Н. Жуковский, В.А. Мечник // Физическая мезомеханика. – 2006. – № 2 (9). – С. 107–116.
4. Витязь П.А., Жорник В.И., Кукареко В.А. Исследование структурно-фазового состояния и свойств спеченных сплавов, модернизированных наноразмерными алмазосодержащими добавками // Известия национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. – 2011. – № 3. – С. 5–17.
5. Artini C., Muolo M.L., Passerone A. Diamond–metal interfaces in cutting tools: a review // Journal of Materials Science. – 2012. – Vol. 47 (7). – P. 3252–3264.
6. Семенов А.П., Поздняков В.В., Крапошина Л.Б. Трение и контактное взаимодействие графита и алмаза с металлами и сплавами. – М.: Наука, 1974. – 110 с.
7. Семенов А.П., Поздняков В.В., Лапшина В.А. Контактное эвтектическое плавление алмаза и графита с металлами триады железа // Доклады Академии наук СССР. – 1968. – №6 (181). – С.1368–1371.
8. Ножкина А.В., Бугаков В.И., Лаптев А.И. Прочность алмазных материалов после нагрева под давлением // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения. – 2018. – № 21. – С. 151–160.
9. Чуманов И.В., Аникеев А.Н. Исследование смачиваемости карбида вольфрама металлическим расплавом. Ч. 1 // Электрометаллургия. – 2014. – № 1. – С. 32–34.
10. Чуманов И.В., Аникеев А.Н. Исследование смачиваемости карбида вольфрама металлическим расплавом. Ч. 2 // Электрометаллургия. – 2014. – № 2. – С. 34–35.
11. Чуманов И.В., Аникеев А.Н. Пропитка подложек из монокарбида вольфрама низкоуглеродистой сталью контактным и бесконтктным методами // Известия вузов. Черная металлургия. – 2018. – № 5 (61). – С.407–412.
12. Method of determining the contact wetting angle in porous powdered materials / P.A. Vityaz’, V.K. Sheleg, V.M. Kaptsevich [et al.] // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 1986. – Vol. 25(4). – P. 306–309.
13. Zhukov A.A., Davydov S.S., Dobrovolsii I.I. On the effect of alloying on the temperature of eutectic transformations in iron-carbon alloys // Zhurnal fizicheskoi khimii. – 1981. – Vol. 55 (6). – P. 1589–1591.
14. Kinetics of contact melting in iron-carbon systems / G.A. Kolesnichenko, Yu.V. Naidich, V.Ya. Petrischev, V.M. Sergeenkova // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 1996. – Vol. 35 (9–10). – P. 529–532.
15. Гуревич Ю.Г. К теории эвтектических сплавов и эвтектического (контактного) плавления // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 8. – C. 8–10.
16. Залкин В.М., Крапошин В.С. Строение железоуглеродистых расплавов. О стабильности цементита в расплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – №1. – C.15–18.
17. Pant U., Meena H., Shivagan D.D. Development and realization of iron-carbon eutectic fixed point at NPLI // MAPAN-Journal Metrology Society of India. – 2018. – Vol. 33. – P. 201–208.
18. Determination of melting phase transition of metal-carbon eutectic fixed points / U. Pant, H. Meena, K. Bapna, D.D. Shivagan // AIP Conference proceedings. – 2019. – P. 030029.
19. Ножкина А.В. Влияние металлов на фазовое превращение алмаза в графит // Сверхтвердые материалы. – 1988. – № 3. – С. 11–15.
20. Sung C.-M., Tai M.-F. Reactivities of transition metals with carbon: implications to the mechanism of diamond synthesis under high pressure // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 1997. – Vol. 15. – P. 237–256.
21. Uemura M. An analysis of the catalysis of Fe, Ni or Co on the wear of diamonds // Tribology International. – 2004. – Vol. 37. – P. 887–892.
22. О механизме самопроизвольного плакирования алмаза карбидом вольфрама в процессе спекания инструмента с наномодифицированной металлической связкой Cu–Fe–Co–Ni / Д.А. Сидоренко, Е.А. Левашов, П.А. Логинов [и др.] // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2015. – № 5. – С. 53–63.
23. Тихомиров С.В., Кимстач Т.Б. Спектроскопия комбинационного рассеяния – перспективный метод исследования углеродных наноматериалов // Аналитика. – 2011. – № 1. – С. 28–32.
24. Исследование строения графитов и некоторых других sp2 углеродных материалов методами микро-спектрометрии КР и рентгеновской дифрактометрии / С.С. Букалов, Л.А. Михалицын, Я.В. Зубавичус [и др.] // Российский химический журнал. – 2006. – Т. L. № 1. – С. 83–91.
25. Interaction of diamond grains with nanosized alloying agents in metal-matrix composites as studied by Raman spectroscopy / D.A. Sidorenko, A.A. Zaitsev, A.N. Kirichenko [et al.] // Diamond and Related Materials. – 2013. – Vol. 38. – P. 59–62.

Представлены результаты экспериментальных исследований структуры, фазовых превращений, характера разрушения и свойств новых синтезированных сплавов Гейслера на основе системы Ni–Mn–In после деформации кручением под давлением. Сплавы после выплавки отжигали при температуре 1123 К в течение 24 ч с последующим охлаждением с печью, затем подвергали деформации кручением в наковальнях Бриджмена под давлением 8 ГПа. В исследуемых сплавах Ni47–хMn42+хIn11 (0 ≤ х ≤ 2) изменялось соотношение Ni/Mn при практически постоянном содержании индия. После отжига при комнатной температуре все сплавы имеют поликристаллическую крупнозернистую структуру. Показано, что при изменении соотношения Ni/Mn от 1,12 до 1,02 наблюдается переход от смешанной структуры, представляющей упорядоченную L21 фазу и мартенситные кристаллы в сплаве Ni47Mn42In11, к однофазной структуре L21 в сплавах Ni46Mn43In11 и Ni45Mn44In11. С ростом концентрации никеля в сплавах температура мартенситного превращения возрастает. Температура Кюри аустенитной фазы практически не зависит от состава. Установлено, что пластическая деформация кручением под давлением 8 ГПa приводит к существенным изменениям микроструктуры и свойств сплавов Гейслера Ni47–хMn42+хIn11 (0 ≤ х ≤ 2). С увеличением степени деформации (до 5 оборотов наковальни) во всех сплавах наблюдается повышение микротвердости практически в 2 раза по сравнению с отожженным состоянием. Проанализированы изломы, показано, что с увеличением степени деформации разрушение материала приобретает вязкий характер и улучшаются пластические свойства материала.

Ключевые слова: фазовые превращения, структура, сплав Гейслера, мартенситное превращение, деформация, мартенсит, излом, степень деформации, микротвердость, кручение под давлением.

Калетина Юлия Владимировна (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН (Российская Федерация, 620108, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18, e-mail: kaletina@imp.uran.ru).

Калетин Андрей Юрьевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН (Российская Федерация, 620108, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18, e-mail: akalet@imp.uran.ru); старший научный сотрудник, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19, e-mail: akalet@imp.uran.ru)

1. Ферромагнетики с памятью формы / А.Н. Васильев, В.Д. Бучельников, Т. Тагаки, В.В. Ховайло,
Э.И. Эстрин // УФН. – 2003. – Т. 173. – С. 577–608.

2. Ferromagnetism in the austenitic and martensitic states of Ni-Mn-In alloys / Т. Кrenkе, M. Acet, E. Wassermann, Х. Moya, L. Manosa, A. Planes // Phys. Rev. B. – 2006. – Vol. 73, iss. 17. – Р. 174413.

3. Счастливцев В.М., Калетина Ю.В., Фокина Е.А. Мартенситное превращение в магнитном поле. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2007. – 322 с.

4. Magnetic Field Induced Shape Recovery by Reverse Phase Transformation / R. Kainuma, Y. Imano, W. Ito, Y. Sutou, H. Morito, S. Okamoto, O. Kitakami, K. Oikawa, A. Fujita, T. Kanomata, K. Ishida // Nature. – 2006. –
Vol. 439. – P. 957–960.

5. Large Magnetic Entropy Changes in the Ni45.4Mn41.5In13.1 Ferromagnetic Shape Memory Alloy / Z.D. Han, D.H. Wang, C.L. Zhang, S.L. Tang, B.X. Gu, Y.W. Du // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89, iss. 18. – P. 182507.

6. Large Magnetoresistance in Single Crystalline Ni50Mn50–xInx Alloys (x = 14–16) upon Martensitic Transformation / S.Y. Yu, Z.H. Liu, G.D. Liu, J.L. Chen,
Z.X. Cao, G.H. Wu, B. Zhang, and X.X. Zhang // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89, iss. 16. – P. 162503.

7. Martensitic and Magnetic Transformation Behaviors in Heusler Type NiMnIn and NiCoMnIn Metamagnetic Shape Memory Alloys / W. Ito, Y. Imano, R. Kainuma,
Y. Sutou, K. Oikawa // Metal. Mater. Trans. A. – 2007. – Vol. 38. – P. 759–766.

