Рассматриваются способы пневматического уплотнения стержневых и формовочных смесей, классификация машин, применяемых для этих целей, а также рабочие процессы этих устройств при их реализации. Пескодувный способ, предназначенный первоначально только для формовки стержней, породил целое семейство пневмоимпульсных методов и машин для их осуществления, пригодных для изготовления не только стержней, но и форм. В настоящее время можно выделить следующие их разновидности: пескодувную, пескострельную, пескострельно-ствольную, пескострельно-пульсирующую, пескодувно-шланговую, воздушно-фильтрационную и воздушно-импульсную формовки. Объединяет их то, что по сути единственным уплотняющим смесь фактором является воздействие сжатого воздуха. Применяется преимущественно стандартное магистральное давление сжатого воздух – до 0,7 МПа, но при высокоимпульсной формовке исходное давлением достигает 1 МПа и больше. Соответственно, и характер воздействия сжатого воздуха, и рабочий процесс формовочных устройств будут различаться. Проведен анализ характера воздействия сжатого воздуха на формообразование. Показано, что для интенсификации процесса эффективные площади сечения клапана дутья и вент в устройствах необходимо увеличить, что ведет к росту предельного давления в гильзе, но одновременно к падению давления в патроне. При выборе количества и размеров щелей приоритетным является требуемое давление в гильзе. Площадь вдувного отверстия необходимо уменьшить, хотя это положение абсолютно точно с точки зрения газодинамики, оно ведёт к уменьшению мгновенного расхода воздушной смеси и тем самым к снижению производительности машины. Это подтверждает тезис о схожести пескодувно-пескострельных и импульсных процессов. Приведены уравнения, описывающие рабочий процесс воздушно-импульсных формовочных машин в сравнении с пескодувными и пескострельными формовочными машинами.

Ключевые слова: литейное производство, формовочное устройство, пневмоимпульсный метод, пескодувный метод, пескострельный метод, стержневая смесь, формовочная смесь, уплотнение смеси, рабочий процесс, воздушный поток, ресивер, модельно-опочная оснастка.

Кузембаев Серик Бапаевич (Кокшетау, Республика Казахстан) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Инженерные технологии и транспорт» (Республика Казахстан, 020000, Кокшетау, ул. Сатпаева, 3, e-mail: ksb_mlp@mail.ru).

Ларионова Наталья Вячеславовна (Красноярск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры материаловедения и технологий обработки материалов СФУ (Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79, e-mail: lnv2002@yandex.ru).

Березюк Владимир Григорьевич (Красноярск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры материаловедения и технологий обработки материалов СФУ (Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79, e-mail:
vberezuk@mail.ru).

Токмин Александр Михайлович (Красноярск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры материаловедения и технологий обработки материалов СФУ (Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79, e-mail: tam550@yandex.ru).

1. Лесниченко, В.Л. Классификация методов уплотнения песчаных смесей потоком воздуха / В.Л. Лесниченко // Литейное производство. – 1982. – № 2. – С. 24–25.

2. Можарин, В.П. Литейное производство: учебное пособие в двух книгах. Кн. 1 / В.П. Можарин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2011. – 408 с.

3. Кечин, В.А. Технологическое оборудование для производства отливок из сплавов черных и цветных металлов: учеб. пособие / В.А. Кечин, Ю.Д. Корогодов; Владим. гос. ун-т имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. – Владимир: Изд-во ВлГУ, 2012. – 231 с.

4. А.С. 181779. СССР. Пескострельный пульсирующий полуавтомат. Заявл. 29.02.1964. № 886002/22-2. Опубл. 21.04.1966. БИ. № 10

5. Кукуй, Д.М. Теория и технология литейного производства: учебник: в 2 ч. Ч. 2. Технология изготовления отливок в разовых формах / Д.М. Кукуй, В.А. Скворцов, Н.В. Андрианов. – Минск: Новое знание; М.: ИНФРА-М, 2011. – 406 с.

6. Направление вдува смеси в пескодувно-прессовых формовочных машинах / Т.И. Ахтырская, Ю.Г. Винюков, В.Д. Пепенко [и др.] // Литейное производство. – 1973. – № 11. – С. 19–20.

7. Пат. 4462777. США. Пескодувная формовочная машина. Заявл. 21.4.82. № 370551. Опубл. 31.7.84. МКИ В22С15/24. НКИ 425/87.

8. Способ изготовления песчаных форм / Мицубиси дзюко гихо = Мitsubishi juko giho. 1983. V. 20. № 4.
Р. 428-434 // РЖ «Технология машиностроения». –
1984. – № 4Г. – Реф. № 4Г210. – С. 23.

9. Категоренко, Ю.И. Технологическое оборудование литейных цехов: учебное пособие / Ю.И. Категоренко, М.В. Ведерников, В.В. Сапронов; под общ. ред. Ю.И. Категоренко. – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2018. – 454 с.

10. Приходько, О.В. Современные методы формообразования как комбинация классических способов изготовления литейных форм и стержней / О.В. Приходько, В.А. Корсун, А.Р. Абдулов // ВІСНИК Донбаської державної машинобудівної академії. – 2014. – № 1 (32). – С. 125–128.

11. Матвеенко, И.В. Оборудование литейных цехов / И.В. Матвеенко, В.Л. Тарский. – М.: Машиностроение, 1985. – 400 с.

12. Матвеенко, И.В. Оборудование литейных цехов: учеб. пособие / И.В. Матвеенко. – Ч. 1. – М.: МГИУ, 2006. – 172 с.

