Рассматривается процесс формирования композиционной структуры в покрытии, полученном с помощью метода дуговой наплавки неплавящимся электродом путем комплексного легирования карбидами TiC и NbC, введенными в состав шихты присадочных порошковых проволок. Проведен модельный эксперимент, заключающийся в выполнении переплавов упомянутых выше карбидов для определения возможности армирования ими наплавленного металла. По результатам модельного эксперимента установлено, что сохранение TiC и NbC в наплавленном металле возможно, однако частично карбиды растворяются и легируют наплавленный металл титаном, ниобием и углеродом. Причем карбид ниобия показывает большую термодинамическую стабильность по сравнению с карбидом титана. На основании проведенного модельного эксперимента были изготовлены четыре экспериментальные порошковые проволоки с различным содержанием карбидов титана и ниобия в составе шихты (от 10 до 45 мас. %). Далее порошковые проволоки были наплавлены на стальную подложку из стали марки Ст3сп (ГОСТ 380) методом дуговой наплавки неплавящимся электродом по двум схемам подачи присадочных проволок в три слоя. Из полученных наплавок были изготовлены микрошлифы и проанализирована структура наплавленного металла и влияние на нее схемы подачи присадочной проволоки. Также подробно изучено формирование структуры и распределение в ней карбидных фаз, как сохраненных, так и восстановленных. Установлено, что сохранившиеся карбиды имеют склонность к агломерации и концентрации в верхних слоях наплавленного металла. Восстановленные же карбиды распределены равномерно по всему объему наплавленного металла.

Ключевые слова: наплавка, износостойкие покрытия, карбид титана, карбид ниобия, порошковая проволока, композиционные материалы, комплексное легирование, армирование, полиармирование, микроструктура.

Коберник Николай Владимирович (Москва, Россия) – директор ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им.
Н.Э. Баумана», доктор технических наук, заведующий кафедрой МТ-7 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1, e-mail: koberniknv@bmstu.ru).

Панкратов Александр Сергеевич (Москва, Россия) – заместитель директора ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана», кандидат технических наук, доцент кафедры МТ-7 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1, e-mail: aspankratov@bmstu.ru).

Андриянов Юрий Владиславович (Москва, Россия) – младший научный сотрудник ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана», аспирант кафедры МТ-7 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1, e-mail: Andriyanov1998@yandex.ru).

1. Формирование композиционной структуры износостойкого наплавленного металла с боридным упрочнением / А.А. Артемьев, Г.Н. Соколов, Ю.Н. Дубцов, В.И. Лысак // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2011. – № 2. – С. 44–48.

2. Microstructure and property of tungsten carbide particulate reinforced wear resistant coating by TIG cladding / Y. Wang [et al.] // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2021. – Vol. 100. – С. 105598

3. Das K., Bandyopadhyay T.K., Das S. A review on the various synthesis routes of TiC reinforced ferrous based composites // J. Mater. Sci. – 2002. – Vol. 37, no. 18. –
P. 3881–3892.

4. Characterization of the microstructure, micro­segregation, and phase composition of ex-situ Fe–Ni–Cr–Al–Mo–TiCp composites fabricated by three-dimensional plasma metal deposition on 10CrMo9–10 steel / Ł. Rakoczy [etc.] // Arch. Civ. Mech. Eng. – Springer London, 2020. – Vol. 20, no. 4.

5. Шиганов И.Н., Овчинников В.В., Коберник Н.В. Композиционные материалы с металлической матрицей: сварные соединения и покрытия. – М.: КноРус, 2021. – 352 с.

6. Макаренко Н.А. Исследование и разработка порошковой проволоки, обеспечивающей высокую стойкость наплавленного металла к абразивному износу // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2004. –
№ 14. – С. 245–248.

7. Упрочнение карбидом бора высокохромистой стали, полученной наплавкой порошковой проволокой / Е.Н. Еремин [и др.] // Сварка в России – 2019: современное состояние и перспективы: тезисы докладов международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б.Е. Патона, Томск, 03–07 сентября 2019 года / Институт физики прочности и материаловедения СО РАН. – Томск: Общество с ограниченной ответственностью «СТТ», 2019. – С. 110–111.

8. Tribological properties and wear resistance of the metal deposited by chromium flux-cored wire with carbide-boride alloying / E.N. Eremin [et al.] // J. Phys. Conf. Ser. – 2020. – Vol. 1441, no. 1.

9. Влияние структуры наплавленных покрытий на стойкость к абразивному износу / Г.Г. Чернышов,
Н.В. Коберник, А.Г. Орлик, Т.А. Чернышова // Физика и химия обработки материалов. – 2011. – № 5. – С. 44–50.

10. Коберник Н.В. Современные подходы к разработке порошковых проволок для модифицирования и армирования наплавленного металла // Актуальные вопросы и передовые технологии сварки в науке и промышленности: cборник статей I Международной научно-технической конференции, Могилев, 24–25 ноября
2022 года / редколлегия: М.Е. Лустенков (гл. ред.)
[и др.]. – Могилев: Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования «Белорусско-Российский университет», 2022. – С. 97–99.

11. Михеев Р.С. Перспективные покрытия с повышенными триботехническими свойствами из композиционных материалов на основе цветных металлов: специальность 05.16.06 «Порошковая металлургия и композиционные материалы»: дис. … д-ра техн. наук. – М., 2018. – 442 с.

12. Лившиц Л.С., Гринберг Н.А., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. – М.: Машиностроение, 1969. – 188 с.

13. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. – М.: Металлургия, 1987. – 216 с.

14. Materials Science and Engineering: Handbook / James F. Shackelford [et al.]; ed. James F. Shackelford and W. Alexander Boca Raton. – CRC Press LLC, 2001. – 471 p.

15. Структура и свойства наплавленных электродуговых покрытий из порошков механоактивированных СВС-композитов / А.А. Ситников [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2011. – № 3(52). – С. 51–54.

16. Прибытков Г.А., Храмогин М.Н., Коржова В.В. СВС композиционные порошки карбид титана – связки из сплавов на основе железа для наплавки износостойких покрытий // Физическая мезомеханика. – 2006. –
Т. 9, № S1. – С. 185–188.

17. Формирование структуры износостойких покрытий с синтезированными в матрице карбидными соединениями при электродуговой наплавке / А.В. Собачкин [и др.] // Материалы VI международной научно-технической конференции «Инновации в машиностроении – основа технологического развития России». – 2014. – С. 175–178.

18. Морфология покрытий из многокомпонентных предварительно механоактивированных порошков СВС-композитов / А.В. Собачкин [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 3(56). – С. 141–144.

19. Собачкин А.В. Формирование износостойких покрытий для деталей сельскохозяйственного машиностроения при электродуговой наплавке многокомпонентных механоактивированных СВС-материалов: специальность 05.16.09 «Материаловедение (по отраслям)»: дис. … канд. техн. наук. – Барнаул, 2013. – 150 с.

20. Твердость и абразивная износостойкость электронно-лучевых покрытий, наплавленных СВС композиционными порошками TiC + сталь Р6М5 / Г.А. Прибытков [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2017. – № 10(154). – С. 446.

21. Назарько А.С., Пломодьяло Р.Л. Раздельный и комплексный способы легирования наплавленного металла карбидом титана при дуговой износостойкой наплавке // Техника и технологии машиностроения: материалы VII Международной научно-технической конференции, Омск, 21–23 мая 2018 года. – Омск: Омский государственный технический университет, 2018. –
С. 167–171.

22. Формирование композиционного покрытия NiCrBSi–TiC с повышенной абразивной износостойкостью методом газопорошковой лазерной наплавки /
А.В. Макаров [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2013. – № 11(107). – С. 38–44.

23. Стабильность карбида хрома при введении его в расплав сварочной ванны / Н.В. Коберник, А.С. Панкратов, В.В. Петрова, А.С. Александров // Черные металлы. – № 8 (1064). – 2020. – С. 64–69.

24. Behavior of Silicon Carbide Introduced into an Iron-Based Weldpool Melt / V.V. Petrova, N.V. Kobernik, A.S. Pankratov [et al.]. – 2021. – Vol. 2021, no. 12. –
P. 1498–1503. – DOI 10.1134/S0036029521120193.

25. Microstructure and fracture toughness of Fe–Nb dissimilar welded joints / Q. Chu [et al.] // Metals. – 2021. – Vol. 11, no 1. – P. 1–9. – DOI 10.3390/met11010086

26. Halo Formation in Binary Fe-Nb Off-eutectic Alloys / K.W. Li [et al.] // High Temp. Mater. Process. –
2015. – Vol. 34, № 5. – P. 479–485.

Исследовано влияние степени проплавления на механические свойства разнородных сварных соединений стали ЭП517 и сплава 36НХТЮ, полученных с помощью электронно-лучевой сварки. Изменение степени проплавления свариваемых материалов обеспечивали смещением электронного пучка относительно стыка. Исследована макро- и микроструктура полученных сварных соединений с помощью оптического микроскопа. Асимметричность швов объяснена различием теплофизических свойств свариваемых материалов, а искривление шва – отклонением пучкам остаточным магнитным полем и полем термоэлектрических токов. Показано, что наличие уширения в вершине шва ограничивает технологически допустимый диапазон степени проплавления сплава 36НХТЮ в пределах от 30 до 75 % для рассматриваемого режима сварки. Получена зависимость твердости металла шва от степени проплавления после сварки и после термической обработки старением при температуре нагрева 650 °С и времени выдержки 3 и 24 ч. Установлено, что при увеличении степени проплавления сплава 36НХТЮ с 50 до 70 % твердость металла шва после старения в течение 24 ч повышается с 250 до 300 HV5, что соответствует твёрдости стали ЭП517 в состоянии поставки. Показана технологическая возможность получения равнопрочных разнородных сварных соединений стали ЭП517 со сплавом 36НХТЮ за счет отклонения электронного пучка в сторону 36НХТЮ и последующего термического старения.

Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, разнородные сварные соединения, сталь ЭП517, сплав 36НХТЮ, механические свойства, степень проплавления, металл шва, упрочняющие фазы, термическая обработка, старение, твердость.

Бородавкина Ксения Тимуровна (Москва, Россия) – аспирант, инженер I кат. кафедры технологии металлов НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, стр.1, e-mail: BorodavkinaXT@mpei.ru).

Терентьев Егор Валериевич (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии металлов НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, стр.1, e-mail: TerentyevYV@mpei.ru).

Слива Андрей Петрович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии металлов НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, стр.1, e-mail: SlivaAP@mpei.ru).

