ВЕСТНИК
ПЕРМСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ISSN (Print): 2224-9877 ISSN (Online): 2224-9877 | ||
АВТОВОЛНОВОЙ МЕХАНИЗМ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ АДДИТИВНО ВЫРАЩЕННОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АМГ5 М.В. Надежкин, С.А. Баранникова, Л.Б. Зуев Получена: 06.05.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Проведено исследование особенностей макроскопической локализации пластического течения в виде полос Портевена – Ле Шателье (ПЛШ) при одноосном растяжении плоских образцов алюминиевого сплава АМг5, изготовленного по аддитивной электронно-лучевой проволочной технологии в сравнении с листовым прокатом. Деформирование осуществляли при комнатной температуре с постоянной скоростью растяжения. Исследование кинетики полос локализованной пластической деформации производили методом корреляции цифровых спекл-изображений. Для формирования на поверхности образцов спекл-структуры использовали монохроматический источник освещения. Проведен анализ стадийности диаграмм растяжения и типов наблюдаемых полос ПЛШ алюминиевого сплава, полученного разными методами. Так, в листовом сплаве выявлены стадии параболического деформационного упрочнения и стадия предразрушения, тогда как в аддитивном материале существует непродолжительная линейная и параболическая стадии деформационного упрочнения. После термической обработки в листовом сплаве появляется площадка текучести, а в аддитивном сплаве – стадия предразрушения. Для В-типа наблюдаемых полос ПЛШ в листовом сплаве характерно дискретное движение от одного захвата испытательной машины к другому. Тогда как в аддитивном материале обнаружено непрерывное движение полос локализации А-типа на стадии линейного деформационного упрочнения и формирующиеся случайным образом по длине образца полосы локализации С-типа на стадиях параболического деформационного упрочнения и предразрушения. Фиксируемые скорости движения полос локализации деформации в листовом и аддитивном материале отличаются в десять раз. Установлен экспоненциальный характер изменения скорости полос ПЛШ с ростом общей деформации в аддитивном материале и линейная зависимость в листовом материале. Ключевые слова: аддитивные технологии, деформационное упрочнение, алюминиевый сплав, локализация деформации, прерывистая текучесть, автоволны. Сведения об авторах:
Надежкин Михаил Владимирович (Томск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории физики прочности Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Российская Федерация, 634021, г. Томск, Академический пр., 2/4, e-mail: mvn@ispms.ru). Баранникова Светлана Александровна (Томск, Российская Федерация) – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики прочности Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Российская Федерация, 634021, г. Томск, Академический пр., 2/4, e-mail: bsa@ispms.ru). Зуев Лев Борисович (Томск, Российская Федерация) – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией физики прочности Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Российская Федерация, 634021, г. Томск, Академический пр., 2/4, e-mail: lbz@ispms.ru). Список литературы: 1. Zuev L.B., Barannikova S.A. Autowave Physics of Material Plasticity // Crystals. – 2019. – Vol. 9. – P. 458 (29). 2. Зуев Л.Б., Баранникова С.А. Автоволновая механика пластичности металлов // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2019. – № 1. – С. 49–63. 3. Лунев А.Г., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. Влияние локализации пластической деформации на характеристики волн Рэлея в металлах с прерывистой текучестью // Известия вузов. Физика. – 2016. – Т. 15, № 7/2. – С. 149–153. 4. Малыгин Г.А. Аномальный эффект Портвена-Ле Шателье при сегрегации примесей внедрения и замещения на дислокациях // Физика твердого тела. – 1992. – Т. 34, № 8. – С. 2356–2366. 5. Трусов П.В., Чечулина Е.А. Прерывистая текучесть: физические механизмы, экспериментальные данные, макрофеноменологические модели // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2014. – № 3. – С. 186–223. 6. Autowave Description of the Lüders and Portevin–Le Chatelier Phenomena / V.I. Danilov, L.B. Zuev, 7. Scaling in the Local Strain-Rate Field during Jerky Flow in an Al-3%Mg Alloy / M. Lebyodkin, Y. Bougherira, T. Lebedkina, D. Entemeyer // Metals. – 2020. – Vol. 10, no. 1. – P. 134(17). 8. Kubin L.P., Chihab K., Estrin Y. The rate dependence of the Portevin-Le Chatelier effect // Acta Metallurgica. – 1988. – Vol. 36, no. 10. – P. 2707–2718. 9. Rodriguez P. Serrated plastic flow // Bull. Mater. Sci. – 1984. – Vol. 6, no. 4. – P. 653–663. 10. Intermittent plasticity associated with the spatio-temporal dynamics of deformation bands during creep tests in an AlMg polycrystal / A.A. Shibkov, M.F. Gasanov, M.A. Zheltov, A.E. Zolotov, V.I. Ivolgin // Int. J. Plast. – 2016. – Vol. 86. – P. 37–55. 11. Kinematics of formation and cessation of type B deformation bands during the Portevin-Le Chatelier effect in an AlMg alloy / M.A. Lebyodkin, D.A. Zhemchuzhnikova, T.A. Lebedkina, E.C. Aifantis // Results Phys. – 2019. – Vol. 12. – P. 867–869. 12. Unusual behavior of the Portevin–Le Chatelier effect in an AlMg alloy containing precipitates / D.А. Zhemchuzhnikova, M.A. Lebyodkin, T.A. Lebedkina, R.O. Kaibyshev // Mater. Sci. Eng., A. – 2015. – Vol. 639. – P. 37–41. 13. Ait-Amokhtar H., Vacher P., Boudrahem S. Kinematics fields and spatial activity of Portevin–Le Chatelier bands using the digital image correlation method // Acta Mater. – 2006. – Vol. 54, no. 16. – P. 4365–4371. 14. Горбатенко В.В., Данилов В.И., Зуев Л.Б. Неустойчивость пластического течения: полосы Чернова–Людерса и эффект Портевена-Ле Шателье // ЖТФ. – 2017. – Т. 87, № 3. – С. 372–377. 15. Tretyakov M.P., Tretyakova T.V., Wildemann V.E. Influence of the loading system stiffness on the jerky flow in Al-Mg alloy at inelastic and postcritical deformation stages // Procedia Struct. Integrity. – 2021. – Vol. 33. – P. 1089–1094. 16. Creation of functionally gradient material by the selective laser melting method / V.M. Fomin, A.A. Golyshev, A.G. Malikov, A.M. Orishich, A.A. Filippov // J. Appl. Mech. Tech. Phys. – 2020. – Vol. 61, no. 5. – P. 878–887. 17. Additive manufacturing of metallic components – Process, structure and properties / T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback, T. Mukherjee, J.W. Elmer, J.O. Milewski, A.M. Beese, A. Wilson-Heid, A. De, W. Zhang // Prog. Mater Sci. – 2018. – Vol. 92. – P. 112–224. 18. Controlling the porosity using exponential decay heat input regimes during electron beam wire-feed additive manufacturing of Al-Mg alloy / V.R. Utyaganova, A.V. Filippov, N.N. Shamarin, A.V. Vorontsov, N.L. Savchenko, S.V. Fortuna, D.A. Gurianov, A.V. Chumaevskii, V.E. Rubtsov, S.Yu. Tarasov // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2020. – Vol. 108, no. 9. – P. 2823–2838. 19. Pollock T.M. 3D printing of high-strength aluminium alloys: 7672 / J.H. Martin, B.D. Yahata, J.M. Hundley, J.A. Mayer, T.A. Schaedler // Nature. – 2017. – Vol. 549. – P. 365–369. 20. Micro-, Meso- and Macrostructural Design of Bulk Metallic and Polymetallic Materials by Wire-Feed Electron-Beam Additive Manufacturing / E.A. Kolubaev, V.E. Rubtsov, A.V. Chumaevsky, E.G. Astafurova // Phys. Mesomech. – 2022. – Vol. 25, no. 6. – P. 479–491. 21. Characterization of AA7075/AA5356 gradient transition zone in an electron beam wire-feed additive manufactured sample / V.R. Utyaganova, A.V. Filippov, S.Yu. Tarasov, N.N. Shamarin, D.A. Gurianov, A.V. Vorontsov, A.V. Chumaevskii, S.V. Fortuna, N.L. Savchenko, V.E. Rubtsov, E.A. Kolubaev // Mater. Charact. – 2021. – Vol. 172. – P. 110867(12). 22. Zuev L.B., Gorbatenko V.V., Pavlichev K.V. Elaboration of speckle photography techniques for plastic flow analyses // Meas. Sci. Technol. – 2010. – Vol. 21, 23. Nadezhkin M.V., Barannikova S.A. Loading Velocity and Kinetics of Localized Bands of Nickel Plastic Deformation // Russ. Phys. J. – 2021. – Vol. 64, no. 8. – P. 1422–1426. 