8. Magnetic Superelasticity and Inverse Magneto­caloric Effect in Ni–Mn–In / T. Krenke, E. Duman, M. Acet, E.F. Wassermann, X. Moya, L. Manosa, A. Planes, E. Suard, B. Ouladdiaf // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. – 2007. – Vol. 75, iss. 10. – P. 104414.

9. Martensitic Transformation and the Magnetocaloric Effect in Ni50–xMn38–xIn12 Alloys / Z.D. Han, D.H. Wang, C.L. Zhang, H.C. Xuan, J.R. Zhang, B.X. Gu, Y.W. Du // The Solid State Commun. – 2008. – Vol. 146. – P. 124–127.

10. Low Field Inverse Magnetocaloric Effect in Ni50–xMn39+xIn11 Heusler Alloys / Z.D. Han, D.H. Wang,
C.L. Zhang, H.C. Xuan, B.X. Gu, Y.W. Du // Appl. Phys. Lett. – 2007. – Vol. 90, iss. 4. – P. 042507.

11. Inverse Magnetocaloric Effect in Ferromagnetic Ni50Mn37+xIn13–x Heusler Alloys / M. Khan, A. Naushad, and S. Stadler // J. Appl. Phys. – 2007. – Vol. 101, iss. 5. –
P. 053919.

12. Actuators based on composite material with shape-memory effect / A.V. Irzhak, D.I. Zakharov, V.S. Kalashnikov, V.V. Koledov, D. S. Kuchin, G.A. Lebedev, P.V. Lega,
E.P. Perov, N.A. Pikhtin, V.G. Pushin, I.S. Tarasov, V.V. Khovailo, V.G. Shavrov, A.V. Shelyakov // J. of Comm. Tech. and Electr. – 2010. – Vol. 55, iss. 7. – P. 818–830.

13. Buchelnikov V.D., Sokolovskiy V.V. Magneto­caloric effect in Ni-Mn-X (X = Ga, In, Sn, Sb) Heusler alloys // The Physics of Metals and Metallography. – 2011. – Vol. 112, № 7. – P. 633–665.

14. Martensitic and Magnetic Transformations in Ni–Mn–In Alloys / V.M. Schastlivtsev, Yu.V. Kaletina,
E.A. Fokina, V.A. Kazantsev // Phys. Met. Metallogr. – 2011. – Vol. 112, № 1. – P. 61–71.

15. Калетина Ю.В., Счастливцев В.М., Фокина Е.А. Фазовые превращения и свойства сплава Гейслера системы Ni-Mn-In // ПЖТФ. – 2013. – Т. 39, вып. 11. – С. 71–79.

16. Magnetocaloric effect (MCE) in melt-extracted Ni–Mn–Ga–Fe Heusler microwires / Y. Liu, X. Zhang,
D. Xing, H. Shen, D. Chen, J. Liu, J. Sun // J. of All. and Comp. – 2014. – Vol. 616. – P. 184–188.

17. Индуцированные магнитным полем мартенситные превращения в сплавах

Ni47-xMn42+xIn11 (0 ≤ x ≤ 2) / Ю.В. Калетина, Е.Г. Ге­расимов, В.М. Счастливцев, Е.А. Фокина, П.Б. Терентьев // ФММ. – 2013. – Т. 114, вып. 10. – С. 911–918.

18. Giant magnetocaloric effect in a Heusler Mn50Ni40In10 unidirectional crystal / J. Ren, H. Li, S. Feng, Q. Zhai, J. Fu, Z. Luo, H. Zheng // Intermetallics. – 2015. – Vol. 65. – Р. 10–14.

19. Прямой и обратный магнитокалорический эффект в сплавах Гейслера Ni1.81Mn1.64In0.55, Ni1.73Mn1.80In0.47, and Ni1.72Mn1.51In0.49Co0.28 / Р.Р. Файзуллин, А.В. Маширов,
В.Д. Бучельников, В.В. Коледов, В.Г. Шавров, С.В. Таскаев, М.В. Жуков // Радиотехника и электроника. – 2016. – Т. 61, вып. 10. – С. 994–1003.

20. Влияние интенсивной пластической деформации на структуру и свойства сплава Ni2.16Mn0.84Ga /
Н.И. Коуров, В.Г. Пушин, А.В. Королев, В.А. Казанцев, Е.Б. Марченкова, А.Н. Уксусников // ФММ. – 2007. –
Т. 103. – С. 280–287.

21. Мелкозернистая структура и свойства сплава системы Ni2MnIn после пластической деформации осадкой / И.И. Мусабиров, И.М. Сафаров, М.И. Нагимов, И.З. Шарипов, В.В. Коледов, А.В. Маширов, А.И. Рудской, Р.Р. Мулюков // ФТТ. – 2016. – Т. 58, вып. 8. – С. 1552–1557.

22. Калетина Ю.В., Грешнова Е.Д., Калетин А.Ю. Эволюция структуры и свойств сплава Ni47Mn42In11 после пластической деформации // ФТТ. – 2019. – Т. 61, вып. 11. – С. 2204–2209.

23. Структура и свойства сплава Ni47Mn42In11 после интенсивной пластической деформации / Ю.В. Калетина, Е.Д. Грешнова, А.Ю. Калетин, Н.Ю. Фролова, В.П. Пилюгин // ФММ. – 2019. – Т. 120, № 2. – С. 183–189.

24. Фазовые превращения и структура сплавов Ni-Mn-In при изменении соотношения Ni/Mn / Ю.В. Калетина, Н.Ю. Фролова, В.М. Гундырев, А.Ю. Калетин // ФТТ. – 2016. – Т. 58, вып. 8. – С. 1606–1614.

25. Кристаллографические особенности структуры мартенсита сплава Ni47Mn42In11 / Ю.В. Калетина, И.Г. Кабанова, Н.Ю. Фролова, В.М. Гундырев, А.Ю. Калетин //
ФТТ. – 2017. – Т. 59, вып. 10. – С. 1984–1991.

Рассмотрен процесс стружкообразования во время процесса лезвийной механической обработки деталей из полимерных композиционных материалов. Анализ процесса стружкообразования позволил выявить некоторые черты, характерные для обработки труднообрабатываемых металлических сплавов. На основании теории резания труднообрабатываемых металлических сплавов получены новые аналитические выражения для прогнозирования величины осевой составляющей силы резания для операций сверления деталей авиационных двигателей из полимерных композиционных материалов на основе препрега углепластика марки ВТкУ-2.200 для двух типов геометрии сверл. Из множества факторов, влияющих на получение поверхности просверленных отверстий высокого качества, именно осевая составляющая силы резания и крутящий момент являются превалирующими. К показателям качества отверстий в изделиях из композиционных материалов, которые непосредственно зависят от величины осевой силы и крутящего момента, относятся расслоение на входе сверла в заготовку и выхода из нее, а также сколы и выкрашивания матрицы. Полученные аналитические выражения могут помочь с прогнозированием величины данных дефектов, сводя их к минимуму. Проведен анализ морфологии стружки, полученной в результате экспериментальных исследований. В результате анализа выявлена зависимость размеров элементов стружки и количества абразивной пыли от скорости резания. Выдвинуты гипотезы о законах распределения размеров элементов стружки. Таким образом, для достижения наилучшего качества просверленных отверстий в изделиях из композиционных материалов, армированных углепластиком, и стабилизации процесса резания необходимо заранее прогнозировать величину осевой силы резания.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, сверление ПКМ, теория резания, силы резания, стружкообразование, экспериментальные исследования, аналитические выражения, размеры стружки, закон распределения, геометрия инструмента, режимы резания.

Демиденко Егор Игоревич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-кт, 29, e-mail: Demidenko.EI@yandex.ru).

Свирщёв Валентин Иванович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-кт, 29, e-mail: svirshchev_vi@pstu.ru).

1. Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием / сокращ. перев. с англ. П.А. Кунина. – М.: Машиностроение, 1974. – 192 с.
2. Композиционные материалы: справочник / В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин [и др.]; под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнапольского. – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с.
3. Гриневич Д.В., Яковлев Н.О., Славин А.В. Критерии разрушения полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. – 2019. – № 7 (79). – С. 92–111.
4. Композиционные материалы: справочник / под ред. Д.М. Карпиноса. – Киев: Наук. думка, 1985. – 592 с.
5. Ван Фо Фы Г.А. Конструкции из армированных пластмасс. – К.: Тэхника, 1971. – 220 с.
6. Кортен Х.Т. Разрушение армированных пластиков. – М.: Химия, 1967. – 160 с.
7. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния поверхностных слоев углепластика при осевом растяжении методом корреляции цифровых изображений / А.М. Устинов, А.А. Клопотов, А.И. Потекаев [и др.] // Известия Алтайского гос. университета. – 2018. – № 1–10. – С. 58–63.
8. Ашкенази Е.К. Анизотропность материалов. – М.: Гослесбумиздат, 1977. – 330 с.
9. Иванов О.А. Повышение эффективности лезвийной обработки композиционных углепластиков на основе учёта их физико-механических характеристик: дис. канд. техн. наук. – СПб.: ГОУ С.-Петер. Институт машиностроения, 2006. – 130 с.
10. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. – 176 с.
11. Штучный Б.П. Механическая обработка пластмасс: справочник. – М.: Машиностроение, 1987. – 152 с.
12. DIN SPEC 25713 Beurteilung der Bauteilqualität nach der trennenden Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen, DIN Deutsches Institut für Normung e., GmbH, Berlin, Feb. 2017, 47 p.
13. Drilling polymeric Matrix Composite / Edoardo Capello, Antonio Langlela, Luigi Nele, Alfonso Paoletto, Loredana Santo, and Vincenzo Tagliaferri. – Chapter 6.
14. Ярославцев В.М. Процесс образования стружки при резании полимерных композиционных материалов с волокнистыми наполнителями // Вестник МГТУ им. Н.Э. Ба­умана. Серия: Машиностроение. – 2012. – № 2. – С. 81–87.
15. Белецкий Е.Н., Петров В.М., Сойту Н.Ю. Особенности процесса резания композиционных углепластиков лезвийным инструментом без охлаждения и с модифицированными смазочно-охлаждающими технологическими средами // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2009. – Т. 3, № 1 (40). – С. 42–46.
16. Резание угля / Берон А.И., Казанский А.С., Лейбов Б.М. [и др.]. – М.: Госгортехиздат, 1962. – 439 с.
17. Вейц В.Л., Максаров В.В., Лонцих П.А. Динамика и моделирование процессов резания при механической обработке. – Иркутск: РИО ИГИ, 2000. – 188 с.
18. Zhang L.C. A Discussion on Mechanics Modeling // Journal of Material Processing Technology. – 2009. – Vol. 209. – P. 4548–4552.
19. Макаров В.Ф. Резание материалов: учеб. пособие. – 2-е изд. – Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2019. – 499 с.
20. Milton C. Shaw, Metal Cutting Principles. – Oxford University Press. – 1984.
21. Свирщев В.И. Тепловые процессы в технологических системах: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2004. – 94 с.
22. Анализ фракционного состава стружки в зависимости от режимов фрезерования древесностружечных плит. «Лесная и деревообрабатывающая промышленность» / П.В. Рудак, О.Г. Рудак, А. Балтрушайтис, Г. Кятуракис // Труды БГТУ. – 2013. – № 2. – С. 211–213.
23. Свирщев В.И. Статистические методы исследования качества объектов производства: метод. указания для выполнения практических заданий и самостоятельной работы по дисциплине «Технологическое обеспечение качества объектов производства». – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 45 с.
24. Донсков А.С. Статистическая проверка гипотез. Проверка гипотезы о законе распределения параметра исследуемого процесса механической обработки: метод. указания к практическим занятиям. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. – 26 с.

Для исследования свойств сыпучих материалов при их прессовании, гранулировании, транспортировании используется моделирование методом дискретных элементов (DEM – Discrete element method). Для верификации программной реализации метода, а также для выбора временного шага интегрирования требуется наличие надежных тестовых задач. Одним из типов тестовых задач могут быть условия, при которых частицы сыпучего материала, расположенные в определенной конфигурации, остаются в состоянии равновесия. В настоящей статье рассматриваются задачи подобного типа.

Одной из часто используемых форм частиц при моделировании является сферическая форма. Для тестирования предложено несколько схем расположения сферических частиц. Схема расположения трех частиц следующая. Три сферические частицы имеют одинаковый размер и свойства, две сферические частицы расположены рядом друг с другом на горизонтальной поверхности, расстояние между ними меньше, чем диаметр частицы, третья частица располагается сверху симметрично на первых двух, касается их обеих. Следующий тест отличается от предыдущих тестов тем, что используются четыре частицы. Три частицы располагаются на горизонтальной поверхности, расстояния между ними равны. Сверху на них по центру устанавливается четвертая частица. Дополнительные тесты отличаются от предыдущих тем, частицы, расположенные на горизонтальной поверхности, имеют разный диаметр. Получено аналитическое решение, для равновесия частиц всех вышеперечисленных схем.

Аналитическое решение сравнивается с результатами численного моделирования с использованием программной реализацией DEM, написанной авторами. Проведена серия вычислительных экспериментов с выбором разных величин коэффициента трения. Полученные при моделировании условия равновесия качественно соответствуют полученным аналитически.

Ключевые слова: гранулирование, сыпучий, математическое, моделирование, DEM, тестирование, верификация, статика, трение, контакт, частица.

Лобовиков Денис Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационные технологии машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: ppk2004@inbox.ru).

Харченко Алексей Васильевич (Пермь, Россия) – Кандидат физико-математических наук, специалист по математическому моделированию ООО Конструктив-СП (Российская Федерация, 614025, г. Пермь, ул. Хлебозаводская, 22, e-mail: hav@bk.ru).

Матыгуллина Елена Вячеславовна (Пермь, Россия) – Доктор технических наук, профессор кафедры инновационные технологии машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: matik68@rambler.ru).

1. Dynamics of drag and force distributions for projectile impact in a granular medium / M.P. Ciamarra, A.H. Lara, A.T. Lee, D.I. Goldman, I. Vishik, H.L. Swinney // Phys. Rev. Lett. – 2004. – Vol. 92, no. 19. – P. 194301.
2. Attractive particle interaction forces and packing density of fine glass powders / E.J.R. Parteli, J. Schmidt, C. Blümel, K.-E. Wirth, W. Peukert, T. Pöschel // Sci. Rep. – 2014. – Vol. 4. – P. 6227.
3. Лобовиков Д.В. Влияние изменения параметров на процесс окатывания // Вестник ПГТУ. Механика и технология материалов и конструкций / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – C. 263–272.
4. Давление в сыпучем материале при гранули­ровании в планетарном грануляторе / А.М. Ханов, Д.В. Лобовиков, Л.Д. Сиротенко, Е.В. Матыгуллина // Вестник ПГТУ. Проблемы современных материалов и технологий. – 2005. – № 11. – C. 163–169.
5. Лобовиков Д.В. Образование гранул в плане­тарном грануляторе // Конструкции из композиционных материалов. – 2006. – Вып. 4. – C. 55–60.
6. Лобовиков Д.В., Матыгуллина Е.В. Получение композиционных гранулированных материалов в плане­тарном грануляторе. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 153 с.
7. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Условие адгезии упругопластических сферических тел // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. – 2002. – № 13. – C. 67–71.
8. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Кине­тика гранулирования композиции в планетарном грануляторе // Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений: сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – Вып. 5. – C. 134–142.
9. Lobovikov D., Hanov A., Hramov B. Peculiarity of sliding of granular material on the surface of a rotating drum // Proceedings of XXX Summer School Advanced Problems in Mechanics 2002. – CПб.: Изд-во Института проблем машиноведения РАН, 2003. – С. 441–446.
10. Lobovikov D. Experimental data of a granulation in a planetary granulator // XXXII International Summer School. Conference "Advanced Problems in Mechanics": book of abstracts. – CПб., 2004. – C. 68–69.
11. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Математическая модель окатывания частиц в барабане, движущемся по планетарной траектории // Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений: сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – Вып. 5. – C. 143–153.
12. V. Buchholtz1, J.A. Freund, and T. Poschel. Molecular dynamics of comminution in ball mills // Eur. Phys. J. – 2000. – Vol. 16. – P. 169–182.
13. Coefficient of restitution of colliding viscoelastic spheres / Rosa Ramırez, Thorsten Poschel, Nikolai V. Brilliantov, Thomas Schwager // PHYSICAL REVIEW E. – 1999. – Vol. 60, no. 4. – P. 4465–4472.
14. Pöschel T., Buchholtz V. Complex flow of granular material in a rotating cylinder. Chaos, Solitons and Fractals, 1995, no. 4.
15. Buchholtz V., Freund J.A., Poschel T. Mo-lecular dynamics of comminution in ball mills. Eur. Phys. J., 2000, vol. 16, pp. 169–182.
16. Schwager T., Poschel T. Contact of viscoelastic spheres. “Friction, Arching, Contact Dynamics” // World Scientific. – Singapore, 1997. – P. 293–299.
17. Buchholtz V., Poschel T. A Vectorized algorithm for molecular dynamics of shortrange interacting particles // International Journal of Modern Physics C. – 1993. – Vol. 4. – P. 1049.
18. T. Poschel, T. Schwager. Computational Granular Dynamics // Springer Berlin Heidelberg. – New York, 2005.
19. Cundall P.A., Strack O.D.L. A discrete numerical model for granular assemblies // Geotechnique. – 1979. – Vol. 29. – P. 47.
20. Lobovikov D. Dry granulation of powder in a drum // XXXI International Summer School. Conference "Advanced Problems in Mechanics": book of abstracts. – CПб., 2003. – C. 65–66.
21. Lobovikov D.V., Kharchenko A.V., Matygullina E.V. Testing of programs used in discrete elements method simulation // L International Conference "Advanced Problems in Mechanics": book of abstracts. – CПб., 2022. – C. 46.
22. Hauger W., Schnell W., Gross D. Technische Mechanik. Bd 3: Kinetik 7. – Berlin: Springer, 2002. – 267 p.
23. Stronge W.J. Impact Mechanics. – Cambridge: Cambridge University Press, 2004. – 280 p.
24. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах и задачах. Т. 2. Динамика. – М.: Наука, 1966. – 663 с.
25. Лобовиков Д.В., Харченко А.В., Матыгуллина Е.В. Тестирование компьютерных программ, использу­емых при моделировании методом дискретных элемен­тов // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материалове­дение. – 2022. – Т. 24, № 1. – С. 79–86.

