Контент доступен под лицензией лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 |
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОСТИНФУЗИОННОГО ВЫРАВНИВАНИЯ ПОРИСТОСТИ И ТОЛЩИНЫ КОМПОЗИТНЫХ ПРЕФОРМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УПРАВЛЯЕМЫХ ДАВЛЕНИЙИ.В. Жиляев, Д.С. Асташенко, С.Н. Шевцов, Ч.-П. Хуанг, Н.Г. Снежина Получена: 11.10.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Несмотря на неуклонно возрастающую популярность процессов вакуумной инфузии в производстве полимерных композиционных конструкций, обусловленную простотой их реализации и относительно низкой стоимостью, область применения таких процессов ограничена малонагруженными конструкциями. Основной причиной этого является значительная неравномерность распределения объемной доли армирующих волокон и результирующей толщины стенок формуемых деталей, вызванные присущим всем инфузионным процессам большим градиентом давления в пористой преформе на их заключительной стадии. Одним из эффективных решений этой проблемы является модификация инфузионного процесса, состоящая в приложении возрастающего до некоторого предельного значения давления к внешней поверхности преформы и выдержке в течение некоторого времени. Разновидности такого процесса могут включать прокачку преформы смолой, позволяющую уменьшить объем пустот, а также удаление излишков смолы через вакуумный порт и (или) порт подачи смолы. Выравнивание давления в порах преформы обеспечивается его управляемым повышением в вакуумном порте. В статье представлены структура и некоторые результаты работы, основанной на концепции пороупругости компьютерной модели, предназначенной для обоснованного выбора режимов процесса (моментов старта повышения давлений, скорости, предельных давлений). Представленный модуль моделирования дополняет ранее разработанную авторами мультифизическую модель вакуумной инфузии, описывающую комплекс явлений, происходящих на стадии заполнения преформы жидкой смолой, с учетом изменений сжимаемости, проницаемости преформы, термокинетических и реологических трансформаций в смолах. Состояние преформы в конце стадии заполнения смолой является начальным условием для представленной модели постинфузионной стадии формования композитной конструкции. Эта модель, работа которой представлена здесь в автономном режиме, основана на использовании связанных закона Дарси, уравнений неразрывности для вязкой смолы и сжимаемости пористой среды. Результаты моделирования в среде Comsol Multiphysics двух разновидностей постинфузионного процесса, управляемого внешними давлениями, представленные ниже, обеспечивают реконструкцию распределений порового давления, пористости, толщины тонкостенной композитной детали, а также демонстрируют условия возникновения критических ситуаций, приводящих к неисправимым дефектам, и возможность их исключения, что позволяет достичь наилучших достижимых показателей качества при заданных свойствах смол и преформ.
Ключевые слова: полимерные композиты; композитные конструкции; технология композитов; вакуумно-инфузионное формование; конструктивная прочность; геометрическая точность; компьютерное моделирование.
Сведения об авторах: Жиляев Игорь Витальевич (Ростов-на-Дону, Россия) – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории транспорта, композиционных материалов и конструкций Южного научного центра РАН (ЮНЦ РАН) (Россия, 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41, e-mail: ivzhilyaev@gmail.com).
Асташенко Дарья Сергеевна (Ростов-на-Дону, Россия) – инженер-исследователь лаборатории Транспорта, композиционных материалов и конструкций Южного научного центра РАН (344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41, e-mail: kirschen.wasser@yandex.ru).
Шевцов Сергей Николаевич (Ростов-на-Дону, Россия) – доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией Транспорта, композиционных материалов и конструкций Южного научного центра РАН (Россия, 344006,
г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41, e-mail: sergnashevtsov@gmail.com).
Хуанг Чун-Пинь (Kaohsiung, Taiwan) – аспирант кафедры «Математическое моделирование» Южного федерального университета (Россия, 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42, e-mail: jas3-3@hotmail.com).
Снежина Наталья Геннадьевна (Ростов-на-Дону, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Авиастроение» Донского государственного технического университета (Россия, 344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ДГТУ, e-mail: snezhina_nataly@mail.ru).
Список литературы: 1. VARTM Variability and Substantiation / C.J. Hughes [et al.] // The Joint Advanced Materials and Structures Center of Excellence. – 2008.
2. High temperature VARTM with Larc polyimides / R.J. Cano [et al.] // 36th International SAMPE Technical Conference. – 2004.
3. A Review on the Out-of-Autoclave Process for Composite Manufacturing / O.A. Ekuase [et al.] // Journal of Composites Science. – 2022. – Т. 6, №. 6. – С. 172.
4. Baker A.A. Composite materials for aircraft structures. – AIAA, 2004.
5. El-Hajjar R., Tan H., Pillai K. M. Advanced processing techniques for composite materials for structural applications // Developments in Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Composites for Civil Engineering. – Woodhead Publishing, 2013. – P. 54–77e.
6. Advanced Carbon–Carbon Composites: Processing Properties and Applications / R. Sharma [et al.] // Composite Materials. – Springer, Berlin, Heidelberg, 2017. – P. 315–367.
7. Almazán-Lázaro J.A., López-Alba E., Díaz-Garrido F.A. The mechanical effect of monitoring and controlling the impregnation in the resin infusion process // Polymer Composites. – 2022. – Vol. 43, №. 4. – P. 1916–1926.
8. Celle P., Drapier S., Bergheau J. M. Numerical modelling of liquid infusion into fibrous media undergoing compaction // European Journal of Mechanics-A/Solids. – 2008. – Vol. 27, № 4. – P. 647–661.
9. Govignon Q., Bickerton S., Kelly P. A. Simulation of the reinforcement compaction and resin flow during the complete resin infusion process // Composites Part A:
Applied Science and Manufacturing. – 2010. – Vol. 41,
№ 1. – P. 45–57.
10. Flow control by progressive forecasting using numerical simulation during vacuum-assisted resin transfer molding / R. Matsuzaki [et al.] // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2013. – Vol. 45. – P. 79–87.
11. A numerical study of variability in the manufacturing process of thick composite parts / M.Y. Matveev [et al.] // Composite Structures. – 2019. – Vol. 208. – P. 23–32.
12. Filling Time Reduction in Liquid Composite Molding Processes / F. Rubino [et al.] // Journal of Composites Science. – 2022. – Vol. 6, № 8. – P. 222.
13. Akif Yalcinkaya M., Murat Sozer E. Effect of part thickness variation on the mold filling time in vacuum infusion process // Journal of Reinforced Plastics and Composites. – 2014. – Vol. 33, № 23. – P. 2136–2150.
14. Investigations on pressure and thickness profiles in carbon fiber-reinforced polymers during vacuum assisted resin transfer molding / C. Arulappan [et al.] // Journal of Reinforced Plastics and Composites. – 2015. – Vol. 34,
№ 1. – P. 3–18.
15. Caglar B., Yenilmez B., Sozer E.M. Modeling of post-filling stage in vacuum infusion using compaction characterization // Journal of Composite Materials. – 2015. – Vol. 49, № 16. – P. 1947–1960.
16. Shin D.D., Hahn H.T. Compaction of thick composites: simulation and experiment // Polymer Composites. – 2004. – Vol. 25, № 1. – С. 49–59.
17. Robinson M.J., Kosmatka J.B. Analysis of the post-filling phase of the vacuum-assisted resin transfer molding process // Journal of Composite Materials. – 2014. –
Vol. 48, № 13. – P. 1547–1559.
18. Shah D.U., Clifford M.J. Compaction, permeability and flow simulation for liquid composite moulding of natural fibre composites // Manufacturing of natural
fibre reinforced polymer composites. – Springer, Cham,
2015. – P. 65–99.
19. Experimental study of thickness gradient and flow simulation in VARTM process / T. Gajjar [et al.] // Fibers and Polymers. – 2020. – Vol. 21, № 2. – P. 384–391.
20. Wu D., Larsson R., Blinzler B. A preform deformation and resin flow coupled model including the cure kinetics and chemo-rheology for the VARTM process // International Journal of Material Forming. – 2021. – Vol. 14, № 3. – P. 421–434.
21. Ouezgan A., Mallil E.H., Echaabi J. Manufacturing routes of vacuum assisted resin infusion: Numerical investigation // Journal of Composite Materials. – 2022. –
Vol. 56, № 21. – P. 3221–3236.
22. Yalcinkaya M.A., Sozer E.M., Altan M.C. Fabrication of high quality composite laminates by pressurized and heated-VARTM // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2017. – Vol. 102. –
P. 336–346.
23. Yalcinkaya M.A., Sozer E.M., Altan M.C. Dynamic pressure control in VARTM: Rapid fabrication of laminates with high fiber volume fraction and improved dimensional uniformity // Polymer Composites. – 2019. – Vol. 40, № 6. – P. 2482–2494.
24. Two-stage numerical approach for reliable recognition of dry spots at the VAP infusion of large composite parts of complex shape / S. Shevtsov [et al.] // Composite Structures. – 2021. – Vol. 259. – P. 113437.
25. Multi-Criteria Decision Approach to Design a Vacuum Infusion Process Layout Providing the Polymeric Composite Part Quality / S. Shevtsov [et al.] // Polymers. – 2022. – Vol. 14, № 2. – P. 313.
26. Flow and compaction during the vacuum assisted resin transfer molding process / B.W. Grimsley [et al.] // NASA Technical Report. – 2001.
27. Cheng A.H.D. Poroelasticity. – Switzerland: Springer International Publishing, 2016. – Vol. 27.
28. Yenilmez B., Sozer E.M. Compaction of e-glass fabric preforms in the vacuum infusion process: (a) use of characterization database in a model and (b) experiments // Journal of composite materials. – 2013. – Vol. 47, № 16. –
P. 1959–1975.
29. Sorrentino L., Bellini C., Gerevini E. New methodology to determine the compressibility curve in a RIFT process // Journal of Composite Materials. – 2014. – Vol. 48, № 10. – P. 1233–1240.
30. Young W.B. Three-dimensional modeling of
the filling process in VARTM including the fiber compaction effect // International Journal of Advances in Science, Engineering and Technology. – 2016. – Vol. 4,
№ 3. – P. 122.
СНЯТИЕ МИКРОНАПРЯЖЕНИЙ МЕТОДОМ БЕСЦЕНТРОВОЙ ОБКАТКИ ДЕТАЛИ МЕЖДУ ТРЕМЯ ВАЛКАМИЮ.В. Мишина, А.В. Жуков, Г.В. Жуков, Ж.В. Шелухина, Я.А. Пахомов, А.С. Яковишин, А.А. Никифоров Получена: 31.08.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Одним из ключевых показателей качества изделий из конструкционных материалов является долговечность. Данный параметр необходимо учитывать при проектировании деталей и узлов в машиностроении, которые работают в условиях многоциклового нагружения. К таким изделиям относятся подшипники качения, широко используемые в различных видах техники. Многоцикловые и вибрационные нагрузки приводят к возникновению и развитию трещин в кольцах подшипников, которые сокращают сроки службы. Также отрицательное влияние на срок службы подшипников оказывают остаточные напряжения, возникшие при изготовлении кольца подшипника на технологи-ческой операции, сопровождающейся изменением напряженно-деформированного состояния кольца подшипника вследствие сообщаемой им тепловой или механической энергии. Остаточные напряжения концентрируются по границам зерен материала, что приводит к возникно-вению микротрещин. Последующее циклическое нагружение колец подшипников, осуществляемое в ходе их эксплуатации, ведет к накоп-лению внутренней энергии и росту микротрещин. Уменьшение остаточных напряжений в кольце подшипника значительно увеличивает срок его службы. С этой целью был разработан метод осуществления микродинамической релаксации остаточных напряжений, заключающаяся в определении ограничения в величине деформации детали со стороны валков, при которой эффективно удаляются остаточные напряже-ния и исправляется погрешность геометрической формы, а также в определении времени обработки, необходимого для исправления ис-ходных погрешностей. При вращении детали между валками каждый ее кольцевой участок получает многократную циклическую деформа-цию со стороны валков, что позволяет в результате действия упругого гистерезиса снижать в деталях остаточные напряжения и стабили-зировать их геометрические параметры. Поскольку заготовку деформируют с регламентированной силой, повышается стабильность ре-зультатов обработки, а установка детали на два ведущих валка уменьшает ее микропроскальзывание между валками и способствует уменьшению затрат энергии на обработку. Все это обеспечивает повышение качества обработки деталей.