13. Аксенов, П.Н. Некоторые вопросы теории машин литейного производства / П.Н. Аксенов. – М.: Машгиз, 1962. – 232 с.

14. Заявка 58-61949. Япония. Пескодувная головка. Заявл. 8.10.81. №56-159459. Опубл. 13.4.83. МКИ В22С 15/24.

15. Красников, В.В. Подъемно-транспортные машины / В.В. Красников. – М.: Колос, 1981. – 263 с.

16. Аксенов, П.Н. Аналитический расчет рабочего процесса пескодувных формовочных и стержневых машин / П.Н. Аксенов // Литейное производство. – 1959. – № 1. – С. 15–20.

17. Башта, Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика / Т.М. Башта. – М.: Машиностроение, 1972. – 320 с.

18. Гарибян, Г.С. Процесс истечения сжатого воздуха из ресиверов пескодувного резервуара и импульсного клапана при пескодувно-импульсном процессе / Г.С. Гарибян, О.А. Шуйкин, М.Г. Мхитарян //Омский научный вестник. – 2010. – № 2 (90). – С. 61–63.

19. Влияние проходного сечения вент на качество литейных форм при воздушно-импульсном способе формовки / Г.С. Гарибян, О.А. Шуйкин, М.И. Чередниченко, Д.В. Лаврик // Омский научный вестник. – 2007. –
№ 2 (56). – С. 138–140.

20. Карпенко, В.М. Рабочий процесс и механизм уплот­нения формовочных смесей в воздушно-импульсных формовочных машинах / В.М. Карпенко // Вестник Белорусско-Российского университета. – 2009. – № 4 (25). – С. 80–89.

21. Способ изготовления литейных форм и устройство для его осуществления Патент РФ RU2472600C1 / Бех Н.И., Волкомич А.А., Лутц Р.Р. // СПК: B22C15/08 B22C15/28 3аявл. 24.05.2011. опубл. 20.01. 2013.

22. Голуб, Д.М. Импульсно-прессовая формовочная машина / Д.М. Голуб, А.П. Мельников, В.Д. Болотский // Литейное производство. – 2002. – № 1. – С. 18–19.

23. Приходько, О.В. Современные методы формообразования как комбинация классических способов изготовления литейных форм и стержней / О.В. Приходько, В.А. Корсун, А.Р. Абдулов // ВІСНИК Донбаської державної машинобудівної академії. – 2014. – № 1 (32). – С. 125–128.

24. Буданов, Е. Современное производство по Сэйатцу-процессу сложных отливок типа. «Корпус электродвигателей» / Е. Буданов // Литейщик России. – 2008. – № 12. – С. 11–15.

25. Сагитов, К.Б. Инновационная технология «Сейатцу-процесс» для модернизации литейного производства / К.Б. Сагитов, А.К. Жунусова // современная наука: проблемы, идеи, тенденции: материалы междунар. (заочной) науч.-практ. конф. / под общ. ред. А.И. Вострецова. – 2019. – С. 88–92.

26. Афонаскин А.В. Самая крупная Опочная линия в Европе и эффективное Литейное производство Georg Fischer / А.В. Афонаскин // Вестник Курганского государственного университета. – 2008. – № 3 (13). – С. 52–60.

Цель работы заключалась в определении аналитической и эмпирической зависимостей скорости самовращения сменных многогранных пластин (СМП) от возникающей тангенциальной составляющей силы трения СМП о поверхность заготовки и режимов резания при ротационном торцевом фрезеровании стали 45.

При выполнении аналитического исследования была использована и дополнена гипотеза ведущего звена при контакте тела качения (в нашем случае СМП) с поверхностью заготовки. Для получения опытных эмпирических значений реальной скорости самовращения СМП в процессе ротационного торцевого фрезерования было выполнено проектирование и изготовление стенда. Это оборудование позволяет за счет создаваемого стробоскопического эффекта во время фрезерования увидеть процесс обновления режущей кромки СМП без применения высокоскоростной видеосъемки, в отличие от методов иностранных исследователей данного процесса. Суть стробоскопического эффекта заключается в синхронизации вспышки от источника света стенда с частотой оборотов ротационной торцевой фрезы в процессе обработки металла резанием.

Выполнено теоретическое исследование процесса самовращения СМП с последующим выводом формул скорости самовращения в зависимости от влияющих на неё факторов. Также проведен натурный эксперимент с видеофиксацией вращения СМП в процессе ротационного торцевого фрезерования стали 45. Выявлен механизм влияния параметров режимов обработки на скорость самовращения СМП. Даны рекомендации по увеличению режимов обработки с целью повышения производительности.

Ключевые слова: скорость самовращения, СМП, фрезерование, резание, эксперимент, стробоскоп, стенд, ротационное резание, ротационное фрезерование, самовращение сменных многогранных пластин.

Мошков Кирилл Сергеевич (Екатеринбург, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Технологии машиностроения, станки и инструменты», Институт новых материалов и технологий Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина (Российская Федерация, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19; e-mail: moshkov-ks@mail.ru).

Журавлев Михаил Петрович (Екатеринбург, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии машиностроения, станки и инструменты», Институт новых материалов и технологий Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (Российская Федерация, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19; e-mail: mzhuravlev12@gmail.com).

Дербенев Сергей Михайлович (Екатеринбург, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Электронное машиностроение», Институт новых материалов и технологий Уральского федерального университета им. Президента России Б.Н. Ельцина (Российская Федерация, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19; e-mail: derbenevsm@yandex.ru).