Специальные защитные покрытия на сегодняшний день обеспечивают наиболее высокие эксплуатационные свойства кварцевых волокон. Для предохранения волокон от механических воздействий, а также с целью маркировки волокна покрывают различными защитными покрытиями. Металлизированные покрытия позволяют существенно улучшить эксплуатационные свойства кварцевых волокон. Одно из актуальных покрытий – это алюминий, достоинства таких волокон – это работа в жёстких условиях (высокая температура, давление), что необходимо для нефтегазовой промышленности, металлургии, электроэнергетики, медицины, химической промышленности, машиностроения, противопожарных систем жизнеобеспечения. Объектом исследования являлись оптические волокна с алюминиевыми покрытиями. Осуществлялось определение прочности оптических волокон разного диаметра, покрытых алюминием. Для измерения диаметров оптических волокон изготавливали микрошлиф, который впоследствии измеряли на оптическом микроскопе. Методом осевого растяжения определен предел прочности волокон, при постоянной скорости нагружения 500 мм/мин. Построен график В. Вейбулла, из которого найден наклон прямых для понимания природы дефектов. Большинство исследователей измеряли предел прочности оптических волокон с алюминиевым покрытием диаметром 125 мкм по кварцу, и в литературе нет данных о прочности волокон различного диаметра. Кроме того, вклад покрытия не учитывают, считая, что основную компоненту прочности составляет кварц, без учета влияния металла. Было найдено, что вклад алюминиевого покрытия в предел прочности оптических волокон разного диаметра составляет около 40 %. Истинная прочность оптических волокон уменьшается с увеличением диаметра кварца и не зависит от приращения толщины покрытия из алюминия.

Ключевые слова: оптическое волокно, предел прочности, алюминиевое покрытие, осевое растяжение, хрупкое разрушение, теория Гриффитса, графики В. Вейбулла, метод намораживания, модуль Юнга, концентрация напряжений.

Булатов Максим Игоревич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: BylatovMI@gmail.ru).

Панькова Диана Алексеевна (Пермь, Россия) – студентка кафедры общей физики Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: pankowadiana2001@gmail.com).

Шацов Александр Аронович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафед[1]ры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29;
е-mail: shatsov@pstu.ru.

1. Stolov A.A., Simoff D.A., Jie Li. Thermal stability of specialty optical fibers // J. Lightwave Technol. – 2008. – Vol. 26. – P. 3443–3451.

2. Dipak R.B. Characterization of polyimide-coated optical fibers // Optical Eng. – 1991. – Vol. 30, no. 6. – P. 772–775.

3. Arridge R.G.C., Heywood D. The freeze-coating of filaments // Brit. J. Appl. Physics. – 1967. – Vol. 18. – P. 447–457.

4. Ultraviolet-visible light-induced solarisation in silica-based optical fibres for indoor solar applications / G.M. Lo Piccolo, A. Morana, A. Alessi, A. Boukenter, S. Girard, Y. Ouerdane, F.M. Gelardi, S. Agnello, M. Cannas // Journal of NonCrystalline Solids. – 2021. – Vol. 552. – 120458. – P. 1–5.

5. Stable propagation of optical solitons in fiber lasers by using symbolic computation / Li Bo, Zhao Jianping, Pan Aimin, Mirzazadeh M., Ekici M., Zhou Q., Liu W. // International Journal for Light and Electron Optics. – 2019. – Vol. 178. – P. 142–145.

6. Radiation assessment of hydrogen-loaded aluminium-coated pure silica core fibres for ITER plasma diagnostic applications / B. Brichard, A.L. Tomashuk, H. Ooms, V.A. Bogatyrjov, S. Klyamkin, A.F. Fernández, F. Berghmans, M. Decréton // Fusion Engineering and Design. – 2007. – № 15-24. – P. 2451–2455.

7. Булатов М.И., Шацов А.А. Прочность и трещиностойкость кварцевых волокон с полиимидными покрытиями // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2021. – Т. 15, № 2. –
С. 22–30.

8. Griffith A.A. The phenomena of rupture and flow in solids // Philos. Trans. Of Roy. Soc. Of London. Ser. A. – 1920. – Vol. 221. – P. 163–198.

9. Radiation resistant single-mode fiber with different coatings for sensing in high dose environments / G. Melin, P. Guitton, R. Montron, T. Gotte, T. Robin, B. Overton, S. Rizzolo, S. Girard // IEEE Trans. Nucl. – 2018. – № 7. Sci. – P. 1657–1662.

10. Bubnov M.M., Dianov E.M., Semjonov S.L. Influence of Residual Water on the Strength of Metal Coated Optical Fibers // MRS Proceedings. – 1991. – Vol. 244. – P. 97.

11. High-strength hermetically tincoated optical fibers / V.A. Bogatyrjov, М.М. Bubnov, Е.М. Dianov, A.Y. Ma­karenko, S.D. Rumyantsev, S.L. Semjonov, A.A. Sysoljatin // Optical fiber commun. – 1991. – 115 p.

12. Pinnow D.A., Jr Robertson G.D., Wysocki J.A. Reductions in static fatigue of silica fibers byhermetic jacketing // Appl. Phys. Lett. – 1979. – Vol. 34 (1). – P. 17–19.

13. Advances in high-strength metal-coated fiber-optical waveguides / D.A. Pinnow, G.D. Robertson, G.R. Blair, J.A. Wysocki // Proc. OFC. – Washington. DC. – 1979. – P. 16–18.

14. Calculation of the thickness of a metal coating for fibre produced by the freezing technique / A.S. Birukov, V.A. Bogatyrjov, E.M. Dianov, A.G. Khitun // Sov. Lightwave Community. – 1993. – Vol. 3. – P. 235–246.

15. Simpkins P.G. Thermal response of optical fibers to metallization processing // Materials Sci. Eng. – 1994. – Vol. B23. – P. 5–7.

16. Biriukov A.S., Bogatyrjov V.A., Khitun A.G. Theoretical investigation of metal coating deposition on optical fibers by freezing technique. The model of the process // Materials Research Society, Symposium Proceedings. – 1998. – Vol. 531. – P. 273–284.

17. Standage A.E., Gani M.S. Reaction between vitreous silica and molten Aluminium // J. Amer. Ceram. Soc. – 1967. – Vol. 50. – P. 101–105.

18. Inada K., Shiota T. Metal coated fibers // Proc.SPIE. – 1985. – Vol. 584. – P. 99–106.

19. Определение термостойкости оптических волокон / Б.Б. Ахмед, К.Н. Нищев, А.А. Пыненков, Н.В. Моисеев // Ж. прикл. физики. – 2017. – No. 5. – С. 82–86.

20. Strength and reliability of metal-coated optical fibers at high temperatures / A.S. Biriukov, V.A. Bogatyrjov, V.F. Lebedev, A.A. Sysolyatin, A.G. Khitun // MRS Online Proceeding Library. – 1998. – Vol. 531. – P. 297–300. DOI: 10.1557/PROC-531-297

21. High temperature effects of aluminum coated fiber / T. Shiota, H. Hidaka, O. Fukuda, K. Inada // J. Lightwave Technology. – 1986. – Vol. 4. – P. 1151–1156.

22. Tu Y., Qi Y.H., Tu S.T. Fabrication and thermal characteristics of multilayer metal-coated regenerated grating sensors for high-temperature sensing // Smart materials and structures. – 2013. – Т. 22, № 7. – P. 075026.

23. Simultaneous measurement of the temperature and force using a steel cantilever soldered with a partially nickel coated in-fibre Bragg grating / Y. Li [et al.] // Optics Communications. – 2012. – Т. 285, № 21-22. – P. 4275–4279.

24. Chang T., Jia L., Sui Q. High-temperature experimental study on Cu-plating fiber bragg grating // JOURNAL OF OPTOELECTRONICS LASER. – 2008. – Т. 19, № 2. – P. 187.

25. A study of the temperature sensitivity of fiber Bragg gratings after metallization / J.F. Xie [et al.] // Smart materials and structures. – 2007. – Т. 16, № 5. – P. 1837.

26. A simple method for metal re-coating of optical fibre Bragg gratings / S. Sandlin [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Т. 201, № 6. – P. 3061–3065.

27. Wiederhorn S.M. Influence of water vapor on crack propagation in soda-lime glass // J. Amer. Ceramic Soc. – 1967. – Vol. 50 (8). – P. 407–414.

28. Strength and reliability of metal-coated optical fibers at high temperatures / A.S. Biriukov, V.A. Bogatyrjov, V.F. Lebedev, A.A. Sysolyatin, A.G. Khitun // MRS Online Proceeding Library. – 1998. – Vol. 531. – P. 297–300. DOI: 10.1557/PROC-531-297

29. Weibull W. A statistical distribution function of wide applicability // J. Appl. Mech. – 1951. – Vol. 18. –
P. 293–297.