24. Kubin L.P., Estrin Y. Evolution of dislocation densities and the critical conditions for the Portevin-Le Châtelier effect // Acta Metall. Mater. – 1990. – Vol. 38, no. 5. – P. 697–708. 25. Kubin L.P., Estrin Y. The critical condition for jerky flow // Phys. stat. sol. – 1992. – Vol. 172, no. 1. – P. 173–185. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ УГЛОВЫХ КОЛЬЦЕВЫХ ШВОВ ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ГИДРАВЛИКИ С.И. Зверев, М.А. Шолохов Получена: 19.05.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Объект исследования – технология сварки элемента силовой гидравлики – «запорного клапана». Разработана технология сварки широкой номенклатуры деталей «запорный клапан» при условии обеспечения формирования углового кольцевого шва заданной геометрии с минимально возможными сварочными деформациями и нормативной соосности деталей после сварки. Используемые методы и подходы: для выполнения поставленной цели был проведен обзор существующей литературы и анализ методов и способов управления формированием угловых кольцевых швов для обеспечения формирования шва заданной геометрии при соблюдении нормативной соосности деталей клапана после сварки и исключения повреждения поверхности деталей клапана. Основные методы, примененные в данной работе, это сварка в положении «в лодочку», импульсно-дуговая сварка с периодическим изменением тока сварки и управляемое изменение режимов сварки на протяжении кольцевого шва, разделяя его длину на сектора для компенсации сварочных деформаций и получения нормативной соосности запорного клапана. Основные результаты – даны рекомендации по применению технологических методов, обеспечивающих получение нормативного сварного соединения детали запорный клапан, выполненной из конструкционной нержавеющей стали аустенитного класса типа 03Х17Н14М3. Показан пример разделения длины кольцевого поворотного шва на участки (сектора) как применение одного из использованных в работе технологических методов получения нормативного сварного соединения. Показано, что применение дуговой сварки в газах неплавящимся электродом с применением технологических подходов, описанных в настоящей работе, позволило решить задачу формирования углового кольцевого шва заданной геометрии (± 0,2 мм при нормируемом катете) с минимальными возможными сварочными деформациями, обеспечивая нормативную соосность деталей силовой гидравлики после сварки менее 0,2 мм. Ключевые слова: силовая гидравлика, запорный клапан, запорная арматура, сварочные деформации, отклонение от соосности, дуговая сварка в газах неплавящимся электродом, поворотный стык, импульсно-дуговая сварка, сварка «в лодочку», разделение на сектора. Сведения об авторах:
Зверев Сергей Ильич (Екатеринбург, Российская Федерация) – аспирант кафедры технология сварочного производства УрФУ (Российская Федерация, Шолохов Михаил Александрович (Екатеринбург, Российская Федерация) – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Института физики Список литературы: 1. Кархин В.А. Тепловые процессы при сварке. – 2. Паршин С.Г. Технология сварки. Сварка плавлением. Технология сварки высоколегированных сталей. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. – 102 с. 3. Крампит А.Г., Крампит Н.Ю. Способы управления формированием сварного шва // Технологии и материалы. – 2015. – № 3. – С. 21–26. 4. Дмитрик В.В., Шевченко В.В. К эффективности использования тепла расплава ванны / Автоматическая сварка. – 2001. – № 4. – С. 25–27. 5. Жерносеков А.М. Влияние вылета электрода на параметры шва при импульсно-дуговой сварке сталей // Автоматическая сварка. – 2004. – № 8. – С. 52–53. 6. Воропай Н.М Параметры режима и технологические возможности дуговой сварки с импульсной подачей электродной и присадочной проволоки // Автоматическая сварка. – 1996. – № 10. – С. 3–9. 7. А. с. № 1683924 A1 СССР, МПК B23K 9/10, B23K 9/167. Способ автоматической аргонодуговой сварки кольцевых стыков труб малого диаметра : № 4494019 : заявл. 17.10.1988 : опубл. 15.10.1991 / И.В. Абрамов, В.С. Семенюк, И.О. Скачков, В.П. Черныш ; заявитель Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой октябрьской социалистической революции. 8. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки: в 3 т. – Т. 2. Математическое моделирование и оптимизация формирования различных типов сварных швов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. – 601 с. 9. Липольд Д., Котеки Д. Металлургия сварки и свариваемость нержавеющих сталей: [пер. с англ.] / под ред. Н.А. Соснина, А.М. Левченко. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 467 с. 10. Вагнер Ф.А. Оборудование и способы сварки пульсирующей дугой. – М.: Энергия, 1980. – 117 с. 11. Формирование шва при импульсном питании сварочной дуги в углекислом газе / Н.Ю. Крампит, А.Г. Крампит [и др.] // Автоматизация и современные технологии. – 2004. – № 2. – С. 3–8. 12. Шейко П.П., Жерносеков А.М., Шимановский Ю.О. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом с автоматической стабилизацией параметров режимов // Автоматическая сварка. – 2004. – № 1. – С. 8–11. 13. Кархин В.А., Хомич П.Н. Минимизация погонной энергии при импульсной сварке // Сварочное производство. – 2006. – № 10. – С. 3–6. 14. Анализ технических и технологических возможностей импульсной подачи электродной проволоки в процессах дуговой сварки и наплавки / Б.Е. Патон, В.А. Лебедев, В.Г. Пичак [и др.] // Сварочное производство. – 2002. – № 2. – С. 24–31. 15. Масаков В.В., Масакова Н.И., Мельзитдинова А.В. Сварка нержавеющих сталей: учеб. пособие. – Тольятти: ТГУ, 2011. – 184 с. 16. Пат. на изобретение № 2529127 (РФ) Способ электродуговой сварки неповоротных кольцевых швов трубопроводов / Н.П. Алешин, Э.А. Гладков, Р.А. Перковский, М.А. Шолохов, А.М. Фивейский. – Опубл. 27.09.2014. – Бюл. № 27, 2014. 17. Теория сварочных процессов: учебник для вузов / В.М. Неровный [и др.]. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 752 с. 18. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов / под ред. Э.Л. Макарова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 487 с. 19. Шигаев Т.Г. Влияние параметров режима сварки модулированным током на геометрические размеры шва // Автоматическая сварка. – 1992. – № 2. – С. 10–12. 20. Крампит А.Г., Крампит Н.Ю. Способ сварки с комбинированным управлением / Ремонт восстановление и модернизация. – 2014. – № 1. – С. 44–47. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ И СТРУКТУРЫ NICRBSI-ПОКРЫТИЯ НА ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕЩИН И.Ю. Соколов, Ю.Н. Симонов, С.Н. Мольцен, А.В. Кравченко Получена: 09.06.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Рассмотрены важнейшие внутренние и внешние факторы, влияющие на образование трещин в NiCrBSi-покрытиях плунжеров скважинных штанговых насосов производства АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш». Сделаны выводы о влиянии температуры критических точек металлических основ на деградацию их структуры при напылении: чем выше температура Ac, тем меньше негативное влияние технологического нагрева. Объяснено происхождение остаточных напряжений на основе различий в величине коэффициентов линейного термического расширения напыляемого сплава и материала основы. В результате проведенного анализа типичные, используемые АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш» материалы основы поделены на две группы в зависимости от знака возникающих в покрытии напряжений. Сжимающие напряжения покрытия свойственны низкоуглеродистым сталям и аустенитной нержавеющей стали, растягивающие – среднеуглеродистым сталям. Авторами исследованы механизмы образования остаточной пористости, приведены пути её снижения. Изложены негативные последствия повышенной пористости, основанные на локальной концентрации напряжений. Показано явление диффузии атомов внедрения из наплавленного слоя в основной металл, формирующее приграничную никелевую подложку, изложено влияние этого феномена на эксплуатационные качества и надежность. Дана оценка микроструктуры материала наплавленного слоя плунжеров насосов для нефтедобычи, выделены основные структурные составляющие. Выявлена типичная повышенная поверхностная микротвердость NiCrBSi-покрытий до приблизительных значений 1100 HV200 при 900 HV200 в середине слоя и около 800 HV200 в приграничной области. По результатам длительных наблюдений установлено влияние характера нагружения при правке изделий, претерпевших значительное коробление: сделан вывод, что нагружение при правке должно быть медленным, плавным и бесступенчатым. Ключевые слова: газопламенное напыление, NiCrBSi, оплавление, трещиностойкость покрытий, микроструктура, фазовый состав, остаточные напряжения, износостойкость, коррозионная стойкость, поры, правка, плунжер Сведения об авторах:
Соколов Иван Юрьевич (Пермь, Российская Федерация) – генеральный директор АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш», аспирант кафедры металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, г. Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, г. Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: simonov@pstu.ru), Мольцен Станислав Николаевич (Пермь, Российская Федерация) – директор по качеству АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш», аспирант кафедры металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, г. Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: stanislav@vputehod.ru, ORCID: 0000-0002-5269-8119). Кравченко Андрей Владимирович (Пермь, Российская Федерация) – инженер по качеству АО «ЭЛКАМ-Нефтемаш», аспирант кафедры металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, г. Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: andrew@vputehod.ru, ORCID: 0000-0003-4308-2977). Список литературы:
РАЗРАБОТКА ПОРОШКОВ NICRALY+Y2O3 ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ Г.М. Кинжебаева, А.А.Чернов, Ю.С. Коробов, Ю.В. Худорожкова, Ф.И. Пантелеенко Получена: 16.05.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Показана актуальность применения порошков вида NiCrAlY+Y2O3 для жаростойких применений в металлургии, авиационной и также нефтегазовой отраслях промышленности. Эти покрытия должны решать множество задач, поставленных современными условиями: повышение надежности, экономичность, использование при значительно более высоких температурах, по сравнению с металлом без данных покрытий. Так как подавляющее большинство физико-механических свойств определяются состоянием поверхностного слоя и для того, чтобы данные показатели удовлетворяли нашим запросам, приходится использовать дефицитные и дорогие материалы (отметим, что изготавливать детали полностью из них совершенно нецелесообразно и иногда невозможно). Существует много коррозионно-устойчивых сплавов на основе никеля, содержащих хром и другие элементы, выбранные для того, чтобы обеспечить коррозионную устойчивость, особенно в агрессивных средах. Некоторые сплавы, которые обладают отличной коррозионной устойчивостью, являются трудноформируемыми и трудносвариваемыми. Поэтому в области металлургии непрерывно совершенствуются сплавы, которые сочетают коррозионную устойчивость и способность поддаваться обработке, обеспечивая сплавам легкость формовки в емкости, трубы и другие формы, которые имеют длительный срок службы. Приведены результаты изучения порошков вида NiCrAlY+Y2O3, изготовленных в России по разработанной технологии и выполнено сравнение с аналогичными материалами, изготавливаемыми в России и за рубежом. Также представлены особенности покрытий, полученных плазменным напылением из разработанных порошков. Морфология полученного порошка, фракция 40…125 m, сферическая форма обеспечивают его высокую технологичность при напылении. Возможность варьирования массовой доля оксида в интервале 5…10 % позволяет получать градиентные покрытия. Ключевые слова: термобарьерные покрытия, порошки NiCrAlY +Y2O3, плазменное напыление, микрорентгеноспектральный анализ, износостойкие покрытия, коррозионностойкие покрытия, высокотвердые оксиды Al2O3 и Y2O3, никелевая матрица, интерметаллид, градиентные покрытия, жаростойкость, пластичность. Сведения об авторах:
Кинжебаева Галия Маратовна (Екатеринбург, Российская Федерация) – лаборант в лаборатории лазерной и плазменной обработки, Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, студент, Уральский Федеральный университет (Российская Федерация, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: Kinzhebaeva_g@imp.uran.ru). Чернов Алексей Анатольевич (Екатеринбург, Российская Федерация) – младший научный сотрудник лаборатории лазерной и плазменной обработки, Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН (Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, e-mail: chernov_aa@imp.uran.ru). Коробов Юрий Станиславович (Екатеринбург, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией лазерной и плазменной обработки, Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Уральский Федеральный университет (Российская Федерация, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: yukorobov@imp.uran.ru). Худорожкова Юлия Викторовна (Екатеринбург, Российская Федерация) – кандидат технических наук, научный сотрудник, Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова УрО РАН (Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, e-mail: khjv@mail.ru). Пантелеенко Федор Иванович (Минск, Республика Беларусь) – член-корреспондент НАН Беларуси, заслуженный деятель науки Республики Беларусь, д.т.н., профессор, Белорусский национальный технический университет (Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65, e-mail: panteleyenkofi@bntu.by). Список литературы:
ОЧИСТКА ЭЛЕКТРОЛИТА ОТ ШЛАМА ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ-6 А.Р. Хамзина, А.С. Квятковская Получена: 18.04.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
В основе процесса размерной электрохимической обработки (ЭХО) лежит принцип локального анодного растворения металла при высокой плотности тока в проточном электролите. Весь снимаемый с детали материал переходит в электролит, образуя в результате электрохимических реакций нерастворимые гидраты окислов обрабатываемого металла, так называемый шлам. При этом образуется многокомпонентная суспензия – мелкодиспергированные частицы шлама аморфного хлопьевидного характера. Зашламление электролита снижает качество обрабатываемой поверхности, точность электрохимического формообразования, уменьшает производительность ЭХО, увеличивает вероятность коротких замыканий. В связи с этим задача очистки электролита высокопроизводительным, эффективным и экономичным способом является актуальной. Исследование очистки электролита 12 % NaNO3 + 5 % NaCl после ЭХО титанового сплава ВТ6 методом флотации проводилось с использованием флотирующих реагентов различного состава в том числе и с использованием катионного флокулянта Praestol 851BC. Выявлено, что наилучший флотирующий эффект имеет место при введении олеиновой кислоты. Установлена эффективная концентрация флотореагента (30 % олеиновой кислоты), при котором шлам флотируется за 1 мин. В производственных условиях изучалось влияние флотирующих реагентов на электрофлотацию титанового шлама. Установлено повышение эффективности на процесс флотации применения способа очистки электролита – электрофлотации. Рассмотрены результаты исследований влияния природы флотореагента на электрофлотацию. Выялено, что при электрофлотационном способе очистки электролита без введения флотирующих реагентов титановый шлам поднимается на поверхность раздела за 10–12 мин, но при этом пузырьки отделяются от шлама за такое же время, и шлам опускается на дно электролизера. Ключевые слова: флотация, электролит, электрофлотация, флотирующий реагент, титановый шлам, осадок, электрохимическая обработка, поверхностно-активное вещество, катионный флокулянт, флотирующая способность. Сведения об авторах:
Хамзина Альбина Расиховна (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения УУНиТ (Российская Федерация, 450008, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12, корп. 8, Квятковская Адель Станиславовна (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой зеленой химии и ресурсосберегающей технологии УУНиТ. (Российская Федерация, 450008, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12, корп. 9, e-mail: kvyatkovskay@mail.ru). Список литературы: 1. Амирханова Н.А., Зайцев А.Н., Зарипов Р.А. Электрохимическая размерная обработка материалов в машиностроении: учеб. пособие. – Уфа: УГАТУ, 2004. – 258 с. 2. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. учеб. пособие: в 2 т. Т. 1. 3. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. – 2-е изд., и перераб. – М.: Химия, КолосС, 2006. – 672 с. 4. Салахутдинов Р.М., Зайцев А.Н., Суглоб А.В. Проектирование системы очистки и регенерации электролита и обеспечение экологической чистоты электрохимических станков: учеб. пособие. – Уфа: УГАТУ, 2011. – 90 с. 5. Попилов Д.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: справочник – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1982. – 400 с. 6. Руководство НИАТ по проектированию и эксплуатации систем пригтовления, хранения, подачи, очистки и регенерации электролита электрохимических станков / НИАТ. – М., 1978. 7. Оборудование для размерной электрохимической обработки деталей машин / В.Ф. Седыкин, Л.Б. Дмитриев, Н.И. Иванов [и др.]; под ред. Ф.В. Седыкина. – М.: Машиностроение, 1980. – 227 с. 8. Утилизация шламов после электрохимической обработки титановых и коррозионно-стойких сплавов / Н.А. Амирханова, В.В. Саяпова, Е.Ю. Черняева, Е.А. Смирнова, А.А. Оратовская // Экология и промышленность России. – 2008 – № 4 – С. 8–9. 9. Штриплинг Л.О., Туренко Ф.П. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов: учеб. пособие. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 192 с. 10. Саяпова В.В., Амирханова Н.А., Черняева Е.Ю. Очистка электролита от шлама в процессе ЭХРО флотационным методом // Международная научно-практическая конференция «Приоритет России XXI века: от биосферы и техносферы к ноосфере». – Пенза: РИО ПГСХА, 2004. – С. 126–128. 11. Реагентная очистка сточных вод и утилизация отработанных растворов и осадков гальванических производств: учеб. пособие / Ю.П. Перелыгин, О.В. Зорькина, И.В. Рашевская, С.Н. Николаева. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2013. – 80 с. 12. Томская Е.С. Интенсификация процесса флотации кварца из железистых кварцитов с использованием электрохимической обработки реагентов. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2014. – № 5. – С. 73–78. 13. Теория и технология флотации руд / О.С. Богданов, И.И. Максимов, А.К. Поднек, Н.А. Янис. – М.: Недра, 1990. 14. Родина Т.А. Флотационные реагенты: учеб. пособие для самостоятельной работы по органической химии. – Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2015. – 36 с. 15. Шафеев Р.Ш. Применение электрохимических методов в процессе флотации. – М.: Цветметинформация, 1971. – 68 с. 16. Золотов А.В., Лисовский В.А. Флотация и её применение для очистки сточных вод // Science Time. – 2016. – № 2 (26) – С. 266–273. 17. Diya’uddeen B.H., Ashri Wan Daud W.M., Abdul Aziz A.R. Treatment technologies for petroleum refinery effluents: A review // Process Safety and Environmental Protection. – 2011. – Vol. 89, iss. 2. – P. 95–105. 18. Основные способы очистки нефтесодержащих производственных сточных вод / А.В. Золотов, В.А. Лисовский, И.С. Багреева, Е.В. Слепова // Science Time. – 2016. – № 8 (32) – С. 42–54. 19. Чантурия В.А., Лунин В.Д. Электрохимические методы интенсификации процесса флотации. – М.: Наука, 1983. – 145 с. 20. Катионные реагенты / О.С. Богданов, А.М. Гольман [и др.] // Физико-химические основы теории флотации. – М.: Наука, 1983. – С. 167–181. 21. Шнырев А.П. Флотационная очистка электролитов и СОЖ после механической обработки деталей машин // Наука и техника Казахстана. – 2008. – № 2 – С. 77–80. 22. Чантурия Е.Л., Чантурия В.А., Журавлева Е.С. Перспективы использования электрохимической технологии водоподготовки при флотационном обогащении медно-цинковых руд // Цветные металлы. – 2016. – 23. Авдохин В.М., Губин С.Л. Обратная катионная флотация тонкодисперсных железорудных концентратов // ГИАБ. – 2006. – № 6. – С. 324–331. 24. Анализ эффективности реагентных методов удаления ионов тяжелых ме-таллов из сточных вод / Н.Н. Красногорская [и др.] // Безопасность жизнедеятельности. – 2004. – № 3. – С. 21–22. 25. Очистка сточных вод: пер. с англ. / М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-Кур-Янсен, Э. Арван. – М.: Мир, 2006. – 480 с. РАЗРУШЕНИЕ КВАРЦЕВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН С МЕДНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ М.И. Булатов, Н.С. Григорьев, А.А. Шацов, Ю.Н. Симонов Получена: 07.08.2023 Рассмотрена: 21.08.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Проведено исследование термостойкости (до 400°С – в кислородной атмосфере, до 600°С – в инертной атмосфере) многомодовых оптических волокон типа кварц–кварц с медным покрытием различного диаметра (125; 165; 220 мкм) по кварцевой оболочке. Образцы оптических волокон вытягивались на стандартной вытяжной установке с помощью метода «намораживания». Предел прочности кварцевых волокон измеряли методом осевого растяжения при скорости нагружения 100 мм/мин и использовали статистику Вейбулла для представления прочностных результатов. Снижение предела прочности после термоциклов для всех оптических волокон с медным покрытием составило ~ 1 ГПа. Распределение Вейбулла показывает увеличение разброса значений предела прочности после термоцикла в воздушной атмосфере, что связано с неравномерностью окисления медного покрытия волокон. После термоцикла в инертной атмосфере было отмечено, что общий характер распределения Вейбулла имеет схожий характер с термоциклом в кислородосодержащей среде. Снижение предела прочности также незначительно (~1 ГПа), и оно связано дополнительно с изначальным разбросом значения предела прочности по длине намотки оптического волокна (в термоциклах использовались разные намотки контура каждого вида волокна). Кроме того, важную роль в прочность вносит подслой углерода, подтверждено, что при увеличении подслоя углерода уменьшается прочность. Углеродный подслой был рассчитан исходя из измерения электрического сопротивления. Исследование поверхности оптического волокна с медным покрытием до термической обработки и после было проведено на оптическом микроскопе при увеличении х200. Ключевые слова: оптическое волокно, предел прочности, температура, инертная среда, углеродный подслой, распределение Вейбулла, медное покрытие, метод намораживания, осевое растяжение, окисление. Сведения об авторах:
Булатов Максим Игоревич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: maksimka.bulatov.95@mail.ru). Григорьев Никита Сергеевич (Пермь, Россия) – магистр кафедры общая физика, Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: super.nikitaperm@yandex.ru). Шацов Александр Аронович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, е-mail: shatsov@pstu.ru). Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, Список литературы:
СИНТЕЗ ПОРОШКА КАРБИДА БОРА БЕЗВАКУУМНЫМ ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ МЕТОДОМ И ПОЛУЧЕНИЕ ОБЪЕМНОЙ КЕРАМИКИ МЕТОДОМ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ Р.С. Мартынов, А.Я. Пак, О.Г. Волокитин, Д.С. Никитин, К.Б. Ларионов, П.В. Поваляев, А.А. Гумовская, Ж. Болатова, Ю.З. Васильева Получена: 07.06.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Реализован синтез порошка карбида бора в плазме дугового разряда постоянного тока. Дуговой разряд инициируется в открытой воздушной среде в объеме полого графитового тигля, что является особенностью метода. Синтез карбида бора в рассматриваемой системе возможен благодаря эффекту самоэкранирования реакционного объема потоком газов диоксида углерода и монооксида углерода. В результате оптимизационных процессов синтеза установлены зависимости влияния фазового состава продукта от количества подведенной энергии и от массы исходного сырья. Удалось синтезировать карбид бора B4C в количестве ~1,2 г с использованием в качестве исходного сырья стехиометрической смеси порошка аморфного бора и ультрадисперсного углерода в цикле работы электродугового реактора длительностью 40–50 с, что соответствует энергоемкости процесса синтеза 130–160 кДж/г. Продукт синтеза содержит частицы карбида бора как микронного, так и субмикронного диапазонов (с максимумом распределения около 200–500 нм). Субмикронные частицы карбида бора характеризуются морфологией типа «оболочка – ядро», оболочка частицы представлена фазой графита. Из синтезированного порошка методом искрового плазменного спекания получены объемные образцы керамики, которые характеризуются твёрдостью 19,5 ГПа и плотностью 2,359 г/см3. Эти результаты позволяют считать, что карбид бора, полученный безвакуумным электродуговым методом и затем консолидированный методом искрового плазменного спекания, характеризуется качеством, сравнимым с материалами, полученными другими методами. При этом синтезированный порошок характеризуется повышенной окислительной стойкостью в воздушной среде, судя по данным дифференциального термического анализа, что можно объяснить наличием графитовой оболочки частиц. Ключевые слова: карбид бора, безвакуумный метод, плазма, дуговой разряд, воздушная среда, керамика, искровое плазменное спекание, твердость, плотность, дифференциальный термический анализ. Сведения об авторах:
Мартынов Роман Сергеевич (Томск, Российская Федерация) – младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, e-mail: rsm6@tpu.ru). Пак Александр Яковлевич (Томск, Российская Федерация) – доктор технических наук, заведующий лабораторией перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина 30, e-mail: ayapak@tpu.ru). Волокитин Олег Геннадьевич (Томск, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры прикладной механики и материаловедения ТГАСУ (Российская Федерация, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, e-mail: study@tsuab.ru). Никитин Дмитрий Сергеевич (Томск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, e-mail: dimmassikk@tpu.ru). Ларионов Кирилл Борисович (Томск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, e-mail: larryk@tpu.ru). Поваляев Павел Вадимович (Томск, Российская Федерация) – аспирант, младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, e-mail: pvp13@tpu.ru). Гумовская Арина Андреевна (Томск, Российская Федерация) – студент, инженер лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, Болатова Жанар (Томск, Российская Федерация) – аспирант, младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, e-mail: zsb3@tpu.ru). Васильева Юлия Захаровна (Томск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ (Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, e-mail: yzv1@tpu.ru). Список литературы: 1. Synthesis and characterization of B13C2 boron carbide ceramic by pulsed electric current sintering / S. Zhang [et al.] // Ceram. Int. Elsevier. – 2012. – Vol. 38, no. 2. – P. 895–900. 2. Roy T.K., Subramanian C., Suri A.K. Pressureless sintering of boron carbide // Ceram. Int. Elsevier. – 2006. – Vol. 32, no. 3. – P. 227–233. 3. Synthesis and characterization of aluminum oxide-boron carbide coatings by air plasma spraying / A. Datye [et al.] // Ceram. Int. Elsevier. – 2010. – Vol. 36, no. 5. – P. 1517–1522. 4. Thevenot F. Boron carbide – a comprehensive review // J. Eur. Ceram. Soc. Elsevier. – 1990. – Vol. 6, no. 4. – P. 205–225. 5. Low-temperature synthesis of boron carbide powder from condensed boric acid-glycerin product / M. Kakiage [et al.] // Mater. Lett. Elsevier. – 2011. – Vol. 65, no. 12. – P. 1839–1841. 6. Synthesis of boron carbide powder in relation to composition and structural homogeneity of precursor using condensed boric acid-polyol product / M. Kakiage [et al.] // Powder Technol. Elsevier. – 2012. – Vol. 221. – P. 257–263. 7. Thermoelectric properties of boron-carbide thin film and thin film based thermoelectric device fabricated by intense-pulsed ion beam evaporation / S. Sasaki [et al.] // Sci. Technol. Adv. Mater. IOP Publishing. – 2005. – Vol. 6, no. 2. – P. 181–184. 8. Structure and Properties of the Surface Layer of B4C Ceramic Treated with an Intense Electron Beam / Y.F. Ivanov [et al.] // Inorg. Mater. Appl. Res. Springer. – 2018. – Vol. 9, no. 3. – P. 437–441. 9. Synthesis of low carbon boron carbide powder using a minimal time processing route: Thermal plasma / A. Mishra [et al.] // J. Asian Ceram. Soc. Taylor & Francis. – 2015. – Vol. 3, no. 4. – P. 373–376. 10. Deng F., Xie H.Y., Wang L. Synthesis of submicron B4C by mechanochemical method // Mater. Lett. Elsevier. – 2006. – Vol. 60, no. 13–14. – P. 1771–1773. 11. Room and high temperature flexural failure of spark plasma sintered boron carbide / O. Vasylkiv [et al.] // Ceram. Int. Elsevier. – 2016. – Vol. 42, no. 6. – P. 7001–7013. 12. R. Tu [et al.] Effect of microstructure on mechanical, electrical and thermal properties of B4C-HfB2 composites prepared by arc melting // J. Eur. Ceram. Soc. Elsevier. – 2016. – Vol. 36, no. 16. – P. 3929–3937. 13. Synthesis and consolidation of boron carbide: A review / A.K. Suri [et al.] // Int. Mater. Rev. Taylor & Francis. – 2010. – Vol. 55, no. 1. – P. 4–38. 14. Zhou D., Seraphin S., Withers J.C. Encapsulation of crystalline boron carbide into graphitic nanoclusters from the arc-discharge soot // Chem. Phys. Lett. Elsevier. – 1995. – Vol. 234, no. 1–3. – P. 233–239. 15. Large-scale synthesis of few-walled carbon nanotubes by DC arc discharge in low-pressure flowing air / Y. Su [et al.] // Mater. Res. Bull. Elsevier. – 2013. – Vol. 48, no. 9. – P. 3232–3235. 16. Arc synthesis of double-walled carbon nanotubes in low pressure air and their superior field emission properties / J. Zhao [et al.] // Carbon N. Y. Elsevier. – 2013. – Vol. 58. – P. 92–98. 17. Low-cost synthesis of single-walled carbon nanotubes by low-pressure air arc discharge / Y. Su [et al.] // Mater. Res. Bull. Elsevier. – 2014. – Vol. 50. – P. 23–25. 18. Synthesis of single-wall carbon nanohorns by arc-discharge in air and their formation mechanism / N. Li [et al.] // Carbon N. Y. Elsevier. – 2010. – Vol. 48, no. 5. – P. 1580–1585. 19. High yield formation of carbon nanotubes using a rotating cathode in open air / R. Joshi [et al.] // Diam. Relat. Mater. Elsevier. – 2008. – Vol. 17, no. 6. – P. 913–919. 20. Synthesis of thin bundled single walled carbon nanotubes and nanohorn hybrids by arc discharge technique in open air atmosphere / A. Joseph Berkmans [et al.] // Diam. Relat. Mater. Elsevier. – 2015. – Vol. 55. – P. 12–15. 21. Continuous and low-cost synthesis of high-quality multi-walled carbon nanotubes by arc discharge in air / J. Zhao [et al.] // Phys. E Low-Dimensional Syst. Nanostructures. Elsevier. – 2012. – Vol. 44, no. 7–8. – P. 1639–1643. 22. Low-cost and large-scale synthesis of graphene nanosheets by arc discharge in air / Z. Wang [et al.] // Nanotechnology. IOP Publishing. – 2010. – Vol. 21, 23. Kim H.H., Kim H.J. Preparation of carbon nanotubes by DC arc discharge process under reduced pressure in an air atmosphere // Mater. Sci. Eng. B Solid-State Mater. Adv. Technol. Elsevier. – 2006. – Vol. 133, no. 1–3. – P. 241–244. 24. Arora N., Sharma N.N. Arc discharge synthesis of carbon nanotubes: Comprehensive review // Diam. Relat. Mater. Elsevier. – 2014. – Vol. 50. – P. 135–150. 25. Cubic SiC nanowire synthesis by DC arc discharge under ambient air conditions / A. Pak [et al.] // Surf. Coatings Technol. Elsevier. – 2020. – Vol. 387. – P. 125554. 