Гончаров Алексей Леонидович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологии металлов НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, стр.1, e-mail: GoncharovAL@mpei.ru).

Козырев Харитон Максимович (Москва, Россия) – магистр, техник кафедры технологии металлов НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, стр.1, e-mail: KozyrevKM@mpei.ru).

1. 1.   Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины. – М.: Академия, 2006. – 316 с.
2. 2.   Создание сварных комбинированных конструкций в энергетике. Часть 1: Физические процессы при сварке разнородных металлов: учебное пособие / В.К. Драгунов, А.Л. Гончаров, Е.В. Терентьев, А.Ю. Марченков; под ред. В.К. Драгунова. – М.: Вече, 2015. – 176 с.
3. 3.   Повышение конструкционной прочности разнородных сварных соединений сплава 36НХТЮ и стали ЭП517 за счет оптимизации геометрических параметров шва / Е.В. Терентьев, А.Ю. Марченков, А.П. Слива, А.Л. Гончаров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 63–72. DOI 10.15593/2224-9877/2018.3.08.
4. 4.   Применение эффекта контактного упрочнения для повышения прочности сварного соединения стали ЭП517 со сплавом 36НХТЮ / Е.В. Терентьев, А.Ю. Мар­ченков, А.Л. Гончаров, А.П. Слива // Деформация и разрушение материалов. – 2019. – № 2. – С. 30–35.
5. 5.   Шахматов М.В., Ерофеев В.В., Коваленко В.В. Технология изготовления и расчета сварных оболочек. – Уфа: Полиграфкомбинат, 1999. – 272 с.
6. 6.   Влияние степени механической неоднородности на статическую прочность сварных соединений / О.А. Бакши, В.В. Ерофеев, Ю.И. Анисимов, М.В. Шахматов, С.И. Ярославцев // Сварочное производство. – 1983. – № 4. – С. 1.
7. 7.   Дильман В.Л., Остсемин А.А., Ерошкина Т.В. Прочность механически неоднородных сварных соединений стержней арматуры // Вестник машиностроения. – 2008. – № 9. – С. 13–16
8. 8.   Дильман В.Л., Остсемин А.А. Напряженное состояние и статическая прочность пластичной прослойки при плоской деформации // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2005. – № 4. – С. 38–48.
9. 9.   Айметов С.Ф., Айметов Ф.Г. Прочность стыковых сварных соединений, ослабленных мягкой прослойкой, при действии изгибающей нагрузки // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Металлургия. – 2015. – Т. 15, № 1. – С. 107–112.
10. 10.    Оценка возможности использования эффекта контактного упрочнения в сварных соединениях высокопрочных низколегированных сталей / А.В. Ильин, И.Г. Кар­пов, Д.А. Кащенко, А.А. Соболев // Сварочное производство. – 2020. – № 12. – С. 3–11. – EDN MCPMAC.
11. 11.    Ямилев М.З., Тигулев Е.А., Распопов А.А. Оценка степени контактного упрочнения сварных соединений трубных сталей // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2020. – Т. 10, № 3. – С. 252–262. DOI 10.28999/2541-9595-2020-10-3-252-262. – EDN YPZSVD.
12. 12.    Ерофеев В.В., Игнатьев А.Г. Обоснование режимов электронно-лучевой сварки изделий оболочкового типа из нагартованных сплавов АМг6Н и АМг6НПП // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. – 2015. – Т. 15, № 4. – С. 53–61. DOI 10.14529/engin150406. – EDN VAVXQN.
13. 13.    Обеспечение прочности сварных соединений при лазерной сварке жаропрочного дисперсионно-твердеющего никелевого сплава ЭП693 / Д.А. Баранов, С.С. Жаткин, В.И. Никитин [и др.] // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2021. – Т. 27, № 3. – С. 57–65. DOI 10.17073/0021-3438-2021-3-57-65. – EDN ZKRKCU.
14. 14.    Исследование структуры, фазового состава, физико-механических свойств, а также оптимизация процессов термической обработки литейного жаропрочного никелевого сплава ХН67МВТЮ (ЭП202) методом математического моделирования / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, Е.А. Филатов [и др.] // Справочник. Инженерный журнал. – 2021. – № 2(287). – С. 3–10. DOI 10.14489/hb.2021.02.pp.003-010. – EDN NCBZFC.
15. 15.    Исследование микроструктуры и механических свойств сварных соединений стареющего сплава / A.З. Исагулов, Б.К. Ахметжанов, К.Б. Ахметжанова [и др.] // Труды университета. – 2016. – № 3(64). – С. 35–38. – EDN YIASNB.
16. 16.    Influence of thermal aging modes on mechanical properties of steel welded joint 03N18K9M5T / Y.V. San­talova, E.V. Terentyev, A.Y. Marchenkov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2275(1). – P. 012008. – DOI: 10.1088/1742-6596/2275/1/012008.
17. 17.    Heat treatment mode optimization of dissimilar weld joints of EP517 steel to 36NKhTYu alloy / E.V. Teren­tyev, A.Y. Marchenkov, A.L. Goncharov [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: 3rd International Biannual Conference "Electron Beam Welding and Related Technologies, EBW 2019", Moscow. – Moscow: Institute of Physics Publishing, 2020. – P. 012024. DOI 10.1088/1757-899X/759/1/012024. – EDN NILAQD.
18. Influence of the welding parameters on the weld metal mechanical heterogeneity of EP517 (Fe12Cr2NiMoWVNb) steel and 36NKhTYu (Fe36Ni12Cr3TiAl) alloy dissimilar welded joints / K.T. Borodavkina, E.V. Terentyev, A.P. Sliva [et al.] // Journal of Physics: Conference Series: 10, St. Petersburg. – St. Petersburg, 2021. – P. 012001. DOI 10.1088/1742-6596/2077/1/012001.
19. Malikov A.G., Orishich A.M., Vitoshkin I.E., Karpov E.V., Ancharov A.I. 2020 Laser welding of dissimilar materials based on VT20 titanium and V-1461 aluminum alloys // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 202. – Vol. 61(2). – P. 307–317.
20. Dragunov V.K., Goncharov A.L., Portnov M.A. Effect of the electron beam welding conditions on the structure and mechanical properties of welded joints in an austenitic steel with bronzes in the manufacture of power engineering structures // Welding International. – 2017. – Vol. 31(7). – P. 554–560.
21. Лазерная сварка разнородных материалов на основе титанового сплава ВТ20 и алюминиевого сплава В-1461 / А.Г. Маликов, А.М. Оришич, И.Е. Витошкин [и др.] // Прикладная механика и техническая физика. – 2020. – Т. 61, № 2(360). – С. 175–186. DOI 10.15372/PMTF20200218. – EDN WZHFLL.
22. Ольшанская Т.В. Особенности кристаллизации сварных швов из разнородных материалов при электронно-лучевой сварке на примере высокохромистой стали с бронзой // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2014. – Т. 16, № 3. – С. 43–53. – EDN STABSX.
23. Особенности электронно-лучевой сварки жаропрочных сплавов ЭИ698-ВД и ЭП718-ИД со сталью 45 / Е.Н. Каблов, В.В. Антипов, А.В. Свиридов, М.С. Грибков // Труды ВИАМ. – 2020. – № 9(91). – С. 3–14. DOI 10.18577/2307-6046-2020-0-9-3-14. – EDN YROJJD.
24. Особенности процесса лазерной сварки разнородных материалов на железной и медно-никелевой основе / Ф.И. Пантелеенко, О.Г. Девойно, А.С. Лапковский, Н.И. Луцко // Наука и техника. – 2014. – № 1. – С. 7–11. – EDN RYLMSR.
25. Analysis of differentlaser welding processes for joining hardmetals to steel / R.M. Miranda, L. Quintino, A. Costa, J.C.P. Pina, T. Rosa, P.Catarino, J.P. Rodrigues // Weld. World. – 2008. – Vol. 52. – P. 42–51.
26. Ситников И.В., Саломатова Е.С. Электронно-лучевая сварка с применением присадочных материалов // Техника и технологии машиностроения: материалы V Международной студенческой научно-практической конференции, Омск, 04–10 апреля 2016 года / Омский государственный технический университет. – Омск: Омский государственный технический университет. – Омск, 2016. – С. 313–318. – EDN WXNVGT.
27. Исследование влияния режимов электронно-лучевой сварки на геометрические особенности формы, микроструктуру и твердость материала сварных швов из высокопрочного бейнитного чугуна / А.А. Бакиновский, И.Г. Олешук, А.Д. Губко, А.А. Бурин // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сборник научных трудов.– Минск: Государственное научное учреждение «Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси», 2020. – Кн. 2. – С. 32–40. – EDN GHKQDE.
28. Повышение прочности разнородных сварных соединений сплава 36НХТЮ и стали ЭП517 за счет контактного упрочнения / Е.В. Терентьев, В.К. Драгунов, А.П. Слива [и др.] // Сварочное производство. – 2021. – № 12. – С. 9–16. – EDN LCKRPD.

Представлены результаты исследования теплофизических свойств и термодинамических функций алюминиевого сплава AlFe5Si10 с оловом, свинцом и висмутом. Для измерения удельной теплоемкости сплавов использован метод сравнения скоростей охлаждения двух образцов, позволяющий с достоверной точностью определять температуру, а также зависимость теплоемкости веществ от температуры. Всякое тело, имеющее температуру выше окружающей среды, будет охлаждаться, причем скорость охлаждения зависит от величины теплоемкости тела и коэффициента теплоотдачи. Обработкой кривых скоростей охлаждения образцов из алюминиевого сплава AlFe5Si10 с оловом, свинцом и висмутом и эталона получены полиномы, описывающие их скорости охлаждения. Далее по экспериментально найденным величинам скоростей охлаждения образцов из сплавов и эталона, зная их массы, были установлены полиномы температурной зависимости теплоемкости сплавов и эталона, которые описываются четырёхчленным уравнением. Используя интегралы от удельной теплоемкости, были определены модели температурной зависимости изменений энтальпии, энтропии и энергии Гиббса.

Показано, что легирование алюминиевого сплава AlFe5Si10 оловом, свинцом и висмутом снижает их теплоёмкость и термодинамические функции. С ростом концентрации легирующего компонента и температуры удельная теплоемкость, энтальпия и энтропия сплавов увеличиваются, а значение энергии Гиббса уменьшается. Энтальпия и энтропия сплавов при переходе от сплавов с оловом к сплавам со свинцом и к сплавам с висмутом уменьшаются. Величина энергии Гиббса при этом имеет обратную зависимость.

