Исследованы термоэлектрические свойства (термоЭДС) конструкционных сплавов и чистых металлов. Актуальность работы вызвана необходимостью знания термоэлектрических свойств конструкционных материалов, например, при разработке технологий электронно-лучевой сварки разнородных материалов большой толщины. Разница в термоэлектрических свойствах материалов оказывает решающее влияние на отклонение электронного пучка при сварке двух материалов разного легирования или сплавов на различной основе. Для расчетов возможного отклонения пучка необходима информация о температурных зависимостях абсолютного коэффициента термоЭДС-материалов.

Измерения проводили интегральным методом на термопарах, одно плечо которых изготавливали из исследуемого материала, а другое из материала сравнения. В качестве материала сравнения использовали хромель марки НХ9,5.

Представлены результаты измерения относительной термоЭДС чистых металлов (Ni, Ta, Nb), легированных сталей, сплавов на основе титана и никеля в диапазоне температур до 1000 °С. Описана методика математической обработки экспериментальных данных и приведены температурные зависимости абсолютного коэффициента термоЭДС для указанных материалов.

Для чистых металлов проведено сравнение полученных результатов со справочными данными, которое показало достаточно хорошее совпадение, относительное расхождение значений не превышало 8 %.

Установлено, что характер температурной зависимости коэффициента термоЭДС для материалов, испытывающих фазовые превращения, может быть не монотонным, в некоторых случаях экстремумы на этих зависимостях могут объясняться протеканием фазовых превращений 1-го или 2-го рода. Например, показано, что максимум коэффициента термоЭДС у никеля наблюдается в области температур магнитного превращения.

Полученные результаты могут быть использованы для описания свойств материалов при численном математическом моделировании термоэлектрических явлений при электронно-лучевой сварке разнородных материалов большой толщины.

Ключевые слова: электронный луч, электронно-лучевая сварка (ЭЛС), ЭЛС разнородных материалов, термоЭДС, абсолютный коэффициент термоЭДС, отклонение электронного луча, фазовые превращения, конструкционные материалы, термоэлектрические свойства, свойства материалов.

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

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

Козырев Харитон Максимович (Москва, Российская Федерация) – техник кафедры «Технологии металлов» (Российская Федерация, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, e-mail: KozyrevKM@mpei.ru).

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

1. Бронштейн, А.С. Термоэлектрические генераторы / А.С. Бронштейн. – М.: Госэнергоиздат, 1956. – 45 с.
2. Каганов, М.И. Квазичастицы: Идеи и принципы квантовой физики твёрдого тела / М.И. Каганов, И.М. Лифшиц. – М.: Наука, 1989. – 96с.
3. A study on occurrence and prevention of defects of electron beam welding (Repot 2) / K. Watanabe, T. Shida, M. Suzuki, H. Okamura, I. Sejima // Journal of the Japan welding society. – 1975. – Vol. 44(2). – P. 121–127. DOI: 10.2207/qjjws1943.44.2_121
4. Экспериментальные исследования влияния магнитного поля термоэлектрических токов на формирование сварных соединений разнородных сталей толщиной 60 мм / А.П. Слива, А.Л. Гончаров, Е.В. Терентьев [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. 251–252. – EDN GCDJJA.
5. Investigation of thermo-EMF temperature dependences for construction materials of various structural classes / A.L. Goncharov, A.V. Chulkova, R.V. Rodyakina, V.K. Dragunov, I.S. Chulkov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 681(1). DOI: 10.1088/1757-899X/681/1/012017
6. Wei, P.S. Three-dimensional electron-beam deflection and missed joint in welding dissimilar metals / P.S. Wei, F.K. Chung // Journal of Heat Transfer. – 1997. – Vol. 119(4). – P. 832–839. DOI: 10.1115/1.2824190
7. Research of thermoelectric effects and their influence on electron beam in the process of welding of dissimilar steels / A.L. Goncharov, A.P. Sliva, I.A. Kharitonov, A.V. Chulkova, E.V. Terentyev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 759(1). DOI: 10.1088/1757-899X/759/1/012008
8. Wei, P.S. Electron beam deflection when welding dissimilar metals / P.S. Wei, T.W. Lii // Journal of Heat Transfer. – 1990. – Vol. 112(3). – P. 714–720. DOI: 10.1115/1.2910445
9. Моделиpование магнитных полей теpмоэлектpических токов в канале пpоплавления пpи ЭЛС феppо- и паpамагнитных сталей / В.К. Дpагунов, Ю.В. Мяки­шев, А.Л. Гончаpов, А.П. Слива // Сварочное производство. – 2006. – № 5. – С. 12–17. – EDN KKNFFV.
10. Paulini, J. Beam deflection in electron beam welding by thermoelectric eddy currents / J. Paulini, G. Simon, I. Decker // Journal of Physics D: Applied Physics. – 1990. – Vol. 23(5). – P. 486–495. DOI: 10.1088/0022-3727/23/5/004
11. Chen, X. Three-dimensional transient thermoelectric currents in deep penetration laser welding of austenite stainless steel / X. Chen, S. Pang, X. Shao, C. Wang, J. Xiao, P. Jiang // Optics and Lasers in Engineering. – 2017. – Vol. 91 (September 2016). – P. 196–205. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2016.12.001
12. Ziolkowski, M. Modelling of Seebeck effect in electron beam deep welding of dissimilar metals / M. Ziolkowski, H. Brauer // COMPEL – The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering. – 2009. – Vol. 28(1). – P. 140–153. DOI: 10.1108/03321640910918940
13. Хао, Ч. Измерение энергии активации водорода в титановом сплаве ВТ1-0 методом термоЭДС / Ч. Хао // Перспективы развития фундаментальных наук : сборник научных трудов XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 25–28 апреля 2017 года / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2017. – Т. 1. – С. 426–428. – EDN ZCYBJD.
14. Grytsyna, V.M. Effect of hydrogen on thermal emf OF Zr-1%Nb alloy / V.M. Grytsyna, S.P. Klimenko, T.P. Chernyayeva. Problems of atomic science and technology. – 2016. – Vol. 102. – P. 54–57.
15. Термоэлектродвижущая сила металлов / Ф.Дж. Блатт, П.А. Шредер, К.Л. Фойлз, Д.М. Грейг. – М.: Металлургия, 1980. – 248 с.
16.  Differential thermal analysis of individual specimens by thermal EMF measurement / I. Riess, Rafi Safadi, E. Zilberstein, Harry Tuller // Journal of Applied Physics. – 1991. – Vol. 69. – P. 1205–1215. DOI: 10.1063/1.347305.
17. Первопринципиальные расчеты термоЭДС для благородных металлов и нанокластеров / У.Н. Курельчук, П.В. Борисюк, О.С. Васильев, Ю.Ю. Лебединский // Лазерные, плазменные исследования и технологии – ЛаПлаз-2018: сборник научных трудов IV Международной конференции, Москва, 30 января – 01 2018 года. – М.: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2018. – С. 339–340. – EDN YUMGPJ.
18. Вонсовский, С.В. Квантовая физика твёрдого тела / С.В. Вонсовский, М.И. Кацнельсон. – М.: Наука, 1983. – 336 с.
19. Методы и устройства измерения термоЭДС и электропроводности термоэлектрических материалов при высоких температурах / А.Т. Бурков, А.И. Федотов, А.А. Касьянов [и др.] // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2015. – Т. 15, № 2. – С. 173–195. – DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-173-195. – EDN TPUSHZ.
20. Неразрушающий экспресс-контроль пластической деформации с помощью измерения дифференциальной термоЭДС / А.И. Солдатов, А.И. Селезнев, И.И. Фикс [и др.] // Дефектоскопия. – 2012. – № 3. – С. 49–52. – EDN OYYFUH.
21. Физические величины: справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский [и др.]; под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.
22. Experimental set-up for thermopower and resistivity measurements at 100-1300 K / A.T. Burkov, A. Heinrich, P.P. Konstantinov, T. Nakama, K. Yagasaki // Measurement Science and Technology. – 2001. – Vol. 12(3). – P. 264–272.
23. New experimental methodology, setup and LabView program for accurate absolute thermoelectric power and electrical resistivity measurements between 25 and 1600 K: Application to pure copper, platinum, tungsten, and nickel at very high temperatures / L. Abadlia, F. Gasser, K. Khalouk, M. Mayoufi, J.G. Gasser // Review of Scientific Instruments. – 2014. – Vol. 85(9). – P. 095121.
24. Vedernikov, M.V. The thermoelectric powers of transition metals at high temperature / M.V. Vedernikov // Advances in Physics. – 1969. – Vol. 18(74). – P. 337–370.
25.  Sample probe to measure resistivity and thermopower in the temperature range of 300–1000K / V. Ponnambalam, S. Lindsey, N.S. Hickman, T.M. Tritt // Review of Scientific Instruments. – 2006. – Vol. 77(7). – P. 073904.