Ключевые слова: микродинамическая релаксация, деформация, упругий гистерезис, остаточные напряжения, геометрические па-раметры, цикл нагружения, сила прижима, участок нагружения, заготовка.
Сведения об авторах: Мишина Юлия Васильевна (Саратов, Россия) – магистрант кафедры «Технология машиностроения» Са-ратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Саратов, ул. По-литехническая 77, e-mail: malibox0704@yandex.ru).
Жуков Андрей Владимирович (Саратов, Россия) – бакалавр кафедры «Техническая механика и мехатрони-ка» Саратовского государственного технического универ-ситета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Саратов, ул. Политехническая 77, e-mail: andrew.rx@mail.ru).
Жуков Григорий Владимирович (Саратов, Рос-сия) – бакалавр кафедры «Техническая механика и ме-хатроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Са-ратов, ул. Политехническая 77, e-mail: grigori_zh@mail.ru).
Шелухина Жанна Владимировна (Саратов, Рос-сия) – магистрант кафедры «Технология машинострое-ния» Саратовского государственного технического уни-верситета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Саратов, ул. Политехническая 77, e-mail: mirojanna@gmail.com).
Пахомов Ярослав Алексеевич (Саратов, Россия) – магистрант кафедры «Приборостроение», профиль «Навигация и управление подвижными объектами» Сара-товского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Саратов, ул. По-литехническая 77, e-mail: bnmprover@mail.ru).
Никифоров Александр Анатольевич (Саратов, Россия) – доцент кафедры «Радиоэлектроника и телеком-муникации» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Са-ратов, ул. Политехническая 77, e-mail: nikiforovaa@sstu.ru).
Яковишин Александр Сергеевич (Саратов, Рос-сия) – ассистент кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университе-та имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Саратов, ул. Политехническая 77, e-mail: bazilhadance@mail.ru).
Список литературы:
1. Махалов М.С. Расчетные модели остаточных напряжений поверхностного слоя после упрочнения спо-собами поверхностного пластического деформирования // Обработка металлов (технология, оборудование, инстру-менты). – 2012. – № 3. – С. 110–115.
2. Биргер И.А. Остаточные напряжения. – М.: Машгиз, 1963. – 232 с.
3. Завестовская И.Н. Теоретическое моделирова-ние процессов поверхностной обработки материалов им-пульсами лазерного излучения: дис. … д-ра физ.-мат. наук: 01.04.21. – М., 2012. – 221 c.
4. Рагульскис К.М., Стульпинас Б.Б., Толутис К.Б. Вибрационное старение. – Л.: Машиностроение, 1987. – 72 с.
5. Методика исследования характеристик поверх-ностного слоя деталей приборов: учеб. пособие /
В.А. Валетов, С.Д. Васильков, А.Н. Сисюков, О.С. Юль-метова. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 92 с.
6. Саушкин М.Н., Дубовова Е.В. Метод решения краевой задачи релаксации остаточных напряжений в упрочненном слое цилиндрического образца при вибро-ползучести // Вестн. СамГТУ. Сер. Физ.-мат. науки. – 2010. – № 1(20). – С. 111–120.
7. Никифоров А.А., Душаньков М.Д., Сорокин А.И. Современные методы определения дефектов нераз-рушающими методами контроля (обзор) // Современные материалы, техника и технология: материалы 3-й Между-нар. науч.-практ. конф., Курск, 27 декабря 2013 года / отв. ред. А.А. Горохов. – Курск: Юго-Западный государствен-ный университет, 2013. – С. 249–251.
8. Горенко В.Г., Русаков П.В. Статические и дина-мические способы снижения уровня остаточных напряже-ний и стабилизации размеров отливок // Повышение надежности и долговечности литых деталей: сб. науч. тру-дов. – К.: Институт проблем литья АН УССР, 1987. – С. 23–39.
9. Колбасников Н.Г. Теория обработки металлов давлением. Физические основы прочности и пластичности металлов: учеб. пособие / М-во образования Рос. Федера-ции, С.-Петерб. гос. политехн. ун-т. – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. – 220 с.
10. Korolev A.V., Korolev A.A. Temperature Distri-bution Within and Outside the Laser Heating Zone / Saratov Fall Meeting 2014: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XVI; Laser Physics and Photonics XVI; and Com-putational Biophysics. – 2014. – 94481Y. DOI: 10.1117/12.2178445
11. Korolev A.V., Korolev A.A. A multicycle tech-nology for laser surface hardening and stabilization treatment of slender parts // Saratov Fall Meeting 2014: Optical Tech-nologies in Biophysics and Medicine XVI; Laser Physics and Photonics XVI; and Computational Biophysics. – 2014. – 94481Y. DOI: 10.1117/12.2178854
12. Korolev A.V., Korolev A.A., Zhuravlyov M.M. The Mechanism of hardening and internal stress stabilisation in the process of laser treatanent // Journal of Russian
Laser Research. – 2015. – Vol. 36, no. 4. DOI: 10.1007/s10946-015-9510-3
13. Пат. № 2608114 C Российская Федерация, МПК B24B 39/04. Устройство для стабилизации геомет-рических параметров кольцевых деталей: № 2015142865: заявл. 08.10.2015: опубл. 13.01.2017 / А.В. Королев, А.Ф. Балаев, А.С. Яковишин; заявите¬ль Федеральное государ-ственное бюджетное образовательное учреждение высше-го профессионального образования «Саратовский госу-дарственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» (СГТУ имени Гагарина Ю.А.). – EDN ZTTRPV.
14. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Плас-тинки и оболочки / пер. с англ. В.И. Контовта; под ред. Г.С. Шапиро. – 3-е изд. – М.: URSS, 2009. – 635 с.
15. Биргер И.А. Остаточные напряжения. – М.: МАШГИЗ, 1963. – 332 с.
16. Колбасников Н.Г., Кондратьев С.Ю. Струк-тура. Энтропия. Фазовые превращения и свойства метал-лов. – СПб.: Наука, 2006. – 362 с.
17. Журавлев М.М., Королев А.В., Решетников М.К. Теплофизическая модель закалки сканирующим лазерным пучком // Вестник СГТУ. – 2013. – № 4 (73). – С. 110–114.
18. Ультразвуковой метод снятия остаточных напряжений в сварных соединениях циркуляционных трубопроводов и оборудования АЭС / А.И. Трофимов, С.И. Минин, В.Н. Дементьев, М.А. Трофимов, А.И. Оси-пов // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – 2009. – № 3. – С. 44–49.
19. Киселев Е.С., Благовский О.В. Технологиче-ские возможности ультразвуковой релаксации остаточ-ных напряжений полосовым твердосплавным индентором // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2012. – № 3. – С. 9–14.
20. Vibrational Stress-Relief of Cast Iron Castings / C. Balasingh, M.R. Seshadri, M.N. Srinivasan, S. Rama-seshan // Indian Foundry J. – 1983. – Vol. 29, № 11. –
Р. 129–136.
21. Слесарев С.В. Совершенствование технологии стабилизации остаточных напряжений в прецизионных деталях типа колец подшипников на основе применения ультразвуковой энергии: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.08. – Саратов, 2006. – 180 с.
22. Андреев А.И., Жуков А.В., Яковишин А.С. Разработка методики в области проектирования мембран-ных датчиков давления // Вестник Пермского националь-ного исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловеде¬ние. – 2022. – Т. 24, № 1. – С. 28–34. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.1.04
23. Никифоров А.А. Повышение эффективности технологии изготовления тонкостенных колец подшипни-ков с применением точной холодной раскатки:
дис. … канд. техн. наук / специальность 05.02.08 «Техно-логия машиностроения». – Саратов, 2006. – 138 с.
24. Никифоров А.А. Повышение эффективности технологии изготовления тонкостенных колец подшипни-ков с применением точной холодной раскатки: автореф. дис. … канд. техн. наук / специальность 05.02.08 «Техно-логия машиностроения». – Саратов, 2006. – 15 с.
25. Коцюбинский Ю.О. Стабилизация размеров чугунных отливок. – М.: Машиностроение, 1974. – 296 с.
26. Королев А.В., Мелентьев В.А., Никифоров А.А. Расчет усилий деформации при обработке металли-ческих кольцевых заготовок в холодном состоянии // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2008. – Т. 4, № 1(36). – С. 36–39.
27. Королев А.А., Королев А.В., Никифоров А.А. Раскатка тонкостенных кольцевых заготовок шариковым инструментом // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2006. – Т. 3, № 2 (15). – С. 24–28.
28. Дмитриев В.А. Определение остаточных напряжений в кольцах подшипников с произвольным попе¬речным сечением // Известия Самарского научного цент¬ра Российской академии наук. – 2020. – Т. 22, № 3(95). – С. 31–36. DOI 10.37313/1990-5378-2020-22-3-31-36
29. Антонов А.А., Стеклов О.И., Сидорин Ю.В. Исследование технологических остаточных напряжений в сварных соединениях магистральных трубопроводов // Заготовительные производства в машиностроении. – 2010. – № 3. – С. 13–18.
30. Штефан В.В. Тентлер А.В. Подольский В.Е. Управление уровнем концентраторов механических напряжений деформированного состояния в стальных конструкциях // Контроль. Диагностика. – 2003. – № 7. – С. 61–64.
31. Energy Approach-Based Simulation of Structural Materials High-Cycle Fatigue / A.F. Balayev, A.V. Korolev, A.V. Kochetkov, A.I. Sklyarova, O.V. Zakharov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 116. – P. 012039. DOI: 10.1088/1757-899X/116/1/012039
32. Болотин В.В. Прогнозирование и нормирова-ние ресурса машин // Сборка в машиностроении, приборо-строении. – 2009. – № 7. – С. 3–10.
ПОВЫШЕНИЕ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ В МЕЖСЛОЙНЫХ ГРАНИЦАХ ПОРОШКОВЫХ ЖЕЛЕЗОМЕДНЫХ СПЛАВОВ С РЕЗИНОЙБ.Г. Гасанов, М.А. Исмаилов, Е.В. Харченко Получена: 24.08.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Исследовано влияние химического состава и поверхностной пористости образцов из порошковой стали на адгезионную прочность при отрыве двухслойных образцов «порошковая сталь – резина». Установлено, что адгезионная прочность при отрыве в межслойных границах «порошковая сталь – резина» зависит от поверхностной пористости, содержания меди и порообразователя в шихте. Показано, что в случае добавления в шихту на основе порошка железа 9–10 % (мас.) меди предел прочности на отрыв (адгезионная прочность) слоистых образцов «порошковая сталь – резина» возрастает в 3 – 4 раза. Выявлено, что при введении в шихту по 30 % бикарбоната ам-мония и меди адгезионная прочность при отрыве порошковой стали с резиной максимальная и достигает значений 0,93 – 0,95 МПа. Уста-новлены физико-химические особенности формирования межслойных границ в системе «пористая железомедная порошковая сталь – резина». В частности, при горячей вулканизации образцов из порошковой стали с резиновой смесью происходит сульфидирование меди и железа, а между частицами меди и резины образуется промежуточная пленка, состоящая из продуктов реакции меди и медного раствора в железе с серой. Приведены оптимальные параметры горячей вулканизации для соединения упругодиссипативной подложки со спеченной порошковой сталью и экспериментально обосновано, что адгезионная прочность на отрыв достигает таких значений, при которых нет необходимости в дополнительной обработке поверхности порошковой стали перед склеиванием с упругодиссипативной подложкой на основе резиновой смеси.
Ключевые слова: спеченная порошковая сталь, резиновый слой, упругодиссипативная подложка, ударно-абразивный износ, по-рообразователь, бикарбонат аммония, адгезионная прочность, вулканизация, пористость, микрорентгеноспектральный анализ, поэлемент-ное картирование.
Сведения об авторах: Гасанов Бадрудин Гасанович (Новочеркасск, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Международные логистические системы и комплексы» Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова (Россия, 346428, г. Новочеркаск, ул. Просвещения, 132, e-mail: kafmlsik@gmail.com).