Ключевые слова: алюминиевый сплав, олово, висмут, свинец, удельная теплоемкость, режим «охлаждения», энтальпия, энтропия, энергия Гиббса.

Ганиев Изатулло Наврузович (Душанбе, Таджикистан) – академик Национальной академии наук Таджикистана, доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией «Коррозионно-стойкие материалы» Института химии им. В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана (Республика Таджикистан, 734063, г. Душанбе, проспект Айни, 299/2, e-mail: ganievizatullo48@gmail.com).

Холмуродов Фитрат (Душанбе, Таджикистан) – кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Физико-технического института им. С.У. Умарова Национальной академии наук Таджикистана (Республика Таджикистан, 734063, г. Душанбе, проспект Айни 299/1, e-mail: fitratk@mail.ru).

Сафаров Амиршо Гоибович (Душанбе, Таджикистан) – доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Физико-технического института им. С.У. Умарова Национальной академии наук Таджикистана (Республика Таджикистан, 734063, г. Душанбе, проспект Айни, 299/1, e-mail: amirsho71@mail.ru).

Нуров Нурулло Рачабович (Душанбе, Таджикистан) – соискатель Физико-технического института им. С.У. Умарова Национальной академии наук Таджикистана (Республика Таджикистан, 734063, г. Душанбе, проспект Айни, 299/1).

Якубов Умарали Шералиевич (Душанбе, Таджикистан) – PhD, ведущий научный сотрудник Института химии им. В.И. Никитина НАН Таджикистан (Республика Таджикистан, 734063, г. Душанбе, проспект Айни, 299/2, e-mail: yakubovumarali@gmail.com).

1. Белецкий В.М., Кривов Г.А. Алюминиевые сплавы (Состав, свойства, технология, применение) / под ред. И.Н. Фридляндера. – Киев: КОМИТЕХ, 2005. – 65 с.
2. Луц А.Р., Суслина А.А. Алюминий и его сплавы. – Самара: Самарск. гос. тех. универ., 2013. – 81 с.
3. Дриц М.Е. Алюминиевые сплавы. Свойства, обработка применение. – М.: Металлургия, 1979. – 679 с.
4. Chen X.-G. Growth mechanisms of intermetallic phases in DC cast AA1XXX alloys // Essential Readings in Light Metals. – 2013. – Vol. 3. Cast Shop for Aluminum Production. – Р. 460–465.
5. Grange D.A. Microstructure control in ingots of aluminium alloys with an emphasis on grain refinement // Essential Readings in Light Metals. – 2013. – Vol. Cast Shop for Aluminum Production. – Р. 354–365.
6. Geoffrey K. Sigworth Fundamentals of Solidification in Aluminum Castings // International Journal of Metalcasting. – 2014. – Vol. 8, iss. 1. – P. 7–20.
7. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. – М.: Металлургия, 1979. – 640 с.
8. Markoli B., Spaić S., Zupanič F. Formation of AlFeSi phase in AlSi12 alloy with Ce addition // Alumini­um. – 2004. – Vol. 80, no. ½. – P. 84–88.
9. Kaufman J.G., Rooy E.L. Aluminum alloy castings: properties, processes, and applications. – Materials Park: ASM International, 2004.
10. Мальцев М.В. Модифицирование структуры металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1964. – 238 с.
11. Измерение теплоемкости и теплоты плавления методом охлаждения: учебное пособие / С.А. Киров, А.В. Козлов, А.М. Салецкий, Д.Э. Харабадзе. – М.: ООП Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012. – 52 с.
12. Ерёмина Р.М., Скворцов А.И., Мутыгуллина А.А. Экспериментальные задачи общего физического практикума по молекулярной физике и термодинамике. Процессы переноса. Жидкости и твердые тела. – Казань: Казанской (Приволжский) федеральный университет, 2015. – 42 с.
13. Рогачев Н.М., Гусева С.И. Определение удельной теплоемкости твердых тел: метод. указания к лабор. работе № 1–23. – Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва, 2012. – 14 с.
14. Иванцов Г.П. Нагрев металла (теория и методы расчёта). – Свердловск–Москва: Государ. научно-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1948. – 191 с.
15. Багницкий В.Е. Обратные связи в физических явлениях. (Продолжение книги Новая физика электронных приборов). – Германия: Изд. дом LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. – 196 с.
16. Влияние добавок скандия на температурную зависимость теплоемкости и термодинамических функций алюминиево-магниевых сплавов / И.Н. Ганиев, М.Т. Норова, Б.Б. Эшов, Н.Ф. Иброхимов, С.Ж. Иброхимов // Физика металлов и металловедение. – 2020. – T. 121, № 1. – C. 25–31.
17. Влияния кальция на температурную зависимость удельной теплоемкость и изменений термодинамических функции алюминиевого сплава АЖ5К10 / И.Н. Ганиев, У.Ш. Якубов, М.М. Сангов, А.Г. Сафаров // Вестник технологического университета (г. Казань). – 2018. – Т. 21, № 8. – С. 11–15.
18. Температурная зависимость теплоемкости и изменений термодинамических функции сплава АЖ4.5 с оловом / И.Н. Ганиев, А.Г. Сафаров, Ф.Р. Одинаев, У.Ш. Якубов, К. Кабутов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2019. – № 1. – С. 50–58.
19. Влияние добавок меди на теплоемкость и термодинамические функции алюминия марки А7Е / И.Н. Ганиев, А.Р. Рашидов, Х.О. Одиназода, А.Г. Сафаров, Дж.Х. Джайлоев // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2020. – № 3. – С. 4–12.
20. Ганиев И.Н., Якубов У.Ш., Хакимов А.Х. Свойства алюминиевого сплава АЖ5К10 с щёлочноземельными металлами. – Душанбе: Дониш, 2021. – 155 с.
21. Глазов В.М., Пашинкин А.С. Теплофизические свойства (теплоемкость и термическое расширение) монокристаллического кремния // ТВТ. – 2001. – Т. 39, № 3. – С. 443–449.
22. Аномальное изменение теплоемкости при нагревании монокристаллов кремния в связи с протеканием структурных превращений / В.М. Глазов, А.С. Пашинкин, М.С. Михайлова, Г.Г. Тимошина // Докл. РАН. 1997. – Т. 334, № 1. – С. 59.
23. Глазов В.М., Михайлова М.С. Изменение характеристик прочности межатомной связи и характера температурной зависимости теплоемкости при легировании кремния ниобием // Докл. РАН. – 1998. – Т. 360, № 2. – С. 209.
24. Глазов В.М., Михайлова М.С. Характеристики межатомной связи и температурная зависимость теплоемкости кремния, легированного ниобием // ЖФХ. – 1998. – Т. 72, № 11. – С. 1931.
25. Теплоемкость высокочистого кремния / Г.Г. Девятых, А.В. Гусев, Л.М. Гибин [и др.] // Доклады РАН. 1997. – Т. 353, № 6. – С. 768.
26. Теплоемкость высокочистого кремния / Г.Г. Девятых, А.В. Гусев, Л.М. Гибин [и др.] // Неорган. материалы. – 1997. – Т. 33, № 12. – С. 1425.
27. Тимофеев О.В. Теплоемкость высокочистого кремния: автореф. дис. … канд. хим. наук. – Нижний Новгород: ИХВВ РАН, 1999. – 22 с.

Приведены результаты исследования износа и коэффициента трения покрытия из терморасширенного графита (ТРГ), нанесенного на стальную основу 08Ю и 30ХГСА, предварительно подготовленную методом деформирующего резания. В качестве антифрикционного слоя использовались гибкие листы из ТРГ плотностью 0,96 г/см3, изготовленные на предприятии ООО «Силур», г. Пермь. На основе аналитического обзора и тестовых экспериментальных исследований рекомендованы режимы и методика трибологических исследований. Образцы испытывали на машине трения по схеме «палец – диск» по сухой поверхности контртел – пальцев из стали 20ГЛ при комнатной температуре. Использованная схема закрепления трех пальцев со сферической поверхностью в держателе позволила проходить требуемое для испытаний расстояние в 3 раза быстрее по сравнению со схемой закрепления, предполагающей использование одного пальца. Используемая в машине трения оснастка включала также платформу для закрепления плоских образцов, соединенную с устройством, которое служило для передачи показаний на датчик, считывающий изменения коэффициента трения. Получены зависимости температуры образцов от нагрузки и времени трибологических испытаний. Зависимости свидетельствуют, что температура образцов во время трибологических испытаний при скорости скольжения 0,05 м/с практически не изменяется при нагрузках в интервале 36–72 Н, при нагрузке 108 Н растет несколько более интенсивно, а при нагрузках 144–360 Н возрастает весьма существенно. Представлены фотоснимки участков поверхности износа образцов. Проанализировано влияние на коэффициенты трения и износостойкость покрытия материала стальной основы и процесса дополнительной обработки шлифованием поверхности оребренных образцов с покрытиями перед испытаниями. Наименьшие коэффициенты трения в процессе испытаний наблюдались у пар трения, включающих образцы с основой 08Ю и 30ХГСА с макрорельефной структурой с внедренным терморасширенным графитом (ТРГ) без дополнительной обработки. Наименьший износ наблюдался у образцов с основой из стали 08Ю с дополнительной обработкой шлифованием острых вершин ребер, характеризующейся меньшей твердостью и прочностью по сравнению со сталью 30ХГСА. Стальные образцы, обработанные по технологии деформирующего резания и покрытые ТРГ, характеризуются значительно меньшим коэффициентом трения и большим сопротивлением износу в паре со сталью 20ГЛ, чем образцы с отсутствием развитого макрорельефа поверхности и покрытия.

Ключевые слова: трибологические параметры, коэффициент трения, износ, испытание на изнашивание по схеме палец по диску, композиционный материал, износостойкое покрытие, деформирующее резание, терморасширенный графит, ТРГ, сталь, подшипник скольжения.

Матыгуллина Елена Вячеславовна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: matik68@rambler.ru).

Караваев Дмитрий Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29,
e-mail: karavaev1@ya.ru).

Сиротенко Людмила Дмитриевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sirotenko@pstu.ru).

Смирнов Дмитрий Вениаминович (Пермь, Россия) – заместитель генерального директора, ООО «Силур» (Россия, 614014, Пермь, ул. 1905 года, 35,
e-mail: smirnov@sealur.ru).

1. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. – М.: МСХА, 2001. – 616 с.

2. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. – М.: Наука, 2001. – 478 с.