30. ГОСТ Р МЭК 60793-1-31-2010. Волокна оптические. Методы измерения и проведения испытаний. Прочность при разрыве: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2012-01-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. – Изд. официальное. – М.: Стандартинформ, 2020. – 124 с.

31. Семенов С.Л., Прочность и долговечность волоконных световодов на основе кварцевого стекла:
дис. … д-ра физ.-мат. наук. – М., 2007.

32. Wysocki J.A., Lee A. Mechanical properties of high-strength metal-coated fibers // IOOC. – San Francisco. CA, 1981. – P. 24.

Жаропрочные сплавы широко используются в коммерческих целях в горячих секциях авиационных двигателей и наземных энергетических газовых турбин благодаря их превосходной прочности при повышенных температурах и замечательной горячей коррозионной стойкости. Для повышения ресурса газовой турбины, существуют различные технологические методы, одним из них является метод воздействия на структуру и свойства. Установлены зависимости получения мелкозернистой структуры сплава IN792 от технологических параметров литья, влияющих на макроструктуру. Цель исследования достигается путем решения следующих задач: установление зависимости влияния технологических параметров литья на макроструктуру, анализ влияния применения модификатора на макроструктуру. Приведены методы получения мелкозернистой структуры крупногабаритных лопаток (до 900 мм) из жаропрочного никелевого сплава IN792. Проведено исследование влияния модификатора на макроструктуру и экспериментально подтверждены положительные результаты. Исследована зависимость размера зерна и температуры формы при двух разных температурах заливках. Установлена зависимость технологических параметров литья на макроструктуру. Основываясь на анализе результатов двух методов получения мелкозернистой структуры, предложена методика формирования оптимальной мелкозернистой макроструктуры литой заготовки. В результате проделанной работы установлена зависимость параметров литья на процесс формирования рациональной мелкозернистой структуры заготовки лопатки из жаропрочного никелевого сплава IN 792. Установлено, что применение поверхностного модифицирования алюминатом кобальта (марка АК-3 ТУ 1-595-1-495-02) позволяет получать более однородную макроструктуру и с меньшим размером зерна. Установлена зависимость размера зерна от степени переохлаждения расплава при разных его температурах заливки: при температуре 1520°С минимальный средний размер зерна, равный 10,5 мм, получен при степени переохлаждения 520°С (температура формы 1000°С), при дальнейшем понижении степени переохлаждения наблюдается рост размера зерен; при температуре 1420°С минимальный средний размер зерна, равный 7,4 мм, получен при степени переохлаждения 420°С (температура формы 1000°С), при дальнейшем понижении степени переохлаждения наблюдается рост размера зерен. Результаты, представленные в работе, применимы при изготовлении литых заготовок лопаток из жаропрочного сплава на никелевой основе.

Ключевые слова: макроструктура, зерно, модификатор, лопатка, литая заготовка, газовая турбина, IN792, температура заливки, жаропрочный никелевый сплав, скорость охлаждения, степень переохлаждения.

Кандаров Ирек Вилевич (Уфа, Россия) – кандидат технических наук, директор, Научно-производственная ассоциация «Технопарк авиационных технологий» (Российская Федерация, 450027, г. Уфа, ул. Трамвайная, 5, корп. 1,
e-mail: kandarov@mail.ru).

Панкратов Дмитрий Леонидович (Казань, Россия) – профессор, доктор технических наук, доцент, Набережночелнинский институт (филиал) КФУ (Российская Федерация, 423812, г. Набережные челны, пр. Мира, 68/19,
e-mail: pankratovdl@gmail.com).

Пиксаев Василий Михайлович (Уфа, Россия) – начальник отдела технологии литья Научно-производствен­ная ассоциация «Технопарк авиационных технологий», (Российская Федерация, 450027, г. Уфа, ул. Трамвайная, 5, корп. 1, e-mail: vasiliypiksaev@mail.ru).

Кашапов Фидаиль Флюрович (Уфа, Россия) – начальник конструкторского сектора отдела технологии литья Научно-производственная ассоциация «Технопарк авиационных технологий» (Российская Федерация, 450027, г. Уфа, ул. Трамвайная, 5, корп. 1, e-mail: kashapov.fidail@mail.ru).

Ишмуратов Фидан Ахмадеевич (Уфа, Россия) – конструктор Научно-производственная ассоциация «Технопарк авиационных технологий» (Российская Федерация, 450027, г. Уфа, ул. Трамвайная, 5, корп. 1, e-mail: biofiolight@ yandex.ru).

Симс Ч., Хагель В., Жаропрочные сплавы Нью-Йорк – Лондон Сидней – Торонто: пер. с англ. – М.: Металлургия, 1976. – 568 с.

2. Настека В.В., Новиков С.В., Смыслов А.М. К вопросу об эффективности импортозамещения в наукоемких областях производства газоперекачивающего оборудования // Вестник УГАТУ. – 2020. – № 1. – С. 55–65.

3. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. – М.: Недра, 1996. – 591 с.

4. Голубенцев А.В. Название работы: повышение усталостных характеристик рабочих лопаток ГТУ на основе совершенствования технологии литья и термической обработки: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.15. – Рыбинск: Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева. – 2016. – 175 с.

5. Geddes B., Leon H. Superalloys. Alloying and Performance. – USA: ASM International, 2010. – 184 p.

6. О структуре и свойствах некоторых жаропрочных никелевых сплавов / Г.В. Тягунов, Е.Е. Барышев, А.Г. Тягунов, И.В. Вандышева, Н.А. Зайцева, В.С. Мушников // Вестник ЮУрГУ. – 2020. – № 2. – С. 57–70. DOI: 10.14529/met200206.

7. Исследование структуры и свойств образцов из жаропрочного сплава Inconel 738, полученных методом селективного лазерного сплавления (SLM) / М.О. Дмитриева,
А.А. Мельников, А.М. Головач, О.С. Бондарева, В.Г. Сме­лов, А.В. Сотов, А.В. Агаповичев // Вектор науки. – 2020. – № 1. – C. 23–31. DOI: 10.18323/2073-5073-2020-1-23-31

8. Влияние вида нагружения на многоцикловую усталость жаропрочных сплавов / М.А. Горбовец, И.А. Ходинев, В.А. Каранов, В.Д. Юшин // Труды ВИАМ. – 2019. – № 3. – С. 96–104.

9. Лейкин А.Е. Материаловедение: учебник для машиностроительных специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1971. – 416 с.

10. Барышев Е.Е., Тягунов А.Г., Степанова Н.Н. Влияние структуры расплава на свойства жаропрочных никелевых сплавов в твердом состоянии. – Екатеринбург: УрО РАН, 2010. – 199 с.

11. Материаловедение: учебник для машиностроительных вузов. – 2-е издание, перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 1980. – 493 c.

12. Влияние термической обработки исходного расплава на структуру и свойства кристаллических слитков или отливок / П.С. Попель, В.Е. Сидоров, И.Г. Бродова [и др.] // Расплавы. – 2020. – № 1. – С. 1–34.

13. Голынец С.А., Горбовец М.А., Каранов В.А. Оценка влияния размеров образцов на механические свойства при растяжении жаропрочных титановых и никелевых сплавов // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2018. – № 3 (63). – Ст. 10. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-3-86-94

14. Жеманюк П.Д., Лысенко Н.А., Клочихин В.В. Влияние состава и технологических факторов на структуру и свойства никелевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2001. – № 9. – C. 19–23.

15. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технологии, покрытия / под общ. ред. Е.Н. Каблова. – 2-е изд. – М.: Наука, 2006. – 632 с.

16. Сидоров В.В., Каблов Д.Е., Ригин В.Е. Металлургия литейных жаропрочных сплавов: технология и оборудование / под общ. ред. Е.Н. Каблова. – М.: ВИАМ, 2016. – С. 10–11.

17. Волков Г.М., Зуев В.М. Материаловедение: учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский цент «Академия», 2008. – 400 с.

18. Основы повышения жаропрочности литейных сложнолегированных сплавов на никелевой основе / В.Н. Гадалов, Ю.В. Скрипкина, А.Е. Гвоздев, С.Н. Кутепов, А.А. Калинин, И.А. Макарова, Е.А. Филатов // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2021. – № 5. – C. 583–593. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-583-593

19. Получение мелкозернистых твердых сплавов системы wc–co (обзор) / Н.Н. Трофименко, И.Ю. Ефимочкин, Р.М. Дворецков, Р.В. Батиенков // Труды ВИАМ. – 2020. – № 1. – С. 92–100. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-1-92-100

20. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и. – Владимир: Влад. гос. ун-т, 2000. – 260 с.