Исмаилов Маркиз Азизович (Новочеркасск, Рос-сия) – старший преподаватель кафедры «Автомобили и транспортно-технологические комплексы» Южно-Рос-сийского государственного политехнического университе-та (НПИ) имени М.И. Платова (Россия, 346428, г. Ново-черкаск, ул. Просвещения, 132, e-mail: al_myalim@mail.ru).
Харченко Евгений Вячеславович (Новочер-касск, Россия) – старший преподаватель кафедры «Авто-мобили и транспортно-технологические комплексы» Юж-но-Российского государственного политехнического уни-верситета (НПИ) имени М.И. Платова (Россия, 346428, г. Новочеркаск, ул. Просвещения, 132, e-mail: hariton_n@ mail.ru).
Список литературы: 1. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Износостойкость сталей и сплавов: учебное пособие для вузов. – М.: Нефть и газ, 1994. – 417 с.
2. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. – М.: Машиностроение. 1990. – 222 с.
3. Трение, изнашивание и смазка: справочник / под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. – М.: Машино-строение, 1978. – Кн. 1. – 400 с.
4. Гасанов Б.Г., Сиротин П.В. Порошковые матери-алы для деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания // Металлург. – 2011. – № 3. – С. 61–64.
5. Абдюкова Р.Я., Багаутдинов Н.Я. Анализ причин отказов клапанов буровых насосов // Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений и подготовка нефти. – 2012. – № 4. – С. 66–70.
6. Сиротин П.В., Гасанов Б.Г., Исмаилов М.А. Оценка возможности повышения ударно-абразивной из-носостойкости композиционных материалов за счет опти-мизации их упругодиссипативных свойств // Актуальные проблемы порошкового материаловедения: материалы международной научно-технической конференции. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. – Т. 1. – С. 207–210.
7. Белозеров Н.В. Технология резины. – 3-е изд. пе-рераб. и доп. – М.: Химия, 1979. – 472 с.
8. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов А.М. Об-щая технология резины. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1978. – 578 с.
9. Гуммированные детали машин / Н.С. Пенкин, В.Г. Копченков, В.М. Сербин, А.Н. Пенкин / под ред. д.т.н., проф. Н.С. Пенкина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2013. – 245 с.
10. Бурдикова Т.В., Коробков А.М., Белов Е.Г. Ад-гезионная прочность композиционных материалов: учеб-ное пособие [Электронный ресурс] / Казанский нацио-нальный исследовательский технологический универси-тет. – Казань: Казанский научно-исследовательский тех-нологический университет (КНИТУ), 2018. – 148 с. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=500568 (дата обращения: 16.12.2020).
11. Белов С.В. Пористые материалы в машиностро-ении. – М.: Машиностроение, 1976. – 184 с.
12. Руденко Н.А., Лаптев А.М., Попивненко Л.В. Исследование прочности и изменения размеров спечен-ных пористых материалов состава железо – медь – бикар-бонат аммония / Обработка материалов давлением. – 2011. – № 3 (28). – С. 114–118.
13. Попивненко Л.В., Ерёмкин Е.А., Бочанов П.А. Способы улучшения служебных характеристик самосма-зывающихся спеченных подшипников скольжения // Научный вестник ДГМА. – 2014. – № 3 (15Е). – С. 101–105.
14. Пат. РФ № 2725530. Стенд для статических ис-пытаний композиционных многослойных материалов (Варианты) / Сиротин П.В., Исмаилов М.А. – 2020. – Бюл. № 19.
15. Сиротин П.В., Гасанов Б.Г., Исмаилов М.А. Установка для определения упругих и демпфирующих характеристик порошковых материалов с упругодис-сипативной подложкой // «Заводская лаборатория. Диа-гностика материалов». – 2021. – Т. 87, № 6. – С. 63–69.
16. Сиротин П.В., Гасанов Б.Г., Исмаилов М.А. Технологические особенности повышения адгезионной прочности в межслойных границах порошковых изделий с упругодиссипативной подложкой // Порошковая метал-лургия: инженерные поверхности, новые порошковые материалы. Сварка-Powder metallurgy: Surface Engineering, New Powder Composite materials. Welding: сб. докл. 12-го Междунар. симп.: в 2 ч. / Нац. акад. наук. – Минск: Бела-руская навука, 2021. – Ч. 1. – С. 287–295.
17. Никифорова Н.А., Шерышев М.А. Способы увеличения адгезионной прочности на границе резина-металлокорд // Успехи в химии и химической технологии. – 2011. – Т. XXV, № 3 (119). – С. 24–28.
ПОДСТУЖИВАНИЕ МЕЛЮЩИХ ШАРОВ ПЕРЕД ЗАКАЛКОЙ. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТО.И. Шевченко, И.Э. Лановенко, В.Ю. Рубцов, А.С. Опарин Получена: 05.10.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Представлен анализ сходимости результатов аналитического расчета, моделирования и производственного эксперимента под-стуживания мелющих шаров диаметром 120 мм из стали марки 70ХГС (в случае моделирования в Deform-3D был выбран аналог из биб-лиотеки – марка AISI 1070) для дальнейшего проведения термической обработки в условиях шаропрокатного стана АО «ЕВРАЗ НТМК». Аналитический расчет проводился по известной методике с учетом критерия Био и числа Фурье, а моделирование производилось с ис-пользованием программного комплекса Deform-3D. Температура начала охлаждения задавалась эквивалентно температуре шаров после прокатки на стане и составила 1050 °С. Требуемая температура шаров перед закалкой была определена по критическим точкам стали и должна быть не менее 730 °С. Прокаливаемость шаров была рассчитана согласно методике ASTM A255 на основании химического соста-ва стали. Дискретность по времени при замере и расчете температур при всех методах исследования составила 30 с. Характер кривых охлаждения реального шара и результатов моделирования в Deform-3D идентичен. Результаты моделирования шара в Deform-3D по зна-чениям имеют большую сходимость с реальной температурой в центре шара, чем расчетные значения, и меньшую сходимость на поверх-ности шара. Результаты моделирования в Deform-3D показали усредненные значения между аналитическим расчетом и физическим экс-периментом, при этом температуры с достаточно высокой достоверностью сошлись с результатами физического опыта как по поверхно-сти, так и в центре шара, что указывает на возможность использования моделирования процесса подстуживания мелющих шаров.
Ключевые слова: мелющий шар, термическая обработка, зона подстуживания, устройство выравнивания температур, моделиро-вание, охлаждение, легированная сталь, критические точки стали, прокаливаемость, Deform-3D.
Сведения об авторах: Шевченко Олег Игоревич (Нижний Тагил, Рос-сия) – доктор технических наук, доцент, заведующий ка-федрой металлургических технологий НТИ (филиал) УрФУ (Россия, 622000, г. Нижний Тагил, ул. Красно-гвардейская, 59, e-mail: shevchenko_oleg@mail.ru).
Лановенко Иван Эдуардович (Нижний Тагил, Россия) – ведущий инженер-технолог АО «ЕВРАЗ НТМК» (Россия, 622000, г. Нижний Тагил, ул. Металлур-гов 1,
e-mail: Ivan.Lanovenko@evraz.com).
Рубцов Виталий Юрьевич (Нижний Тагил, Рос-сия) – кандидат технических наук, главный специалист по производству рельсов АО «ЕВРАЗ НТМК» (Россия, 622000, г. Нижний Тагил, ул. Металлургов 1, e-mail: Uri-ylot@mail.ru).
Опарин Александр Сергеевич (Нижний Тагил, Россия) – ведущий инженер-технолог АО «ЕВРАЗ НТМК» (Россия, 622000, г. Нижний Тагил, ул. Металлур-гов 1,
e-mail: Aleksandr.Oparin@evraz.com).
Список литературы:
1. ГОСТ 7524-2015 Шары мелющие стальные для шаровых мельниц. – М.: Стандартинформ, 2016. – 8 с.
2. Production of Hard (Class V) Grinding Balls at PAO DMPZ / M.M. Lam, A.I. Serov, E.N. Smirnov [et al.] // Steel in Translation. – 2017. – Vol. 47, № 5. – P. 325–329.
3. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И. Освоение произ-водства мелющих шаров 5 группы твердости в условиях АО «ЕВРАЗ-НТМК» // Актуальные проблемы современ-ной науки, техники и образования: тезисы докладов
76-й Междунар. науч.-техн. конф. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2018. – Т. 1. – С. 117–118.
4. Освоение производства мелющих шаров группы твердости V в ПАО «Донецкий металлопрокатный завод» / М.М. Лам, А.И. Серов, Е.Н. Смирнов, А.Н. Тернавский, В.В. Михеев // Сталь. – 2017. – № 5. – С. 29–33.
5. Галимьянов И.К. Влияние температуры и струк-туры круглой заготовки на раскол мелющих шаров // Черные металлы. – 2019. – № 10. – С. 63–66.
6. Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соленый В.К. Выбор материала и технологии термической обработки мелющих шаров, работающих преимущественно в усло-виях абразивного износа // Сталь. – 2017. – № 6. – С. 64–69.
7. Способы испытания мелющих шаров на удар-ную стойкость / И.Э. Лановенко, В.Ю. Рубцов, К.Н. Шведов, И.К. Галимьянов // Калибровочное бюро. – 2021. –
№ 19. – С. 22–27.
8. Mineral Processing 25mm High hardness hot roll-ing steel balls 60Mn HRC 65-68 [Электронный ресурс]. – URL: http://www.grindingsteelballs.com/sale-7540172-mineral-processing-25mm high-hardness-hot-rolling-steel-balls-60mn-hrc-65-68.html (дата обращения: 06.07.2022).
9. Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соленый В.К. Освоение производства и оценка эффективности исполь-зования высококачественных мелющих шаров // Сталь. – 2021. – № 11. – С. 36–39.
10. Новый шаропрокатный стан ЕВРАЗ НТМК – новые возможности для потребителей / К.А. Улегин, К.Н. Шведов, А.Н. Бородин, В.Ю. Рубцов // Черная металлур-гия. – 2020. – Т. 76, № 6. – С. 602–607.
11. Вавилкин Н.М., Челноков В.В. К выбору ма-териала для производства мелющих шаров // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2002. – № 1. – С. 41–46.
12. Основные принципы выбора материалов для изготовления мелющих тел, работающих в условиях ударно-абразивного, ударно-коррозионно-абразивного и ударно-усталостного износа / В.А. Игнатов, В.К. Соле-ный, В.Л. Жук, А.И. Туяхов // Металл и литье Украины. – 2001. – № 10–11. – С. 31–34.
13. Термическая обработка мелющих шаров в условиях нового шаропрокатного стана / О.И. Шевченко, Г.Е. Трекин, В.Ю. Рубцов, В.В. Курочкин // Вестник Пермского национального исследовательского политех-нического университета. Машиностроение и материалове-дение. – 2019. – Т. 21, № 3. – С. 110–117.
14. Повышение объемной твердости стальных ме-лющих шаров применением Q-n-P термической обработ-ки / В.И. Зурнаджи, В.Г. Ефременко, Е.В. Дунаев, А. Ле-кату, Р.А. Кусса // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дні¬пропетровського національного університету заліз-ничного транспорту. – 2018. – № 2(74). – С. 103–109.
15. Исследование влияния макро- и микрострук-туры стальных помольных шаров на их ударную стой-кость / А.А. Уманский, А.В. Головатенко, Т.Н. Осколко-ва,
А.С. Симачев, А.Г. Щукин // Изв. высш. учеб. заведений. Черная металлургия. – 2019. – Т. 62, № 4. – С. 283–289.
16. Вплив параметрів охолодження на власти¬вості молольних куль із сталі 65Г для кульових млин / А.П. Штихно, В.І. Алімов, І.О. Передерій, В.П. Єрмаков // Научный вестник ДГМА. – 2013. – № 2 (12Е). – С. 37–43.
17. Компьютерное моделирование процесса тер-мической обработки мелющих шаров / А.А. Сидоров, А.А. Се¬менов, И.Э. Лановенко, И.К. Галимьянов, Р.А. Ильиных, А.Ю. Беспамятных // Металлург. – 2021. – № 7. – С. 35–43.