3. Трение и износ материалов на основе полимеров / В.А. Белый, А.И. Свириденок, Н.И. Петраковец [и др.]. – Минск: Наука и техника, 1976. – 431 с.

4. Васильев С.Г., Шуляк Я.И. Изменение твердости поверхности детали методом механической обработки // Машиностроение. – 2011. – № 10. – С. 77–82.

5. Зубков Н.Н., Васильев С.Г. Повышение износостойкости деталей пар трения скольжения на основе метода деформирующего резания // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2013. – № 8. – С. 3–9.

6. Зубков Н.Н. Использование развитых микрорельефов для качественного повышения прочности клеевых соединений низкоадгезионных материалов // Клеи, герметики, технологии. – 2015. – № 8. – С. 17–23.

7. Зубков Н.Н., Васильев С.Г., Цуканов Д.В. Деформирующее резание как основа создания самосмазывающихся узлов трения скольжения // Технология металлов. – 2021. – № 5. – С. 37–43.

8. Yeo S.M., Polycarpou А. Tribological performance of PTFE- and PEEK-based coatings under oil-less compressor conditions // Wear. – 2012. – Vol. 296, no. 1–2. – P. 638–647. DOI: 10.1016/J.WEAR.2012.07.024

9. Dascalescu D., Polychronopoulou K., Polycarpou A.A. The significance of tribochemistry on the performance of PTFE-based coatings in CO2 // Surf. Coat. Technol. – 2009. – No. 3. – P. 319–329. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.07.042

10. The friction and wear properties of PTFE composite- Thermal spray metallic binary coatings / Meigin Shi, F. Miyazawa, S. Tobe, T.A. Stolarski // Material trans­actions. – 2005. – Vol. 46, no. 1. – P. 84–87. DOI:10.2320/matertrans.46.84

11. Kumar M. The Effect of Lubrication on Tribological Properties of Bearing Materials Using Pin on Disc: A Review // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology (IJRASET). – 2017. – Vol. 5, no. 8. – P. 267–276. DOI: 10.22214/IJRASET.2017.8038]

12. Shibo Wang, Chengchao Niu, Bing Teng. Tribological Behavior of Polytetrafluoroethylene: Effect of Sliding Motion // Journal of Tribology. – 2016. – Vol. 139, no. 1. – 7 р. DOI:10.1115/1.4033130

13. Reciprocating sliding wear of hybrid PTFE/Kevlar fabric composites along different orientations / D. Gu, L. Zhang, S. Chen, K. Song, S. Liu // RSC Advances. – 2018. – Vol. 8. – P. 20877–20883. DOI:10.1039/C8RA03290D

14. Characterization of a Self Lubricating PTFE Under Lubricated Conditions / K. Vohra, A. Anand, Ul Haq [et al.] // Materials Focus. – 2016. – Vol. 5, no. 3. – P. 293–295. DOI: 10.1166/mat.2016.1324

15. Chaudhari Sandip B., Shekhawat S.P. Wear Analysis of Polytetrafluoroethylene (PTFE) and it’s Composites under Wet Conditions // IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. – 2013. – Vol. 8, no. 2. – P. 07–18. DOI: 10.9790/1684-0820718

16. Русин Н.М., Скоренцев А.Л. Влияние скорости скольжения на интенсивность изнашивания спеченного гибридного композита (Al–12Si)–40Sn при сухом трении // Физика металлов и металловедение. – 2020. – Т. 121, № 7. – С. 763–770.

17. Применение твёрдого антифрикционного композитного материала в конструкции подшипников скольжения / Б.Н. Нуралин, С.М. Куанышев, К.М. Куанышев, М.К. Куанышев // Известия ОГАУ. – 2016. – № 6. – С. 61–64.

18. Дмитриева, Л.А. Оценка свойств антифрикционных материалов в подшипниках скольжения // Инновационная наука. – 2016. – № 11-2. – С. 31–34.

19. Уббелоде А.Р., Льюис Ф.А. Графит и его кристаллические соединения. – М.: Мир, 1965. – 256 с.

20. Юрковский И.М., Смирнова Т.Ю., Малей Л.С. Структурные особенности расширенного графита // Химия твердого топлива. – 1986. – № 1. – C. 127–131.

21. Терморасширенный графит: синтез, свойства и перспективы применения (Обзор) [Текст] / А.В. Яковлев, А.И. Финаенов, С.Л. Забудьков, Е.В. Яковлева // Журнал прикладной химии. – 2006. – T. 79, № 11. – C. 1761–1771.

22. Механические свойства композиционных материалов на основе терморасширенного графита / Л.Л. Вовченко, Л.Ю. Мацуй, А.В. Журавков, О.И. Стельмах // Перспективные материалы. – 2002. – № 6. – C. 67–70.

23. Композиционные наноматериалы на основе интеркалированного графита: учеб. пособие / Н.Е. Сорокина, В.В. Авдеев, А.С. Тихомиров [и др.]. – М.: Изд-во Моск. гос. ун-та им. М.В. Ломоносова, 2010. – 50 с.

24. Смирнов Д.В., Исаев О.Ю., Лепихин В.П. SEALUR-500 – новый уплотнительный материал для шаровой арматуры // Арматуростроение. – 2011. – № 1(70). – C. 56–57.

25. Ильин Е.Т., Колдаева И.Л. Уплотнения нового поколения из терморасширенного графита // Химическая техника. – 2003. – № 5. – С. 15–17.

26. Стручкова Т.С., Нюрова А.Г., Николаева А.Д. Исследование влияния терморасширенного графита на триботехнические характеристики политетрафторэтилена // Южно-Сибирский научный вестник. – 2019. –
№ 4-1(28). – С. 303–306.

Сварка корпусных узлов горячей части газотурбинных двигателей, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов, сопряжена с рядом трудностей, среди которых отдельную роль играет количество и расположение сварных швов. Часто это приводит к перегреву металла из-за перекрытия зон термического влияния от соседних швов, что повышает склонность к образованию термических трещин. Рассматривается возможность замены сварки неплавящимся электродом роботизированной сваркой плавящимся электродом для соединения деталей из сплава ЭП718 толщиной 3 мм для уменьшения размеров швов и теплового воздействия. Отработка технологии поводилась на плоских образцах с симметричной разделкой кромок с варьированием зазора. Сваренные образцы исследовались методами визуально-измерительного контроля, контроля проникающими веществами, рентгенографического контроля и металлографии. Результаты показали бездефектное формирование шва, а наименьшие размеры сварного шва удалось обеспечить при зазоре 0,5 мм. При этом ширина шва уменьшилась до 5,5–6,0 мм, а высота усиления оставалась в пределах 0,5–0,6 мм. Погонная энергия, затраченная на сварку плавящимся электродом деталей с разделкой, оказалась более чем в 2 раза ниже, чем при автоматической сварке неплавящимся электродом без разделки кромок с подачей присадочной проволоки. Оценка механических свойств проводилась испытанием на статическое растяжение при комнатной температуре на образцах со снятым усилением. Временное сопротивление разрыву при этом составило 1180–1205 МПа, что близко к свойствам соединений, полученных сваркой неплавящимся электродом на образцах толщиной 2 мм, а также близко к верхней границе свойств основного металла, лежащих в диапазоне 1100–1250 МПа.

Ключевые слова: гетерогенные никелевые сплавы, роботизированная сварка, GMAW, импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом, сплав ЭП718, газотурбинный двигатель, турбина, погонная энергия.

Медведев Александр Юрьевич (Уфа, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий УУНиТ (Россия, 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: medvedev.ayu@ugatu.su).

Галимов Виталий Рустемович (Уфа, Россия) – аспирант кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий УУНиТ (Россия, 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: galimov.vr@mail.ru).

Никифоров Роман Валентинович (Уфа, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий УУНиТ (Россия, 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: nikiforov_svarka@mail.ru).

Алексей Владимирович Туров (Пермь, Россия) – начальник технического бюро сварки ОАО «ОДК-Пермские моторы» (Россия, 614010, г. Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: Turov-AVl@pmz.ru).

1. Сорокин Л.И. Свариваемость жаропрочных сплавов, применяемых в авиационных газотурбинных двигателях // Сварочное производство. – 1997. – № 4.

2. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов: [монография] / под ред. Э.Л. Макарова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 487 с.

3. Сорокин Л.И. Напряжения и трещины, образующиеся при сварке и термической обработке жаропрочных никелевых сплавов // Сварочное производство. – 1999. – № 12. – С. 11–16.

4. Сорокин Л.И. Оценка сопротивляемости образованию трещин при сварке и термической обработке жаропрочных никелевых сплавов (обзор) Часть 1 // Сварочное производство. – 2003. – № 7.

5. Сорокин Л.И. Оценка сопротивляемости образованию трещин при сварке и термической обработке жаропрочных никелевых сплавов (обзор) Часть 2 // Сварочное производство. – 2003. – № 12.

6. Nickel overlay deposited by MIG welding and cold wire MIG welding / Carlos Alberto Mendes Da Mota, Alexandre Saldanha do Nascimento, Douglas Neves Garcia, Diego Almir Silva da Silva, Felipe Ribeiro Teixeira & Valtair Antonio Ferraresi // Welding International. – 2018. – Vol. 32:9. – P. 588–598. DOI: 10.1080/09507116.2017.1347333

7. Study of MIG/MAG welding procedures for application of coatings of Inconel 625 nickel alloy on ASTM A387 Gr.11 structural steel / Nathália Escóssio Cavalcante, Tathiane Caminha Andrade, Pedro Helton Magalhães Pinheiro, Hélio Cordeiro de Miranda, Marcelo Ferreira Motta & Willys Machado Aguiar // Welding International. – 2018. – Vol. 32:2. –
P. 112–121. DOI: 10.1080/09507116.2017.1347324

8. Kah P., Martikainen J. Current trends in welding processes and materials: improve in effectiveness // Rev. Adv. Mat. Sci. – 2012. – Vol. 30. – P. 189–200.

9. Nuraini A.A., Zainal A.S., Azmah Hanim M.A. The effects of welding parameters on butt joints using robotic gas metal arc welding // Journal of Mechanical Engineering and Sciences (JMES). – 2014. – Vol. 6. – P. 988–994.