На сегодняшний день весьма актуальной является задача создания новых прогрессивных решений и процессов для изготовления и упрочнения деталей путем совершенствования традиционных технологий. Одной из таких является электроосаждение металлов. Однако не в полной мере раскрыты вопросы по воздействию химико-термической обработки на структуру, свойства и фазовый состав электроосажденных металлов. Исходя из этого, цель данной работы состояла в рассмотрении влияния химико-термической обработки, а именно цементации и азотирования, на структуру и эксплуатационные свойства электроосажденного хрома. Использовалась современная аппаратура, такие приборы как дифрактометр рентгеновский ДРОН-7.0, оптический микроскоп Olympus GX51, электронный растровый микроскоп JEOL JSM-6510А. При этом были рассмотрены механизмы структурных и фазовых превращений; их влияние на изменение внутренних напряжений, показателей микротвердости и коррозионной стойкости в агрессивных средах. Обнаружено неравномерное распределение твердости по сечению хромового покрытия, связанное со слоистостью, а также дефекты в виде пор. Показано, что при воздействии химико-термической обработки на электроосажденный хром происходит снижение твердости, слоистость исчезает. После цементации на поверхности осадка образуются карбиды хрома, а также оксид хрома, то есть наблюдается незначительное окисление электроосажденного осадка. В процессе испытания показано, что коррозионная стойкость хромовых осадков с цементацией в 2–3 раза выше, чем у хромовых покрытий, не прошедших химико-термическую обработку. Азотирование электроосажденного хромового покрытия приводит к образованию нитридов хрома, но при этом возникает повышенное количество пор, которые оказывают негативное влияние на коррозионную стойкость.

Ключевые слова: электроосажденный хром, химико-термическая обработка, цементация, карбиды хрома, азотирование, нитриды хрома, слоистость, микроструктура, микротвердость, коррозионные свойства, внутренние напряжения, рентгеноструктурный анализ.

Чаугарова Лариса Зиннуровна (Тюмень, Российская Федерация) – аспирант, старший преподаватель (Российская Федерация, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, e-mail: chaugarovalz@tyuiu.ru).

Ковенский Илья Моисеевич (Тюмень, Российская Федерация) – профессор, доктор технических наук (Российская Федерация, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38,
e-mail: kovenskijim@tyuiu.ru).

Кулемина Алёна Александровна (Тюмень, Российская Федерация) – доцент, кандидат технических наук (Российская Федерация, 625000, г. Тюмень, ул. Луначарского, 2, e-mail: kuleminaaa@tyuiu.ru).

Малыш Сергей Владимирович (Тюмень, Российская Федерация) – младший научный сотрудник (Российская Федерация, 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, e-mail: ser-malysh@yandex.ru).

1. Горбунова, К.М. Электроосаждение сплавов / К.М. Горбунова, Ю.М. Полукаров // Итоги науки и техники. Электрохимия. – М.: ВИНИТИ, 1969. – Т. 11. – С. 59–113.
2. Кудрявцев, Н.Т. Электролитические покрытия металлами / Н.Т. Кудрявцев. – М.: Химия, 1979. – 352 с.
3. Ковенский, И.М. Электролитические сплавы / И.М. Ковенский, В.В. Поветкин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2003. – 288 с.
4. Ковенский, И.М. Металловедение покрытий: учебник для вузов / И.М. Ковенский, В.В. Поветкин. – М.: Интермет Инжиниринг, 1999. – 296 с.
5. Лайнер, В.И. Современная гальванотехника / В.И. Лайнер. – М.: Металлургия, 1967. – 384 с.
6. Ямпольский, А.М. Гальванические покрытия / А.М. Ямпольский. – Л.: Машиностроение, 1978. – 168 с.
7. Гальванические покрытия в машиностроении: справочник: в 2 т. / под ред. М.А. Шлугера. – М.: Машиностроение, 1985. – Т. 1. – 240 с.; Т. 2. – 248 с.
8. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошнин [и др.]. – М.: Металлургия, 1981. – 424 с.
9. Лахтин, Ю.М. Химико-термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с.
10. Архаров, В.И. Карбидизация электролитических осадков хрома / В.И. Архаров, С.А. Немнонов // Известия АН СССР. – 1943. – № 9–10.
11. Реновация машиностроительной и сельскохозяйственной техники гальваническими железохромистыми покрытиями с применением цементации [Электронный ресурс] / В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, В.И. Серебровский [и др.] // Вестник ВГТУ, 2013. – № 4. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/renovatsiya-mashino­stroi­tel­noy-i-selskohozyaystvennoy-tehniki-galvanicheskimi-zhele­zo­hromistymi-pokrytiyami-s-primeneniem (дата обращения: 01.06.2023).
12. Гуменюк, А.В. Увеличение срока службы нефтепромыслового оборудования за счет применения новых технических решений и современных антикоррозионных защитных покрытий / А.В. Гуменюк // Нефть. Газ. Новации. – 2016. – № 5. – С. 64–67.
13. Ковенский, И.М. Методы исследования электролитических покрытий / И.М. Ковенский, В.В. Поветкин. – М.: Наука, 1994. – 234 с.
14. Дресвянников, А.Ф. Методы исследования процессов электроосаждения металлов: [справ. изд.] / А.Ф. Дресвянников, Я.В. Ившин. – Казань: Казанский гос. ун-т, 2006. – 192 с.
15. Вячеславов, П.М. Контроль электролитов и покрытий / П.М. Вячеславов, Н.М. Шмелева. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1985. – 96 с.
16. Поветкин, В.В. Структура электролитических покрытий [Текст]: монография / В.В. Поветкин, И.М. Ковенский. – М.: Металлургия, 1989. – 136 с.
17. Ковенский, И.М. Формирование структуры и свойств металлических покрытий, адаптированных к различным условиям эксплуатации / И.М. Ковенский, А.А. Неупокоева // Известия вузов. Нефть и газ. – 2013. – № 5 – С. 103–106.
18. Kovenskiy, I.M. Influence of the conditions of electrode position and heat treatment on the structure and properties of metallic coatings / I.M. Kovenskiy, A.A. Kulemina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 127(1).
19. Kulemina, A. Influence of the conditions for obtaining coatings on the structure and properties / A. Kulemina, I. Kovenskiy // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 11. – Р. 311–316.
20. Гирин, О.Б. Особенности пористой структуры электроосажденных материалов [Электронный ресурс] / О.Б. Гирин, А.Л. Чуприна // ВЕЖПТ, 2012. – № 10 (59). – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-poristoy-struktury-elektroosazhdennyh-materialov (дата обращения: 01.06.2023).
21. Dzedzina, R. Effect of additive on the internal stress in galvanic coatings / R. Dzedzina, M. Hagarová // International Journal of Electrochemical Science. – 2013. – Vol. 8, iss. 6. – P. 8291–8298.
22. Салахова, Р.К. Исследование внутренних (остаточных) напряжений в композиционно-кластерных хромовых и никелевых покрытиях [Электронный ресурс] / Р.К. Салахова, В.В. Семенычев, Е.В. Тюриков, А.Б. Тихообразов // Авиационные материалы и технологии, 2014. – № S3. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vnutrennih-ostatochnyh-napryazheniy-v-kompozitsionno-klas­ter­nyh-hromovyh-i-nikelevyh-pokrytiyah (дата обращения: 01.06.2023).
23. Стратулат, М.П. Остаточные напряжения в электролитическом хроме / М.П. Стратулат // Мир транспорта и технологических машин. – 2009. – № 1/24. – С. 48–55.
24. Поперека, М.Я. Внутренние напряжения электролитически осаждаемых металлов / М.Я. Поперека. – Новосибирск: Зап.-Сиб. книжн. изд-во, 1966. – 268 с.
25. Биргер, И.А. Остаточные напряжения / И.А. Бир­гер. – М.: Машгиз, 1963. – 257 с.

Приведены исследования изменения структуры и физико-механических характеристик импортного жаростойкого сплава марки Haynes 230 после длительного (~10 000 ч) воздействия повышенных температур (~1000–1100 °С). Анализ сплава проводили на примере отработки защитными пластинами назначенного ресурса в составе газотурбинной установки Siemens SGT-800. Рабочей средой для пластин являлся высокотемпературный скоростной поток горючих газов в течение длительного времени. Совокупность внешних факторов определяет поверхностный износ и окисление материала, а также деградацию структуры сплава, приводящую к снижению значений механических характеристик и надежности пластины. Используя актуальные методики исследования, современное оборудование, были проведены испытания по определению механических характеристик, предела прочности и пластичности, измерения твердости и микротвердости, анализ микроструктуры сплава, определены характеристики статистического распределения зерен и карбидных фаз по размерам. Результаты показали, что длительное высотемпературное воздействие потока газа приводит к изменению структуры, снижению прочностных характеристик и неоднородности значений микротвердости материала. Наибольшее упрочнение наблюдается в зонах сосредоточения карбидных включений. При дальнейшей эксплуатации материала в таком состоянии можно прогнозировать процессы коагуляции карбидной фазы и, как следствие, охрупчивание материала. Зафиксированная стадия старения сплава может быть охарактеризована как предкритическая.

Ключевые слова: никелевый сплав, фазовый состав, карбидные фазы, структура, зерна, механические характеристики, твердость, механические характеристики.

Царева Ирина Николаевна (Нижний Новгород, Российская Федерация) – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией плазменных технологий и полифункциональных покрытий (Российская Федерация, 603024, г. Ниж­ний Новгород, ул. Белинского, 85, e-mail: npktribonoka@yandex.ru).

Бердник Ольга Борисовна (Нижний Новгород, Российская Федерация) – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории плазменных технологий и полифункциональных покрытий, доцент кафедры «Материаловедение‚ технологии материалов и термическая обработка металлов» (603024, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, e-mail: berdnik80@mail.ru).

Кривина Людмила Александровна (Нижний Новгород, Российская Федерация) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории плазменных технологий и полифункциональных покрытий (Российская Федерация, 603024, г. Нижний Новгород, ул. Белинского, 85, e-mail: npktribonoka@yandex.ru).