18. Mitemeijer E.J. Steel heat treating fundamentals and processes // ASM Handbook A. – 2013. – Vol. 4. – 747 p.
19. Шведов К.Н., Галимьянов И.К., Казаковцев М.А. Получение мелющих шаров с высокой поверхност-ной и нормированной объемной твердостью // Металлург. – 2020. – № 6. – С. 15–21.
20. Курочкин В.В. Шевченко О.И. Освоение тех-нологии термообработки шаров в условиях нового шаро-прокатного стана АО «ЕВРАЗ НТМК» // Молодежь и наука: материалы междунар. науч.-практ. конф. (24 мая 2019 г.): в 2 т. / М-во образ. и науки РФ; УрФУ им. пер-вого Президента России Б.Н. Ельцина, Нижнетагил. тех-нол. ин-т (филиал). – Нижний Тагил, 2019. – С. 24–27.
21. ASTM A255-20a Стандартные методы испыта-ний для определения прокаливаемости стали.
22. Modelling of CCT Diagrams for Enginering and Constructical Steels / J. Trzaska [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. – 2007. – Vol. 192–193. – P. 504–510.
23. Kariya N. High Carbon Hot-Rolled Steel Sheet and Method for Production Thereof // European Patent Appli-cation EP 2.103.697.A1. – 2009. – 15 p.
24. Determination of Ms Temperature in Steels A Bayesian Neural Network Model / C. Capdevila [et al.] // ISIJ International – 2002. – Vol. 42 (8). – P. 894–902.
25. Теория тепломассопереноса в нефтегазовых и строительных технологиях: учебное пособие для вузов / А.Б. Шабаров [и др.]; под ред. А.Б. Шабарова, А.А. Кис-лицына. – М.: Юрайт, 2022.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ И СИЛ РЕЗАНИЯ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ЗАЧИСТКЕ ТОРЦЕВЫМИ ПОЛИМЕРНО-АБРАЗИВНЫМИ ЩЕТКАМИД.Б. Подашев Получена: 20.08.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Необходимость замены ручного труда на механизированный и автоматизированный является актуальной проблемой для отече-ственного авиастроения. В статье рассмотрено влияния режимов обработки и сил резания на такой показатель качества поверхностного слоя деталей из алюминиевых сплавов, как шероховатость поверхности.
При проведении экспериментальных исследований использовались торцевые полимерно-абразивные щетки компании 3М марки Scotch-Brite™ Bristle BD-ZB. В качестве обрабатываемого материала выбран алюминиевый сплав В95ПчТ2 как типовой представитель высокопрочных алюминиевых сплавов, применяемых в авиастроении.
Комплекс экспериментальных исследований проводился при помощи современного металлообрабатывающего оборудования: верти-кального обрабатывающего центра Deckel Maho DMC 635V. Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением совре-менных высокоточных средств измерений, таких как трехкомпонентный динамометрический комплекс Kistler 9253B23, а также профило-граф-профилометр Taylor Hobson Form Talysurf i200, и последующей статистической обработкой экспериментальных данных.
В результате экспериментальных исследований выявлены зависимости поперечной и продольной шероховатости по параметру Ra от режимов обработки (деформации щетки, частоты вращения и продольной подачи), а также нормальной составляющей силы резания Py.
Получены эмпирические зависимости как поперечной, так и продольной шероховатости от режимов обработки, что позволяет про-гнозировать ожидаемую шероховатость при проектировании технологического процесса изготовления деталей.
Поскольку в технической документации на многие детали каркаса летательных аппаратов присутствуют требования не только на предельное значение шероховатости поверхности, но и требования к направлению неровностей, полученные в ходе настоящего исследо-вания уравнения могут быть эффективно использованы для решения практических задач в производственных условиях. Пользуясь полу-ченными зависимостями, можно выбрать марку полимерно-абразивного инструмента и режимы обработки, которые позволят обеспечить все требования соответствующих нормативно-технических документов к шероховатости обработанной поверхности.
Ключевые слова: финишная обработка, торцевая полимерно-абразивная щетка, шероховатость поверхности, поперечная шерохо-ватость, продольная шероховатость, режимы обработки, деформация щетки, частота вращения, продольная подача, силы резания, ре-грессионные уравнения.
Сведения об авторах: Подашев Дмитрий Борисович (Иркутск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры конструи-рования и стандартизации в машиностроении ИРНИТУ (Россия, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, e-mail: dbp90@mail.ru).
Список литературы: 1. Surface roughness of steel in turning with metal buildup on the tool / D.I. Tokarev, A.A. Drozdov,
L.D. Sirotenko, E.V. Matygullina // Russian Engineering Research. – 2019. – Vol. 39, № 10. – P. 886–888.
2. Research on Processing Efficiency and Contact Characteristics of M300 Steel Surface Grinding with Elastic Abrasives / X. Wu, Z. Chen, T. Zhou, C. Ma, X. Shu, J. Dong // Jixie Gongcheng Xuebao // Journal of Mechanical Engineering. – 2018. – Vol. 54, iss. 1. – P. 171–177.
3. Wu X.-J., Zhou T.-Z., Tong Z.-X. Experimental study on surface quality in elasticity ball-end grinding of m330 steel // Journal of Computational and Theoretical Nano-science. – 2017. – Vol. 14, iss. 11. – P. 5372–5377.
4. Experimental study on flexible abrasive grinding of M330 steel / X. Wu, X. Yu, R. Liu, Q. Wu // Nami Jishu yu Jingmi Gongcheng. Nanotechnology and Precision Engineer-ing. – 2015. – Vol. 13, iss. 3. – P. 199–204.
5. Зверовщиков В.З., Зверовщиков А.Е., Зверовщи-ков Е.А. Повышение эффективности объемной центро-бежной отделочно-упрочняющей обработки деталей в контейнерах с планетарным вращением // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2007. – № 12. – С. 3–10.
6. Investigation on the polishing of aspheric surfaces with a doughnut-shaped magnetic compound fluid (MCF) tool using an industrial robot / M. Feng, T. Bitoh, M. Nomura, T. Fujii, Y. Wu, J. Zeng, Y. Wang // Precision Engineering. – 2020. – Vol. 61. – P. 182–193.
7. Fowler G., Pashby I.R., Shipway P.H. The effect particle hardness and shape when abrasive water jet milling titanium alloy TI6AL4V // Wear. – 2009. – Vol. 266, № 7–8. – P. 613–620.
8. Tamarkin M.A., Tishchenko E.E., Vyalikov I.L. In-creased efficiency of vibroabrasive machining in the presence of ultrasound // Russian Engineering Research. – 2015. – Vol. 35, № 10. – P. 740–744.
9. Magnetic abrasive finishing of cutting tools for high-speed machining of titanium alloys / H. Yamaguchi, M. Tan, A.K. Srivastava, F. Hashimoto // CIRP Journal of Manufac-turing Science and Technology. – 2014. – Vol. 7, № 4. – P. 299–304.
10. Свирщев В.И., Подборнов И.В. Зубаирова Л.Х., Тепловой баланс при плоском торцовом планетарном шлифовании // Вестник ИжГТУ. – 2011. – № 1 (49). – С. 11–13.
11. Experimental investigation on grinding surface con-dition of 9MN2V under different tempering processes / D. Dong, G. Guo, Q. An, M. Chen // International Journal of Abrasive Technology. – 2012. – Vol. 5, № 4. – P. 271–285.
12. Prziwara P., Breitung-Faes S., Kwade A. Impact of grinding aids on dry grinding performance, bulk properties and surface energy // Advanced Powder Technology. –
2018. – Vol. 29, № 2. – P. 416–425.
13. A study on prediction of grinding surface rough-ness / D.D. Trung, N.T. Nguyen, H.T. Dung, N. Van Thien, T.T. Hong, T.N. Giang, N.T. Tu, L.X. Hung // Lecture Notes in Networks and Systems. – 2021. – Vol. 178. – P. 102–111.
14. Dimov Yu.V., Podashev D.B. Edge Forces in Ma-chining by Abrasive Brushes // Russian Engineering Re-search. – 2017. – Vol. 37, № 2. – P. 117–121.
15. Dimov Yu.V., Podashev D.B. Efficient Machining by Elastic Abrasive Wheels // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37, № 7. – P. 655–659.
16. Dimov Yu.V., Podashev D.B. Rounding the sharp edges of machine parts by means of elastic abrasive tools // Russian engineering research. – 2013. – Vol. 33, № 11. – P. 632–638.
17. Абрашкевич Ю.Д., Мачишин Г.М. Эффективная эксплуатация полимерно-абразивной щетки // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. – 2016. – Вып. 73. – С. 59–62.
18. Дядя С.И. Обоснование выбора полимерно-абра-зивного инструмента для выполнения отделочных операций // Новые материалы и технологии в металлургии и машинострое-нии. – Запорожье: Изд-во запорожского национального технического университета, 2010. – № 2. – С. 145–148.
19. Китов А.К. Определение геометрических и си-ловых параметров контакта ворса полимерно-абразивной щетки с поверхностью детали // Механика деформируе-мых сред в технологических процессах: сборник научных трудов. – Иркутск, 1997. – С. 23–28.
20. Макаров В.Ф., Виноградов А.В. Измерение профиля скругленных кромок образцов при исследовании обработки кромок дисков ГТД абразивно-полимерными щетками // Вестник Пермского национального исследова-тельского политехнического университета. Машинострое-ние, материаловедение. – 2010. – Т. 12, № 2. – С. 106–115.
21. Пини Б.Е., Яковлев Д.Р. О некоторых технологических возможностях щёток с абразивно-полимерным волокном // Известия МГТУ «МАМИ». – 2009. – № 1 (7). – С. 148–151.
22. Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л. Использование полимерабразивного эластичного инструмента на опера-циях чистовой обработки // Вестник Харьковского нацио-нального автомобильно-дорожного университета. – 2006. – № 33. – С. 106–108.
23. Устинович Д.Ф. Экспериментальное исследова-ние качества плоских поверхностей при обработке диско-выми абразивными щетками // Вестник Полоцкого госу-дарственного университета. Серия В: Промышленность. Прикладные науки. – 2009. – № 8. – С. 130–134.
24. Han Q., Zhang B. Evolution of surface roughness of TI plate in abrasive-less polishing // Advanced Materials Research. – 2010. – Vol. 139–141. – P. 844–847.
25. Development of technological restrictions when op-erating disc polymer-abrasive brushes / P. Tryshyn, N. Hon-char, E. Kondratiuk, D. Stepanov // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2020. – Vol. 6(1 (108)). – P. 27–33.
ОСТАТОЧНЫЙ АУСТЕНИТ И УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ С БЕСКАРБИДНЫМ БЕЙНИТОМА.Ю. Калетин, Ю.В. Калетина, Ю.Н. Симонов Получена: 27.06.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Исследована структура и определены механические свойства хромоникельмолибденовых конструкционных сталей с содержанием углерода от 0,18 до 0,4 %С после медленного непрерывного охлаждения со скоростью 5 °С/мин в бейнитной области температур. Показа-но, что в сталях, легированных кремнием и алюминием, при такой термической обработке образуется структура бескарбидного бейнита, представляющая собой смесь обедненного по углероду феррита и пересыщенного углеродом остаточного аустенита. Проведенный анализ особенностей структуры и свойств бейнита, образующегося при медленном непрерывном охлаждении, показал, что после закалки в про-межуточном интервале температур бейнит в структуре конструкционных сталей может быть как бескарбидным, так и содержать карбидные выделения. При этом остаточный аустенит в бескарбидном бейните существенно обогащен по углероду и содержит значительную часть от общего содержания углерода в стали. Исследовано влияние количества и свойств остаточного аустенита на механические свойства бей-нитной структуры и обнаружено, что для исследованных сталей доля углерода в остаточном аустените, независимо от его количества, может характеризовать морфологические особенности структурных составляющих фазовых превращений (бескарбидный бейнит или бей-нит с карбидами). Установлена четкая корреляция величины доли углерода в остаточном аустените относительно общего содержания углерода в стали и уровня ударной вязкости стали. На основании выявленных закономерностей взаимосвязи свойств остаточного аусте-нита и сопротивления ударным воздействиям сталей разработан способ неразрушающего контроля уровня ударной вязкости среднеугле-родистых сталей с бейнитной структурой, образующейся в промежуточной области температур.