Элькинд Дмитрий Михайлович (Екатеринбург, Российская Федерация) – ст. преподаватель кафедры «Технологии машиностроения, станки и инструменты», Институт новых материалов и технологий Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (Российская Федерация, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19; e-mail: dos1600@mail.com).

1. Ермаков, Ю.М. Развитие способов ротационного резания / Ю.М. Ермаков. – М., 1989. – 56 с.
2. Коновалов, Е.Г. Прогрессивные схемы ротационного резания металлов / Е.Г. Коновалов, В.А. Сидоренко, А.В. Соусь. – Минск: Наука и техника, 1972. – 272 с.
3. Осипков, Л.А. Разработка и исследование процесса торцового фрезерования ротационным твердосплав¬ным инструментом: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.08 / Л.А. Осипков. – Минск, 1975. – 222 с.
4. Fundamental study of self-propelled rotary tool for turning superalloys / H. Sassi, V. Wagner, G. Dessein, 
J.-P. Salabert, S. Hannich // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2023. – Vol. 131. – P. 1–18. DOI: 10.1007/s00170-023-11935-8
5. Металлорежущий инструмент POKOLM: Инновационные системы фрезерования: материалы технического семинара. – Екатеринбург, 2021.
6. Armarego, E.J.A. Fundamental studies of driven and self-propelled rotary tool cutting processes–I. Theoretical investigation / E.J.A. Armarego, Ven Karri, A.J.R. Smith // International Journal of Machine Tools & Manufacture – INT J MACH TOOL MANUF. – 1994. – Vol. 34. – P. 785–801. DOI: 10.1016/0890-6955(94)90059-0
7. Li, L. A model for cutting forces generated during machining with self-propelled rotary tools / L. Li, H.A. Kishawy // International Journal of Machine Tools & Manufacture – INT J MACH TOOL MANUF. – 2006. – Vol. 46. – P. 1388–1394. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2005.10.003
8. Baro, P.K. Modeling of cutting forces in a face-milling operation with self-propelled round insert milling cutter / P.K. Baro, S.S. Joshi, S.G. Kapoor // Int J Mach Tool 
Manu. – 2005. – Vol. 45(7-8). – P. 831–839. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2004.11.008
9. Experimental investigations and development of cutting force model for self-propelled rotary face milling cutter in machining of titanium alloy. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B / J. John Jegaraj, Ch Surender Raju, K. Kumar, Csp. Rao // Journal of Engineering Manufacture. – 2014. – Vol. 228. – P. 1081–1089. DOI: 10.1177/0954405414522446
10. Patel Kaushikkumar. Mechanics of machining of face-milling operation performed using a self-propelled round insert milling cutter / Patel Kaushikkumar, Joshi Suhas // Journal of Materials Processing Technology – J MATER PROCESS TECHNOL. – 2006. – Vol. 171. – P. 68–76. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.06.046
11. Гатитулин, М.Н. Механика самовращения круглых режущих элементов ротационной фрезы / М.Н. Гатитулин, С.Д. Сметанин, М.А. Соколов // Альманах современной науки и образования. – 2009. – 
№ 12-1. – С. 21–26. – EDN OWFCLF.
12. Капитуров, Р.В. Механика вращения режущей пластины в круглом чашечном самовращающемся резце / Р.В. Капитуров // «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс»: Периодическое научное издание. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. ун-та, 2015. – 
№ 02(24). – 196 с. – C. 162–173 – EDN TYVZOB.
13. Euanac, I.G. Modeling Static and Dynamic Cutting Forces and Vibrations for Inserted Ceramic Milling Tools / I.G. Euanac, E. Ozturkb, N.D. Sims // 14th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations (CIRP CMMO) Procedia CIRP 8. – 2013. – P. 564–569. DOI: 10.1016/j.procir.2013.06.151
14. Lu Yujiang. Research on cutting performance in high-speed milling of TC11 titanium alloy using self-propelled rotary milling cutters / Lu Yujiang, Chen Tao // 
The International Journal of Advanced Manufacturing 
Technology. – 2021. – Vol. 116. – P. 2125–2135. DOI: 10.21203/rs.3.rs-205334/v1
15. Леви-Чивита, Т. Курс теоретической механики... [Текст] / Т. Леви-Чивита, У. Амальди; пер. со 2 итал. изд. проф. В.Ф. Кагана. – М.; Л.: Глав. ред. общетехн. лит-ры, 1935–1951 (Л.: тип. им. Евг. Соколовой). – 16 т.; 23х15 см. Т. 1, ч. 1: Кинематика, принципы механики. Т. 1, ч. 1 [Текст]. – 1935. – 383 с.
16. Кабалдин, Ю.Г. Самоорганизация в процессах трения при резании / Ю.Г. Кабалдин, М.В. Семибратова, В.В. Кириченко // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. – 2002. – Т. 305, вып. 1: Совершенствование процессов резания и поверхностного пластического деформирования. – С. 95–100.
17. Локтев, Д. Основные виды износостойких покрытий / Д. Локтев, Е. Ямашкин // Наноиндустрия. – 2007. – № 5. – С. 24–31. – EDN NXPGVV.
18. Журавлев, М.П. Виброустойчивость торцевых ротационных фрез / М.П. Журавлев, К.С. Мошков, И.С. Бочков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 40–47. DOI: 10.15593/2224-9877/2024.2.05. – EDN FABBSN.
19. Рылько, Н.М. Стробоскопический эффект / Н.М. Рылько // Вестник науки и образования. – 2019. – № 8-1(62). – С. 12–14. DOI: 10.24411/2312-8089-2019-10802. – EDN YKNRWS.
20. Каплиенко, А.И. Стробоскопическое устройство для выделения слабых периодических сигналов / А.И. Каплиенко. – Харьков: ФТИНТ, 1983. – 15 с. – (Препринт. / АН УССР, Физ.-техн. ин-т низ. температур. 17-83).
21. Зихла, Ф. ЖКИ, светоизлучающие и лазерные диоды: схемы и готовые решения = LEDs, LCDs und Lasertechnik: Schaltungssammlung [Текст] = LEDs, LCDs und Lasertechnik: Schaltungssammlung / Ф. Зихла; пер. с нем. Виктора Букирева. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 317 с. 
22. Дзюба, Д.А. Лабораторный стробоскоп своими руками / Д.А. Дзюба // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2019. – № 2-3. – С. 22–25. – EDN JGAYFO.
23. Zhang Xi. Feasibility Study on Improving Image Motion Blur with Stroboscope for Micro Tool Measurement / Zhang Xi, Cheng Fang, Bao Sheng // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 381. – P. 25–29. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.381.25
24. Журавлев, М.П. Износостойкость торцевых ротационных фрез / М.П. Журавлев, Д.М. Элькинд, Е.Э. Абраменко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 66–72. DOI: 10.15593/2224-9877/2024.2.08. – EDN VDWWNZ.
25. Comparative study on the cutting performance of self-propelled rotary cutters and indexable cutters in milling TC11 titanium alloy / Chen Tao, Wang Yongsheng, Gao Weijie, Li Rui // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 111. – P. 1–10. DOI: 10.1007/s00170-020-06273-y
26. But, A. The Influence of the Cutting Tools Parameters on Inconel CNC Manufacturing / A. But, Layan Gal // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 416. – P. 012101. DOI: 10.1088/1757-899X/416/1/012101
27. Ezugwu, E. Improvements in the machining of aero-engine alloys using self-propelled rotary tooling technique / E. Ezugwu // Journal of Materials Processing Technology – J MATER PROCESS TECHNOL. – 2007. – 
Vol. 185. – P. 60–71. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2006.03.112
28. Development of a milling cutter with SPRT for difficult-to-cut materials machining / Yuya Kato, Norikazu Suzuki, Eiji Shamoto, Yukio Naiki, Yuji Takagi // The Proceedings of The Manufacturing & Machine Tool Conference. – 2016. – 2016.11. – D21. DOI: 10.1299/jsmemmt.2016.11.D21