10. Study of Inconel 718 weldability using MIG CMT process / A. Benoit, S. Jobez, P. Paillard, V. Klosek,
T. Baudin // Science and Technology of Welding and Joining. – 2011. – Vol. 16:6. – P. 477–482. DOI: 10.1179/1362171811Y.0000000031

11. Tsuji M., Suga M. Welding of high Ni alloy clad pipe // Welding International. – 1990. – Vol. 4:12. –
P. 929–933.

12. Carlos Eduardo Iconomos Baixo & Jair Carlos Dutra Effect of shielding gas and transfer mode on the application of 625 alloy in carbon steel // Welding International. – 2011. – Vol. 25. – P. 903–909.

13. Структура и свойства сварных соединений сплава ЭП718, полученных роботизированной сваркой плавящимся электродом // Р.В. Никифоров [и др.] // Вестник УГАТУ. – 2021. – Т. 25, № 4 (94). – С. 10–18.

14. Разработка технологии роботизированной сварки плавящимся электродом соединений из сплава ХН45МВТЮБР // Сварка и диагностика. – М.: НАКС Медиа, 2020. – № 4. – С. 46–49.

15. Control of Laves phase in Inconel 718 GTA welds with current pulsing / G.D. Janaki Ram [et al.] // Science and Technology of Welding and Joining. – 2004. – Vol. 9,
no. 5. – P. 390–398. DOI: 10.1179/136217104225021788

16. Gregori A., Bertaso D. Welding and deposition of Nickel superalloys 718, Waspaloy and single crystal alloy CMSX-10 // Welding in the World. – 2007. – Vol. 51. –
P. 34–47.

17. Effect of Welding Processes (GTAW & EBW) and Solutionizing Temperature on Microfissuring Tendency in Inconel 718 Welds / M. Agilan [et al.] // Materials Science Forum. – 2012. – Vol. 710. – P. 603–607. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.710.603

18. P. Jerold Jose1, M. Dev Anand. Comprehensive Analysis of TIG Welded Inconel–718 Alloy for Different Heat Input Conditions // International Journal of Engineering & Technology. – 2018. – № 7 (3.6). – P. 206–209.

19. Сорокин Л.И. Присадочные материалы для сварки жаропрочных никелевых сплавов (обзор). Часть 1 // Сварочное производство. – 2003. – № 4.

20. Теория сварочных процессов: учебник для вузов / В.М. Неровный [и др.]; под ред. В.М. Неровного. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2016. – 702 с.

Приведены результаты испытаний трибологических свойств по схеме «шарик – диск» при сухом скольжении углерод-керамических композиционных материалов (УККМ) по ASTM G99–03. В качестве контртел использовали шарики из чистого диоксида циркония диаметром 4 мм. Цель проводимого исследования – установить зависимость трибологических характеристик от состава углерод-керамических композиционных материалов. Образцы УККМ цилиндрической формы, диаметром 15 мм получены методом гелевого литья под магнитным воздействием с дальнейшим искровым плазменным спеканием в инертной атмосфере. Состав образцов различался по матричной основе: диоксид циркония, стабилизированный 3 мол. % оксидом иттрия и диоксид титана (ТУ 6–09–3811–79, осч. 7–3). В качестве наполнителя использовали многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) торговой марки «Таунит-МД» (ООО «Нанотехцентр», г. Тамбов). Предварительная подготовка образцов для испытаний заключалась в шлифовании и полировании поверхности до зеркального блеска с шероховатостью поверхности не более 0,02 мкм. Анализ дорожек износа проводили методом оптической микроскопии. Установлено, что композит на основе диоксида титана обладает низкой износостойкостью в сравнении с диоксидом циркония, независимо от наличия МУНТ. Процесс изнашивания диоксида титана сопровождается интенсивным поверхностным выкрашиванием материала, независимо от наличия углеродного наполнителя, тогда как для диоксида циркония, характерен механизм абразивного износа с образованием бороздчатого рельефа. Добавление многостенных углеродных нанотрубок способствует снижению коэффициента трения, однако для повышения трибологических характеристик требуется подбор оптимального содержания МУНТ в матрице.

Ключевые слова: износостойкость, углерод-керамические композиты, коэффициент трения, контртело, многостенные углеродные нанотрубки, износ по массе, износ по объему, пластическая деформация, абразивный износ, поверхностное выкрашивание.

Поздеева Татьяна Юрьевна (Пермь, Россия) – ассистент кафедры дизайна, графики и начертательной геометрии ФГАОУ ВО ПНИПУ (Россия, 614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: pozdeevatu@gmail.com).

Каченюк Максим Николаевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций ФГАОУ ВО ПНИПУ (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: maxxkach@yandex.ru).

Караваев Дмитрий Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения ФГАОУ ВО ПНИПУ (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail:kmcm@yandex.ru).

1. Wear resistance of steel parts after electrospark alloying by graphite electrodes / D.M. Karavaev, E.V. Maty­gullina, M.D. Doshchennikov, D.A. Sinyushov // Russian Engineering Research. − 2019. − Vol. 39, no. 10. −
P. 889–891.

2. Wear resistance of composites based on expanded graphite and a steel base with structured macroscopic relief / D.M. Karavaev, E.V. Matygullina, N.N. Zubkov, D.V. Smir­nov, O.Yu. Isaev, T.R. Ablyaz // Russian Engineering Research. − 2020. − Vol. 40, no. 10. − P. 867–869.

3. Kerkwijk B. Wear and friction of nanostructured zirconia and alumina ceramics and composites: PhD Thesis. − University of Twente, 1999. − 127 p.

4. ISO 20808–2016 Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) – Determination of friction and wear characteristics of monolithic ceramics by ball-on-disc method. − 2016. − 11 p.

5. ASTM G99-03 Standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatus. Copyright ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. − 7 p.

6. Tribomechanical properties evaluation of HA/TiO2/CNT nanocomposite / E. Zalnezhad, F. Mushara­vati, T. Chen, F. Jaber, K. Uzun, M.E.H. Chowdhury, A. Khan­dakar, J. Liu, S. Bae // Scientific Reports. − Vol. 11, no. 1. − P. 1−15.

7. Tribological and electrical properties of ceramic matrix composites with carbon nanotubes / P. Hvizdos, V. Puchý, A. Duszová, J. Dusza, C. Balázsi // Ceramics International. − 2012. − Vol. 38, no. 7. − P. 5669−5676.

8. Friction and wear behaviors of reduced graphene oxide–and carbon nanotube–reinforced hydroxyapatite bioceramics / H. Hu, Z. Li, W. Sun, R. Li, H. Li, K.A. Khor // Front. Mater. − 2020. − Vol. 7. − P. 1−13.

9. Lamnini S. Synthesis and characterization of multiwall carbon nanotube reinforced yttria stabilized zirconia composites: Ph. D. Dissertation. – Budapest, 2020. − 114 p.

10. The friction and wear properties of RGO/3Y-TZP composites under dry sliding / L. Liu, L. Shi, X. Guo, A. Li, F. Zhang // Advanced Composites Letters. − 2019. − Vol. 28, no. 2. − P. 1−9.

11. Microhardness and friction coefficient of multi-walled carbon nanotube–yttria–stabilized ZrO2 composites prepared by spark plasma sintering / A. Kasperski, A. Weibel, D. Alkattan, C. Estournès, V. Turq, Ch. Laurent, A. Peigney // Scripta Materialia. − 2013. − Vol. 69, no. 4. − P. 338−341.

12. Coefficient of friction and wear resistance of zirconia–MWCNTs composites / L. Melk, J.J.R. Rovira,
M.-L. Antti, M. Anglada // Ceramics International. − 2015.− Vol. 41, no. 1. − P. 459−468

13. Чайка Э.В. Увеличение скорости изнашивания керамики из частично стабилизированного диоксида циркония в процессе трения // Огнеупоры и техническая керамика. − 2008. – № 10. − С. 18−21.

14. Савченко Н.Л., Пятова К.М., Кульков С.Н. Трение и износ керамики на основе ZrO2 – Y2O3 в условиях высокоскоростного скольжения по стали // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. − 2007. – № 1. − С. 84−88.

15. Структурные изменения поверхности трения и износостойкость керамики ZrO2–Y2O3 / Н.Л. Савченко, П.В. Королев, С.Ю. Тарасов, С.Н. Кульков // Письма в ЖТФ. − 2000. − Т. 26, № 11. − С. 29−35.

16. Особенности трибологического поведения керамики на основе диоксида циркония в условиях высокоскоростного трения / Н.Л. Савченко, Т.Ю. Саблина, С.Н. Кульков // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Механика и машиностроение. − 2011. − Т. 13, № 4 (3). − С. 857−862.

17. Методики изучения трибологических характеристик пленок / А.Л. Каменева, Д.М. Караваев, А.В. Пепелышев, Н.В. Пименова // Технологии металлов. − 2012. – Т. 2. – С. 34–37; Т. 3. − С. 48–52.

18. Structural characterization and frictional properties of carbon nanotube/alumina composites prepared by precursor method / G. Yamamoto, M. Omori, K. Yokomizo,
T. Hashida, K. Adachi // Materials Science and Engineering B. − 2008. − Vol. 148 (1−3). − P. 265–269.

19. Friction and wear characteristics of silicon nitride ceramics under dry friction condition / J. Yao, Y. Wu,
J. Sun, J. Tian, P. Zhou, Z. Bao, Z. Xia, L. Gao // Materials Research Express. − 2021. − Vol. 8, no. 3. − P. 1−12.

Проведено исследование геометрический параметров сварочных проволок из различных материалов, применяемых для электронно-лучевой аддитивной наплавки в вакууме. Актуальность работы вызвана быстрым развитием данного вида производственных технологий и возможностью получения материала требуемого состава непосредственно в месте наплавки за счет применения нескольких проволок различного химического состава. Однако стабильность химического состава нового материала будет определяться стабильностью геометрических размеров расплавляемых сырьевых проволок. В настоящее время для аддитивных технологий применяются в основном присадочные проволоки, разработанные для сварки, поэтому вопрос о возможности их применения для аддитивной наплавки in situ рассмотрен в данном исследовании. Анализируются факторы, влияющие на качество получаемого при наплавке материала, такие как геометрические параметры сырья, условия его хранения и обработки перед наплавкой. Исследования проведены на проволоках марок НП2, ВТ6 и ВнПр-1. Описана методика изготовления образцов для исследования и разработана ручная и автоматизированная методики определения диаметра проволок для большого количества сечений. Приводятся сравнения измерения геометрических параметров проволоки ручным методом, автоматизированным с использованием преобразований Хафа, и свёрточной нейронной сети YOLO. Определены средний диаметр проволок и величина стандартного отклонения. Изучено влияние химического травления проволоки на диаметр сечения. Проведено сравнение полученных значений диаметра проволоки с номинальными значениями, описанными в нормативных документах. Показано, что для новых технологий аддитивного производства изделий и материалов требуется разработка новых нормативных требований не только на химический состав сырьевых материалов, но и на их геометрические характеристики. Результаты работы могут быть использованы в дальнейшем при создании системы управления процессом аддитивной наплавки in situ с обратной связью по объемному расходу сырьевого материала. Реализация такой системы позволит существенно повысить точность химического состава получаемого материала.