Ключевые слова: бейнитное превращение, конструкционные стали, непрерывное охлаждение, бескарбидный бейнит, остаточный аустенит, углерод, ударная вязкость, доля углерода.
Сведения об авторах: Калетина Юлия Владимировна (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН (Россия, 620108, г. Екатеринбург, ул. С. Кова-левской, 18, e-mail: kaletina@imp.uran.ru).
Калетин Андрей Юрьевич (Екатеринбург, Рос-сия) – кандидат технических наук, старший научный со-трудник, Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН (Россия, 620108, г. Екатеринбург, ул. С. Кова-левской, 18, e-mail: akalet@imp.uran.ru); Уральский феде-ральный университет имени первого Президента России
Б.Н. Ельцина (Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19, e-mail: akalet@imp.uran.ru).
Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафед-рой металловедения, термической и лазерной обработки металлов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614919, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29. e-mail: Simonov@pstu.ru).
Список литературы: 1. Bojarski Z., Bold T. Structure and properties of car-bide-free-bainite // Acta Met. – 1974. – Vol. 22, № 10. – P. 1223–1234.
2. Влияние стабильности остаточного аустенита на трещиностойкость конструкционной стали / М.Н. Георги-ев, А.Ю. Калетин, Ю.Н. Симонов, В.М. Счастливцев // ФММ. – 1990. – № 1. – С. 113–121.
3. Caballero F.G., Bhadeshia H.K.D.H. Very strong bainite // Current Opinion in Solid State and Materials Sci-ence: DK 8. – 2004. – P. 251–257.
4. Garcia-Mateo C., Caballero F.G., Bhadeshia H.K.D.H. Mechanical properties of low-temperature bainite // Materials Science Forum 500. – 2005. – P. 495–502.
5. Theoretical design and advanced microstructure in super high strength steels / F.G. Caballero, M.J. Santofimia, C. Garcia-Mateo, J. Chao // Materials and Design. – 2009. – Vol. 30, iss. 6. – P. 2077–2083.
6. Microstructure–properties relationships in carbide-free bainitic steels / J.C. Hell, M. Dehmas, S. Allain, J.M. Prado // ISIJ international. – 2011. – Vol. 51, № 10. – P. 1724–1732.
7. Структура и свойства конструкционных сталей после термомеханической обработки в бейнитной области температур / В.М. Счастливцев, Ю.В. Калетина,
М.А. Смирнов, А.Ю. Калетин // Деформация и разруше-ние материалов. – 2011. – № 4. – С. 1–9.
8. Influence of bainite morphology on impact toughness of continuously cooled cementite free bainitic steels / F.G. Caballero, H. Roelofs, St. Haslers, C. Capdevila // Materials Science and Technology. – 2012. – Vol. 28,
iss. 1. – P. 95–102.
9. Low temperature bainite in steel with 0,26 wt% C / M. Soliman, H. Mostafa, A.S. El-Sabbah, H. Palkovski // Material Science and Engineering A. – 2010. – Vol. 527, iss. 29–30. – P. 7706–7713.
10. Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels: Theory and Practice – Third Edition. – London: CRC Press, 2015. – 616 p.
11. Carbide-free-bainitic weld metal: a new concept in welding of armor steels / M.N. Krishna, R.G.D. Janaki, D.S. Murty, G.M. Reddy, T.G.P. Rao // Metallurgical and Materi-als Transactions B. – 2014. – Vol. 45, iss. 6. –
P. 2327–2337.
12. Huang H., Sherif M.Y., Rivera-Diaz-Del-Castillo P.E.J. Combinatorial optimization of carbide-free-bainitic nanostructures // Acta Materialia. – 2013. – Vol. 61, iss. 5. – P. 1639–1647.
13. Effects of cooling conditions on microstructure, ten-sile properties, and charpy impact toughness of low-carbon high-strength bainitic steels / H.K. Sung, S.Y. Shin, B. Hwang, C.G. Lee, S. Lee // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2013. – Vol. 44, iss. 12. – P. 294–302.
14. Zhang M., Qian J., Gu H. The structure stability of carbide-free-bainite wheel steel // Journal of materials Engi-neering and Performance. – 2007. – Vol. 16, iss. 5. –
P. 635–639.
15. Carbide-free-bainite in medium carbon steel /
X.Y. Long, J. Kang, B. Lv, F.C. Zhang // Materials and De-sign. – 2014. – Vol. 64. – P. 237–245.
16. Принципы конструирования химического соста-ва сталей для получения в них структуры бескарбидного бейнита при замедленном охлаждении / Ю.Н. Симонов, Д.О. Панов, М.Ю. Симонов, А.Н. Юрченко // МиТОМ. – 2015. – № 7. – С. 20–28.
17. Structural characterization of “carbide-free” bainite in a Fe-0.2C-1.5Si-2.5Mn steel / C. Hofer, H. Leitner, F. Winkenhofer, H. Clemens, S. Primig // Mater. Char. – 2015. – Vol. 102, № 2. – P. 85–91.
18. О роли остаточного аустенита в структуре леги-рованных сталей и влиянии на него внешних воздействий / В.М. Счастливцев, Ю.В. Калетина, Е.А. Фокина, А.Ю. Калетин // ФММ. – 2014. – Т. 115, № 9. – С. 962–976.
19. Влияние скорости охлаждения на количество остаточного аустенита при бейнитном превращении / В.М. Счастливцев, Ю.В. Калетина, Е.А. Фокина, А.Ю. Калетин // ФММ. – 2014. – Т. 115, № 10. – С. 1052–1063.
20. Формирование структуры и свойств бескарбид-ного бейнита в стали 30ХГСА / Д.О. Панов, Ю.Н. Симо-нов, П.А. Леонтьев, А.Ю. Калетин // МиТОМ. – 2016. – № 2. – С. 13–24.
21. Калетин А.Ю., Калетина Ю.В. Эволюция струк-туры и свойств кремнистых сталей при фазовом переходе аустенит-бейнит // ФТТ. – 2015. – Т. 57, вып. 1. – С. 56–62.
22. Калетин А.Ю., Рыжков А.Г., Калетина Ю.В. По-вышение ударной вязкости конструкционных сталей при образовании бескарбидного бейнита // ФММ. – 2014. – Т. 115, № 9. – С. 962–976.
23. Получение структуры бескарбидного бейнита в результате изотермической обработки сталей типа Х3Г3МФС и ХН3МФС / Ю.Н. Симонов, М.Ю. Симонов, Д.О. Панов, В.П. Вылежнев, А.Ю. Калетин // МиТОМ. – 2016. – № 2. – С. 4–13.
24. Калетин А.Ю., Калетина Ю.В. Роль остаточного аустенита в структуре бескарбидного бейнита конструк-ционных сталей // ФММ. – 2018. – Т. 119, № 9. –
С. 946–952.
25. Пат. 2760634 Рос. Федерация: МПК G01N 23/00/ Способ оценки уровня ударной вязкости изделий из закаленной на бейнит конструкционной стали / Калетин А.Ю., Калетина Ю.В., Симонов Ю.Н. заявитель и патен-тообладатель Институт физики металлов имени М.Н.Михеева УрО РАН. № 2020136284; заявл. 03.11.20; опубл. 29.11.21, бюлл. № 34. – 12 с.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ АДДИТИВНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗДЕЛИЙ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП МАТЕРИАЛОВЮ.Д. Щицын, Д.С. Белинин, Т.В. Ольшанская, А.В. Казанцев, С.Д. Неулыбин, С.Г. Никулина, К.П. Карунакаран, М.В. Пичкалев, В.А. Моргунов Получена: 20.08.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Проблема повышения качества металлических материалов при аддитивном формировании заготовок является актуальной задачей. Аддитивные технологии представляют интерес для отраслей, связанных с изготовлением и эксплуатацией сложных изделий из материалов с особыми свойствами: авиация, космос, специальное машиностроение, химия и др. Аддитивные технологии, основанные на плавлении исходного материала, сталкиваются с серьезными проблемами обеспечения качества формируемого материала, которые, в первую оче-редь, связаны с перегревом материала в рабочей зоне и нестационарной тепловой обстановкой в процессе формирования изделия. Со-путствующими проблемами являются остаточные внутренние напряжения, пластические деформации, ограниченная производительность и др.
Возможность формирования монолитных изделий значительных габаритов и массы с заданными характеристиками материала по-слойной плазменной металлизацией на сегодняшний день практически не изучена. Дефектность, химический состав, структура и свойства материала, формируемого плазменной металлизацией, определяются термохимическими и газокинетическими процессами на всех стадиях – от плавления и распыления проволоки до соударения частиц на подложке и формирования монолита. Поэтому детальное изучение и разработка алгоритмов управления всеми стадиями процесса плазменной металлизации при аддитивном формировании заготовок позволит создавать материалы с заданными свойствами.
Решение проблемы формирования монолитного бездефектного материала с управляемым химическим составом, структурой и свой-ствами послойной плазменной металлизацией решит проблему изготовления габаритных изделий с развитой поверхностью, работающих в тяжелых условиях, обеспечит высокую производительность процесса, снижение остаточных внутренних напряжений и пластических деформаций при аддитивном производстве изделий специального назначения.
В статье рассматриваются процессы формирования заготовок продуктами распыления пруткового материала. Проанализированы стадии распыления пруткового материала, установлены закономерности формирования капель и размера распыляемых частиц от входных параметров процесса и конфигурации плазмотрона. Приведены металлографические исследования и микроструктура полученных загото-вок из различных групп материалов.
Ключевые слова: плазмотрон, аддитивные технологии, плазменная металлизация, конструкционные материалы, цветные сплавы, прямая и обратная полярность тока, плазменная дуга, распыление, проволочные материалы.
Сведения об авторах: Щицын Юрий Дмитриевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафед-рой «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Пермского национального исследователь-ского политехнического университета (Россия,, 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 политех-нического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Ком-сомольский пр., 29, e-mail: 5ly87@mail.ru).
Ольшанская Татьяна Васильевна (Пермь, Рос-сия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Сварочное производство, метрология и технология ма-териалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: tvo66@rambler.ru).
Карупасами Пулан Карунакара Пупати (Бом-бей, Индия) – Ph.D., профессор, заведующий департамен-том «Машиностроение» Индийский технологический ин-ститут 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 ПНИПУ (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: box159@yandex.ru).
Неулыбин Сергей Дмитриевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, научный руководитель лабо-ратории «Методов создания и проектирования систем материал – технология – конструкция» Пермского нацио-нального исследовательского политехнического универ-ситета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29,
e-mail: sn-1991@mail.ru).
Никулина Светлана Геннадьевна (Пермь, Рос-сия) – аспирант кафедры «Сварочное производство, мет-рология и технология материалов» Пермского нацио-нального исследовательского политехнического универ-ситета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: mt-bw@yandex.ru).
Пичкалев Максим Вячеславович (Пермь, Рос-сия) – научный сотрудник лаборатории прецизионных технологий в сельском хозяйстве Пермского научно-исследовательского института сельского хозяйства ПФИЦ УрО РАН, (Россия, 614532, Пермский край, Пермский район, с. Лобаново, ул. Культуры, д. 12.,
e-mail: pniish@rambler.ru).
Моргунов Владимир Алексеевич (Пермь, Рос-сия) – кандидат военных наук, доцент, начальник кафедры эксплуатации автобронетанковой техники Пермского военного института войск национальной гвардии Россий-ской Федерации (Россия, 614030, г. Пермь, ул. Гремячий лог 1, e-mail: eabt79@mail.ru).
Список литературы: 1. Терентьев С.А. Разработка технологии и обору-дования аддитивного производства металлических изде-лий плазменной наплавкой плавящимся электродом: дис.… канд. техн. наук. – Пермь, 2019.
2. Investigation of the Benefits of Plasma Deposition for Additive Layer Manufacture of Ti-6Al-4V / F. Martina [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. – 2012. – Vol. 212. – P. 1377–1386.