Кириков Сергей Владимирович (Нижний Новгород, Россия) – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории физического материаловедения (Российская Федерация, 603024, г. Нижний Новгород, ул. Белинского, 85, e-mail: ksv.kirikov@yandex.ru).

Разов Евгений Николаевич (Нижний Новгород, Российская Федерация) – научный сотрудник лаборатории физического материаловедения (Российская Федерация, 603024, г. Нижний Новгород, ул. Белинского, 85,
e-mail: razov_e@mail.ru).

1. McGill, R. Variations of box plots / R. McGill, J.W. Tukey, W.A. Larsen // The American Statistician. – 1978. – Vol. 32 (1). – P. 12–16.

2. Симс, Ч. Жаропрочные сплавы: пер. с англ. / Ч. Симс, В. Хагель. – М.: Металлургия, 1976. – 568 с.

3. Гольдштейн, М.И. Специальные стали: учеб. / М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. – М.: Металлургия, 1999. – 408 с.

4. Металловедение: в 2 т. / И.И. Новиков [и др.]. – М.: Издательский дом МИСиС, 2009. – 496 с.

5. Пат. RU 2 706 210 C2 РФ. Способ контроля охлаждающих каналов лопатки турбины / Бойко А.Н. – Публ. 12.07.1982.

6. Физическое материаловедение: учебник для вузов / Б.А. Калин, П.А. Платонов, Ю.В. Тузов, И.И. Чернов, Я.И. Штромбах. – М.: МИФИ, 2008. – Т. 6. – 672 с.

7. Lebedev, A.A. Influence of phase transformations on the mechanical properties of austenitic stainless steel / A.A. Lebedev, V.V. Kosarchuk // International Journal of Plasticity. – 1999. – Vol 16. – P. 749–767.

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

9. Analysis of the billet deformation behavior in egual channel angular extrusion / J.R. Bowen, A. Gholinia, S.M. Roberts, P.B. Prangnell // Materials Science and Engineering. – 2000. – № 287. – Р. 87–99.

10. О резервах традиционных технологий термической обработки сталей на пути повышения эксплуатационных свойств изделий // В.И. Муравьев, В.А. Ким, А.В. Фролов, А.М. Мартынюк, А.В. Кириков // Заготовительное производство в машиностроении. – 2010. – № 2 – С. 39–43.

11. Influence of different heat treatment parameters on microstructure and mechanical properties of C-MN strapping quality steels / S.N. Prasad, A. Saxena, M.M.S. Sodhi, P.N. Tripathi // Materials science and engineering: A. – 2008. – Vol. 476, №1-2. – P. 126–131.

12. Bigg, D.T. Microstructural evolution during the novel quenching and partitioning heat treatment of steel / D.T. Bigg, D.V. Edmonds // Materials science forum. – 2010. – Vol. 645–656. – P. 33–36.

13. Взаимосвязь структуры и свойств высоконагру­женных никелевых сплавов для дисков газотутринных двигателей / Б.С. Ломберг, М.М. Бакрадзе, Е.Б. Чабина, Е.В. Филонова // Авиационные материалы и техноло­гии. – 2011. – № 2. – С. 25–30.

14. Кириков, С.В. Анализ морфологических характеристик интерметаллидной фазы в жаропрочных никелевых сплавах / С.В. Кириков, В.Н. Перевезенцев, Ю.П. Тарасенко // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2016. – Т. 15, № 4. – С. 216–223. – DOI: 10.18287/2541-7533-2016-15-4-216-223

15. Тарасенко, Ю.П. Оптимизация режима термической обработки для продления ресурса лопаток турбин высокого давления / Ю.П. Тарасенко, О.Б. Бердник // Материаловедение. – 2012. – № 5. – С. 24–29.

16. Скуднов, В.А. Выбор оптимальной рабочей температуры никелевых сплавов ЧС70-ВИ и ЧС88У-ВИ с позиции синергетики / В.А. Скуднов, Ю.П. Тарасенко, О.Б. Бердник // Технология материалов. Институт Металлургии ИМет РАН. – 2008. – № 12. – С. 16–19.

17. Жаропрочные деформируемые свариваемые сплавы для деталей ГТД с низким температурным коэффициентом линейного расширения / С.В. Овсепян, Б.С. Ломбер, Т.Н. Григорьева, М.М. Бакрадзе // Металлург. 2013. – № 7. – С. 61–65.

18. Microstructure and texture evolution of bcc and fcc metals subjected to equal channel angular extrusion / A.A. Gazder, F. Dalla Torre, C.F. Gu, C.H.J. Davies, E.V. Pereloma // Materials Science and Engineering. – 2006. – № 415. – Р. 126–139.

19. Исследование структуры двух никелевых жаропрочных сплавов после высокотемпературной деформации / Д.И. Давыдов, Н.И. Виноградова, Н.В. Казанцев, Н.Н. Степанова // Физика металлов и металловедение. – 2015. – Т. 116, № 2. – С. 210–218.

20. Milman, U.V. Kharakteristika plastichnosti, opredelyayemaya metodom indentirovaniya / U.V. Milman, S.I. Chugunova, I.V. Goncharova // Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya: Fizika radiatsionnykh povrezhdeniy i radiatsionnoye materialovedeniye. – 2011. – No. 4 (98). – P. 182–187.

21. Indentation technique for mechanical behaviour of nanomaterials (bulk and coatings) / Yu.V. Milman, W. Loj­kow­ski, S.I. Chugunova, D.V. Lotsko, I.V. Gridneva, A.A. Golubenko // Solid State Phenomena. – 2003. – Vol. 94. – P. 55–58.

22. Petronić, S. Heat treatment effect on multicomponent nickel alloys structure / S. Petronić, A. Milosavljević // FME Transactions. – 2007. – Vol. 35, no. 4. – P. 189–193.

23. Сравнительное исследование структуры, фазового состава и механических свойств жаропрочных никелевых сплавов, полученных различными методами / А.Ю. Токмачева-Колобова, С.С. Манохин, В.Н. Санин, Д.М. Икорников, Д.Е. Андреев, М.Г. Токмачев, А.Ф. Зверев, Е.Г. Колобова // Физика и химия обработки материалов. – 2019. – № 3. – С. 69–79. DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-69-79

24. Получение мелкозернистой структуры крупногабаритных лопаток из жаропрочного никелевого сплава IN792 / И.В. Кандаров, Д.Л. Панкратов, В.М. Пиксаев, Ф.Ф. Кашапов, Ф.А. Ишмуратов // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2022. – Т. 24, № 3. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.3.08

25. Исследование изменений химического состава и структуры жаропрочного сплава на никелевой основе: научное издание / С.Л. Назаров, О.А. Масанский, А.А. Ко­валева, Т.Р. Гильманшина // Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2022. – № 7. –
С. 36–40. DOI: 10.35211/1990-5297-2022-7-266-36-40

Проведено исследование стабильности формирования изделий из сплавов 08Г2С и 12Х18Н10Т, синтезированных методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного формообразования 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 данный метод синтеза требует тщательной проработки технологических и энергетических параметров процесса. Рассмотрены параметры процесса наплавки, такие как режимы электронно-лучевой наплавки, режимы подачи наплавляемых проволок и позиционирование подающих мундштуков. Также произведена оценка степени влияния описанных параметров на стабильность формообразования. Разработан экспериментальный стенд для осуществления процесса синтеза, методика наплавки экспериментальных валиков и методика изготовления образцов для исследования микроструктуры. Произведен ряд экспериментальных наплавок, описаны микроструктуры полученных образцов и определены степени влияния различных параметров процесса на стабильность формирования. Установлено, что для устойчивого формирования первого валика необходимо точно подбирать соотношение скорости подачи проволоки к скорости наплавки. При наплавке последующих слоев необходимо уменьшать мощность электронного луча для предотвращения чрезмерного перегрева металла. Установлен оптимальный угол наклона подающих мундштуков относительно подложки, который составляет 45°, также для стабильного формирования последующих валиков необходимо четко регулировать подъем мундштуков между слоями. Определено, что при наплавке данным способом происходит равномерное перемешивание подаваемых материалов в зоне действия электронного луча и стабильное формообразование наплавляемого изделия, также количественная оценка содержания легирующих элементов в верхнем слое заготовки свидетельствует о полном перемешивании двух проволок.

Ключевые слова: аддитивные технологии, аддитивное формообразование, электронный луч, электронно-лучевая сварка, вакуумная наплавка, многопроволочная наплавка, электронно-лучевое аддитивное формообразование, спектрометрия, металлографический анализ, исследование микроструктуры.

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

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

Козырев Харитон Максимович (Москва, Российская Федерация) – техник кафедры «Технологии металлов» (Российская Федерация, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, e-mail: KozyrevKM@mpei.ru).