Известно, что очистка при фильтрации через пенокерамические фильтры (ПКФ) происходит в основном за счет адгезии примесных компонентов к материалу фильтра, который должен быть адаптирован к компонентам сплавов. С использованием методов сканирующей электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света проведена сравнительная характеристика влияния фазового состава ПКФ марок FCF-1Z (SQ Group, Китай) и Selee (США) на микроструктуру жаропрочных никелевых сплавов марок ВХ4Л-ВИ и ЧС70-ВИ. Установлено, что ПКФ марки FCF-1Z содержит в основном хорошо окристаллизованные фазы циркона (ZrSiO4), фосфата и оксида магния. Пики диоксидов циркония имеют очень малую интенсивность. ПКФ марки Selee представляет собой смесь моноклинной и тетрагональной модификаций диоксида циркония с примесью ZrSiO4. Содержание моноклинной модификации ~ 56 %. Заливку осуществляли в вакууме по стандартной технологии в промышленных условиях через нагретый до температуры 1050–1070 °С фильтр. В случае обоих ПКФ отмечена концентрация оксидных соединений титана и алюминия около фильтра, в основном сплаве концентрация титана снижается. При использовании ПКФ марки FCF-1Z (SQ Group, Китай) на границе раздела наряду с оксидами зафиксированы нитриды титана и ниобия. В составе основного сплава ниобий не идентифицируется. Вблизи границы раздела отмечено формирование интерметаллидов, содержащих вольфрам, молибден и хром. Таким образом, часть легирующих элементов переходит в состав интерметаллидных фаз. При использовании ПКФ марки Selee (США) такой эффект не наблюдали.

Ключевые слова: фазовый состав, никелевый сплав, фильтрация, пенокерамический фильтр, адгезия, диоксид циркония, оксид магния, граница раздела, оксидные соединения, нитриды.

Порозова Светлана Евгеньевна (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-кт, 29, e-mail: sw.porozova@yandex.ru).

Лебедева Ксения Николаевна (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-кт, 29,
e-mail: lebedkseni@mail.ru).

Максимова Анастасия Григорьевна (Пермь, Российская Федерация) – магистр Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения» ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-кт, 29, e-mail: maksimova-ag97@mail.ru).