26. Vacuumless synthesis of tungsten carbide in a self-shielding atmospheric plasma of DC arc discharge / A.Y. Pak [et al.] // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. Elsevier. – 2020. – Vol. 93. – P. 105343. 27. A novel approach of waste tires rubber utilization via ambient air direct current arc discharge plasma / A.Y. Pak [et al.] // Fuel Process. Technol. Elsevier. – 2022. – 28. Production of carbon nanostructures by arc synthesis in the liquid phase / D.V. Schur [et al.] // Carbon N.Y. Elsevier. – 2007. – Vol. 45, no. 6. – P. 1322–1329. 29. Synthesis and Photoluminescence Property of Silicon Carbide Nanowires Via Carbothermic Reduction of Silica / X. Luo [et al.] // Nanoscale Res. Lett. Springer. – 2010. – Vol. 5, no. 1. – P. 252–256. 30. Saito Y., Matsumoto T., Nishikubo K. Encapsulation of carbides of chromium, molybdenum and tungsten in carbon nanocapsules by arc discharge // J. Cryst. Growth. Elsevier. – 1997. – Vol. 172, no. 1–2. – P. 163–170. 31. Improving effect of boron carbide on the combustion and thermal oxidation characteristics of amorphous boron / D. Liang [et al.] // J. Therm. Anal. Calorim. Springer. – 2017. – Vol. 128, no. 3. – P. 1771–1782. 32. Synthesis of highly dispersed boron carbide from nanofibrous carbon / Y.L. Krutskii [et al.] // Nanotechnologies Russ. Springer. – 2013. – Vol. 8, no. 3–4. – P. 191–198. 33. Influence of spark plasma sintering parameters on densification and mechanical properties of boron carbide / K. Sairam [et al.] // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. Elsevier. – 2014. – Vol. 42. – P. 185–192. 34. Densification of B4C nanopowder with nanograin retention by spark-plasma sintering / B.M. Moshtaghioun [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. Elsevier. – 2015. – Vol. 35, no. 6. – P. 1991–1998. 35. Continuum modeling of B4C densification during Spark Plasma Sintering / J.A. Liu [et al.] // J. Mater. Res. Cambridge University Press. – 2017. – Vol. 32, no. 17. – P. 3425–3433. 36. Static and dynamic mechanical properties of boron carbide processed by spark plasma sintering / S. Hayun [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. Elsevier. – 2009. – Vol. 29, no. 16. – P. 3395–3400. 37. Tough and dense boron carbide obtained by high-pressure (300 MPa) and low-temperature (1600°C) spark plasma sintering / P. Badica [et al.] // J. Ceram. Soc. Japan. The Ceramic Society of Japan. – 2014. – Vol. 122, no. 1424. – P. 271–275. КОНТРОЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧКИ ПОДАЧИ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ В ПРОЦЕССЕ АДДИТИВНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ А.В. Щербаков, А.С. Кожеченко, Р.В. Родякина, А.Л. Гончаров, В.Н. Ластовиря Получена: 18.08.2023 Рассмотрена: 30.08.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Проблема непрерывного управления высотой слоя с оперативной корректировкой траектории перемещения относится к числу актуальных задач технологии и требует создания специальных датчиков, исполнительных устройств и алгоритмов. На сегодняшний день спрогнозирована общая структура таких систем управления, однако еще не разработаны типовые решения датчиков, исполнительных регуляторов и алгоритмов управления. Целью работы является создание системы управления, обеспечивающей коррекцию положения точки подачи присадочной проволоки в процессе трехмерной печати металлических изделий. Создаваемая система управления должна позволять реализовать как программные, так и следящие способы управления, обеспечивая снижение дефектов формообразования в виде отклонения размеров выращиваемого изделия от заданных. Предлагаемый способ управления подразумевает определение высоты каждого слоя на этапе моделирования наплавки электронным лучом с последующей передачей данных в CAM-систему для генерации программы перемещения роботизированного манипулятора. После формирования каждого слоя предполагается проведение измерений с помощью лазерного сканера и коррекция программы построения следующего слоя в случае выявления ошибок. В работе проведен анализ процесса формирования единичного валика при электронно-лучевой наплавке с подачей присадочной проволоки как объекта управления; показана перспективность применения обратной связи для стабилизации положения мундштука подачи в процессе наплавки и при синтезе алгоритмов управления. Приведены характеристики устройств системы управления и схема их соединения. Разработана управляющая программа, реализующая релейный способ управления со ступенчатым изменением скорости движения рабочего органа (8 ступеней скорости). Реализован алгоритм обработки сигнала с датчика на основе полинома пятой степени. Представлены результаты исследования работы системы. Показано, что для улучшения показателей ее точности и для ее использования при печати малогабаритных стенок изделий лучше использовать лазерный триангуляционный датчик. Ключевые слова: электронно-лучевое аддитивное формообразование, корректировка траектории перемещения луча, непрерывный контроль высоты наплавляемого слоя, обратная связь, система управления, релейный способ управления, обработка сигнала, стабилизация положения мундштука подачи, фильтр сигнала, коэффициент дробления шага, точка ввода проволоки, качество регулирования, стабильность показаний датчика. Сведения об авторах:
Щербаков Алексей Владимирович (Москва, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры Электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий НИУ «МЭИ» (Российская Федерация, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, e-mail: ShcherbakovAV@mpei.ru). Кожеченко Алексей Сергеевич (Москва, Россия) – старший преподаватель кафедры Электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий НИУ «МЭИ» (Российская Федерация, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, e-mail: KozhechenkoAS@mpei.ru). Родякина Регина Владимировна (Москва, Российская Федерация) – доцент, доцент кафедры Технологии металлов НИУ «МЭИ» (Российская Федерация, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, e-mail: RodiakinaRV@mpei.ru). Гончаров Алексей Леонидович (Москва, Российская Федерация) – доцент, заведующий кафедрой Технологии металлов НИУ «МЭИ» (Российская Федерация, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, e-mail: GoncharovAL@mpei.ru). Ластовиря Вячеслав Николаевич (Москва, Российская Федерация) – профессор, профессор кафедры «Оборудование и технологии сварочного производства» Московского политехнического университета (Российская Федерация, г. Москва, Большая Семеновская ул., 38, e-mail: slava.lastovirya@gmail.com). Список литературы: 1. Advanced technologies and materials. – 2020. – Vol. 45, no 2. 2. Fuchs J., Schneider C., Enzinger N. Wire-based Additive manufacturing using an electron beam as heat source // Welding in the World. – 2018. – Vol. 62. – P. 267–275. 3. Nasa [Электронный ресурс]. – URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20080021301.pdf (дата обращения: 10.01.2023). 4. Karen M. Taminger. Electron beam freeform fabrication technology development for aerospace applications // Airbus Materials & Structures Workshop. April 6–7. – 2006. 5. Seufzer W.J., Taminger K.M. Control Methods for the Electron Beam Free Form Fabrication Process // Proceedings of the 18th International Solid freeform fabrication symposium. – Austin, Texas, 2007. – P. 13–21. 6. A review of slicing methods for directed energy deposition based additive manufacturing / J. Xu, X. Gu, D. Ding, Z. Pan, K. Chen // Rapid Prototyping Journal. – 2018. – Vol. 24, no. 6. – P. 1012–1025. DOI: 10.1108/RPJ-10-2017-0196 7. A tool-path generation strategy for wire and arc additive manufacturing / Donghong Ding, Zengxi (Stephen) Pan, Dominic Cuiuri, Huijun Li // Int J Adv Manuf Technol. – 2014. – Vol. 73. – P. 173–183. DOI: 10.1007/s00170-014-5808-5 8. Cern [Электронный ресурс]. – URL: https://indico.cern.ch/event/776414/attachments/1809968/2955504/AM-LectureCERN_Weissgaerber_Handout.pdf (дата обращения: 10.01.2023). 