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

1. Microstructure and properties of Ti-6Al-4V articles 3D-printed with co-axial electron beam and wire technology / D. Kovalchuk, V. Melnyk, I. Melnyk, D. Savvakin, O. Dekhtyar, O. Stasiuk, P. Markovsky // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2021. – Vol. 30. – P. 1–16. DOI: 10.1007/s11665-021-05770-9
2. Kovalchuk, D. Microstructure and properties of 3D Ti-6Al-4V articles produced with advanced co-axial electron beam & wire additive manufacturing technology / D. Kovalchuk, O. Ivasishin, D. Savvakin // MATEC Web Conf. – 2020. – Vol. 321. – P. 03014. DOI: 10.1051/matecconf/202032103014
3. 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
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. Тилинин М.В. Аддитивные технологии в отечественном авиастроении: текущие позиции и направления развития / М.В. Тилинин, Б.М. Прибытков // Молодой ученый. – 2019. – № 47(285). – С. 133–138. – EDN OBMQQZ.
8. Zhang, Li. Preparation method for metallographic specimen of iron-carbon and silicon-aluminium alloy / Zhang Li, Wu Chaohua // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2338. – P. 012047. DOI: 10.1088/1742-6596/2338/1/012047
9. Перевертов, В.П. Технологические возможности концентрированных потоков энергии для формообразования деталей машиностроения / В.П. Перевертов, И.К. Андрончев, М.В. Иванкова // Надежность и качество сложных систем. – 2020. – № 1(29). – С. 76–83. – DOI 10.21685/2307-4205-2020-1-9. – EDN WZFDLA.
10.  Microstructure evolution and shape memory function mechanism of NiTi alloy by electron beam 4D printing / Guoqing Chen, Yaorui Ma, Xinyan Teng, Junpeng Liu, Binggang Zhang, Jian Cao, Yongxian Huang // Applied Materials Today. – 2023. – Vol. 31. – P. 101749. DOI: 10.1016/j.apmt.2023.101749.
11. Ormanova, M. Synthesis and characterization of Ti-Ta-shape memory surface alloys formed by the electron-beam additive technique / M. Ormanova, D. Dechev, N. Ivanov, G. Mi­hai, M. Gospodinov, S. Valkov, M. Enachescu // Coatings. – 2022. – Vol. 12. – P. 678. DOI: 10.3390/coatings12050678.
12. Митрянин, А.В. Построение образцов из титана аддитивными технологиями порошкового сплавления / А.В. Митрянин // 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.
13. Какорин, Д.Д. Способы послойного синтеза металлических изделий / Д.Д. Какорин, А.Ю. Лаврентьев // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2021. – № 3(11). – С. 24–33. DOI: 10.46573/2658-5030-2021-24-33. – EDN JQOPFA.
14. Амосов, А.П. 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
15. Dutkiewicz, J. Microstructure, mechanical properties, and martensitic transformation in NiTi shape memory alloy fabricated using electron beam additive manufacturing technique / J. Dutkiewicz, Ł. Rogal, D. Kalita, J. Kawałko, M. Weglowski, K. Kwieciński, P. Śliwiński, H. Danielewski, B. Antoszewski, E. Cesari // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2021. – Vol. 31. DOI: 10.1007/s11665-021-06241-x
16. Осколков, А.А. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий / А.А. Осколков, Е.В. Матвеев, И.И. Безукладников, Д.Н. Трушников, Е.Л. Кротова // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 3. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.3.11
17. Hassan, Mohd Roshdi. Review of the machining difficulties of nickel-titanium based shape memory alloys / Hassan Mohd Roshdi, Mehrpouya Mehrshad, Dawood Sarmad // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 564. – P. 533–537. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.564.533.
18. Mehrpouya, Mehrshad. Modeling of machining process of nickel-titanium based shape memory alloy. – Munich: GRIN, 2013.
19. 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.
20. 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.
21. Li, Zixiang. 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
22. Pu Ze. Control of droplet transfer during in-situ synthesis of NiTi alloys by dual-wire electron beam additive manufacturing / Pu Ze, Chang B. // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2369. – P. 012011. DOI: 10.1088/1742-6596/2369/1/012011
23. Гуденко, А.В. Формообразование изделий сложной геометрии методом электронно-лучевой наплавки / А.В. Гуденко, А.П. Слива // 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.
24. Гуденко, А.В. 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.
25. Gudenko, A.V. Influence of the beam oscillation parameters on the porosity of electron beam freeform fabricated titanium alloy SPT-2 / A.V. Gudenko, A.P. Sliva, D.V. Shishkin // 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

Изучен процесс разрушения паяных соединений сплава АМг6, полученных методом реакционно-контактной пайки с цинковым припоем марки HTS-2000. Реакционно-контактная пайка подразумевает бесфлюсовый процесс удаления оксидной пленки путем механического воздействия на поверхность образцов и использование диффузионно-активных припоев. За счет активного растворения цинка в алюминии при высоких температурах происходит взаимодействие припоя и основного паяемого материала. Под действием термических напряжений оксидная пленка растрескивается, это приводит к затеканию припоя в трещины, что обеспечивает контакт припоя с основным материалом. Дополнительное механическое удаление оксидной пленки способствует смачиванию припоем поверхности основного
материала.

Получены результаты механических испытаний на срез при комнатной температуре и температуре –80 °С. Определены значения максимального сдвигового напряжения при разрушении паяных внахлестку образцов. Проведен металлографический, электронноскопический, энергодисперсионный и фрактографический анализы изломов после разрушения для выявления причины разрушения паяных швов. Полученные результаты показывают, что предварительная подготовка поверхности основного материала и режимы пайки существенно влияют на механические свойства соединений. Температура механических испытаний оказывает несущественное влияние на значения максимального сдвигового напряжения. Экспериментальные данные свидетельствуют, что механизм разрушения смешанный и включает в себя зоны хрупкого (фасетчатого) и вязкого (чашечного) излома. Фрактографический анализ показал, что разрушение при срезе протекает по механизму распространения трещины в середине паяного образца по самым сильнонапряженным элементам микроструктуры, к ним относятся интерметаллидные фазы, оксиды и дефекты. Наличие оксидных включений в зоне шва подтверждается результатами картирования распределения химических элементов методом энергодисперсионного анализа.

Ключевые слова: высокотемпературная пайка, пайка натиранием, реакционно-контактная пайка, сплавы алюминия, цинковый припой, паяное соединение, пайка внахлест, разрушение на срез, фрактографический анализ изломов, механизм разрушения.

Шутов Илья Владиславович (Ижевск, Российская Федерация) – младший научный сотрудник лаборатории физики конденсированных сред (Российская Федерация, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская 1, корп. 4, e-mail: shutiny@gmail.com).

Кривилев Михаил Дмитриевич (Ижевск, Российская Федерация) – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией физики конденсированных сред (Российская Федерация, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская 1, корп. 4, e-mail: mk@udsu.ru).

Королев Михаил Николаевич (Ижевск, Российская Федерация) – кандидат физико-математических наук, инженер кафедры общей физики (Российская Федерация, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская 1, корп. 4, e-mail: korolev59@mail.ru).

1. Мальцев, Т.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов / Т.В. Мальцев. – 2-е изд. – М.: Металлургия, 1970. ‒ 364 с.

2. Евстифеев, А.Д. Анализ скоростных зависимостей критических напряжений в алюминиевых сплавах системы Al–Mg при ударных нагрузках / А.Д. Евстифеев, И.В. Смирнов, Ю.В. Петров // Физика твердого тела. ‒ 2020. ‒ Т. 62, вып. 11. ‒ C. 1749–1754.

3. Davis, J.R. ASM Specialty Handbook: Aluminum and Aluminum Alloys / J.R. Davis // ASM International. – 1993. – 784 p.

4. Paton, B. Space Technologies, Materials and Structures / B. Paton // CRC Press. – 2003. – 565 p.

5. Creber, D.K. A Mechanistic Study of Aluminum Vacuum Brazing / D.K. Creber, J. Ball, D.J. Field // SAE Transactions. ‒ 1987. ‒ Vol. 96. ‒ P. 648–655.

6. Никитинский, А.М. Пайка алюминия и его сплавов / А.М. Никитинский. – М.: Машиностроение, 1983. ‒ 192 с.

7. Справочник по пайке / под ред. И.Е. Петрунина. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2003. ‒ 480 с.

8. Злобин С.К. Пайка тонкостенных волноводных трактов из сплавов на основе алюминия с использованием индукционного нагрева / С.К. Злобин, А.Н. Сдобников // Решетневские чтения. – 2010. – С. 59–60.

9. Сидельников, С.Б. Механические свойства алюминиевых сплавов: монография / С.Б. Сидельников; Сиб. федер. университет, Ин-т цвет. металлов и материаловедения. ‒ Красноярск, 2012. ‒ 194 с.

10. Анализ смачивания и диффузионных процессов при контактном сплавлении припоев Zn–Cu–Al и Mg–Al со сплавом АМг3 / И.В. Шутов [и др.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. ‒ 2022. ‒ № 8. ‒ C. 80–86.

11. Лоцманов, С.Н. Руководство по пайке металлов / С.Н. Лоцманов. – М.: Оборонгиз, 1960. ‒ 191 с.

12. Золоторевский, В.С. Механические свойства металлов / В.С. Золоторевский. – М.: МИСИС, 1998. ‒ 400 с.

13. Фридляндер, И.Н. Высокопрочные сплавы системы Al–Zn–Mg–Cu / И.Н. Фридляндер, О.Г. Сенаторова, Е.А. Ткаченко // Энциклопедия. Машиностроение. Т. 2–3: Цветные металлы и сплавы. – М.: Металлургия, 2001. ‒ С. 94–128.

14. ГОСТ Р 3640-94 Цинк. Технические условия: постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 27.06.96 N 433 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации.

15. ГОСТ 4784-97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки (с Изменениями N 1, 2, 3, с Поправками). – М., 1997.