Благодаря сочетанию уникальных свойств, таких как: высокая тепло и электропроводность, коррозионная стойкость, высокий уровень прочности и пластичности в криогенных условиях, многократное повышение механических характеристик при легировании, диамагнитность, хорошие технологические свойства, медь (Cu) и ее сплавы находят широкое применение в энергетике, специальном и химическом машиностроении, судостроении и ряде других отраслей. При изготовлении габаритных конструкций из меди принципиально может применяться большинство современных способов сварки. Однако на практике сварка конструкций из меди является сложным технологическим процессом. Большая теплопроводность Сu создает высокие градиенты температуры и скорости охлаждения, а также определяет малое время существования сварочной ванны, что требует применения повышенной погонной энергии или предварительного подогрева, а это является нежелательным осложнением технологии сварки. Особенно сложно обеспечить условия создания и удержания ванны жидкого металла при сварке массивных толстостенных конструкций в условиях монтажа. Повышенная жидкотекучесть меди в расплавленном состоянии затрудняет сварку в различных пространственных положениях. Высокий коэффициент линейного расширения и его зависимость от температуры вызывают значительные остаточные деформации. Малое время существования сварочной ванны в жидком состоянии ограничивает возможности ее металлургической обработки. При резком нагреве и остывании структура металла меняется. Из мелкозернистой превращается в крупнозернистую. При этом растет хрупкость в зоне сварки.

Хорошие перспективы для сварки конструкций из меди имеют способы с использованием концентрированных источников энергии: электронно-лучевая, лазерная, плазменная. Плазменная сварка в этом ряду имеет ряд преимуществ при соединении элементов из меди и ее сплавов больших толщин: возможность осуществления больших тепловложений в свариваемые кромки, сварка стыковых соединений без разделки кромок, минимальный объем механической обработки до и после сварки.

Представлены результаты исследования плазменной сварки габаритных конструкций из меди с использованием торцевого соединения. Были выполнены сравнительные исследования формирования сварного шва при плазменной сварке одним и двумя плазмотронами (один для текущего местного подогрева, второй для сварки). Кроме того, оценивалось влияние состава защитного газа на качество и производительность сварки. Для повышения мощности и степени сжатия плазменной дуги использовалось добавление в защитный газ аргон азота. Проведенные исследования показали, что при изготовлении габаритных медных изделий, конструкторское оформление монтажных сварных швов в виде торцевых соединений позволяет отказаться от предварительного подогрева изделия при использовании плазменной сварки. Причем, используя сварку одним или двумя плазмотронами, а также вводя добавки азота в защитный газ, можно значительно изменять производительность сварки.

Ключевые слова: плазменная сварка, одно и двухдуговая сварка, комбинированная подача газов, макроструктура, микроструктура, плазмотрон, медные сплавы, активные газы, торцевые сварные соединения.

Щицын Юрий Дмитриевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: shicin@pstu.ru).

Белинин Дмитрий Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: 5ly87@mail.ru).

Ольшанская Татьяна Васильевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29,
e-mail: tvo66@rambler.ru).

Карупасами Пулан Карунакара Пупати (Бомбей, Индия) – Ph.D., профессор, заведующий департаментом «Машиностроение» Индийский технологический институт Бомбея (Main Gate Rd, IIT Area, Powai, Mumbai, Maharashtra 400076, Индия, e-mail: karuna@iitb.ac.in).

Казанцев Александр Вячеславович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: box159@yandex.ru).

Никулина Светлана Геннадьевна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: mt-bw@yandex.ru).

1. Худяков И.Ф., Кляйн С.Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. – М.: Металлургия, 1993. – 432 с.
2. Осинцев O.E., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: справочник. – М.: Машиностроение, 2009. – 336 с.
3. Воеводин В.Н. Конструкционные материалы ядерной энергетики – вызов 21 века // Вопросы атомной науки и техники. – 2007. – № 2. – С. 10–22.
4. Перспективные технологии легких и специальных сплавов / Б.И. Бондарев, В.М. Чуйко, А.Н. Кузнецов [и др.] // К 100-летию со дня рождения академика А.В. Бе­лова: сборник статей. – М.: Физматлит, 2006. – 432 с.
5. Абрамович В.Р., Демянцевич В.П., Ефимов Л.А. Сварка плавлением меди и сплавов на медной основе. – Л.: Машиностроение, 1988. – 216 с.
6. Сварка и свариваемые материалы: в 3 т. Т. 1: Свариваемость материалов: справ. изд. / под ред. Э.Л. Макарова. – М.: Металлургия, 1991. – 528 с.
7. Илюшенко В.М. Свариваемость технических марок меди // Прогрессивные методы сварки и наплавки тяжелых цветных металлов и сплавов. – Киев: ИЭС, 1982. – С. 5–12.
8. Бартенев И.А., Барыс Н.Б. Исследование технологии плазменной сварки меди // Молодой ученый. – 2021. – № 17 (359). – С. 23–26.
9. Пархимович Н.Ю., Юсупова Н.Р., Назаров А.А. Прочность соединений меди, полученных ультразвуковой сваркой с использованием медных прокладок в различных структурных состояниях // Письма о материалах. – 2020. – Т. 10, № 3 (39). – С. 322–327.
10.  Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов. – Киев: Наукова думка, 1981. – 607 с.
11.  Быковский О.Г., Пасько А.Н. Современное состояние технологии сварки цветных металлов и сплавов // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2011. – № 12. – С. 32–40.
12.  Исследование особенностей процесса сварки трением с перемешиванием на примере медного сплава М1 в производстве объектов энергетического машиностроения / А.Г. Бойцов, А.С. Плешаков, М.В. Силуянова, А.А. Баранов // СТИН. – 2019. – № 10. – С. 23–26.
13. Антонов Ю.А., Кожухов В.С., Зоркин А.Я. Моделирование тепловых процессов аргонодуговой сварки меди // Вестник науки. – 2019. – Т. 4, № 6 (15). – С. 291–297.
14.  Фролов В.В., Ермолаев В.И. О неравномерном распределении водорода в меди при сварке // Сварочное производство. – 1975. – № 12. – С. 12–13.
15.  Фролов В.В., Ермолаев В.И., Флоринская Т.Я. Сегрегация водорода в зоне термического влияния медных, алюминиевых и титановых сплавов // Сварочное производство. – 1977. – № 12. – С. 1–4.
16.  Влияние степени окисления поверхности свариваемых кромок на пористость швов при аргоно-дуговой сварке меди / В.В. Васильченко, В.М. Илюшенко, В.Е. Седов, Т.В. Маряхина // Автоматическая сварка. – 1987. – № 11. – С. 27–30.
17.  Пористость при сварке цветных металлов / В.В. Редчиц, В.А. Фролов, В.А. Казаков, Л.И. Лукин. – М.: Издательский центр «Технология машиностроения», 2002. – 335 с.
18.  Юревич С.В., Бурин А.А., Поболь И.Л. Электронно-лучевая сварка листовой меди для прототипов сверхпроводящих резонаторов // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сборник научных трудов. – Минск, 2019. – С. 311–320.
19.  Проблемы лазерной сварки разнородных соединений на основе меди и никеля / К.А. Агеев, В.В. Фельдшерова, Е.А. Мусаева, О.С. Юрченко // НАУЧНАЯ СЕССИЯ НИЯУ МИФИ-2012. Аннотации докладов: в 3 т. – 2012. – С. 239.
20.  Использование комбинированной подачи газов для повышения тепловой эффективности плазменных процессов. / Ю.Д. Щицын, И.Л. Синани, Д.С. Белинин, П.С. Кучев, С.Д Неулыбин // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2013. – Т. 15, № 1. – С. 46–53.

Введение технологических разверток способно влиять на гидродинамические процессы в сварочной ванне, а также перераспределять плотность мощности в зоне обработки и температуру в жидкой ванне. Подобное влияние может быть ключевым для измельчения структуры и повышения стабильности электронно-лучевого аддитивного формирования (ЭЛАФ).

В работе рассмотрено влияние развертки в форме «зигзаг» на стабильность электронно-лучевого аддитивного формообразования и на структуру образцов в виде вертикальных стенок толщиной в один валик. Влияние на структуру оценивалось по ширине и наклону первичных β-зерен, в том числе показано влияние производительности процесса ЭЛАФ на стабильность формирования и структуру.

Показано, что применение низкочастотных разверток в форме «зигзаг» при продольной амплитуде 1,8 и 2,4 мм на частотах 5 Гц позволяют избавиться от дефекта в виде «горба» в начале валиков. Механизм повышения стабильности связан с возникновением колебаний температуры и, следовательно, градиента поверхностного натяжения на поверхности жидкой ванны. Кроме того, усиливается влияние давления отдачи паров, которое также приводит к повышению стабильности процесса.

Использование развертки позволило стабилизировать ширину столбчатых β-зерен. При развертке из-за непрерывных колебаний температуры постоянно изменяется направление градиента температуры, которое приводит к подавлению одного конкретного направления преимущественного роста, делая рост кристаллов более конкурентным. Помимо этого, частота 5 Гц позволяла изменить наклон дендритов в сравнении с режимами с частотой 10 Гц и без развертки, что свидетельствует о влиянии частоты развертки на форму жидкой ванны.

Ключевые слова: электронный луч, аддитивные технологии, электронно-лучевая наплавка, проволока, титановые сплавы, развертка, определение режима, скорость наплавки, частота развертки, амплитуда развертки, стабильность наплавки, качество формирования.