3. Yilmaz O., Ugla A.A. Shaped metal deposition tech-nique in additive manufacturing: A review // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. – 2016. – Vol. 230. – P. 1781–1798.
4. On the role of melt flow into the surface structure and porosity development during selective laser melting /
C. Qui [et al.] // ActaMaterialia. – 2015. – Vol. 96. – P. 72–79.
5. Hybrid Layered Manufacturing using Tungsten Inert Gas Cladding / S. Kapil [et al.] // Progress in Additive Manu-facturing. – 2016. – Vol. 1, № 1. – P. 79–91.
6. Build Orientation Optimization for Multi-Part Pro-duction in Additive Manufacturing / Y. Zhang [et al.] // Jour-nal of Intelligent Manufacturing. – 2017. – Vol. 28, № 6. –
P. 1393–1407.
7. Ding D. A practical path planning methodology for wire and arc additive manufacturing of thin-walled structures / D. Ding [et al.] // Robot. Comput. Integr. Manuf. – 2015. – Vol. 34. – P. 8–19.
8. Low cost integration of additive and subtractive pro-cesses for hybrid layered manufacturing / K.P. Karuna¬karan [et al.] // Robot. Comput. Integr. Manuf. – 2010. – Vol. 26. – P. 490–499.
9. Jhavar S., Paul C.P., Jain N.K. Experimental investi-gation on geometrical aspects of micro-plasma deposited tool steel for repair applications // Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser. – 2014. – Vol. 32. – P. 1460347.
10. Heat propagation of circular thin-walled parts fabri-cated in additive manufacturing using gas metal arc welding / J. Xiong [et al.] // J. Mater. Process. Technol. – 2018. – Vol. 251. – P. 12–19.
11. Wang H., Jiang W., Valant R.K.M. Solid Freeform Fabrication Based on Micro-Plasma Powder Deposition [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. (471 Кб). – Res. Cent. Adv. Manuf. South. Methodist Univ. – 2003. – P. 6–8. – URL: https://pdfs.semanticscholar.org/e843/81a31dc4cf5f1ea2c 1b3eb0b3f146528f9de.pdf (дата обращения: 27.09.2022).
12. Rapid prototyping of 4043 Al-alloy parts by
VP-GTAW / H. Wang [et al.] // J. Mater. Process. Technol. – 2004. – Vol. 148, № 1. – P. 93–102.
13. Yang D., He C., Zhang G. Forming characteristics of thin-wall steel parts by double electrode GMAW based additive manufacturing // J. Mater. Process. Technol. – 2016. – Vol. 227. – P. 153–160.
14. Creation of heterogeneous materials on the basis of B4C and Ni powders by the method of cold spraying with subsequent layer-by-layer laser treatment / V.M. Fomin, A.A. Golyshev, V.F. Kosarev, A.G. Malikov, M.A. Orishich, N.S. Ryashin, A.A. Filippov, V.S. Shikalov // J. Appl. Mech. Tech. Phys. – 2017. – Vol. 58, no. 5. – P. 947–955.
15. Corrosion performance of laser posttreated cold sprayed titanium coatings / T. Marrocco, T. Hussain, D.G. Mccortney, P. Shipway // J. Therm. Spray Technol. – 2011. – Vol. 20. – P. 909–917.
16. Cold spray deposition of 316L stainless steel coat-ings on aluminium surface with following laser post-treatment / A. Sova, S. Grigoriev, A.A. Okunkova, I. Smurov // Surf. Coat. Technol. – 2013. – Vol. 235. – P. 283–289.
17. Н.Н. Струков Разработка технологии плазмен-ного распыления прутковых материалов в камере с про-тивопотоком: дис. … канд. техн. наук. – Пермь: ПНИПУ, 2012. – 127 с.
18. Пат. России № 2532215. Устройство для
получения металлических порошков / Ю.Д. Щицын,
Н.Н. Струков, Д.С. Белинин, П.С. Кучев / МПК7 В22F9/14. 2013101299/02; заявл.10.01.13; опубл.27.10.14, Бюл. № 30.
19. Metallurgical Processes During Plasma Remelting of a Metallized Coating of the Fe-C-Cr-Ti-Al System / S.D. Neulybin, Y.D. Shchitsyn, V.S. Verkhorubov, Y.S. Korobov, M.A. Filippov, R.A. Savrai, N.N. Soboleva // Metallurgist = Металлург (Metallurg). – 2017. – Vol. 60, № 11–12. –
P. 1202–1206
20. Лебедев В.А. Математическая модель форми-рования капель электродного металла при механизиро-ванной дуговой сварке с импульсной подачей электрод-ной проволоки // Сварочное производство. – 2008. –
№ 7. – С. 10–14.
21. Мчледов С.М. Газотермические покрытия в технологии упрочнения и восстановления деталей машин. Ч.2: Плазменное напыление // Сварочное производство. – 2008. – № 5. – С. 36–48.
22. Щицын Ю.Д. Плазменные технологии в свароч-ном производстве: Ч. 1. – Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 2004. – 73 с.
23. Wire-feed additive manufacturing of metal compo-nents: technologies, developments and future interests /
D. Ding [et al.] // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2015. –
Vol. 81. – P. 465–481.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НОВОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОЗДУШНО-ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ ЛИСТОВОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИС.В. Анахов, Б.Н. Гузанов, А.В. Матушкин Получена: 22.07.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Исследовано качество разделочных швов, полученных после резки стали 09Г2С новым узкоструйным плазмотроном типа ПМВР-5.3М. Проектирование нового плазмотрона обосновано в рамках решения задач по повышению эффективности плазменной резки и связа-но с проблемой импортозамещения в сфере применения металлорежущих плазмотронов. Для повышения эффективности плазменной резки в конструкции плазмотрона ПМВР-5.3М предложена новая система газодинамической стабилизации плазменной дуги. При разработке новой газодинамической стабилизации применен симметричный вход плазмообразующего газа в систему деления потока и сконструирован газодинамический стабилизатор потока в вихревой камере, использующий два завихрителя (формирующий и стабилизирующий) с пере-менным числом каналов завихрения. Показана газодинамическая эффективность применения новой газодинамической стабилизации.
Экспериментально обоснована возможность получения прецизионного качества реза на сталях типа 09Г2С толщиной до 20 мм с высокой производительностью и меньшими энергетическими затратами. По результатам металлографического анализа поверхности реза показано наличие трех субзон в образовавшейся зоне термического влияния со значительными структурными изменениями в двух из них, а также определены факторы, влияющие на особенности подобного структурообразования. С применением микрорентгеноспектрального анализа выявлены изменения в элементном составе поверхностного слоя разделочного шва. Проведено исследование микрорельефа поверхности после плазменной резки, который по всем показателям качества соизмерим с механической обработкой поверхности после фрезерования и соответствует второму классу качества по чистоте поверхности. Сделан вывод о возможности проведения сварки загото-вок без предварительной механической обработки при толщинах плазменного реза до 20 мм.
Ключевые слова: плазмотрон, проектирование, газодинамика, профилирование, газовихревая стабилизация, плазмообразующий газ, численное моделирование, структура, показатели качества, поверхность.
Сведения об авторах: Анахов Сергей Вадимович (Екатеринбург, Рос-сия) – кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой математических и естественно-научных дисциплин Российского государственного про-фессионально-педагогического университета (Россия, 620012, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11,
e-mail: sergej.anahov@rsvpu.ru).
Гузанов Борис Николаевич (Екатеринбург, Рос-сия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии Российского государ-ственного профессионально-педагогического университе-та (Россия, 620012, г. Екатеринбург, ул. Машиностроите-лей, 11, e-mail: guzanov_bn@mail.ru).
Матушкин Анатолий Владимирович (Екатерин-бург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафед-ры «Технологии сварочного производства» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: 227433@yandex.ru).
Список литературы: 1. Кайдалов А.А. Современные технологии терми-ческой и дистанционной резки конструкционных материа-лов. – Киев: Экотехнология, 2007.
2. Лащенко Г.И. Плазменная резка металлов и сплавов. – Киев: Экотехнология, 2003.
3. Эсибян Э.М. Воздушно-плазменная резка: состо-яние и перспективы // Автоматическая сварка. – 2000. – № 12. – С. 6–20.
4. Овчинников В.В., Гуреева М.А. Технология ду-говой и плазменной сварки и резки металлов. – М.; Во-логда: Инфра-Инженерия, 2021.
5. Лащенко Г.И. Качество реза при плазменно-дуговой резке // Сварщик. – 2012. – № 4. – С. 34–39.
6. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1987.
7. Об эффективности применения плазменных тех-нологий в разделке трубного проката / Ю.А. Пыкин, С.В. Ана¬хов, И.Ю. Пышминцев, Д.В. Овчинников, В.А. Ель-кин // Производство проката. – 2014. – № 1. – С. 38–45.
8. Krink V., Simler H., Laurisch F. Plasmaschneidtech-nologie – Erweiteung wirtschaftlicher Anwendungsgebiete // ICCT 2006: Internationale Schneidtechnische Tagung; Vor-träge der gleichnamigen Konferenz; Hannover, 10. und 11. Oktober
2006. – 2006. – 176 S. – S. 18–25.
9. Чиеу Куанг Фи. Исследование эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов: дис. ... канд. техн. наук. – СПб.: С. – Пб. ГМТУ, 2008.
10. Mussmann J. Stand der Bearbeitung von ISO 4063:2009 «Schweissen und verwandte Prozesse – Liste der Prozesse und Ordnungsnummern» // Schweissen und Schnei-den. – 2010. – № 7–8. – S. 430–433.
11. Krink V. Plasmaschneiden – ein vielseitiges Verfah-ren zum Schneiden dunner und dicker Bleche // DVS Con-gress 2010. Vorträge der Veranstaltung vom 26–28. Septem-ber 2010 in Nürnberg. – 2010. – S. 73–78.
12. Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О. Плазменно-дуговая резка. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015.
13. Чередниченко В.С., Аньшаков А.С., Кузьмин М.Г. Плазменные электротехнологические установки. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011.
14. Клименко А.А., Ляпин Г.К. Конструкции элек-тродуговых плазмотронов. – М.: Изд-во МГТУ им. Бау-мана, 2010.
15. Пат. на изобретение РФ № 2754817 от 07.09.2021 «Плазмотрон» / Пыкин Ю.А., Анахов С.В., Матушкин А.В.; опубл. 24.03.2021.
16. Анахов С.В., Матушкин А.В., Пыкин Ю.А. О комплексной оценке эффективности газовихревой стаби-лизации плазмотронов // Наукоемкие технологии в маши-ностроении. – 2022. – № 1 (127). – С. 11–20.
17. Жуков М.Ф., Аньшаков А.С. Основы расчета плазмотронов линейной схемы. – Новосибирск: Ин-т теп-лофизики СО АН СССР, 1979. – 146 с.
18. ГОСТ 19281–2014. Прокат повышенной проч-ности. – М.: Стандартинформ, 2015.
19. ГОСТ 14792–80. Детали и заготовки, вырезае-мые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза. – М.: Изд-во стандартов, 1980.
20. Conards H., Schmidt M. Plasma generation and plasma sources // Plasma Sources Sci. Technol. – 2000. – Vol. 9. – P. 441–454.
21. Venkatramani N. Industrial plasma torches and ap-plications // Current Science. – 2002. – Vol. 83. – P. 254–262.
22. Локтионов А.А. Оценка качества реза листовых материалов при тонкоструйной плазменной резке // Обра-ботка металлов. – 2013. – № 4 (61). – С. 85–89.
23. Рахимянов Х.М., Локтионов А.А., Никитин Ю.В. Оценка геометрической точности реза листовых материалов при различных технологиях тонкоструйной плазменной резки // Обработка металлов. – 2013. –
№ 3 (60). – С. 25–30.
24. Винцив А.В., Бурмистров Е.Г. Тепловые де-формации и потеря устойчивости при плазменной резке металла // Научные проблемы водного транспорта. – 2020. – Вып. 4. – С. 28–35.