1. Aubrey, L.S. Foundry applications of ceramic-foam filters-filter selection and installation / L.S. Aubrey // Foundry Trade J. Int. – 1981. – Vol. 11, iss. 1. – P. 37–38, 40–42.
2. Gairing, R.W. Application of inclusion filtration to continuously cast steels / R.W. Gairing, P.A. Bosomwort, M.A. Gummings // Iron and Steel Eng. – 1992. – Vol.69, iss.10. – P. 28–32.
3. Magnesium Filtration with Ceramic Foam Filters and Subsequent Quantitative Microscopy of the Filters / P. Bakke, T.A. Engh, E. Bathen, D. Qymo, A. Nordmark // Materials and Manufacturing Processes. – 1994. – Vol. 9, iss. 1. – P. 111–138. DOI: 10.1080/10426919408934888
4. Adler, J. Open-celled foam ceramics, Part 1 [Offenzellige Schaumkeramik, Teil 1] / J. Adler, G. Standke // Keramische Zeitschrift. – 2003. – Vol. 55, iss. 9. – P. 694–703.
5. Characterization of Ceramic Foam Filters Used for Liquid Metal Filtration / M.W. Kennedy, K. Zhang, R. Fritzsch, Sh. Akhtar, J.A. Bakken, R.E. Aune // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2013. – Vol. 44. – P. 671–690. DOI: 10.1007/s11663-013-9799-7
6. Wetting behavior of aluminium and filtration with Al2O3 and SiC ceramic foam filters / S. Bao, M. Syvertsen, A. Kvithyld, T. Engh // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2014. – Vol. 24, iss. 12. – P. 3922–3928. DOI: 10.1016/S1003-6326(14)63552-4
7. Офицеров, Л.Л. Пенокерамические фильтры для фильтрации жаропрочных никелевых сплавов / Л.Л. Офицеров, Б.С. Заволоснов // Литейное производство. – 1993. – № 4. – С. 19–20.
8. Суворов, С.А. Гидродинамическое моделирование процесса фильтрации расплавов металлов через высокоогнеупорные ячеистые пенокерамические фильтры / С.А. Суворов, Н.Б. Тебуев // Огнеупоры. – 1992. – № 6. – С. 11–15.
9. Леонов, А.Н. Теория проектирования пенокерамических фильтров для очистки расплавов металлов / А.Н. Леонов, М.М. Дечко // Огнеупоры и техническая керамика. – 1999. – № 12. – С.14–20.
10. Antsiferov, V.N. Foam Ceramic Filters for Molten Metals: Reality and Prospects / V.N. Antsiferov, S.E. Porozova // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 
2003. – Vol. 42, iss. 9. – P. 474–476. DOI: 10.1023/B:PMMC.0000013219.43559.46
11. Effect of Fluid Bypassing on the Experimentally Obtained Darcy and Non-Darcy Permeability Parameters of Ceramic Foam Filters / S. Akbarnejad, M. Saffari Pour, L.T.I. Jonsson, P.G. Jönsson // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2017. – Vol. 48. – P. 197–207. DOI: 10.1007/s11663-016-0819-2
12. Innovation in ceramic foam filters manufacturing process / V.R. Salvini, B. Luchini, C.G. Aneziris, V.C. Pandolfelli // International Journal of Applied Ceramic Technology – 2018. – Vol. 10. – P. 1–11. DOI: 10.1111/ijac.13062
13. Рафинирование никелевых сплавов с применением пенокерамических фильтров / А.И. Демченко, В.Ф. Шевяков, В.А. Коровин, С.В. Беляев, В.Н. Гущин, И.О. Леушин // Заготовительные производства в машиностроении. – 2020. – Т. 18, № 6. – С. 243–246. DOI: 10.36652/1684-1107-2020-18-6-243-246
14. Пенокерамические фильтры на основе отечественных огнеупорных материалов. Часть 1 / Г.И. Дейнега, И.Г. Кузьмина, О.Н. Битюцкая, А.Р. Нарский // Труды ВИАМ. – 2023. – Т. 11, № 129. – С. 17–25. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-11-17-25
15. Conventional versus additive manufacturing in the structural performance of dense alumina-zirconia ceramics: 20 years of research, challenges and future perspectives / S.M. Olhero, P.M.C. Torres, J. Mesquita-Guimarães, S. Gouveia // Journal of Manufacturing Processes. – 2022. – Vol. 77. – P. 838–879. DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.02.041
16. Influence of filter surface roughness on the pressure drop of ceramic foam filters / C. Voigt, E. Werzner, K.R.D. Fritzsch, J. Hubálková, M. Hassanabadi, R.E. Aune, M.D.M. Innocentini, C.G. Aneziris // Open Ceramics. – 2023. – Vol. 15. – P. 100379. DOI: 10.1016/j.oceram.2023.100379 
17. Current classification of zirconia in dentistry: an updated review / S. Kongkiatkamon, D. Rokaya, S. Kengtanyakich, C. Peampring // PeerJ. – 2023. – Vol. 11. – P. e15669. DOI: 10.7717/peerj.15669
18. Распределение компонентов сплавов авиационного назначения в поверхностных слоях металлической отливки / Н.П. Углев, В.З. Пойлов, С С.А. мирнов, А.В. Шилов // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. – 2018. – № 1. – С. 136–148. DOI: 10.15593/2224-9400/2018.1.11
19. Dubois, J.M. Wetting and adhesion properties of quasicrystals and complex metallic alloys / J.M. Dubois, E. Belin-Ferré // Applied Adhesion Science. – 2015. – 
Vol. 3. – P. 1–16. DOI: 10.1186/s40563-015-0046-0
20. Влияние материала пенокерамического фильтра на микроструктуру дуралюмина / В.Н. Анциферов, С.Е. Порозова, Л.В. Никулин, А.М. Макаров, Р.В. Ляшков // Огнеупоры и техническая керамика. – 1997. – № 7. – P. 11–14.
21. Порозова, С.Е. Пенокерамический фильтр как фактор воздействия на структуру и свойства доэвтектического силумина / С.Е. Порозова // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2001. – № 8. – P. 35–37.
22. Antsiferov, V.N. The Effect of Filter Material on Grey Iron Microstructure and Properties / V.N. Antsiferov, S.E. Porozova, V.B. Kulmetyeva // Acta Universitatis Pontica Euxinius. – 2005. – Vol. 4, iss. 2. – P. 49–53.
23. Проблемы порошкового материаловедения. Часть II. Высокопористые проницаемые материалы / В.Н. Анциферов, А.М. Беклемышев, В.Г. Гилев, С.Е. Порозова, Г.П. Швейкин. – Екатеринбург: УрО РАН, 2002. – С. 57–167, 242–255.
24. Binder jetting yttria stabilised zirconia ceramic with inorganic colloid as a binder / Huang Shuangjun, Ye Chunsheng, Zhao Huoping, Fan Zitian, Wei Qingsong // Advances in Applied Ceramics: Structural, Functional and Bioceramics. – 2019. – Vol. 118, iss. 45. – P. 1–8.
25. Solem, C.K.W. Preliminary Experimental Study of the Thermal Stability and Chemical Reactivity of the Phosphate-Based Binder Used in Al2O3-Based Ceramic Foam Filters (CFFs) / C.K.W. Solem, R. Fritzsch, R.E. Aune // Extraction 2018. The Minerals, Metals & Materials Series. – Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-319-95022-8_94
26. Experimental Study on the Chemical Stability of Phosphate Bonded Al2O3-based Ceramic Foam Filters (CFFs) / A. Bergin, C. Voigt, R. Fritzsch, S. Akhtar, L. Arnberg, C.G. Aneziris, R.E. Aune // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2021. – Vol. 52B. – P. 20092025. DOI: 10.1007/s11663-021-02144-3
27. Nanocrystalline zirconia-yttria system–a Raman study / A. Ghosh, A.K. Suri, M. Pandey, S. Thomas, T.R. Rama Mohan, B.T. Rao // Materials Letters. – 2006. – Vol. 60. – P. 1170–1173. DOI: 10.1016/j.matlet.2005.10.102
28. Study on structural evolution of nanostructured 3 mol % yttria stabilized zirconia coatings during low temperature ageing / B. Liang, C. Ding, H. Liao, C. Coddet // Journal of the European Ceramic Society. – 2009. – Vol. 29, iss. 11. – P. 2267–2273. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.01.00
29. Syntesis, microstructure and optical characterization of zirconium oxide nanostructures / L. Kumari, G.H. Du, W.Z. Li, R. Selva Vennila, S.K. Saxena, D.Z. Wang // Ceramics International. – 2009. – Vol. 35, iss. 6. – P. 2401–2408. DOI: 10.1016/j.ceramint.2009.02.007
30. Природные водные ортофосфаты магния – бобьерит и ковдорскит: ИК- и КР-спектроскопическое, термическое и термохимическое исследования / Л.П. Огородова, Ю.Д. Гриценко, М.Ф. Вигасина, Д.А. Косова, Л.В. Мельчакова, А.Д. Фомина // Геохимия. – 2020. – Т. 65, № 2. – С. 153–164. DOI: 10.31857/S0016752520020090
31. Богданов, С.П. Синтез нитрида титана из элементов в присутствии йода / С.П. Богданов // Новые огнеупоры. 2015. – № 5. – С. 48–51. DOI: 10.17073/1683-4518-2015-5-48-51