Ключевые слова: аддитивные технологии, электронный луч, многопроволочная наплавка, измерение диаметра, CNN, преобразование Хафа.

Гончаров Алексей Леонидович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, заведующий
кафедрой «Технологии металлов» ФГБОУ ВО
«НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Крас­ноказарменная, 14, e-mail: GoncharovAL@mpei.ru).

Чулков Иван Сергеевич (Москва, Россия) – ассистент кафедры «Технологии металлов» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, e-mail: ChulkovIS@mpei.ru).

Нехорошев Александр Владимирович (Москва, Россия) – инженер кафедры «Технологии металлов» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, e-mail: NekhorochevAV@mpei.ru).

Козырев Харитон Максимович (Москва, Россия) – техник «Технологии металлов» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (Россия, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, e-mail: KozyrevKM@mpei.ru).

1. Технологические возможности комбинированных и аддитивных процессов в формообразовании проточных поверхностей гидрооборудования / А.В. Кузовкин, А.П. Суворов, Г.А. Сухочев, А.О. Родионов // Насосы. Турбины. Системы. – 2014. – № 1(10). – С. 53–59. – EDN SCRXRH.
2. Формообразование стальных заготовок методом аддитивной наплавки сварочной проволокой / А.А. Куликов, Ю.В. Небышинец, А.В. Сидорова, А.Е. Балановский // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сборник статей XIV Международной научно-технической конференции, Иркутск, 21–26 сентября 2020 года. – Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2020. – С. 78–98. – EDN QYQPRF.
3. Применение прямого лазерного сплавления металлических порошков из жаропрочных сплавов в двигателестроении / А.В. Балякин, Д.Л. Скуратов, А.И. Хаймович, М.А. Олейник // Вестник Московского авиационного института. – 2021. – Т. 28, № 3. – С. 202–217. – DOI 10.34759/vst-2021-2-202-217. – EDN WYLNSB.
4. Климов В.Г. Применение лазерной импульсной наплавки при разработке технологии восстановления рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. – 2017. – Т. 24, № 1. – С. 170–179. EDN: VVQHAI.
5. Сычев Е.А., Тарапанов А.С. Эффективность селективного лазерного спекания при изготовлении деталей сложной формы в машиностроении // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2016. – № 5(319). – С. 106–110. – EDN XEFFLB.
6. Тилинин М.В., Прибытков Б.М. Аддитивные технологии в отечественном авиастроении: текущие позиции и направления развития // Молодой ученый. – 2019. – № 47(285). – С. 133–138. – EDN OBMQQZ.
7. Митрянин А.В. Построение образцов из титана аддитивными технологиями порошкового сплавления // Актуальные проблемы ракетно-космической техники (VII Козловские чтения): материалы VII Всероссийской научно-технической конференции, Самара, 31 августа 2021 года. – Самара: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук, 2021. – С. 343–355. – EDN WQZKUK.
8. Перевертов В.П., Андрончев И.К., Иванкова М.В. Технологические возможности концентрированных потоков энергии для формообразования деталей машиностроения // Надежность и качество сложных систем. – 2020. – № 1(29). – С. 76–83. – DOI 10.21685/2307-4205-2020-1-9. – EDN WZFDLA.
9. Многослойная электронно-лучевая наплавка проволочным материалом / С.В. Варушкин, Д.Н. Трушников, Е.С. Саломатова [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 89–94. – DOI 10.15593/2224-9877/2019.4.11. – EDN MLCMUC.
10. Численный анализ процесса электронно-лучевой аддитивной наплавки с вертикальной подачей проволочного материала / Г.Л. Пермяков, Р.П. Давлятшин, В.Я. Беленький [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 6–21. – DOI 10.17212/1994-6309-2022-24.3-6-21. – EDN TELBPY.
11. Какорин Д.Д., Лаврентьев А.Ю. / Способы послойного синтеза металлических изделий // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2021. – № 3(11). – С. 24–33. – DOI 10.46573/2658-5030-2021-24-33. – EDN JQOPFA.
12. Гуденко А.В., Слива А.П. Формообразование изделий сложной геометрии методом электронно-лучевой наплавки // Электронно-лучевая сварка и смежные технологии: сборник материалов и докладов Второй международной конференции, Москва, 14–17 ноября 2017 года. – М.: Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2017. – С. 266–281. – EDN YWCOOT.
13. Gudenko A.V., Sliva A.P., Shishkin D.V. Influence of the beam oscillation parameters on the porosity of electron beam freeform fabricated titanium alloy SPT-2 // Journal of Physics: Conference Series: 10, St. Petersburg, 20–22 сентября 2021 года. – St. Petersburg, 2021. – P. 012005. – DOI: 10.1088/1742-6596/2077/1/012005
14. Effect of twin-wire feeding methods on the in-situ synthesis of electron beam fabricated Ti-Al-Nb intermetallics / Li Zixiang, Chang B., Cui Yinan, Haoyu Zhang, Liang Zhiyue, Liu Changmeng, Wang Li, du Dong, Shuhe Chang // Materials & Design. – 2022. – Vol. 215. – P. 110509. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110509
15. Study on the NiTi shape memory alloys in-situ synthesized by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing / Ze Pu, Dong Du, Kaiming Wang, Guan Liu, Dongqi Zhang, Haoyu Zhang, Rui Xi, Xiebin Wang, Baohua Chang // Additive Manufacturing. – 2022. – Vol. 56. – P. 102886. DOI: 10.1016/j.addma.2022.102886
16. Повышение стабильности электронно-лучевого аддитивного формообразования тонкостенных изделий из титановых сплавов / А.В. Гуденко, А.П. Слива, Д.В. Шишкин, Г.С. Рагозин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 80–91. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.3.10. – EDN ALDPSD.
17. Применение процессов свс для получения in situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных наноразмерными частицами карбида титана. Обзор / А.П. Амосов, А.Р. Луц, Е.И. Латухин, А.А. Ермошкин // Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya. – 2016. – Vol. 1. – P. 39–49. DOI: 10.17073/0021-3438-2016-1-39-49.
18. Goncharov A.L., Chulkov I.S., Titarev E.K. Investigation of the thermal state of parts to justify the possibility of additive forming of nitinol blanks in situ // KEM. – 2021. – Vol. 887. – P. 46–53. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.887.46. – EDN AYGANL.
19. Гуденко А.В., Слива А.П., Шишкин Д.В. Влияние параметров технологических разверток на формирование валиков при электронно-лучевом аддитивном формообразовании // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. – Т. 23, № 3. – С. 27–38. – DOI: 10.15593/2224-9877/2021.3.03. – EDN ZSYLJD.
20. Myслов С.А., Ярема И.В., Данилевская О.В. Сплав Ti-50,8 ат.% Ni и технологии живых систем // Успехи современного естествознания. – 2008. – № 2. – С. 91–92. – EDN IJRQGD.
21. Uruzbaev R.M. Assessment of chemical composition and microbiological properties of titanium nickelide supernatant // Acta Biomedica Scientifica. – 1993. – Vol. 3. – P. 111–115. DOI: 10.29413/ABS.2018-3.1.17
22. Физико-технологические свойства композиционного материала на основе порошка титанового сплава ВТ22 / О.В. Романова, О.Ф. Рыбалко, Б.Р. Гельчинский [и др.] // Титан. – 2017. – № 2(55). – С. 4–7. – EDN ZXPSDP.
23. Возможности применения инновационных материалов с памятью формы в нефтяной промышленности / Р.В. Агиней, В.О. Некучаев, Е.В. Семиткина, М.В. Терентьева // Нефтегазовое дело. – 2020. – Т. 18, № 1. – С. 39–47. – DOI: 10.17122/ngdelo-2020-1-39-47. – EDN SDIOUO.
24. Zhang Li, Wu Chaohua. Preparation Method for Metallographic Specimen of Iron-Carbon and Silicon-aluminium Alloy // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2338. – P. 012047. DOI: 10.1088/1742-6596/2338/1/012047
25. Пучков П.В. Методика и особенности подготовки микрошлифов для проведения микроструктурного анализа металлов и сплавов // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2018. – № 90. – С. 58–64.

Изучается проблема предотвращения поверхностных разрушений подающих роликов пружинонавивочных автоматов, образующих с проволокой подвижную кинематическую пару с высоконагруженным локальным контактом. Проведенный анализ условий происхождения поверхностного разрушения роликов показал, что оно связано с пластической деформацией, вызванной сжимающим и сдвиговым воздействием твердыми микровыступами, возникшими на поверхности проволоки. Комбинированная деформация сжатия и сдвига в контактном слое ролика инициируется явлением его проскальзывания по проволоке при циклически повторяющихся пусках и остановках нагруженной пары, технологически необходимых для отрезки навитых пружин.

Природу происхождения твердых микровыступов авторы поясняют результатами ранее проведенных модельных экспериментальных исследований по изнашиванию контактной пары «ролик – проволока», позволивших выявить изменения в химическом составе и образование островковых твердых структур (типа карбидных фаз) в контактных слоях образцов, имитирующих проволоку.

Обосновывается значимость для возникновения разрушения величины контактного давления, соответствующего зарождению пластического течения в поверхности роликов, как критерия перехода деформаций в контакте от упругопластических к преимущественно пластическим. Это давление интерпретируется как сложная функция, определяемая действующими давлением и удельной силой трения, геометрией контакта, пределом текучести деформируемого материала и условием пластичности. Отмечается, что аналитические решения этой функции отсутствуют, а имеющиеся графические зависимости не позволяют использовать их в инженерных расчетах и оценке.

С целью установления аналитической формулы давления начала текучести, выявления конкретных факторов, направления и степени их влияния проводится теоретическое моделирование контактного взаимодействия для условий зарождения пластического течения материала в ограниченной зоне поверхностного слоя ролика. При моделировании используются известные математические подходы, предполагающие рассмотрение контакта жесткого микровыступа с жесткопластическим полупространством с применением условия пластичности. Использовался метод баланса работ при пластической деформации.