25. Сумец А.В., Кассов В.Д. Закономерности струк-турообразования зоны термического влияния при резке металлов // Вестник ХНАДУ. – 2017. – Вып. 77. – С. 166–170.
26. Антипов Н.А., Медко В.С. Определение де-фектного приповерхностного слоя при воздушно-плазменной разрезке заготовок из углеродистой низколе-гированной стали // Электрофизические и электрохимиче-ские методы обработки. – 2014. – № 2 (80). – С. 25–27.
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ SWIR-КАМЕРЫ ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭНЕРГЕТИКЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИА.В. Щербаков, Д.А. Гапонова, А.Л. Гончаров, Р.В. Родякина, В.К. Драгунов, Нуха Абусаиф Получена: 18.10.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Показаны перспективы применения камер ближней инфракрасной области (коротковолновых ИК-камер) для мониторинга тепломас-сообменных процессов в промышленной энергетике, электротехнике и электротехнологии. Особенности применения ближнего инфракрас-ного диапазона обусловливают необходимость разработки методик температурной калибровки приборов для последующего использования получаемых изображений в ходе исследования распределений температуры на объектах электроэнергетики и при управлении различными электротехнологическими процессами (например, процессом электронно-лучевой сварки). Обоснована актуальность применения камеры для непрерывной регистрации распределений температуры и описана методика температурной калибровки камеры с применением пиро-метра и программной обработки потока регистрируемых данных. Разработан экспериментальный стенд на основе среднетемпературной камерной электропечи сопротивления, в которой температура образца из стали 316L измеряется пирометром, а средняя яркость свечения объекта определяется в результате программной обработки потока данных. Проведен анализ полученных при калибровке данных, показы-вающий возможность регулирования диапазона регистрируемых температур за счет изменения времени накопления кадра матричного фотоприемного устройства камеры. Рассмотрены перспективы применения методики калибровки камеры для работы в других диапазонах температур за счет изменения времени накопления сигнала и входной апертуры диафрагмы объектива. Показана перспективность приме-нения SWIR-камер для проведения температурных измерений по регистрируемым изображениям объектов в электроэнергетике и электро-технологии, обусловленная возможностью съемки объектов в условиях задымленности, присутствия паров (например, во время электрон-но-лучевой сварки), а также при установленных защитных стеклах и пленках, непрозрачных в случае применения традиционно использу-емых тепловизоров средне- и длинноволнового ИК-диапазона.
Ключевые слова: SWIR-камера, температурные измерения, стенд для калибровки инфракрасной камеры, пирометр, электриче-ская печь сопротивления, матричное фотоприемное устройство, тепловидение, регистрируемые изображения объектов, калибровка дан-ных, электротехнологические процессы.
Сведения об авторах: Щербаков Алексей Владимирович (Москва, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий и элек-тротехнологий Национального исследовательского уни-верситета «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, Краснока-зарменная ул., 14, e-mail: ShcherbakovAV@mpei.ru).
Гапонова Дарья Александровна (Москва, Рос-сия) – инженер кафедры технологии металлов Нацио-нального исследовательского университета «МЭИ» (Рос-сия, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14,
e-mail: GaponovaDA@mpei.ru).
Гончаров Алексей Леонидович (Москва, Россия) – доцент, заведующий кафедрой Технологии металлов Национального исследовательского университета «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, e-mail: GoncharovAL@ mpei.ru).
Родякина Регина Владимировна (Москва, Рос-сия) – доцент, доцент кафедры технологии металлов Национального исследовательского университета «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14,
e-mail: RodiakinaRV@mpei.ru).
Драгунов Виктор Карпович (Москва, Россия) – профессор, профессор кафедры технологии металлов, проректор Национального исследовательского универси-тета «МЭИ», (Россия, 111250, г. Москва, Красноказар-менная ул., 14, e-mail: DragunovVK@mpei.ru).
Абусаиф Нуха (Латакия, Сирийская Арабская Рес-публика) – кандидат технических наук, доцент универси-тета Тишрин (Сирийская Арабская Республика, Латакия, Мухафаза Латакия, e-mail: noha_abo87@hotmail.com).
Список литературы:
1. Thermal imaging for assessment of electron-beam freeform fabrication (EBF3) additive manufacturing deposits / J.N. Zalameda, E.R. Burke, R.A. Hafley, K.M. Taminger, C.S. Domack, A. Brewer, R.E. Martin // Proceedings of the SPIE. – 2013. – Vol. 8705. – id. 87050M. – 8 p.
2. Thermal Imaging Metrology Using High Dynamic Range Near-Infrared Photovoltaic-Mode Camera / T.B. Rock-ett, N.A. Boone, R.D. Richards, J.R. Wilmott // Sensors (Ba-sel). – 2021. – Vol. 21. – P. 6151. DOI: 10.3390/s21186151
3. Детекторы коротковолнового ИК-диапазона на основе InGaAs (обзор) / И.Д. Бурлаков, Л.Я. Гринченко, А.И. Дирочка, Н.Б. Залетаев // Успехи прикладной физи-ки. – 2014. – № 2. – С. 131–159.
4. Камера коротковолнового инфракрасного диа-пазона спектра с матричным фотоприемным устройством на основе гетероструктур InGaAs/InP / К.А. Хамидуллин, Д.Л. Балиев, П.С. Лазарев, К.О. Болтарь [и др.] // При-кладная физика. – 2017. – № 6. – С. 95–102.
5. Матричные фотоприемные устройства коротко-волнового инфракрасного диапазона спектра с лавинным усилением сигнала на основе гетероэпитаксиальных структур InGaAs / Н.И. Яковлева, К.О. Болтарь, М.В. Седнев, А.И. Патрашин, Н.А. Иродов // Прикладная фи-зика. – 2014. – № 2. – С. 45–49.
6. Особенности гетероструктур InGaAs/InP, пред-назначенных для изготовления быстродействующих фо-топриемных устройств коротковолнового диапазона ИК-спектра / Е.Д. Коротаев, Н.И. Яковлева, А.Е. Мирофян-ченко, А.В. Ляликов // Прикладная физика. – 2014. – № 6. – С. 60–65.
7. Online [Электронный ресурс]. – URL: https://mi-dopt.com/filters/lp1475/ (дата обращения: 15.09.2022).
8. Сычёв В., Кочергина Е. Невидимый нам свет [Электронный ресурс] // N + 1 (Интернет-издание), Август 2020. – URL: https://nplus1.ru/material/2020/08/18/swir (дата обращения: 15.09.2022).
9. One step calibration of industrial hyperspectral cam-eras / M. Henriksen, W. Pedersen, P. Klarskov,
M. Hinge // Chemometrics and Intelligent Laboratory Sys-tems. – 2022. – Vol. 227. – P. 104609. DOI: 10.1016/j. che-molab.2022.104609
10. Кузнецов П.А., Мощев И.С. Расширение ди-намического диапазона коротковолновых ИК матричных фотоприемных устройств // Прикладная физика. –
2017. – № 5. – С. 52–58.
11. Ульянова Е.О. Оптические системы для теп-ловизионных приборов на основе матричных фотоприем-ных устройств спектрального диапазона 8–12 мкм // Оп-тический журнал. – 2013. – Т. 80, № 6. – С. 14–19.
12. Борошнев А.В. Широкоформатные матричные фотоприемные устройства инфракрасного диапазона спек-тра // Прикладная физика. – 2007. – № 2. – С. 86–89.
13. Кремис И.И. Повышение качества изображе-ния тепловизоров на основе матричных HGCDTE фото-приемных устройств ИК-диапазона // Прикладная физика. – 2010. – № 1. – С. 108–114.
14. Зуйков И.Е., Савкова Е.Н. Метод расширения динамического диапазона матричного фотоприемного устройства // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2008. – № 3. – С. 45–47.
15. Кузнецов П.А., Мощев И.С. Исследование матричного фотоприемного модуля SWIR диапазона в дальномерном режиме // Успехи прикладной физики. – 2020. – Т. 8, № 6. – С. 472–478.
16. Кульчицкий Н.А., Наумов А.В., Старцев В.В. Тенденции развития матричных фотоприемных устройств ИК диапазона // Нано- и микросистемная техника. – 2020. – Т. 22, № 9. – С. 500–510.
17. Oskolkov A., Trushnikov D., Bezukladnikov I. Indirect temperature measurement in high frequency heating systems // Sensors. – 2021. – T. 21, no. 7. – P. 35–43.
18. Mladenov G.M., Koleva E.G., Truishnikov D.N. Welding in space and in vacuum chambers // Electrotechnica and Electronica. – 2019. – T. 54, no. 5–6. – P. 111–121.
19. Ларионов Н.А., Мощев И.С., Залетаев Н.Б. Ячейка считывания матричного фотоприемного устрой-ства ИК-диапазона для пассивного детектирования источ-ников лазерного излучения // Прикладная физика. – 2020. – № 4. – С. 52–56.
20. Полесский А.В., Юдовская А.Д. Анализ тре-бований к фотоприемному тракту для установок измере-ния пятен рассеяния на основе матричных фотоприемных устройств // Успехи прикладной физики. – 2016. –
Т. 4, № 5. – С. 517–522.
К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ АБРАЗИВНО-МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГИПОТЕЗЫ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ РАЗРЕЗАЕМЫХ ТРУБ ПРИ АБРАЗИВНОЙ РАЗРЕЗКЕЕ.А. Левченко Получена: 01.10.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Рассмотрены вопросы использования абразивно-молекулярной гипотезы по исследованию качества поверхностного слоя разрезае-мых поверхностей труб при работе боковых режущих поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб.
Качество детали, определяющее ее эксплуатационные показатели, в основном формируется на конечной операции. Такой операци-ей в большинстве случаев является абразивная разрезка как один из самых высокопроизводительных методов, обеспечивающий высокий уровень точности и качества обработанной поверхности. Анализ результатов исследований, представленный в статье, показал, что про-цесс контактного трения между режущим инструментом и разрезаемой поверхностью детали представляет собой совокупность последова-тельных переходов материала из одного структурного состояния в другое. При одних обстоятельствах эти переходы определяются лишь процессами упругой и пластической деформации, при других – осуществляются более глубокие структурные и фазовые превращения в поверхностном и подповерхностном слоях работающего на трение металла.
В результате исследований, рассматривая напряженное состояние разрезаемой поверхности при трении боковой поверхности от-резного круга, было установлено, что немаловажным фактором является создание внутренних структурных остаточных напряжений. Структурные (внутренние) концентраторы напряжений наиболее интенсивно влияют на износостойкость боковых сторон отрезного круга, чем создаваемые внешние напряжения.
В связи с этим важным условием является однородность структуры поверхностного слоя разрезаемой поверхности трубы. В общем балансе напряженного состояния при трении немалую роль играют напряжения, которые формируются при наличии высоких температур и, главное, температурных градиентов.
Ключевые слова: абразивная разрезка, поверхностный слой, внутренние напряжения, качество поверхности, контактное трение, микроструктура, разрезаемая поверхность, отрезной круг, микронеровности, шероховатость поверхности.
Сведения об авторах: Левченко Елена Александровна (Севастополь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» Севастопольского госу-дарственного университета (Россия, 299053, г. Севасто-поль, ул. Университетская, 33, e-mail: ealev1978@mail.ru).
Список литературы:
1. Левченко Е.А. Моделирование энергоемкости пластической деформации работы режущих поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вестник Пермского национального исследовательского политех-нического университета. Машиностроение, материалове-дение. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. – 2022. – Т. 24, № 1. – С. 15–20.
2. Levchenko Е., Pokintelitsa N. Investigation of Thermal Processes in Abrasive Pipe Samplin // МATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01078. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201712901082
3. Калинин Е.П. Теория и практика управления производительностью абразивной обработки с учетом затупления инструмента: дис. … д-ра техн. наук: спец. 05.03.01 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки». – Рыбинск, 2006. – 414 с.
4. Филимонов Л.Н. Высокоскоростное шлифова-ние. – Л.: Машиностроение, 1979. – 248 с.
5. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2012. – 304 с.
6. Левченко Е.А. Экспериментальные исследова-ния радиального износа отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вісник СевНТУ. Машиноприладобуду-вання та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський націо-нальний технічний університет. – Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2013. – Вип. 139. – C. 148–153.