Процесс прямого лазерного выращивания – один из передовых технологических процессов аддитивного производства, позволяющий послойно синтезировать материалы и выращивать изделия с заданными физико-механическими свойствами. Однако существуют ограничения, сдерживающие развитие области лазерных и аддитивных технологий, связанных с качеством изготовляемых изделий. Подбор оптимальных параметров режима выращивания, предварительный нагрев и охлаждение не всегда могут помочь устранить внутренние дефекты, повлиять на тип микроструктуры и обеспечить повышенный уровень механических характеристик. Для борьбы с указанными недостатками исследователи и инженеры проводят научные изыскания для разработки новых способов обработки материалов или модернизации существующих. Одним из перспективных направлений является разработка комбинированных технологий изготовления металлоконструкций. В частности, проводятся исследования о принципиальной возможности комбинации технологии сварки и наплавки с ультразвуковыми технологиями.

В настоящем исследовании проводится апробация способа прямого лазерного выращивания сплава Inconel 625 с ультразвуковым воздействием. Сплав Inconel 625 широко используется при производстве ответственных изделий аэрокосмической промышленности, и существует повышенный интерес к изучению механизмов формирования микроструктуры и исследованию её характеристик в процессе выращивания. Для проведения экспериментов разработан стенд для прямого лазерного выращивания с ультразвуковым воздействием. Проведен анализ микроструктуры металлических образов как с ультразвуковым воздействием, так и при его отсутствии. Результаты работы показали, что ультразвуковая вибрация может служить эффективным инструментом для фрагментации столбчатых дендритов в более мелкие и равноосные. Анализ твердости выявил повышенное максимального значения микротвердости на 5,1 % по сравнению с традиционным способом выращивания. Сделаны выводы о возможных причинах полученных результатов, связанных с эффектом кавитации и акустическими течениями.

Ключевые слова: аддитивные технологии, прямое лазерное выращивание, металлический порошок, Inconel 625, ультразвуковое воздействие, излучатель Ланжевена, микроструктура, столбчатые дендриты, твердость.

Шварц Иван Валерьевич (Казань, Российская
Федерация) – аспирант кафедры лазерных и аддитивных технологий Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева –
КАИ (Российская Федерация, 420111, г. Казань,
ул. К. Маркса, 10, e-mail: IVShvarts@kai.ru).