16. ГОСТ 21631-76. Листы из алюминия и алюминиевых сплавов. (с Изменениями N 1, 2, 3, с Поправками). – М., 1976.

17. ГОСТ 17325-79. Пайка и лужение. Основные термины и определения. – М., 1979. – 22 с.

18. EEA Aluminium Automotive Manual [Элек­трон­ный ресурс]. – Joining Brazing, EEA. – Belgium. ‒ 2015. – URL: https://www.european-aluminium.eu/

19. Петрунин, И.Е. Металловедение пайки / И.Е. Пе­трунин, И.Ю. Маркова, А.С. Екатова. – М.: Металлургия, 1976. ‒ 264 с.

20. TALAT Lecture 4601 Introduction to Brazing of Aluminium Alloys 1994 EAA. – European Aluminium Association. – 26 p.

21. Феллоуз, Дж. Фрактография и атлас фрактограмм: справочное издание / Дж. Феллоуз; пер. с англ. Е.А. Шур под ред. М.Л. Бернштейна. – М.: Металлургия, 1982. ‒ 489 с.

22. Ваулина, О.Ю. Макроскопический метод исследования металлов и сплавов Лабораторный практикум: метод, указ. по выполнению лаб. работы по курсу «Общее материаловедение. Материаловедение и технологии материалов» / О.Ю. Ваулина // Томск: Изд. ТПУ, 2015. ‒ 21 с.

23. Song-Mao, Liang. Analysis of microstructure formation in cast Zn alloys derived from computational thermodynamics of the Zn–Al–Cu–Mg system / Song-Mao Liang // Journal of Materials Science. ‒ 2019. ‒ Vol. 54. ‒ P. 9887–9906.

24. Антипов, В.В. Высокопрочные Al–Zn–Mg–Cu-сплавы и легкие Al–Li-сплавы / В.В. Антипов, О.Г. Сенаторова, Е.А. Ткаченко // МИТОМ. ‒ 2011. ‒ 19 c.

25. Бараз, В.Р. Физические основы упрочнения и разрушения материалов: учебное пособие / В.Р. Бараз, М.А. Филиппов. – Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2017. ‒ 192 с.

Сталь Р6М5 относится к инструментальным сталям и применяется для изготовления режущего инструмента всех видов для обработки при обычной скорости резания деталей из углеродистых и среднелегированных конструкционных сталей с пределами прочности до 90-100 МПа. Трудоемкость финишных операций может превышать 20 % в общей трудоемкости изготовления деталей. Линейка инструментов, изготовленных из быстрорежущей стали Р6М5 охватывает множество форм и размеров, специально разработанных для обработки твердых металлов, которое затрудняет создание универсальных способов финишной обработки. Актуальным является применение электрохимического полирования быстрорежущей стали, которое имеет существенное преимущество перед химическим травлением, применяемым в промышленности в последнее время. Исследован процесс электрохимического полирования инструментальной быстрорежущей стали Р6М5 в электролитах на основе фосфорной кислоты с различными добавками путем снятия потенциодинамических поляризационных кривых на установке Р-45Х. В электролитах на основе фосфорной кислоты с добавлением хромового ангидрида выявлено наличие петли Жаке, присущей электрохимическому полированию. Установлено влияние режимов и составов электролита для электрохимического полирования на качество поверхности. Исследования показали, что в электролитах 60–65 % фосфорной кислоты с добавками серной кислоты, хромового ангидрида и карбамида наблюдаются высокие показатели анодного выхода по току. Однако эффект глянцевого, зеркального блеска достигается в электролитах 88 % фосфорной кислоты с добавкой хромового ангидрида в пределах 7–8 %, в результате чего обеспечивается получение шероховатости поверхности, соответствующей 9–10-му классу чистоты поверхности, наиболее подходящим для применения в области машиностроения.

Ключевые слова: поляризационная кривая, плотность тока, потенциал, растрав, шероховатость поверхности, микроструктура, скорость развертки, электрохимическое полирование, электролит.

Квятковская Адель Станиславовна (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, заведующая кафедрой “Зеленой химии и ресурсосберегающей технологии” (Российская Федерация, 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: kvyatkovskay@mail.ru).

Хамзина Альбина Расиховна (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры “Технология машиностроения” (Российская Федерация, 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: e-mail: FATSTM@yandex.ru).

Назаров Алмаз Юнирович (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры “Технология машиностроения” (Российская Федерация, 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32,
e-mail: e-mail: nazarov_almaz15@mail.ru).

Рамазанов Камиль Нуруллаевич (Уфа, Российская Федерация) – доктор технических наук, заведующий кафедрой “Технология машиностроения” (Российская Федерация, 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: e-mail: ramazanovkn@gmail.com).

1. Грилихес, С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойство металлов / С.Я. Грилихес. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, 1987. – 232 с.

2. Попилов, Д.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: справочник – 2-е изд., перераб. и доп. / Д.Я. Попилов. – М.: Машиностроение, 1982. – 400 с.

3. Носенко, В.А. Физико-химические методы обработки материалов: учеб. пособие / В.А. Носенко, М.В. Даниленко. – Старый Оскол: ТНТ, 2012. – 196 с.

4. Электроимпулсьсное полирование. Электроимпульсное полирование на основе железа, хрома и никеля / Ю.В. Синькевич [и др.]. – Минск: БНТУ, 2014. – 325 с.

5. Никифоров, В.И. Электрохимические и электрофизические технологии в машиностроении: учеб. пособие / В.И. Никифоров; М-во образования и науки Российской Федерации, Санкт-Петербургский гос. политехнический ун-т. – СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2013. – 302 с.

6. Волков, А.И. Справочник по электрохимии /
А.И. Волков, А.А. Черник. – Минск: Книжный дом: ЛитераГранд, 2017. – 127 с.

7. Дамаскин, Б.Б. Электрохимия / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий, Г.А. Цирлина. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Химия, КолосС, 2006. – 672 с.

8. Лобода, А.А. Электрохимическая доводка аэродинамических профилей лопаточных колес / А.А. Лобода, С.А. Мозгов, Б.П. Саушкин // Известия МГТУ «МАМИ». – 2013. – Т. 2, № 2(16). – С. 251–257.

9. Фролов, К.В. Энциклопедия / К.В. Фролов. – М.: Машиностроение, 2001. – Т. 2-3. – 780 с.

10. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г.Л. Амитан [и др.]; под общ. ред. В.А. Волосатова. – Л.: Машиностроение: Ленингр. отд-ние, 1988. – 718 с.

11. Куликов, И.С. Электролитно-плазменная обработка материалов / И.С. Куликов, С.В. Ващенко, А.Я. Каменев. – Минск: Беларус. навука, 2010. – 232 с.

12. Федорова, Е.А. Анодная обработка поверхности хромистых сталей и титановых сплавов перед напылением нитрида титана / Е.А. Федорова // Гальванотехника и обработка поверхности. – 2001. – Т. 9, № 1. – С. 41–46.

13. Амирханова, Н.А. Повышение стойкости газовой коррозии при электрохимическом полировании сплавов ХН45МВТЮБР и ХН50ВМТЮБ / Н.А. Амирханова, В.Э. Галлиев, А.Р. Хамзина // Металлообработка. –
2008. – № 1 (43). – С. 17–21.

14. Шибаев, Б.А. Влияние условий обработки на показатели процесса электрохимического полирования легированных сталей / Б.А. Шибаев, В.С. Белова, А.В. Балмасов // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – Иваново, 2018. – Т. 61 (4-5). – С. 64–70.

15. Амирханова, Н.А. Повышение коррозионной стойкости сплава ЭП 648 к высокотемпературной газовой коррозии / Н.А. Амирханова, А.Р. Хамзина // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника – Пермь, 2014. –
№ 36. – С. 38–48.

16. Хенце, Г. Полярография и вольтамперометрия. Теоретические основы и аналитическая практика / Г. Хенце; пер. с нем. А.В. Гармаша и А.И. Каменева. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 284 с.

17. Комиссаренков, А.А. Потенциометрия: учебно-методическое пособие / А.А. Комиссаренков, Г.Ф. Пругло, В.А. Фёдоров // СПбГТУРП. – СПб., 2013. – 64 с.

18. Амирханова, Н.А. Электрохимическое полирование жаропрочных никель-хромовых сплавов ХН45МВТЮБР и ХН50ВМТЮБ / Н.А. Амирханова, А.Р. Хамзина // Металлообработка. – 2006. –
№ 5-6 (35-36). – С. 29–33.

19. Кац, Н.Г. Анализ поляризационных кривых стальных и магниевых сплавов / Н.Г. Кац // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. – 2016. – № 2(50). – С. 193–196.

20. Шибаев, Б.А. Электрохимическое полирование конструкционных легированных сталей / Б.А. Шибаев, А.В. Балмасов // Гальванотехника и обработка поверхности. – 2019. – Т. 27, № 2. – С. 23–30.

21. Плешкова, Е.В. Влияние скорости развертки при потенциодинамической поляризации на критерии питтингостойкости нержавеющих сталей / Е.В. Плешкова, С.С. Виноградова // Вестник технологического университета. – 2017. – Т. 20, № 6. – С. 51–53.

22. Виноградова, С.С. Исследование характеристик питтингостойкости хромоникелевых сталей в гальваностатических условиях на основе моделирования процесса / С.С. Виноградова, Р.Ф. Тазиева // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-14. – С. 3013–3018.