Гуденко Александр Викторович (Москва, Россия) – аспирант, ассистент кафедры «Технологии металлов» Национального исследовательского университета «МЭИ» (Российская Федерация, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 17, e-mail: alexsguddy@gmail.com).

Слива Андрей Петрович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии металлов» Национального исследовательского университета «МЭИ» (Российская Федерация, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 17, e-mail: slivap@mail.ru).

Шишкин Дмитрий Владимирович (Москва, Россия) – аспирант кафедры «Технологии металлов» Национального исследовательского университета «МЭИ» (Российская Федерация, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 17, e-mail: mitshishkin@mail.ru).

Рагозин Герман Сергеевич (Москва, Россия) – аспирант кафедры «Технологии металлов» Национального исследовательского университета «МЭИ» (Российская Федерация, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 17, e-mail: RagozinGS@mpei.ru).

1. Wire-Based Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V Using Electron Beam Technique / F. Pixner, F. Warchomicka, P. Peter, A. Steuwer, M.H. Colliander, R. Pederson, N. Enzinger // Materials. – 2020. – Vol. 13 (3310). – P. 1–23.
2. Fuchs J., Schneider C., Enzinger N. Wire-based additive manufacturing using an electron beam as heat source // Welding in the World. – 2018. – Vol. 62. – P. 267–275.
3. Теория сварочных процессов: ученик для вузов / В.М. Неровный [и др.]; 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство МГТУ им Н.Э. Баумана, 2016. – 702.
4. Welding metallurgy / Sindo Kou. – 2nd ed. p. cm. “A Wiley-Interscience publication”. – 2002. – 671 p.
5. Peng Jin, Yibo Liu, Qingjie Sun. Evolution of crystallographic orientation, columnar to equiaxed transformation and mechanical properties realized by adding TiCps in wire and arc additive manufacturing 2219 aluminum alloy // Additive Manufacturing. – 2021. – Vol. 39 (101878). – P. 1–14.
6. The microstructure, phase composition and tensile properties of austenitic stainless steel in a wire-feed electron beam melting combined with ultrasonic vibration / Andrey Vorontsov, Sergey Astafurov, Evgeny Melnikov, Valentina Moskvina, Evgeny Kolubaev, Elena Astafurova // Materials Science and Engineering. – 2021. – Vol. 820 (141519). – P. 1–10.
7. Effect of Electromagnetic Stirring Frequency on Inconel625-High Strength Low Alloy Steel Functionally Graded Material Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing / J. Zhang, Di X., Li C. [et al.] // J. of Materi Eng and Perform. – 2022. – Vol. 31. – P. 1–11.
8. Grain Refinement of Freeform Fabricated Ti-6Al-4V Alloy Using Beam/Arc Modulation / S. Mitzner [et al.] // International Solid Freeform Fabrication Symposium. – University of Texas at Austin, 2012. – P. 536–555.
9. Влияние частоты тока при импульсной послойной плазменной наплавке на структуру и свойства высоколегированной стали при аддитивном формировании изделий / А.Ю. Душина, Т.В. Ольшанская, С.Д. Неулыбин, Ю.Д. Щицын, Р.Г. Никулин // Вестник Пермского национального ис­следовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. – Т. 23, № 2. – C. 20–26.
10. Optimization of the solidification conditions by means of beam oscillation during laser beam welding of aluminum / Christian Hagenlocher, Martin Sommer, Florian Fetzer, Rudolf Weber, Thomas Graf // Materials & Design. – 2018. – Vol. 160. – P. 1178–1185.
11. Effects of beam oscillation modes on microstructure and mechanical properties of laser welded 2060 Al-Li alloy joints / Xiaohui Zhou, Hongyun Zhao, Fuyun Liu, Biao Yang, Bingxiao Xu, Bo Chen, Caiwang Tan // Optics & Laser Technology. – 2021. – Vol. 144 (107389). – P. 1–11.
12. Effects of laser oscillating frequency on energy distribution, molten pool morphology and grain structure of AA6061/AA5182 aluminum alloys lap welding / Lin Chen, Chunming Wang, Gaoyang Mi, Xiong Zhang // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – Vol 15. – P. 3133–3148.
13. Effect of beam oscillating pattern on weld characterization of laser welding of AA6061-T6 aluminum alloy / Lei Wang, Ming Gao, Chen Zhang, Xiaoyan Zeng // Materials & Design. – 2016. – Vol. 108. – P. 707–717.
14. Melt flow and grain refining in laser oscillating welding of β-21S titanium alloy / Zhenglong Lei, Yuan Chen, Heng Zhou, Xuefeng Wang, Jingtao Liu, Peiyun Xia // Optics & Laser Technology. – 2022. – Vol. 145 (107496). – P. 1–11.
15. Зуев И.В. Обработка материалов концентриованными потоками энергии. – М.: Издательство МЭИ, 1998. – 162 с.
16. Kar J., Roy S.K., Roy G.G. Influence of beam oscillation in electron beam welding of Ti-6AL-4V / // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 94. – P. 4531–4541.
17. Kar J., Roy S.K., Roy G.G. Effect of Beam Oscillation on Microstructure and Mechanical Properties of AISI 316L Electron Beam Welds // Metallurgical and materials transactions A. – 2017. – Vol. 48. – P. 1759–1770.
18. Электронно-лучевая сварка технического титана и никеля / Е.В. Терентьев, А.П. Слива, А.Л. Гончаров [и др.] // Электронно-лучевая сварка и смежные технологии: Материалы III междунар. конф., Москва, 12–15 ноября 2019 г. / под ред. В.К. Драгунова. – М.: Издательство федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет “МЭИ”» (Издательство ФГБОУ ВПО «НИУ “МЭИ”»), 2020. – С. 307–324.
19. The effect of beam oscillations on the micro­structure and mechanical properties of electron beam welded steel joints / K. Komerla, S. Gach, T. Vossel [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 102. – P. 2919–2931.
20. Influence of Different Beam Oscillation Patterns in Electron Beam Welding of Niobium Sheets with Different Thickness / Tao Jia, Jiefeng Wu, Zhihong Liu, Jianguo Ma, Zhenfei Liu, Wuqingliang Peng // Materials. – 2022. – Vol. 15, № 11. – P. 1–14.
21. Effect of beam oscillation on fatigue life of Ti–6Al–4V electron beam weldments / N. Kishore Babu, S. Ganesh Sundara Raman, C.V. Srinivasa Murthy, G. Madhusudhan Reddy // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 471. – P. 113–119.
22. Effect of S-curve laser power for power distribution control on laser oscillating welding of 5A06 aluminum alloy / Zhejun Tan, Bowen Pang, J.P. Oliveira, Long Chen, Xianzheng Bu, Zhimin Wang, Baoqiang Cong, Zhi Zeng // Optics & Laser Technology. – 2022. – Vol. 149. – P. 1–9.
23. Kangda Hao, Ming Gao. Effect of beam oscillating behavior on pore inhibition and microstructure evolution mechanisms of laser welded Q235 steel // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – Vol. 11. – P. 1816–1827.
24. Sinusoidal oscillating laser welding of 7075 aluminum alloy: Hydrodynamics, porosity formation and optimization / Tongtong Liu, Zhongyan Mu, Renzhi Hu, Shengyong Pang // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2019. – Vol. 140. – P. 346–358.
25. Suppressing porosity of a laser keyhole welded Al-6Mg alloy via beam oscillation / Chen Zhang, Yan Yu, Cong Chen, Xiaoyan Zeng, Ming Gao // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 278. – P. 1–7.
26. Reduction of pores by means of laser beam oscillation during remote welding of AlMgSi / Florian Fetzer, Martin Sommer, Rudolf Weber, Jan-Philipp Weberpals, Thomas Graf // Optics and Lasers in Engineering. – 2018. – Vol. 108. – P. 68–77.
27. Effect of Magnetic Arc Oscillation on the geometry of single-pass multi-layer walls and the process stability in wire and arc additive manufacturing / D.R. Corradi, A.Q. Bracarense, B. Wu, D. Cuiuri, Z. Pan, H. Li // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 283. – P. 1–15.
28. The Influence of Magnetic Arc Oscillation on the Deposition Width Variation along the Length of Multi-layer Single-Pass Walls Produced by Wire Arc Additive Manufacturing Process / D.R. Corradi, F.G. Coelho, M.G. Antonello, A.Q. Bracarense, A.R. Arias, T.P. Barbosa // Journal of Materials Engineering and Perforamance. – 2021. – Vol. 30. – P. 5278–5289.
29. Yelin Xia, Jianbo Lei, Hanning Chen. Effects of circular oscillating laser on microstructure and mechanical property of nickel-based superalloy by laser melting deposition // Optics & Laser Technology. – 2022. – Vol. 155. – P. 1–13.
30. Investigation of the optimal modes of electron-beam wire deposition / V.K. Dragunov, M.V. Goryachkina, A.V. Gudenko, A.P. Sliva, A.V. Shcherbakov // IOP Conference Series: Material Science and Engineering. – 2019. – Vol. 681 (012008). – P. 1–6.
31. Gudenko A.V., Sliva A.P. Influence of electron beam oscillation parameters on the formation of details by electron beam metal wire deposition method // Journal of Physics: Conf. Ser. – 2018. – Vol. 1109 (012037). – P. 1–10.
32.  Слива А.П. Повышение качества сварных соединений при ЭЛС с осцилляцией электронного пучка сплавов алюминия со сквозным проплавлением // Электронно-лучевая сварка и смежные технологии: сборник материалов и докладов II междунар. конф. – М., 2017. – C. 506–520.
33. Гуденко А.В., Слива А.П., Шишкин Д.В. Влияние параметров технологических разверток на формирование валиков при электронно-лучевом аддитивном формообразовании // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. – Т. 23 № 3. – С. 27–38. DOI 10.15593/2224-9877/2021.3.03
34. Z. Fan, H. Feng. Study on Selective Laser Melting and Heat Treatment of Ti-6Al-4V Alloy // Results in Physics. – 2018. – Vol. 10. – P. 660–664.