Гильмутдинов Альберт Харисович (Казань, Российская Федерация) – доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой лазерных и аддитивных технологий, Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева – КАИ (Российская Федерация, 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, 10, e-mail: albert.gilmutdinov@kai.ru).

1. Шиганов, И.Н. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении: учеб. пособие / И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров, Р.С. Третьяков. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – С. 5–15.
2. Шиганов, И.Н. Специальные лазерные технологии: учеб. пособие / И.Н. Шиганов // Москва: МГТУ им. Баумана. – 2019. – С. 2–10.
3. Винниченко, А.В. Исследование применения аддитивных технологий в производстве аэрокосмической отрасли / А.В. Винниченко // Метрологическое обеспечение инновационных технологий. – СПб., 2020. – С. 121–122.
4. Аддитивные технологии в производстве изделий аэрокосмической техники: учебное пособие для среднего профессионального образования / А.Л. Галиновский, Е.С. Голубев, Н.В. Коберник, А.С. Филимонов. – М.: Издательство Юрайт, 2023. – С. 12–18.
5. Additive manufacturing techniques, their challenges, and additively manufactured composites for advanced engineering applications / Md Mazedur Rahman, Saiaf Bin Rayhan, Jakiya Sultana, Md Zillur Rahman // Comprehensive Materials Processing. – 2024. – Vol. 13. – P. 329–315. DOI: 10.1016/B978-0-323-96020-5.00118-7
6. Effects of the microstructure and porosity on properties of Ti-6Al-4V ELI alloy fabricated by electron beam melting (EBM) / H. Galarraga, D.A. Lados, R.R. Dehoff, M.M. Kirka, P. Nandwana // Additive Manufacturing. – 2016. – Vol. 59. – P. 47–57. DOI: 10.1016/j.addma.2016.02.003
7. 3D printing of high-strength aluminium alloys / J.H. Martin, B.D. Yahata, J.M. Hundley, J.A. Mayer, T.A. Schaedler, T.M. Pollock // Nature. – 2017. – Vol. 549. – P. 365–369. DOI: 10.1038/nature23894
8. Tolga Bozdana, A. On the mechanical surface enhancement techniques in aerospace industry–a review of technology / A. Tolga Bozdana // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. – 2005. – Vol. 77. – P. 279–92. DOI: 10.1108/00022660510606349
9. Effects of different mechanical surface enhancement techniques on surface integrity and fatigue properties of Ti-6Al-4V: a review / Z.-M. Wang [et al.] // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. – 2019. – Vol. 44. – P. 445–69. DOI: 10.1080/10408436.2018.1492368
10. Haldar, B. Identifying defects and problems in laser cladding and suggestions of some remedies for the same / B. Haldar, P. Saha // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5. – P. 13090–13101. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.02.297
11. State-of-the-art review on the Ultrasonic Vibration Assisted Laser Cladding (UVALC) / Aziz Ul Hassan Mohsan, Mina Zhang, Dafeng Wang, Su Zhao, Yishen Wang, Changyong Chen, Jiahao Zhang // Journal of Manufacturing Processes. – 2018. – Vol. 107. – P. 422–446. DOI: 10.1016/j.jmapro.2023.10.066
12. Ultrasonic field-assisted metal additive manufacturing (U-FAAM): Mechanisms, research and future directions / Xuekai Li, Wei Wang, Yihong Wu, Donghu Zhou, Huijun Kang, Enyu Guo, Jiehua Li, Zongning Chen, Yanjin Xu, Tongmin Wang // Ultrasonics Sonochemistry. – 2024. – Vol. 111. – P. 107070. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2024.107070
13. Advances in Ultrasonic-Assisted Directed Energy Deposition (DED) for Metal Additive Manufacturing / W. Zhang, C. Xu, C. Li, S. Wu // Crystals. – 2024. – Vol. 14. – P. 1–29. DOI: 10.3390/cryst14020114
14. A Review on Direct Laser Deposition of Inconel 625 and Inconel 625-Based Composites–Challenges and Prospects / F. Zafar, O. Emadinia, J. Conceição, M. Vieira, A. Reis // Metals. – 2024. – Vol. 14. – P. 787. DOI: 10.3390/met13040787
15. Microstructure and mechanical properties of parts formed by ultrasonic vibration-assisted laser cladding of Inconel 718 / Lida Zhu, Zhichao Yang, Bo Xin, Shuhao Wang, Guiru Meng, Jinsheng Ning, Pengsheng Xue // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 410. – P. 126964. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.126964
16. Grain refinement and mechanical properties improvement of Inconel 625 alloy fabricated by ultrasonic-assisted wire and arc additive manufacturing / Yuhua Chen, Mingfang Xu, Timing Zhang, Jilin Xie, Kang Wei, Shanlin Wang, Limeng Yin, Peng He // Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – Vol. 910. – P. 164957. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.164957
17. Investigation on Microstructure and Mechanical Properties Anisotropy of Inconel625 Components Fabricated by Different Frequency Ultrasonic Vibration-Assisted CMT arc Additive Manufacturing / N. Ren, Z. Guo, G. Ren [et al.] // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2024. DOI: 10.1007/s11665-024-10288-x
18. Effect of ultrasonic vibrations on mass efficiency and microstructure of laser direct deposition Inconel 718 superalloy / Mohammad Zohourmesgar, Reza Shoja Razavi, Mohammad Reza Dehnavi, Mohammad Reza Sheykholeslami, Mehrdad Khandaei // Ultrasonics Sonochemistry. – 2024. – Vol. 111. – P. 107124. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2024.107124
19. Grain refinement and Laves phase dispersion by high-intensity ultrasonic vibration in laser cladding of Inconel 718 / Jian Chen, Zhehe Yao, Fabo Wang, Yiming Chi, Zhen Wang, Szymon Tofil, Jianhua Yao // Journal of Materials Research and Technology. – 2024. – Vol. 30. – P. 8563–8575. DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.05.229
20. Gorunov, A.I. Additive manufacturing of Ti6Al4V parts using ultrasonic assisted direct energy deposition / A.I. Gorunov // Journal of Manufacturing Processes. – 2024. – 
Vol. 59. – P. 545–556. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.10.024
21. Mehrabi Omid Experimental and response surface study on additive manufacturing of functionally graded steel-inconel wall using direct laser metal deposition / Omid Mehrabi, S.M. Hossein Seyedkashi, Mahmoud Moradi // Optics & Laser Technology. – 2023. – Vol. 167. – P. 109707. DOI: 10.1016/j.optlastec.2023.109707
22. A review on properties of Inconel 625 and Inconel 718 fabricated using direct energy deposition / S. Pratheesh Kumar, S. Elangovan, R. Mohanraj, J.R. Ramakrishna // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 46. – P. 7892–7906. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.02.566
23. Dinda, G.P. Laser aided direct metal deposition of Inconel 625 superalloy: Microstructural evolution and thermal stability / G.P. Dinda, A.K. Dasgupta, J. Mazumder // Materials Science and Engineering: A. – 2009. – Vol. 509. – P. 98-104. DOI: 10.1016/j.msea.2009.01.009
24. Ultrasonic Vibration-Assisted Laser Engineered Net Shaping of Inconel 718 Parts: A Feasibility Study / Fuda Ning, Yingbin Hu, Zhichao Liu, Weilong Cong, Yuzhou Li, Xinlin Wang // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 10. – P. 771–778. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.074
25. Ultrasonic vibration-assisted laser engineered net shaping of Inconel 718 parts: Effects of ultrasonic frequency on microstructural and mechanical properties / Hui Wang, Yingbin Hu, Fuda Ning, Weilong Cong // Journal of Materials Processing Technology. – 2020. – Vol. 276. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116395
26. Ning Fuda Ultrasonic vibration-assisted (UV-A) manufacturing processes: State of the art and future perspectives / Fuda Ning, Weilong Cong // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 51. – P. 174–190. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.01.028
27. Wang Zhen The influence of ultrasonic vibration on the microstructure and properties of laser-cladded Fe-Ni-Ti composite coatings / Zhen Wang, Fengqin Zhang, Shengchao Zang // Heliyon. – 2024. – Vol. 10. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e38429
28. Equiaxed microstructure formation by ultrasonic assisted laser metal deposition / Zhehe Yao, Zhen Wang, Jian Chen, Yongfeng Sui, Jianhua Yao // Manufacturing Letters. – 2022. – Vol. 31. – P. 56–59. DOI: 10.1016/j.mfglet.2021.07.002
29. An overview and critical assessment of the mechanisms of microstructural refinement during ultrasonic solidification of metals / Nagasivamuni Balasubramani, Jeffrey Venezuela, Nan Yang, Gui Wang, David StJohn, Matthew Dargusch // Ultrasonics Sonochemistry. – 2022. – Vol. 89. – P. 106151. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106151