На основе моделирования получена аналитическая формула для давления начала текучести и представлены результаты ее численной реализации. Проведено подтверждение достоверности результатов сопоставлением с известными решениями, выявлены решающие факторы с оценкой их влияния. Приведены области возможного применения полученных результатов, а также успешные итоги их реализации на практике для подающих роликов пружинонавивочных автоматов.

Ключевые слова: взаимодействие, разрушение, контактная пара, ролик, проволока, пластическая зона, массоперенос, давление начала текучести.

Зелинский Виктор Васильевич (Муром, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии машиностроения Муромского института (филиала) ФГАОУ ВО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (Россия, 602264, г. Муром, ул. Орловская, 23, e-mail: selvik46@yandex.ru).

Борисова Екатерина Александровна (Муром, Россия) – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технологии машиностроения Муромского института (филиала) ФГАОУ ВО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (Россия, 602264, г. Муром, ул. Орловская, 23, e-mail: Catherine.b2011@yandex.ru).

1. Колесников Ю.В., Морозов М.Е. Механика контактного разрушения. – 4-е изд. – М.: Издательство ЛКИ, 2012. – 224 с.
2. Машков Ю.К. Трибофизика металлов и полимеров: монография. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 240 с.
3. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун [и др.]; под общ. ред. А.В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 2003. – 576 с.
4. Исследование процессов трения и износа с помощью методов рентгеноэлектронной, оже-электронной спектроскопии и квантовой химии / В.И. Колесников, А.Т. Козаков, Ю.Ф. Мигаль, И.В Колесников // Вестник Южного научного центра. – 2013. – Т. 9. – С. 29‑36.
5. Колесников В.И., Мигаль Ю.Ф. Квантово-химический анализ межатомных взаимодействий на зернограничных поверхностях в стали // Трение и смазка в машинах и механизмах. – 2010. – № 12. – С. 8‑13.
6. Лукьянова А.Н. Моделирование контактного взаимодействия деталей: учебное пособие. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т. – 2012. – 87 с.
7. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. – М.: Машиностроение, 2002. – 300 с.
8. Ишлинский А.Ю. Механика. Идеи, задачи, приложения. – М.: Наука, 1985. – 624 с.
9. Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. – М.: Машиностроение, 1999. – 554 с.
10. Иванова В.С. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. – М.: Наука, 1992. – 159 с.
11. Калин Б.А. Физическое материаловедение: учебник для вузов: в 6 т. / под общ. ред. Б.А. Калина. Т. 5. Материалы с заданными свойствами / М.И. Алымов, Г.М. Елманов, Б.А. Калин, А.Н. Калашников, В.В. Нечаев, А.А. Полянский, И.И. Чернов, Я.И. Штромбах, А.В. Шульга. – М.: МИФИ, 2008. – 672 с.
12. Гуртов В.А., Осауленко Р.Н. Физика твердого тела для инженеров. – 2-е изд., доп. – М.: Техносфера, 2012. – 560 с.
13. Ким В.А. Самоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента. – Владивосток: Дальнаука, 2001. – 203 с.
14. Зелинский В.В., Борисова Е.А., Сучилин Д.Н. Атомно-электронный аспект изнашивания в трибосистемах «инструментальная сталь – углеродистая сталь» [Текст] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2017. – Т. 19, № 2. – С. 133–150.
15. Влияние магнитной обработки на долговечность исполнительных органов пружинонавивочных автоматов [Текст] / В.В. Зелинский, А.Н. Гоц, В.Г. Гусев, Е.А. Борисова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2019. – Т. 21, № 1. – С. 91–99.
16. Зелинский В.В., Борисова Е.А., Карпов А.В. Моделирование диффузионно-адгезионных процессов в парах трения сталь – сталь исполнительных органов машин [Текст] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 1. – С. 83–93.
17. Зелинский В.В., Степанов Ю.С., Борисова Е.А. Повышение износостойкости исполнительных органов машин, образующих трибосистему «сталь-сталь» [Текст] // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2018. – № 1 (327). – С. 43–52.
18. Самоорганизация трибосистем при граничном трении металлов / А.В. Баранов, В.А. Вагнер, С.В. Тарасевич, О.В. Быкова // Ползуновский Вестник. – 2009. – № 1–2. – С. 155‑158.
19. Трибохимические процессы при трении металлов / А.В. Баранов, В.А. Вагнер, С.В. Тарасевич, Н.В. Галышкин // Ползуновский Вестник. – 2011. – № 4. – С. 137‑141.
20. Механоактивация при фрикционных взаимодействиях и законы трения скольжения и качения / В.И. Колесников, С.Б. Булгаревич, М.В. Бойко, В.А. Фейзова // Трение и износ. – 2011. – Т. 32, № 6. – С. 549–555.
21. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. – М.: Мир, 1989. – 510 с.
22. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. – М.: Машиностроение, 1988. – 256 с.
23. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением: учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 688 с.
24. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977. – 423 с.
25. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформированного тела. – М.: Наука, 1975. – Т. 1. – 832 с.
26. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением: справ. изд. – М.: Металлургия, 1982. – 312 с.
27. Справочник по триботехнике: в 3 т. / под общ. ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе. Т.1. Теоретические основы. – М.: Машиностроение, 1989. – 400 с.
28. Борисова Е.А. Повышение долговечности деталей механизма подачи пружинонавивочных автоматов магнитной обработкой: дис. ... канд. техн. наук: 2.5.2 / Место защиты: ФГАОУ ВО «Российский университет транспорта». – Муром, 2022. – 175 с.

Представлены результаты исследования основных закономерностей формирования структуры и свойств титанового сплава системы Ti-6Al-4V в технологии аддитивного производства с использованием СМТ-наплавки проволочного материала с применением дуги прямой и обратной полярности. В ходе работы определялись оптимальные условия послойной наплавки, обеспечивающие высокие физико-механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V. Особое внимание уделялось влиянию термической обработки на стабилизацию структуры и повышение механических свойств.

Выполнены макро- и микроструктурные исследования и анализ механических характеристик наплавленного металла. Микроструктура состоит из первичных, преимущественно столбчатой формы β-зерен, внутри β-зерен присутствует субструктура, представленная α-фазой (α-оторочка) и игольчатой мартенситной α'-фазой разной дисперсности. Также в микроструктуре присутствует α2-фаза, которая представляет собой упорядоченный твердый раствор на основе Ti3Al. α2-фаза достаточно дисперсна и находится в объемах α-фазы в виде частиц неравноосной формы.

Установлено, что термическая обработка приводит к выравниванию структуры по всему сечению образцов, о чем свидетельствуют слабо выраженные границы после травления между зонами термического влияния на образцах после термической обработки, однако структурная анизотропия все равно сохраняется. Структура образцов после термической обработки отличается большей однородностью и большей дисперсностью.

Установлено, что механические свойства образцов, полученных при наплавке дугой обратной полярности, не уступают свойствам металла, полученного наплавкой на прямой полярности.

Обеспечение оптимальных показателей режима наплавки позволяет получить благоприятную структуру наплавленного металла и механические свойства на уровне свойств металла традиционных технологий.

Ключевые слова: титановые сплавы, аддитивные технологии, СМТ-наплавка, прямая и обратная полярности тока, структура, механические свойства, химический состав.

Дмитрий Николаевич Трушников – доктор технических наук, проректор по разработкам и инновациям, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: trushnikov@pstu.ru).

Екатерина Александровна Кривоносова – доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29,
e-mail: katerinakkkkk@mail.ru).

Александр Николаевич Юрченко – старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29).

Сергей Дмитриевич Неулыбин – кандидат технических наук, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sn-1991@mail.ru).

Илья Сергеевич Хомутинин – аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: KhomutininIlya@yandex.ru).

Илья Сергеевич Пономарев – кандитат технических наук, инженер, ООО АСОИК (Россия, 614990,
г. Пермь, ул. Бахаревская 1-я, 58).