Рассматривается современный метод высокопроизводительной обработки сложных поверхностей лопаток компрессора авиационных газотурбинных двигателей. Рассмотрена последовательность обработки лопаток компрессора высокого давления  на многофункциональном оборудовании совмещающая фрезерную и шлифовальную обработку в одной операции, использование современных шлифовальных кругов из КНБ. Приведены преимущества данной технологии по сравнению с традиционным способом обработки аналогичных деталей методом фрезерования.

Для реализации данной технологии оборудование должно обеспечивать: совмещение фрезерной и шлифовальной обработки на одном оборудовании; необходимое количество одновременно работающих координат, позволяющих на одной операции обрабатывать необходимое количество поверхностей за одно закрепление детали; реализация многопереходной обработки с формообразованием поверхностей деталей в условиях одновременной обработки в нескольких координатах; наличие магазина инструментов и механизма автоматической замены; наличие узла смены правящих роликов или обеспечение набора необходимого правящего инструмента; наличие механизмов, подающих охлаждающую жидкость в зону обработки, как для шлифовальных операций, так и для операций фрезерования; осуществление технологии скоростного и высокопроизводительного шлифования для обеспечения работы шлифовальными кругами с зерном из кубического нитрида бора.

Данные технологические требования к оборудованию для обработки лопаток реализованы как зарубежными, так и российскими станкостроительными компаниями, специализирующимися на создании оборудования для автоматизированной обработки.

Внедрение совмещенной комплексной обработки лопаток компрессора на многофункциональном оборудовании за одно закрепление позволило: повысить качество обработанной поверхности и точность обработки по сравнению с традиционной схемой фрезерной обработки; снизить цикл обработки на 33,5 % за счет замены фрезерных операций на шлифовальные; значительно сократить количество дорогостоящего лезвийного инструмента; снизить расходы на инструмент за счет применения шлифовальных кругов из кубического нитрида бора на 50 %.

Ключевые слова: лопатки компрессора, глубинное шлифование, прогрессивный технологический процесс, оборудования для автоматизированной обработки, шлифовальные круги из КНБ, детали газотурбинных двигателей.

Голованов Дмитрий Сергеевич (Рыбинск, Россия) – кандидат технических наук, начальник отдела по развитию специальных методов обработки экспериментально-технологического цеха, ПАО «ОДК-Сатурн» (Российская Федерация, 152903, Ярославская область, г. Рыбинск,
пр. Ленина, 163, e-mail: golovanov_ds@mail.ru).

Песин Михаил Владимирович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, декан механико-технологического факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: m.pesin@mail.ru).

1. Полетаев В.А., Цветков Е.В., Волков Д.И. Автоматизированное производство лопаток ГТД. – М.: Инновационное машиностроение, 2016. – 262 с.
2. Голованов Д.С., Безъязычный В. Ф. Качество поверхностного слоя деталей из титановых сплавов при глубинном шлифовании // Вестник РГАТУ имени П.А. Соловьева. – 2017. – № 3 (42). – С. 65–69.
3. Голованов Д.С., Безъязычный В.Ф., Койро В.М. Качество поверхностного слоя при глубинном шлифовании деталей ГТД из титановых сплавов алмазным абразивным инструментом на гальванической связке // Полет. – 2019. – № 4. – С. 47–52.
4. Голованов Д.С., Пашков И.В. Исследование параметров качества поверхностного слоя деталей из жаропрочных сплавов при обработке деталей методом глубинного шлифования кругами из кубического нитрида бора // ОДК-УМПО: тезисы докладов X Всерос. науч.-техн. конф. молодых специалистов. – Уфа, 2019. – С. 36–37.
5. Полетаев В.А., Цветков Е.В., Матвеев А.С. Качество поверхностного слоя лопаток турбин при многокоординатном глубинном шлифовании // СТИН, 2016, №12. С.27 – 31.
6. Полетаев В.А., Цветков Е.В. Проектирование технологических процессо автоматизированной обработки лопаток турбин // Вестник машиностроения. – 2016. – № 6. – С. 27–30.
7. Полетаев В.А., Цветков Е.В. Автоматизированные технологические процессы изготовления хвостовиков лопаток компрессоров // СТИН. – 2015. – № 6. – С. 34–36.
8. Голованов Д.С., Безъязычный В. Ф., Киселев Э.В. Исследование параметров качества поверхностного слоя детали при обработке эльборовыми шлифовальными кругами на гальванической связке // Справочник. Инженерный журнал. – 2021. – № 2 (287). – С. 11–15.
9. Зубарев Ю.М. Приемышев А.В. Технологические основы высокопроизводительного шлифования сталей и сплавов. – СПб.: Издательство С.-Петерб­ургского ун-та, 2004. – 220 с.
10. Емельянов А. Н., Гудков А.А. Отечественные станки для профильного глубинного шлифования // Оборудование и инструменты для профессионалов. – 2012. – № 6.
11. Костров С.В., Рябцев С.А., Жуков Ю.И. Отечественный высокопористый абразивный инструмент для профильного шлифования зубчатых колёс // Технология машиностроения. – 2007. – № 1. – С. 32–34.
12. Старков В.К., Рябцев С.А., Горин Н.А. Повышение эффективности процессов глубинного шлифования; под ред. В.К. Старкова. – М.: МГТУ «СТАНКИН», 2012. – 117 с.
13. Полетаев В.А. Универсальные технологические схемы глубинного шлифования лопаток ГТД // Справочник. Инженерный журнал. – 2009. – № 4. – С. 7–10.
14. Полетаев В.А. Абразивный режущий инструмент, используемый при глубинном шлифовании деталей ГТД // Справочник. Инженерный журнал. – 2009. – № 6. – С. 21–28.
15. Полетаев В.А. Основные технологические принципы автоматизированного производства лопаток ГТД // Наукоёмкие технологии в машиностроении. – 2012.– № 8.– С. 11–16.
16. Полетаев В.А., Волков Д.И. Глубинное шлифование лопаток турбин: библиотека технолога. – М.: Машиностроение, 2009. – 272 с.
17. Полетаев В.А., Волков Д.И., Цветков Е.В. Экспериментальное исследование абразивных инструментов из карбида кремния при глубинном шлифовании титанового сплава ОТ4 // Вестник Рыбинской государственной технологической академии имени П.А. Соловьева. – Рыбинск, 2010. – № 1(16). – С. 97–102.
18. Поклад В.А. Профильное глубинное шлифование деталей из титановых сплавов // Технология машиностроения. – 2002. – № 3. – С. 14–22.
19. Профильное глубинное шлифование хвостовиков турбинных лопаток инструментов отечественных и зарубежных производителей / В.К. Старков [и др.] // Справочник. Инженерный журнал. – 2010. – № 10. – С. 28–32.
20. Рыкунов Н.С., Цветков Е.В., Никонов С.Ю. Повышение эффективности обработки секторов соплового аппарата путем применения многокоординатного глубинного шлифования // Машиностроение и техносфера ХХI века: сборник трудов XV Международной научно-технической конференции в г. Севастополе 15–20 сент. 2008 г.: в 4-х т. – Донецк: Дон-НТУ, 2008. – Т. З. – С. 134–138.
21. Рябцев С.А. Теоритические принципы изготовления высокоструктурного абразивного инструмента // Наукоёмкие технологии в машиностроении. – 2012. – № 12. – С. 26–31.
22. Рябцев С.А., Бондарчук Т.П., Горин Н.А. Профильное глубинное шлифование хвостовиков лопаток газоперекачивающих установок новым высокопористым инструментом // Вестник МГТУ «Станкин». Науч. рецензир. журнал. – 2010. – № 2. – С. 28–31.
23. Создание станков для комплексной технологии многокоординатного глубинного шлифования деталей / В.Н. Крылов, В.С. Стогов, А.Н. Емельянов, А.А. Гудков // Ремонт. Инновации. Технология. Модернизация. – 2012.
24. Сравнительный анализ работоспособности высокопористых эльборовых и корундовых кругов при профильном зубошлифовании / В.К. Старков [и др.] // Технология машиностроения. – 2007. – № 2. – С. 17–22.
25. Старков В.К. Высокопористый абразивный инструмент нового поколения // Вестник машиностроения, 2002. – № 4. – С. 56–62.