9. Scott Stecker, Willow Springs, IL (US). Electron beam layer manufacturing. Pub. №.: US 2016/0288244A1. Pub date Oct.6, 2016. 10. Sciaky [Электронный ресурс]. – URL: https://www.sciaky.com/additive-manufacturing/electron-beam-additive-manufacturing-technology (дата обращения: 10.01.2023). 11. Особенности формирования изделий методом электронно-лучевой наплавки / А.В. Гуденко, А.П. Слива, В.К. Драгунов, А.В. Щербаков // Сварочное производство. – 2018. – № 8. – С. 12–19. 12. Leithäuser T., Woizeschke P. Influence of the Wire Feeding on the Wetting Process during Laser Brazing of Aluminum Alloys with Aluminum-Based Braze Material // J. Manuf. Mater. Process. – 2019. – No. 3. – P. 83. DOI: 10.3390/jmmp3040083 13. Obtaining uniform deposition with variable wire feeding direction during wire-feed additive manufacturing / Qianru Wu, Jiping Lu, Changmeng Liu, Xuezhi Shi, Qian Ma, Shuiyuan Tang, Hongli Fan, Shuyuan Ma // Materials and Manufacturing Processes. – 2017. DOI: 10.1080/10426914.2017.1364860 14. Advanced technical and technological solutions for additive manufacturing by xBeam 3D metal printing / D. Kovalchuk, V. Melnyk, I. Melnyk, B. Tugai // “Е+Е”. – 2018. – Vol. 53. – Р. 3–4. 15. Electron beam additive manufacturing with wire / Węglowski Marek St., Błacha Sylwester, Jachym Robert, Dutkiewicz Jan, Rogal Łukasz // «Е+Е». – 2018. – Vol. 53, iss. 3–4. – P. 74–78. 16. Контроль параметров процесса электронно-лучевой наплавки с использованием сигналов токов проволоки и изделия / А.В. Щербаков, В.Н. Мартынов, И.А. Харитонов, Д.А. Гапонова, Р.В. Родякина, В.К. Драгунов // Электротехника. – 2018. – № 4. – С. 37–42. 17. Vannucci T.J. Investigating the Part Programming Process for Wire and Arc Additive Manufacturing // Dissertation on Master’s level degree, Luleå University of Technology. – Sweden, 2019. 18. Petrov Peter, Georgiev Chavdar, Petrov Georgy. Experimental investigation of weld pool formation in electron beam welding // Vacuum. – 1998. – Vol. 51, iss. 3. – P. 339–343. 19. Adaptive Slicing Based on Efficient Profile Analysis / Mao Huachao, Kwok Tsz-Ho, Chen Yong, Wang Charlie C.L. // Computer-Aided Design. – 2018. – No. 9. 20. In-process thermal imaging of the electron beam freeform fabrication process / K.M. Taminger [et al.] // Proceedings of SPIE 9861. Thermosense: Thermal Infrared Applications XXXVIII, 986102. – Baltimore, Maryland, USA, 2016. ВЛИЯНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ГОРЯЧЕЙ ПРИСАДКИ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ М.С. Смоленцев, А.С. Смоленцев, Ю.С. Коробов, М.А. Шолохов Получена: 17.05.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Использование высокопрочных сталей в промышленности связано с их повышенными технико-экономическими показателями, а именно улучшением эксплуатационных характеристик с одновременным уменьшением массы изделия, более высокими прочностными и пластическими свойствами по сравнению с обычными конструкционными сталями. Однако при сварке высокопрочных сталей имеется ряд сложностей, из-за которых ограничивается их применение: наличие дефектов сварного соединения и получения прочности сварного соединения, соизмеримого с прочностью основного металла. Разработана технология импульсно-дуговой сварки в защитных газах высокопрочных сталей с дополнительной горячей присадкой. В качестве сварочной проволоки и горячей присадки использована порошковая проволока 50АХ20ТЮ, позволяющая получать в сварном соединении структуру метастабильного аустенита. По этой технологии выполнена сварка высокопрочной стали типа 45Х2НМФБА толщиной 6,3 мм. Проведен анализ структуры и изменения твердости сварного соединения. Показано, что применение данной технологии позволяет получить бездефектные сварные соединения, которым присущи соизмеримые с основным металлом показатели прочности. При этом они способны к самоупрочнению под действием экстремальной механической нагрузки. Микротвердость сварного шва составляет HV0,1 400…450. После интенсивного динамического воздействия, нагрузки 1500 МПа его микротвердость возрастает до HV0,1 700…750. На основе предыдущих исследований авторов сделано заключение, что при использованной технологии сварки в шве образуется метастабильный аустенит. При последующем интенсивном внешнем динамическом воздействии происходит упрочнение металла шва за счет образования мартенсита деформации. Ключевые слова: дуговая сварка, высокопрочные стали, метастабильный аустенит, порошковая проволока, азот, аустенит, мартенсит, мартенсит деформации, микротвердость, дополнительная присадочная проволока, твердость, холодные трещины. Сведения об авторах:
Смоленцев Михаил Сергеевич (Екатеринбург, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Технология сварочного производства» (ТСП) УрФУ, инженер АО «Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, Смоленцев Алексей Сергеевич (Екатеринбург, Российская Федерация) – ассистент, ТСП УрФУ (г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: A.S.Smolentsev@mail.ru). Коробов Юрий Станиславович (Екатеринбург, Российская Федерация) – доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией лазерной и плазменной обработки ИФМ УрО РАН, профессор ТСП УрФУ (г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, e-mail: yukorobov@gmail.com). Шолохов Михаил Александрович (Екатеринбург, Российская Федерация) – доктор технических наук, заведующий кафедрой «Автоматизация и роботизация сварочного производства», профессор ТСП УрФУ, ведущий научный сотрудник ИФМ УрО РАН (г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, e-mail: m.a.sholokhov@urfu.ru). Список литературы:
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ШЛИФОВАНИЕМ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В.Ф. Макаров, М.В. Песин, Р.В. Сычев Получена: 27.06.2023 Рассмотрена: 30.08.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Рассматривается проблема обрабатываемости шлифованием поверхностей ремонтных деталей газотурбинных двигателей из жаропрочной нержавеющей стали ЭП-517Ш с напыленными высокопрочными износостойкими покрытиями ВКНА и ВК-20КС. Проведены сравнительные исследования параметров качества поверхностного слоя – шероховатости, трещинообразования, прижогов, шелушения покрытия, порообразования, а также температуры обработки при использовании шлифовальных кругов из электрокорунда белого с пропиткой дисульфидом молибдена и без пропитки, из карбида кремния зеленого и эльбора. В результате исследования установлено, что наилучшее качество обработки деталей с покрытием ВКНА и ВК-20КС достигается при использовании кругов из эльбора. Полученные данные подтверждают выводы о наибольшей эффективности применения абразивных кругов из эльбора для механической обработки деталей с напыленным износостойким покрытием. Наилучшие результаты получены при обработке напыленных покрытий ВК-20КС и ВКНА как по качеству обрабатываемой поверхности, так и по режущей способности инструмента. Результаты обработки напыленного покрытия кругами из эльбора (ЛКВ40) как на органической, так и на керамической связках показывают, что при такой обработке обработанная поверхность образцов светлая. Это указывает, что температура шлифования в зоне резания кругами из эльбора более низкая, чем кругами с другими характеристиками. Применение кругов из электрокорунда белого и кругов из электрокорунда белого со спецпропиткой на основе дисульфида молибдена МоS2 показало удовлетворительные результаты. Все круги, кроме эльборовых, быстро засаливаются, поверхность образцов более темная, следовательно, при шлифовании этими кругами температура резания в зоне шлифования более высокая. Применение кругов из карбида кремния зеленого выявило наихудшие показатели по обрабатываемости, круги быстро «засаливаются», поверхность образцов имеет самый более темный цвет. Следовательно, при шлифовании покрытия ВКНА кругами из 63С образуются самые высокие температуры в зоне шлифования. Ключевые слова: шлифование износостойких покрытий, вольфрам-карбидные износостойкие покрытия, электрокорунд, карбид кремния, эльбор. Сведения об авторах:
Макаров Владимир Федорович (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения» механико-технологического факультета ФГБОУ ВПО ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: makarovv@pstu.ru). Сычев Роман Владимирович (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры ИТМ механико-технологического факультета ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29). Песин Михаил Владимирович (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, декан механико-технологического факультета ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: m.pesin@mail.ru). Список литературы:
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ НЕСООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ПРОДУКЦИЕЙ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ Э.Ш. Вакуленко, Я.В. Денисова Получена: 27.03.2023 Рассмотрена: 23.06.2023 Опубликована: 09.10.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Рассматривается одна из ключевых проблем современного машиностроительного предприятия – обеспечение высокого качества выпускаемой продукции. Своевременное выявление дефектов и бракованной продукции, а также превентивные мероприятия, направленные на их предотвращение и повторное появление, являются неотъемлемой частью общей работы по управлению качеством на предприятии. Базой данного исследования является АО «Казанский вертолетный завод». Объектом исследования выступает дефектная продукция, выявленная в процессе производства вертолетной техники, связанная с браком покупных комплектующих изделий (ПКИ). Целью данной работы является определение путей по улучшению качества производимой продукции АО «Казанский вертолетный завод». Подробно рассматривается система действий по управлению несоответствующей продукцией на предприятии, приведена схема общей классификации продукции по качеству на предприятии, указаны возможные места выявления несоответствующей продукции. Отмечается, что брак на производстве возможен по нескольким причинам: некачественные материалы или ПКИ; неисправное оборудование; нарушение технологии производства; несоответствующие условия труда; вина работников предприятия. На основании изучения данных по браку за период с 2020 по 2022 г. выявлена динамика увеличения роста количества брака в процессе производства вертолетной продукции. Указывается, что основными проблемами предприятия являются скрытые дефекты ПКИ, поступающих на предприятие от поставщиков и дефекты, возникающие по вине работников предприятия. С целью выяснения причин возникновения брака в процессе сборки вертолетной продукции также были проанализированы данные по рекламационной работе с 2020 по 2022 г. Результаты анализа рекламационных актов подтвердили, что главной причиной возникновения брака ПКИ на АО «КВЗ» являются производственные дефекты, возникающие по вине поставщиков. Второй по значимости проблемой является эксплуатационный дефект, который вызван нарушением потребителем требований эксплуатации, установленной в документации. По результатам проведенного исследования разработаны рекомендации для дальнейшей работы по совершенствованию управления несоответствующей продукцией и улучшению качества выпускаемой продукции на машиностроительном предприятии. Ключевые слова: качество, брак, дефект, несоответствие, несоответствующая продукция, покупные комплектующие изделия, скрытые дефекты ПКИ, рекламационная работа, аудит поставщиков, корректирующие мероприятия. Сведения об авторах:
Вакуленко Эльмира Шамилевна (Казань, Российская Федерация) – магистрант кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества, Казанский национальный исследовательский технологический университет (Российская Федерация, 420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68, e-mail: v.elmira@mail.ru). Денисова Яна Владимировна (Казань, Российская Федерация) – к.э.н., доцент кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества, Казанский национальный исследовательский технологический университет (Российская Федерация, 420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68, e-mail: yana-denisova@inbox.ru). Список литературы: 1. Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 9001-2015 Системы менеджмента качества. Основные положения и словарью – М.: Стандартинформ, 2015. 2. Лисютина А.И. Качество продукции: Понятие и характеристики качества // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2020. – Вып. 3. – 282 с. 3. Управление несоответствием и корректирующие действия на производстве в рамках управления качеством продукта / Е.П. Гарина, А.П. Гарин, Я.В. Бацына, Т.В. Паленова // Журнал Вестник Алтайской академии экономики и права. – 2021. – № 3 (часть 1). – С. 13–18. 4. Учёт и анализ брака [Электронный ресурс]. – URL: https://studfile.net/preview/9443876/page:2/ (дата обращения: 10.02.2023). 5. Кандаев А.С. Качество в машиностроении [Электронный ресурс]: [офиц. сайт] науч. электрон. журн, – Электрон. дан. Справочник Автор 24, 2022. – URL: https://spravochnick.ru/mashinostroenie/kachestvo_mashinostroeniya/&cd=1&hl=ru& =ru&ct=clnk&gl=ru, свободный (дата обращения: 10.02.2023). 6. ГОСТ Р 52745-2021. Комплексная система контроля качества. Контроль качества материалов и полуфабрикатов, используемых при изготовлении изделий авиационной, космической, оборонной техники и техники двойного применения. – М., 2021. 7. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия термины и определения. – М., 1979. 8. СТО 617.110.001-2018. СМК. Учет брака в производстве. – М., 2018. 9. Учёт и анализ брака [Электронный ресурс]. – URL: https://studfile.net/preview/9443876/page:2/ (дата обращения: 10.02.2023). 10. Денисова Я.В., Козлова Д.Ю., Сопин В.Ф., Управление несоответствиями на предприятии с помощью статистических методов // Вестник технологического университета. – 2021. – Т.24, в. 2. – С. 93–97. 11. СТО 617.110.131-2022. СМК. Входной контроль покупных комплектующих изделий. Порядок проведения. – М., 2022. 12. Входной контроль закупленной продукции [Электронный ресурс]. – URL: https://zen.yandex.ru/ 13. Кузнецова М.Н. Методика анализа и оценки поставщиков ресурсов // Экономический анализ: теория и практика [Электронный ресурс]. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika-analiza-i-otsenki-postavschikov-resursov (дата обращения: 10.02.2023). 14. СТО 617.110.149-2019. СМК. Рекламационная работа. Порядок проведения. – М., 2019. 15. ГОСТ РВ 0015-703-2019. Порядок предъявления и удовлетворения рекламаций. – М., 2019. 16. Статистические методы анализа данных [Электронный ресурс]. – URL: http://www.vsavm.by/ 17. Козлова Д.Ю., Денисова Я.В., Сопин В.Ф., Методические подходы по созданию эффективной системы входного контроля и управления поставками // Контроль. Диагностика. – 2021. – Т. 24, № 7. – С. 42–49. 18. Уотерс Д. Логистика. Управление цепью поставок: учебник. – М.: ЮНИТИ ДАНА, 2013. – 503 с. 19. СТО 617.176.367-2020. СМК. Порядок проведения аудита предприятий-поставщиков (изготовителей) материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий. – М., 2020. 20. Михайлов Д. Организация системы управления качеством. Пять шагов для эффективного решения любой проблемы на производстве // Мир измерений. – 2021. – № 3. – С. 12–18. 21. СТО 617.110.227-2017. СМК. Сбор, обработка, распределение и хранение данных о качестве продукции. – М., 2017. 22. СТО 617.176.041-2017. СМК. Мероприятия по качеству, разработка, учет и контроль исполнения. – М., 2017. 23. Школин А. Производственный брак: понятие и способы устранения [Электронный ресурс]: [офиц. сайт] науч. электрон. журн. – Электрон. дан. – [Москва]: Журнал Генеральный Директор, 2022. – URL: http://www.gd.ru/
| ||