23. Кац, Н.Г. Поляризационные характеристики металлических материалов / Н.Г. Кац, С.В. Васильев // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. – 2016. – № 1(49). – С. 138–142.

24. Применение импульсных режимов при электрохимическом полировании коррозионностойких сталей / Ю. Г. Алексеев, А. Ю. Королев, В. С. Нисс [и др.] // Наука и техника. – 2019. – Т. 18, № 3. – С. 200-208.

25. Ставышенко А. С. Основные показатели качества поверхности деталей из нержавеющих сталей после полирования электрохимическим способом / А.С. Ста­вышенко // Сборник научных трудов Новосибирского государственного технического университета. – 2009. – № 1(55). – С. 51-56.

Представлены результаты теоретического обоснования процесса механического микрорезания режущих зерен боковых сторон отрезного круга при абразивной разрезке труб. Как показал анализ, при разрезке труб абразивным инструментом доминирующее влияние на качество и эффективность процесса обработки оказывают явления, протекающие при контакте боковых поверхностей круга с металлом. Результатами теоретических и экспериментальных исследований установлено, что характер протекания тепловых и деформационных процессов в значительной степени зависит от кинематических параметров процесса резания и геометрии рабочей поверхности режущего инструмента. В первую очередь необходимо определить площадь контакта отрезного круга и трубы, что важно для расчета плотности тепловых потоков при исследовании тепловых явлений, износа режущего инструмента и сил резания, возникающих в процессе абразивной разрезки.

Стоит отметить, что боковые поверхности инструмента, имеющие высокую режущую способность, предотвращают защемляющий эффект, а следовательно, боковое трение и теплонапряженность процесса разрезки снижаются. Были установлены аналитические зависимости, позволяющие определить характер процесса микрорезания и критические температуры, вызывающие интенсивность тепловыделения в процессе разрезки абразивными зернами, расположенными на боковых сторонах отрезного круга. Теоретически обоснованы основные направления повышения режущих свойств и формирования микрорезания боковых сторон круга на основании расчета критических температур, возникающих при микрорезании боковыми режущими сторонами отрезного круга, которые позволяют определить рациональные требования для качественной работы торцов круга, для обеспечения заданной точности поверхности разрезаемых труб.

Ключевые слова: абразивная разрезка, температура, износ инструмента, абразивные зерна, процесс микрорезания, доля механического резания, отрезной круг, осевая подача, боковые поверхности.

Левченко Елена Александровна (Севастополь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» (Российская Федерация, 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: ealev1978@mail.ru).

Светличная Ольга Викторовна (Севастополь, Российская Федерация) – старший преподаватель кафедры «Пищевые технологии и оборудование» (Российская Федерация, 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: ovsvetlichnaya@mailsevsu.ru).

1. Левченко, Е.А. Кинетика процесса трения при абразивной разрезке труб / Е.А. Левченко // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета Технические науки. – Симферополь: Изд-во НИЦ КИПУ, 2022. – Вып. № 3(77). – С. 169–175.
2. Левченко, Е.А. К вопросу применения абразивно-молекулярной гипотезы при исследовании качества поверхностного слоя разрезаемых труб при абразивной разрезке / Е.А. Левченко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – Пермь: Изд-во ФГАОУ ВО ПНИПУ, 2022. – Т. 24, № 4. – С. 87–95.
3. Левченко, Е.А. Анализ и расчет температур при абразивной разрезке труб / Е.А. Левченко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – Пермь: Изд-во ФГАОУ ВО ПНИПУ, 2023. – Т. 25, № 1. – С. 37–42.
4. Левченко, Е.А. Моделирование энергоемкости пластической деформации работы режущих поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб / Е.А. Левченко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – Пермь: Изд-во ФГАОУ ВО ПНИПУ, 2022. – Т. 24, № 1. – С. 15–20.
5. Levchenko, Е. Investigation of Thermal Processes in Abrasive Pipe Samplin / Е. Levchenko, N. Pokintelitsa // МATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01078. DOI: 10.1051/matecconf/201712901082.
6. Калинин, Е.П. Теория и практика управления производительностью абразивной обработки с учетом затупления инструмента: дис. … д-ра техн. наук: спец. 05.03.01 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки» / Е.П. Калинин. – Рыбинск, 2006. – 414 с.
7. Stephenson,  D. J.  High Efficiency Deep Grinding of low alloy steel with plated cBN wheels / D. J. Stephenson , T. Jin , J.  Corbett  // Annals of CIRP. – 2002. – Vol. 51/1/2002. – P.  241–244.
8. Bi Zhang Towards High Efficiency Machining. University of Connecticut: Presentation / Zhang Bi. – 2004.
9. Rowe, W. Brian Principles of Modern Grinding Technology / W. Brian Rowe. – 2014. – Edition: 2. – P. 444.
10. Левченко, Е.А. Пути повышения эффективности процесса абразивной разрезки труб с учетом износа вершин зерен отрезного круга / Е.А. Левченко // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2014. – Вип. 152. – C. 145–151.
11. Левченко, Е.А. Теплофизическая модель процесса абразивной разрезки труб отрезными кругами / Е.А. Левченко, Н.И. Покинтелица // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. – Севастополь: Изд-во ФГАОУ ВО СевГУ, 2016. – Вып. № 3. – C. 46–51.
12. Werner, G. High-Efficiency-Deep-Grinding (HEDG) – eine neue Variante des Hochleistungsschleifens verbindet das Hochgeschwindigkeits und Tiefschleifen / G. Werner // Deutsche Industrieforum für Technologie, 1995.
13. W. König, B. Stuckenholz. High performance grinding with CBN wheels — pre-conditions for process economy and successful application, Advanced Manufacturing Processes, 1987, 2:1–2, 105–139.
14. The process experimental study on high efficiency deep grinding for 9SiCr alloy steel with a CBN wheel / Guo Zongfu, Sheng Xiaomin, Xie Guizhi, Yin Dezhen, Li Wenxin // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 457–458. – Р. 172–176.
15. Grinding characteristic re-search of high efficiency deep grinding for viscous material / Xiaomin Sheng, Li Guo, Kun Tang, Haiqing Mi, Jianwu Yu, Tao Chen // Advanced Materials Research. – 2010. – Vols 126–128. – Р. 88–95.
16. Корчак, С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей / С.Н. Корчак. – М.: Машиностроение, 1974. – 280 с.
17. Jin, T. Investigation of the heat partitioning in high efficiency deep grinding / T. Jin, D.J. Stephenson // International Journal of Machine Tools & Manufacture. – 2003. – Vol. 43. – Р. 1129–1134.
18. Black, S.C. The effect of abrasive properties on the surface integrity of ground ferrous materials, PhD thesis / S.C. Black. – Liverpool John Moores University, 1996.
19. Ohishi, S. Analysis of Workpiece Temperature and Grinding Burn in Creep-Feed Grinding / S. Ohishi, Y. Furukawa // Bulletin of JSME. – 1985. – Vol. 28, 242. – P. 1775–1781.
20. Левченко, Е.А. Теоретическое исследование особенностей работы боковых поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб / Е.А. Левченко // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2010. – Вип. 107. – C. 114–117.
21. Левченко, Е.А. Анализ закономерностей удаления металла боковыми сторонами круга при абразивной разрезке труб / Е.А. Левченко, Ю.К. Новоселов // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2011. – Вип. 118. – C. 57–61.
22. Левченко, Е.А. Методика расчета параметров боковых поверхностей отрезных кругов при абразивной разрезке / Е.А. Левченко // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. – Севастополь: Изд-во ФГАОУ ВО СевГУ, 2017. – Вып. № 6. – C. 39–45.
23. Левченко, Е.А. Теория и практика абразивной разрезки труб: монография / Е.А. Левченко, Н.И. Покин­телица, А.О. Харченко. – М.: Вузовский учебник: ИНФРА-М, 2018. – 142 с. ISBN:9785955805993.
24. Rowe, W.B. Thermal analysis of high efficiency deep grinding / W.B. Rowe // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2001. – Vol. 41 (1). – P. 1–19.
25. CIRP Encyclopedia of Production Engineering. The International Academy for Production Engineering / S. Chatti, L. Laperrière, G. Reinhart, T. Tolio. – Edition: 2nd ed. Springer Berlin Heidelberg, 2019. – P. 1892.

Рассматривается влияние технологии лазерного ударного упрочнения (Laser Shock Peening/LSP) на геометрию и поверхностный слой пера лопаток газотурбинного двигателя.

На данный момент в авиадвигателестроительной отрасли наиболее широко применяется гидродробеструйное упрочнение для повышения прочности и стойкости пера лопаток к повреждению. Такой метод создает благоприятную эпюру остаточных сжимающих напряжений на поверхности пера лопатки. Однако глубина сжимающих остаточных напряжений при данном методе упрочнения составляет до 0,2 мм, что недостаточно для обеспечения требуемого уровня усталостной прочности лопаток при повреждении кромок от попадания посторонних предметов на глубину до 1 мм. Для повышения стойкости лопаток к попаданию посторонних предметов рассматривается метод лазерного ударного упрочнения. Технология упрочнения, кроме повышения прочности, должна сохранить исходную геометрию и шероховатость, чтобы не допустить снижения КПД и параметров газотурбинного двигателя.