1. Incorporating grain-level residual stresses and validating a crystal plasticity model of a two-phase Ti-6Al-4V alloy produced via additive manufacturing / K. Kapoor, Y.S.J. Yoo, T.A. Book, J.P. Kacher, M.D. Sangid // J. Mech. Phys. Solids. – 2018. – Vol. 121. – P. 447–462.
2. A review of the wire arc additive manufacturing of metals: properties, defects and quality improvement / Wu Bintao, Pan Zengxi, Ding Donghong, Cuiuri Dominic, Li Huijun, Xu Jing, Norrish John // Journal of manufacturing processes. – 2018. – Vol. 35. – P. 127–139.
3. Liu S., Shin Y.C. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review // Mater. Des. – 2019. – Vol. 164. – P. 107552.
4. Design for Wire + Arc Additive Manufacture: design rules and build orientation selection / Lockett Helen, Ding Jialuo, Williams Stewart, Martina Filomeno // Journal of Engineering Design. – 2017. – Vol. 28(7-9). – P. 568–598.
5. Influence of surfacing technologies on structure formation of high-temperature nickel alloys / E.A. Krivo­nosova, Yu.D. Schitsin, D.N. Trushnikov, S.N. Myshkina, A.V. Akulova, S.D. Neulybin., A Yu Dushina // Metallurgist. – 2019. – Vol. 63, no. 1–2. – P. 197–205. DOI: 10.1007/s11015-019-00810-1
6. Формирование структуры и свойств сплава системы алюминий–магний–скандий в аддитивных технологиях плазменной наплавки с послойным деформационным упрочнением / Ю.Д. Щицын, Е.А. Кривоносова, Т.В. Ольшанская, С.Д. Неулыбин // Цветные металлы. – 2020. – № 2. – C. 89–94.
7. A Comprehensive Study on Processing Ti–6Al–4V ELI with High Power EDM / Panagiotis Karmiris-Obratański, Emmanouil L. Papazoglou, Beata Leszczyńska-Madej, Krzysztof Zagórski, Angelos P. Markopoulos // Мaterials. – 2021. – Vol. 14(2). – P. 303. DOI: 10.3390/ma14020303
8. Modeling the Role of Epitaxial Grain Structure of the Prior β Phase and Associated Fiber Texture on the Strength Characteristics of Ti-6Al-4V Produced via Additive Manufacturing / Michael D. Sangid, Andrea Nicolas, Kartik Kapoor, Eric Fodran, John Madsen // Materials. – 2020. – Vol. 13(10). – P. 2308. DOI: 10.3390/ma13102308
9. The effectiveness of combining rolling deformation with Wire–Arc Additive Manufacture on β-grain refinement and texture modification in Ti–6Al–4V / J. Donoghue, A.A. Antonysamy, F. Martina, P.A. Colegrove, S.W. Williams, P.B. Prangnell // Materials Characterization. – 2016. – Vol. 114. – P. 103–114.
10. Effect of Molten Pool Size on Microstructure and Tensile Properties of Wire Arc Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V Alloy / Qianru Wu, Jiping Lu, Changmeng Liu, Hongli Fan, Xuezhi Shi, Jie Fu, Shuyuan Ma // Materials. – 2017. – Vol. 10. – P. 749.
11. Interpass rolling of Ti-6Al-4V wire+arc additively manufactured features for microstructural refinement / Anthony R. McAndrew, Marta Alvarez Rosales, Paul A. Colegrove, Jan R. Hönnige, Alistair Ho, Romain Fayolle, Kamal Eyitayo, Ioan Stan, Punyawee Sukrongpang, Antoine Crochemore, Zsolt Pinter // Additive Manufacturing. – 2018. – Vol. 21. – P. 340–349.
12. Investigation of microstructure and hardness of a rib geometry produced by metal forming and wire-arc additive manufacturing / Markus Hirtler, Angelika Jedynak, Benjamin Sydow, Alexander Sviridov, Markus Bambach // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 190. – P. 02005.
13. Martina F., Williams S.W., Colegrove P.A. Improved microstructure and increased mechanical properties of additive manufacture producedTi–6Al–4V by interpass cold rolling // 24th International Free form abrication Symposium. – Austin, Texas, USA, 2013.
14. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов. – М.: МГТУ им. Баумана, 2018. – 549 с.
15. Сварка плавлением титанового сплава ВТ18У / В.И. Лукин, Е.Н. Иода, М.Д. Пантелеев, А.А. Скупов // Труды ВИАМ. – 2015. – № 5. – С. 1–13.
16. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / Е.А.Борисова, Г.А. Бочвар [и др.]. – М.: Металлургия, 1980.
17. Development of a Dynamic Model of Thermal Processes for Plasma Surfacing at Direct and Reverse Polarity / S.D. Neulybin, G.L. Permyakov, D.N. Trushnikov, Y.D. Shchitsyn, V.Y. Belenkiy // International Journal of Applied Engineering Researchю – 2017. – Vol. 12, no. 22. – P. 11847–11854.
18. The Effectiveness of Grain Refinement by Machine Hammer Peening in High Deposition Rate Wire-Arc AM Ti-6Al-4V / J.R. Honnige, A.E. Davis, A. Ho, J.R. Kennedy, L. Neto, P. Prangnell, S. Williams // Metallurgical and materials transactions. – 2020. – Vol. 51. – P. 3692–3703.
19. . Grain Refinement of Alloys in Fusion-Based Additive Manufacturing Processes / D. Zhang, A. Prasad, M.J. Bermingham, C.J. Todaro, M.J. Benoit, M.N. Patel, D. Qiu, D.H. StJohn, M. Qian, M.A. Easton // Metallurgical and Materials Transactions. – 2020. – Vol. 51. – P. 4341–4359.
20. Использование СMT-наплавки для аддитивного формирования заготовок из титановых сплавов / Т.В. Ольшанская, Д.Н. Трушников, М.Ф. Карташев, С.Д. Неулыбин, Е.А. Кривоносова, Ю.Д. Щицын // Металлург. – 2020. – № 1. – С. 63–68.
21. Щицын Ю.Д., Белинин Д.С., Неулыбин С.Д. Создание многослойных материалов методом плазменной наплавки дугой прямого действия обратной полярности // Сварочное производство. – 2017. – № 8. – С. 35–39.

Работа посвящена исследованиям в области сварки и материаловедения с целью разработки новых покрытых электродов для сварки трубных сталей различных классов прочности. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния тугоплавких инокулирующих добавок на структуру и механические свойства металла сварных швов высокопрочных трубных сталей. Исследования осуществлялись в два этапа. На первом этапе определялись эффективный размер инокулирующих тугоплавких частиц для сплавов с заданным химическим составом. На втором этапе производились экспериментальные исследования. Программа исследований включала изготовление экспериментальных партий электродов, содержащих в своем покрытии различное количество тугоплавкого порошка монокарбида вольфрама, и сварку этими электродами фрагментов проката трубной стали, из которых впоследствии изготавливались образцы для механических испытаний и металлографических исследований. Показано, что порошок монокарбида вольфрама в качестве добавки к базовому составу шихтовых компонентов электродного покрытия приводит к уменьшению площади поперечного сечения кристаллитов в наплавленном металле шва в 3 – 5 раз по сравнению с базовым образцом. Установлено, что при одновременном повышении временного сопротивления металла шва с 695 до 790 МПа сохраняется приемлемый уровень ударной вязкости при отрицательной температуре испытания (KCV-40) от 165 до 72 Дж/см2. Таким образом, показана эффективность применения тугоплавких инокулирующих добавок для улучшения структуры и механических свойств металла сварных швов трубных сталей без применения дополнительных технологических операций, таких как предварительный и сопутствующий подогрев, а также послесварочная термическая обработка.

Ключевые слова: сварка, наплавка, покрытый электрод, трубная сталь, сварной шов, инокулирование, модифицирование, тугоплавкие материалы, монокарбид вольфрама, структура металла, механические свойства.

Шекшеев Максим Александрович (Магнитогорск, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения МГТУ им. Г.И. Носова (Россия, 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, e-mail: shecsheev@yandex.ru).

1. Шпигунова Ю.А. Импортозамещение в России // Science Time. – 2016. – № 2 (26). – С. 655–658.

2. Сахаров А.С. Импортозамещение в российском машиностроении // Экономика и социум. – 2017. –
№ 5-2 (36). – С. 87–91.

3. Кершенбаум В.Я., Белозерцева Л.Ю. Стандартизация и импортозамещение // Проектирование и разработка нефтегазовых месторождений. – 2017. – № 1. –
С. 31–33.

4. Пустакина Д.В. Импортозамещение в современной экономике России // Актуальные вопросы науки. – 2018. – № 38. – С. 55–57.

5. Импортозамещение в современных условиях / А.И. Сорокина, Е.И. Можарова [и др.] // Сборник научных трудов Ангарского государственного технического университета. – 2022. – № 19. – С. 360–367.

6. Особенности структуры и свойства сварных швов трубной стали, выполненных электродами различных марок / И.Н. Зверева, А.Д. Картунов [и др.] // Сварочное производство. – 2017. – № 11. – С. 37–40.

7. Исследование влияния склонности к росту зерна аустенита на ударную вязкость ЗТВ сварных соединений малоуглеродистых низколегированных сталей / Л.А. Ефи­менко, Д.В. Пономаренко [и др.] // Металлург. – 2020. – № 4. – С. 62–65.

8. Регулирование процессов разупрочнения зоны термического влияния при сварке высокопрочных сталей / Л.А. Ефименко, О.Е. Капустин [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2016. – № 7. – С. 55–60.

9. Исследование структуры и механических свойств сварных соединений стали класса прочности К56 при различных параметрах режима сварки / А.Н. Емелюшин, А.Б. Сычков [и др.] // Сварочное производство. – 2013. – № 1. – С. 3–7.

10. Сварочные электроды для нефтегазового комплекса / И.Н. Зверева, А.Д. Картунов [и др.] // Сварочное производство. – 2016. – № 5. – С. 36–38.

11. Электроды для ручной дуговой сварки в нефтегазовом комплексе / И.Н. Зверева, А.Д. Картунов [и др.] // Вестник Южно-Уральского государственного университета. – 2015. – № 1. – С. 92–95.

12. Особенности процессов распада аустенита высокопрочных сталей при многопроходной сварке / Л.А. Ефименко, О.Е. Капустин [и др.] // Территория Нефтегаз. – 2015. – № 10. – С. 104–109.

13. Hybrid laser arc welding of high grade X80 and X120 pipeline steels / S. Gook, A. Gumenyuk [et al.] // Глобальная ядерная безопасность. – 2017. – No. 1 (22). – P. 21–35.

14. Microstructural changes and impact toughness of fill pass in X80 steel weld metal / F. Bai, H. Ding [et al.] // Metals. – 2019. – Vol. 9, no. 8. – С. 898.

15. Microstructures and their distribution within HAZ of X80 pipeline steel welded using hybrid laser-mig welding / L. Yin, J. Wang [et al.] // Welding in the World. – 2018. – Vol. 62, no. 4. – P. 721–727.

16. Hydrogen permeation parameters of X80 steel and welding HAZ under high pressure coal gas environment / T. Zhang, Y. Wang [et al.] // Jinshu Xuebao. 2015. –
Vol. 51, no. 9. – P. 1101–1110.

17. Феноменологическая модель формирования центров кристаллизации в металлическом расплаве при сварке под влиянием ультрадисперсных тугоплавких компонентов / Г.Н. Соколов, В.И. Лысак [и др.] // Вопросы материаловедения. – 2015. – № 4. – С. 159–168.

18. Влияние нанодисперсных карбидов WC и никеля на структуру и свойства наплавленного металла / Г.Н. Соколов, В.И. Лысак [и др.] // Сварка и диагностика. – 2011. – № 3. – С. 36–38.

19. Инокулирование сварочной ванны низкоуглеродистой стали ультрадисперсными тугоплавкими компонентами / М.А. Шекшеев, М.А. Полякова [и др.] // Металлург. – 2022. – № 12. – С. 63–68.

20. Формирование дисперсного игольчатого феррита в структуре хладостойких сварных швов в условиях температур до –70°С при ручной дуговой сварке на монтаже металлоконструкций из стали 10ХСНД / Г.Н. Соколов, Т.Р. Литвинова [и др.] // Вопросы материаловедения. – 2020. – № 2 (102). – С. 17–29.

21. Исследование влияния шлаковой системы покрытых электродов на эффективность инокулирования металла сварочной ванны низкоуглеродистой стали / М.А. Шекшеев, С.В. Михайлицын [и др.] // Черные металлы. – 2022. – № 5. – С. 68–73.

22. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 542 с.

23. Особенности подхода к оценке сваpиваемости низкоуглеpодистых высокопpочных тpубных сталей / Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина [и др.] // Сварочное производство. – 2010. – № 5. – С. 5–11.

24. Имитация процессов структурообразования в трубных сталях при контролируемой прокатке с ускоренным охлаждением / М.Ю. Матросов, А.А. Кичкина [и др.] // Металлург. – 2007. – № 7. – С. 52–58.

25. Традиционные и перспективные стали для строительства магистральных газонефтепроводов / Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина [и др.]. – М.: Логос, 2011. – 304 с.