7. Левченко Е.А., Новоселов Ю.К. Эксперимен-тальные исследования энергосиловых параметров процес-са абразивной разрезки труб // Вісник СевНТУ. Машино-приладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севасто-польський національний технічний університет. – Севас-тополь: Вид-во СевНТУ, 2013. – Вип. 140. – C. 52–57.
8. Левченко Е.А. Теплофизическая модель процес-са абразивной разрезки труб отрезными кругами // Уче-ные записки Крымского инженерно-педагогического уни-верситета. Выпуск 40. Технические науки. – Симферо-поль: НИЦ КИПУ, 2013. – С. 70–75.
9. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И., Новоселов Ю.К. Расчет боковой режущей поверхности отрезного круга с учетом износа абразивных зерен // Вісник Сев-НТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний універси-тет. – Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2014. – Вип. 151. – C. 74–80.
10. Левченко Е.А. Пути повышения эффективно-сти процесса абразивной разрезки труб с учетом износа вершин зерен отрезного круга // Вісник СевНТУ. Маши-ноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севасто-польський національний технічний університет. – Севас-тополь: Вид-во СевНТУ, 2014. – Вип. 152. – C. 145–151.
11. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И. Теплофизи-ческая модель процесса абразивной разрезки труб отрез-ными кругами // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. – Севастополь: Изд-во ФГАОУ ВО СевГУ, 2016. – Вып. № 3. – C. 46–51.
12. Богомолов Н.И. Исследование деформации металла при абразивных процессах под действием еди-ничного зерна // Труды ВНИИАШ. – 1968. – № 7. – С. 74–87.
13. Бокучава Г.В. О влиянии скорости шлифова-ния на стойкость абразивного инструмента // Абразивы и алмазы. – 1964. – № 1. – С. 47–53.
14. Богомолов Н.И. Основные процессы при вза-имодействии абразива и металла. автореф. дис. …
д-ра техн. наук: спец. 05.02.08 «Технология машинострое-ния». – Киев, 1967, – 46 с.
15. Вульф A.M., Мурдасов A.B. Геометрические параметры режущих элементов абразивных зерен шлифо-вального круга // Науч. техн. реф. сб. «Абразивы». – М.: НИИМАШ. – 1968. – Вып. 1.
16. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. – М.: Машиностроение, 1974. – 280 с.
17. Лоладзе Т.Н., Бокучава Г.В. Износ алмазов и алмазных кругов. – М.: Машиностроение, 1967. – 112 с.
18. Братан С.М., Левченко Е.А. Определение ве-роятности изнашивания вершины зерна отрезного круга в процессе разрезки труб // Вісник Кременчуцького держа-вного політехнічного університету імені Михайла Остро-градського. – Кременчук: КДПУ, 2009. – Вип. 6 (59) ч. 1. – С. 40–43.
19. Левченко Е.А. Теоретическое исследование особенностей работы боковых поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2010. – Вип. 107. – C. 114–117.
20. Левченко Е.А., Новоселов Ю.К. Анализ зако-номерностей удаления металла боковыми сторонами кру-га при абразивной разрезке труб // Вісник СевНТУ. Ма-шиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севас-топольський національний технічний університет. – Сева-стополь: Вид-во СевНТУ, 2011. – Вип. 118. – C. 57–61.
21. Левченко Е.А. Методика расчета параметров боковых поверхностей отрезных кругов при абразивной разрезке // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. – Сева-стополь: Изд-во ФГАОУ ВО СевГУ, 2017. –
Вып. № 6. – C. 39–45.
22. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И., Харченко А.О. Теория и практика абразивной разрезки труб: моно-графия. – М.: Вузовский учебник: ИНФРА-М, 2018. – 142 с.
23. Евсеев Д.Г., Сальников А.Н. Физические ос-новы процесса шлифования. – Саратов: Изд-во Саратов-ского университета, 2021. – 129 с.
24. Ефремов В.Д., Ящерицын П.И. Технологиче-ское обеспечение качества рабочих кромок инструмента и деталей. – Минск: БАТУ, 2005. – 251 с.
25. Завадский В.В., Мыздриков A.M., Панков Г.В. Температура разрезания при разрезке ленточных магнитопроводов абразивными дисками // Труды Уфим-ского авиац. института. – 2015. – 38 с.
СПЕЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛИ 30Х13 ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ, СОДЕРЖАЩИХ H2SА.В. Кравченко, С.Н. Мольцен, И.В. Макарова, Ю.Н. Симонов, Т.В. Некрасова Получена: 20.08.2022 Рассмотрена: 01.11.2022 Опубликована: 26.12.2022
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация: Условия эксплуатации скважинного оборудования для добычи нефти достаточно разнообразны, а агрессивные среды многокомпо-нентны, в связи с чем металлические конструкции подвержены воздействию целого комплекса вредных факторов. В статье выделено доминирующее влияние H2S и рассмотрен специальный вид термообработки стали 30Х13 для производства деталей, предназначенных для эксплуатации в условиях одного из самых опасных видов разрушения – сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН).
Анализ проблематики выполнен на основании исследования типичного случая СКРН корпуса клапана закрытого (ККЗ) штангового глубинного насоса (ШГН). Рассмотрены параметры скважинной жидкости, типы нагружения и влияние механических свойств и микрострук-туры на долговечность изделия.
Учитывая требования международного стандарта NACE MR0175 к стали 30Х13 (UNS S42000) в среде H2S, в статье представлен ряд опытных работ по термической обработке (ТО), изучению микроструктуры в выбранных режимах ТО и её влияние на стойкость стали к СКРН.
Поскольку пределы стойкости стали 30Х13 определены стандартом NACE MR0175 и имеют ограничения по применению стали в за-висимости от парциального давления H2S в среде эксплуатации, задачей исследования является изучение лимитов стойкости в зависимо-сти от напряжения в предельно насыщенной H2S среде. Кроме стандартных режимов ТО, наиболее стойким к СКРН является вид обработ-ки со сверхвысокой температурой отпуска, позволяющий получить минимальные структурные напряжения, максимальную пластичность и приемлемые механические свойства. В условиях низких напряжений (не более 40 % от предела текучести) состояние сверхвысокого отпуска является устойчивым даже в предельно насыщенных средах H2S при нормальных условиях.
Тестирование на СКРН выполнено по стандартной методике NACE TM-0177, представлено оборудование, схема испытания и об-щие теоретические сведения о причинах агрессивного воздействия сероводорода.
Ключевые слова: H2S, сероводород, СКРН, термообработка, микроструктура, NACE TM0177, NACE MR0175, коррозионные испы-тания, агрессивная среда, разрушение.
Сведения об авторах: Кравченко Андрей Владимирович (Пермь, Рос-сия) – инженер по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», студент кафедры металловедения и термической обработ-ки металлов Пермского национального исследователь-ского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: an-drew@vputehod.ru, ORCID: 0000-0003-4308-2977, член NACE №11432855).
Мольцен Станислав Николаевич (Пермь, Рос-сия) – директор по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», студент кафедры металловедения и термической обработ-ки металлов Пермского национального исследователь-ского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: stanislav@vputehod.ru, ORCID: 0000-0002-5269-8119, член NACE №11432858).
Макарова Ирина Владимировна (Пермь, Рос-сия) – инженер-технолог 2-й категории АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», студент кафедры металловедения и термиче-ской обработки металлов Пермского национального ис-следовательского политехнического университета (Рос-сия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: makarovaiv99@mail.ru).
Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафед-ры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политех-нического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Ком-сомольский пр., 29, e-mail: Simonov@pstu.ru).
Некрасова Татьяна Витальевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры металлове-дения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: tanyanekrtv@mail.ru).
Список литературы: 1. Ивановский В.Н. Теоретические основы процесса коррозии нефтепромыслового оборудования // Инженер-ная практика. – 2010. – Вып. № 6. – С. 122.
2. Якимов С.Б. Виды коррозии корпусов ПЭД и ЭЦЕН на месторождениях ТНК-ВР // Инженерная прак-тика. – 2010. – № 6.
3. Савченков А.Л. Первичная переработка нефти
и газа: учебное пособие. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. – 128 с.
4. Хайдерсбах Р. Защита от коррозии и металлове-дение оборудования для добычи нефти и газа: пер. с англ. яз. / под ред. Ф.М. Хуторянского. – СПб.: ЦОП «Про-фессия» 2015. – 480 с.
5. Каллистер У., Ретвич Д. Материаловедение: от технологии к применению (металлы, керамика, полиме-ры) / пер. с англ. под ред. Малкина А.Я. – СПб.: Научные основы и технологии, 2011. – 896 с.
6. Романив О.Н., Никифорчин Г.Н. Механика кор-розионного разрушения конструкционных сплавов. – М.: Металлургия, 1986. – 292 с.
7. Иоффе А.В., Липатов Р.А., Зырянов А.О. Надежность элементов погружного оборудования при эксплуатации в условиях коррозионно-активных сред. Расследование причин преждевременных отказов // Инже-нерная практика. – 2017. – No. 1-2. – С. 30–42.
8. Шрейдер А.В. Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. Влияние водорода на нефт яное и химическое оборудова-ние. – М.: Машиностроение, 1976.
9. Hara T., Asahi H., Kaneta H. Galvanic corrosion in oil and gas environments // Paper presented at the CORRO-SION 96. – Denver, Colorado. – 1996. – Paper Number: NACE-96063.
10. Brown B.F. Stress corrosion cracking control measures. – University of Michigan Library, 1976. – 86 p.
11. Коррозионная стойкость оборудования химиче-ских производств: способы защиты оборудования от кор-розии: справ. изд. / под ред. Б.В. Строкана, А.М. Сухоти-на. – Л.: Химия, 1987. – 280 с.
12. Испытания сталей и сварных соединений в наво-дороживающих средах / О.И. Стеклов, Н.Г. Бодрихин, В.М. Кушнаренко [и др.]. – М.: Металлургия, 1992.
13. Иофа З.А. Кам Фан Лыонг. О механизме уско-ряющего действия сероводорода на реакцию разряда ионов водорода на железе // Защита металлов. – 1974. – Т. 10, № 1. – С. 17–21.
14. Иофа З.А., Кам Фан Лыонг. Влияние сероводо-рода, ингибитора и рН среды на скорость электрохимиче-ских реакций и коррозию железа // Защита металлов. – 1974. – Т. 10, № 3. – С. 300–303.
15. Гоник А.А. Коррозия нефтепромыслового обо-рудования и меры ее предупреждения. – М.: Недра, 1976.
16. Оценка склонности сталей к сульфидному кор-розионному растрескиванию под напряжением / В.И. Астафьев, Д.Ю. Рагузин, Т.В. Тетюева, П.С. Шмелев // Зав. Лаборатория. – 1994. – № 1. – С. 37–40.
17. Арчаков Ю.И. Водородная коррозия стали. – М.: Металлургия, 1985.
18. Артамошкин C.B., Астафьев В.И., Тетюева Т.М. Влияние микроструктуры и неметаллических включений на склонность низколегированных сталей к сульфидному разрушению под напряжением // Физико-химическая ме-ханика материалов. – 1991. – Т. 2.7, № 6. – С. 60–66.
19. Roberge P.R. Corrosion Basics: An Introduction. – 2nd ed. Houston. – TX: NACE International, 2006.
20. Cramer S.D., Covino B.S. ASM Handbook. –
Vol. 13A: Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection. Metals Park, OH: ASM International. – 2003.
21. Smart J. Corrosion failure of offshore steel plat-forms // Materials Performance. – 1980. – Vol. 19. – P. 41–48.
22. Георгиев М.Н., Симонов Ю.Н. Трещиностой-кость железоуглеродистых сплавов: монография / Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 419 с.
23. Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н., Симонов М.Ю. Основы физики и механики разрушения. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 184 с.
24. Стеклов О.И. Стойкость материалов и кон-струкций коррозии под напряжением. – М.: Машиностро-ение, 1990.
25. Саакиян Л.С., Ефремов А.П. Защита нефтепро-мыслового оборудовани я от коррозии. – М.: Недра, 1982.
|
|