Для оценки эффективности метода выбран объект – титановая лопатка 1-го каскада компрессора газотурбинного двигателя. Лазерному ударному упрочнению (Laser Shock Peening/LSP) подвергалась зона кромок пера лопаток шириной 5 мм. Поверхность пера лопатки после упрочнения LSP удовлетворяет требованиям конструкторской документации по шероховатости. Микроструктура лопаток после LSP не изменилась. Глубина сжимающих остаточных напряжений при LSP – более 0,3 мм, что превосходит гидродробеструйную обработку. Упрочнение привело к деформации кромок лопатки, величина которой составляет 14 мкм.

Технология упрочнения LSP не удовлетворяет требованиям по упрочнению, связанным с неухудшением геометрии. Необходимо провести отработку режима упрочнения.

Ключевые слова: лазер, лазерный удар, упрочнение, шероховатость, остаточные напряжения, морфология поверхности, титановый сплав, лопатки, дефект, деформация.

Ширяев Алексей Александрович (Пермь, Российская Федерация) – инженер КО-2993 (Российская Федерация, 614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: alex_sh_23-1@mail.ru).

Габов Иван Григорьевич (Пермь, Российская Федерация) – заместитель главного конструктора по прочности и ресурсу – начальник отделения 299 (Российская Федерация, 614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: gabov-ig@avid.ru).

Миленин Артем Сергеевич (Пермь, Российская Федерация) – начальник отдела КО-2993 (Российская Федерация, 614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: milenin-as@avid.ru).

1. Иноземцев, А.А. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. / А.А Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. – М: Машиностроение, 2008. – Т.2. – 368 c. – (Серия: Газотурбинные двигатели).
2. Непеин, К.Г. Повышение характеристик сопротивления усталости рабочих лопаток компрессора, изготовленных из титанового сплава / К.Г. Непеин, И.А. Селиванов // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – 2019. – № 57. – С. 129–136. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.57.10
3. Александров, И.М. Анализ возможности применения низкопластичного выглаживания для повышения надежности лопаток ГТД / И.М. Александров, К.Е. Миляев, С.В. Семенов // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – 2018. – № 53. – С. 86–96. DOI: 10.15593/2224-9982/2018.53.08
4. Технологическое обеспечение заданного качества поверхностного слоя деталей при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования / М.А. Тамаркин, А.С. Шведова, Р.В. Гребенкин, С.А. Новокрещенов // Вестник ДГТУ. – 2016. – № 3(86). – С. 46–52.
5. Шведова, А.С. Повышение эксплуатационных свойств деталей при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования / А.С. Шведова // Вестник ДГТУ. – 2015. – № 1(80). – С. 114–120.
6. Папшева, Н.Д. Методы алмазного выглаживания деталей машин и инструментов / Н.Д. Папшева // Современные проблемы теории машин. – 2016. – № 4(2). – С. 102–104.
7. Тамаркин, М.А. Повышение качества поверхностного слоя деталей при обработке поверхностным пластическим деформированием в гибких гранулированных средах / М.А. Тамаркин, Э.Э. Тищенко, В.Г. Лебеденко // Вестник Донского государственного технического университета. – 2009. – Т. 9, № 3 (42). – С. 213–224.
8. Коновалов, Л.И. Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей авиационных газотурбинных двигателей, как одна из перспективных технологий в авиастроении / Л.И. Коновалов, Г.Г. Ширваньянц // Молодой учёный. – 2015. – № 22 (102). – С. 141–147.
9. Влияние лазерной и механической упрочняющей обработки на свойства поверхностного слоя / А.А. Ширяев, В.Н. Трофимов, Н.В. Винокуров, В.В. Карманов // Математическое моделирование в естественных науках: сб. статей. – Пермь, 2018. – Т. 1. – С. 340–342.
10. Влияние параметров ультразвуковой дробеструйной обработки на физико-механические свойства поверхностного слоя образцов из сталей 08пс и 12Х18Н10Т / А.А. Ширяев, Д.В. Виндокуров, В.Н. Трофимов, В.В. Карманов // Математическое моделирование в естественных науках. – 2019. – Т. 1. – С. 181–184.
11. Сулима, А.М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / А.М. Сулима, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин. – М.: Машиностроение, 1988. – 240 с.
12. Лазерное ударное упрочнение титанового сплава ВТ6 с алюминиевым абляционным покрытием / М.А. Ляховецкий, Д.Д. Королев, Г.Д. Кожевников, М.В. Волков // Быстрозакаленные материалы и покрытия: сб. статей. – М., 2021. – С. 258–263.
13. Experimental and numerical investigation of residual stresses in laser shock peened AA2198 / S. Keller, S. Chupakhin, P. Staron, E. Maawad, N. Kashaev, B. Kluse­mann // Journal of Materials Processing Tech. – 2018. – Vol. 255. – P. 294–307.
14. Ebrahimi, M. The investigation of laser shock peening effects on corrosion and hardness properties of ANSI 316L stainless steel / M. Ebrahimi, S. Amini, M. Seyed // Int J Adv Manuf Technol. – 2017. – No. 88. – Р. 1557–1565. DOI: 10.1007/s00170-016-8873-0
15. Горунов, А.И. Упрочнение и наплавка волоконным лазером как способы целенаправленного формиро­вания структуры и свойств титанового сплава ВТ6 / А.И. Горунов, А.Х. Гильмутдинов // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2015. – № 4. – С. 40–44. DOI: 10.17073/1997-308X-2015-4-40-44
16. Муратаев, Ф.И. Особенности лазерного ударного упрочнения сталей и титановых сплавов / Ф.И. Муратаев, М.А. Клабуков // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. – 2012. – № 4, вып. 2. – С. 82–84.
17. Study on effect of laser shock peening as a pre-treatment on fatigue performance of hard-chorme plated 15–5 PH stainless steel / R. Sundar, P. Ganesh, Swati Maravi, Pushpendra K. Dwivedi, K.G. Ram, D.C. Nagpure, K. Ranganathan, Abhijit C., K.S. Bindra, R. Kaul // Lasers in Manufacturing and Materials Processing. – 2019. – Vol. 6. – P. 85–97 DOI: 10.1007/s40516-019-0082-x
18. Laser shock peening wavelength conditions for enhancing corrosion behaviour of titanium alloy in chloride environment / G.R. Kumar, G. Rajyalakshmi, S. Swaroop, S.A.X. Stango, U. Vijayalakshmi // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2019. – No. 41. – Р. 129. DOI: 10.1007/s40430-019-1633-y
19. Laser shock peening and its applications: a review / R. Sundar, P. Ganesh, K.G. Ram, G. Ragvendra, B.K. Pant, K. Vivekanand, K. Ranganathan, K. Rakesh, K.S. Bindra // Lasers in Manufacturing and Materials Processing. – 2019. – No. 6. – Р. 424–463. DOI: 10.1007/s40516-019-00098-8
20. Effects of shot-peening and re-shot-peening on four-pointbend fatigue behavior of Ti–6Al–4V / X.P. Jiang, C.S. Man, M.J. Shepard, T. Zhai // Mat Sci and Engg A. – 2007. – No. 468. – Р. 137–143.
21. Altenberger, I. On the effect of deep-rolling and laser peening on the stress-controlled low and high cycle fatigue behavior of Ti–6Al–4V at elevated temperatures up to 550 °C / I. Altenberger, R.K. Nalla, Y. Sano // Int J Fatigue. – 2012. – No. 44. – Р. 292–302.
22. Шиганов, И.Н. Лазерное ударное упрочнение алюминиевых материалов / И.Н. Шиганов, Д.М. Мельников, З.Й. Мьят // Лазеры в науке, технике, медицине: сб. статей. – М., 2017. – Т. 28. – С. 43–47.
23. Моделирование остаточных напряжений после лазерной ударной проковки / Е.А. Гачегова, О.А. Плехов, А.Ю. Изюмова, А.А. Костина // Математическое моделирование в естественных науках: сб. статей. – Пермь, 2021. – Т. 1. – С. 135–137.
24. Конечно-элементный анализ остаточных напряжений, возникающих в результате лазерной ударной проковки титанового сплава ВТ6 / О.А. Плехов, А.А. Костина, Р.И. Изюмов, А.Ю. Изюмова // Вычислительная механика сплошных сред. – 2022. – Т. 15, № 2. – С. 171–184.
25. Моделирование остаточных напряжений, созданных методом лазерного ударного упрочнения / Р.А. Сихамов, Ф. Фомин, З. Келлер, Н. Кашаев // Научно-практический электронный журнал Аллея Науки. – 2019. – Т. 2, № 6. – С. 18–25.
26. Kim, J.H. Effects of simulation parameters on residual stresses for laser shock peening finite element analysis / J.H. Kim, Y.J. Kim, J. S. Kim // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2013. – No. 27(7). – Р. 2025–2034. DOI: 10.1007/s12206-012-1263-0
27. Study on effect of time parameters of laser shock peening on residual stresses using FE simulation / J.H. Kim, Y.J. Kim, J.W. Lee, S.H. Yoo // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2014. – No. 28(5). – Р. 1803–1810. DOI: 10.1007/s12206-014-0327-8
28. Sakhvadze, G.Zh. Simulation of the technology of laser-shock-wave processing of titanium alloys with shape memory using dimensional analysis / G. Zh. Sakhvadze // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2021. – Т. 50, no. 4. – Р. 332–341.
29. Laser peening without coating as a surface enhancement technology / Y. Sano, K. Akita, K. Masaki, Y. Ochi, I. Alterberg, B. Schoites // Pulse. – 2006. – No. 100(40).
30. Sathyajith, S. Effect of laser shot peening on precipitation hardened aluminum alloy 6061-T6 using low energy laser / S. Sathyajith, S. Kalainathan // Opt. Laser Eng. – 2012. – No. 50. – Р. 345–348.
31. Sathyajith, S. Laser peening without coating on aluminum alloy Al-6061-T6 using low energy Nd:YAG laser / S. Sathyajith, S. Kalainathan, S. Swaroop // Opt. Laser Tehnol. – 2013. – No. 45. – Р. 389–394.
32. On the effect of deep-rolling and laser-peening on the stress-controlled low-and high-cycle fatigue behavior of Ti-6Al-4V at elevated temperatures up 550C / I. Altenberger, R.K. Nalla, Y. Sano, L. Wagner, R.O. Ritchie // Int. J. Fatigue. – 2012. – No. 44. – Р. 292–302.
33. Новиков, И.А. Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор) / И.А. Новиков, Ю.А. Нож­ницкий, С.А. Шибаев // Авиационные двигатели. – 2022. – № 2 (15). – С. 59–82. DOI: 10.54349/26586061_2022_1_59

Аддитивное производство – это инновационный подход к созданию изделий, основанный на выращивании изделий послойно; позволяет изготавливать сложные и уникальные детали, которые не могут быть получены традиционными методами. Также такая технология позволяет сократить время и затраты на производство, улучшить качество и точность изделий. Благодаря широкому спектру материалов и возможность создавать сложные структуры, аддитивное производство нашло применение в различных отраслях, включая авиацию, машиностроение и медицину. В медицинской отрасли с помощью аддитивного производства изготавливаются точные имплантаты, протезы и другие изделия, соответствующие анатомическим особенностям. Кроме того, аддитивные технологии позволяют создать сложные внутренние структуры для облегчения изделия и придания ему других характеристик.

В настоящем исследовании изучается возможность применения для имплантации конечностей стальных материалов (стали AISI 316L), а также печать решётчатых структур методом прямого лазерного нанесения металла. Научные источники показали возможность использования стали для имплантации. В результате получены пять образцов, напечатанных при следующих мощностях лазерного излучения: 60, 90, 120, 150 и 180 Вт. Образцы исследовались в продольном и поперечном сечении. Анализируя полученные данные, выявлена зависимость высоты наплавленного валика от мощности лазерного излучения. Градиентные показатели твёрдости обнаружены в каждом из образцов: в зоне термического влияния показатели выше, чем в верхних слоях. Искусственно созданную решётчатую структуру имеет образец, напечатанный при мощности 60 Вт. Показатели твёрдости для всех образцов варьируются от 180 до 260 HV 0,2. На микроструктуре обнаружены включения, в центре и вокруг которых высокие показатели твёрдости.

Ключевые слова: аддитивное производство, стальной сплав, имплантат, лазерная наплавка, материал, порошковая смесь, образец, решётчатая структура, микроструктура, микротвёрдость.

Романова Анастасия Михайловна (Казань, Российская Федерация) – аспирант кафедры лазерных и аддитивных технологий (Российская Федерация, 420126, г. Казань, ул. Четаева, 18, e-mail: rom.na18@mail.ru).

Горунов Андрей Игоревич (Казань, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры лазерных и аддитивных технологий (Российская Федерация, 420126, г. Казань, ул. Четаева, 18, e-mail: gorunow.andrej@yandex.ru).

1. Виниченко, А.В. Исследование применения аддитивных технологий в производстве аэрокосмической отрасли / А.В. Винниченко // Метрологическое обеспечение инновационных технологий, Санкт-Петербург. – 2020. – С. 121–122.

2. Левин, Э.Т. 3D-печать в машиностроении / Э.Т. Левин, А.А. Леонов // Материалы XIV международной научно-практической конференции, посвященной памяти доцента М.А. Анфиногенова. – Новосибирск, 2022. – С. 134–137.

3. Рощин, Д.Р. 3D-машины. Аддитивные технологии. Эксплуатация и анализ / Д.Р. Рощин, В.С. Обозний // Молодежная наука. Сборник лучших научных работ молодых ученых, Краснодар. – 2021. – С. 144–146.

4. Additive manufacturing techniques, their challenges, and additively manufactured composites for advanced engineering applications / Md Mazedur Rahman [et al.] // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. – 2023.

5. Isotropic octet-truss lattice structure design and anisotropy control strategies for implant application / Jiawei Feng [et al.] // Materials & Design. – 2021. – Vol. 203. – P. 109595.

6. Current trend of lattice structures designed and analysis for porous hip implants: A short review / Nik Nur Ain Azrin Abdullah [et al.] // Materials Today: Proceedings. – 2023.

7. Axial tension/compression and torsional loading of diamond and gyroid lattice structures for biomedical implants: Simulation and experiment / Anatolie Timercan [et al.] // Materials & Design. – 2023. – Vol. 225. – P. 111585.

8. Additively manufactured lattice structures with controlled transverse isotropy for orthopedic porous implants / Markel Alaña [et al.] // Computers in Biology and Medicine. – 2022. – Vol. 150. – P. 105761.

9. Recent advances of additive manufacturing in implant fabrication – A review / Md Hosne Mobarak [et al.] // Applied Surface Science Advances. – 2023. – Vol. 18. – P. 100462.

10. Pothala, Srinivas Recent advances of metallic bio-materials in additive manufacturing in biomedical implants – A review / Srinivas Pothala, M.V Jagannadha Raju // Materials Today: Proceedings. – 2023.

11. Compressive properties and deformation mechanism of selective laser melting of Ti6Al4V porous femoral implants based on topological optimization / Hai Li [et al.] // Composite Structures. – 2023. – Vol. 321. – P. 117326.

12. Bone bonding strength of diamond-structured porous titanium-alloy implants manufactured using the electron beam-melting technique / Daisuke Hara [et al.] // Materials Science and Engineering: C. – 2016. – Vol. 59. – P. 1047–1052.

13. Novel carbon nanotubes reinforced Ti28Nb35.4Zr matrix composites fabricated via direct metal deposition for bone implant applications / Khurram Munir [et al.] // Materialia. – 2023. – Vol. 29. – P. 101786.

14. Influence of the roughness of dental implants obtained by additive manufacturing on osteoblastic adhesion and proliferation: A systematic review / Juliana Dias Corpa Tardelli [et al.] // Heliyon. – 2022. – Vol. 8, iss. 12. – P. e12505.

15. Hybrid surface implants: Influence of residual stress on mechanical behavior, evaluated by finite element analysis and validation by fatigue tests / Marta Sanjuán [et al.] // Dental Materials. – 2023.

16. Feasibility evaluation of a new lattice for porous surface design in additive manufacturing medical implants
under interfacial tensile bonded testing / Yu-Tzu Wang
[et al.] // Additive Manufacturing. – 2023. – Vol. 66. –
P. 103455.

17. Polymeric composites of cubic-octahedron and gyroid lattice for biomimetic dental implants / Bankole I. Oladapo [et al.] // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – Vol. 289. – P. 126454.

18. Предеин, Ю.А. Костные и клеточные имплантаты для замещения дефектов кости / Ю.А. Предеин, В.В. Рерих // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 6.

19. Сравнительная характеристика материалов, применяемых в стоматологической имплантации / А.А. Егоров, М.Н. Дровосеков, А.М. Аронов, О.М. Рожнова, О.П. Егорова // Бюллетень Сибирской медицины. – 2014. – Т. 3, № 6. – С. 41–47.

20. Inamuddin. Magnesium-based alloys and nanocomposites for biomedical application / Magesh Sankar [et al.] // Applications of Nanocomposite Materials in Orthopedics. – 2019. – P. 83–109.

21. Boutrand, J.P. Efficient evaluations of bone implants performances / J.P. Boutrand // Biocompatibility and Performance of Medical Devices. – 2020. – P. 305–337.

22. Revell, Peter A. Materials for joint replacement / Ks Katti, D. Verma, Dr. Katti // Joint Replacement Technology: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials. – 2008. – P. 81–104.

23. Fretting corrosion processes and wear mechanisms in medical implants / Yu Yan, J. Geringer, K. Kim, J. Pellier, D.D. Macdonald // Bio-Tribocorrosion in Biomaterials and Medical Implants: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials. – 2013. – P. 45–73.

24. Amirhossein, Goharian. Bioinert Metals (Stainless Steel, Titanium, Cobalt Chromium) / Amirhossein Goharian, Mohamed R. Abdullah // Trauma Plating Systems: Biomechanical, Material, Biological, and Clinical Aspects. – 2017. – P. 115–142.

25. Biomaterials: design, development and biomedical applications / Sabu Thomas, Yves Grohens, Neethu Ninan, Gownolla Malegowd Raghavendra, Kokkarachedu Varaprasad, Tippabattini Jayaramudu // Nanotechnology Applications for Tissue Engineering. – 2015. – P. 21–44.

26. Di Silvio, Lucy Cellular response to bioceramics / Lucy Di Silvio, A. Woesz, S.M. Best // Cellular Response to Biomaterials: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials. – 2009. – P. 136–155.

27. Wandelt, Klaus Corrosion in Biomedical Applications / Klaus Wandelt, S. Virtanen // Encyclopedia of Interfacial Chemistry: Surface Science and Electrochemistry. – 2018. – P. 128–133.

28. Пат. 20450 РФ. Металлический имплантат различного назначения для травматологии и ортопедии. – № 2001110820/20; заявл. 25.04.2001; опубл. 10.11.2001. – 9 с.