На сегодняшний день актуальной задачей является разработка технологии соединения изделий системы Al-Mg-Mn с помощью высокотемпературной пайки (ВТП). В данной работе исследуются закономерности процесса растекания припоя системы Zn-Cu-Al по подложке из сплава АМг6 в зависимости от качества поверхности основного материала (АМг6). Под качеством поверхности в данном случае понимается направление предварительной абразивной обработки и наличие крупных царапин. Исследуемые образцы подвергались нагреву по режиму пайки с увеличенным временем выдержки. Подготовка образцов включала предварительное лужение подложки материалом припоя. Для более эффективного взаимодействия производилась механическая зачистка оксида посредством трения пластинки из поликристаллического оксида алюминия о поверхность основного материала под слоем расплава припоя. При достижении температуры плавления припоя наблюдалось его распространение под оксидной плёнкой основного материала АМг6. В результате область растекания припоя визуально разделялась на две зоны, которые были исследованы с помощью визуального наблюдения, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и оптической микроскопии. Выявленные зависимости скорости растекания от времени показывают влияние направления абразивной обработки поверхности основного материала на движение по ней расплава припоя. Показано также влияние отдельных более крупных дефектов (царапин) на поверхности основного материала. Механизм их воздействия на течение припоя схож с механизмом действия мелких царапин, оставляемых шлифовкой. Увеличение или уменьшение скорости растекания зависит от пространственной ориентации царапин относительно направления движения припоя. Перпендикулярно расположенные царапины уменьшают скорость растекания, совпадающие с направлением – увеличивают. Также полученные данные свидетельствуют об увеличении шероховатости в области взаимодействия припоя с основным материалом.

Ключевые слова: алюминиевые сплавы, АМг, цинковый припой, высокотемпературная пайка, бесфлюсовая пайка, растекание, смачивание, течение под оксидом, шероховатость, поверхностные дефекты.

Салтыков Илья Романович (Ижевск, Российская Федерация) – аспирант, лаборант-исследователь лаборатории физики конденсированных сред УдГУ (Российская Федерация, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская 1, корп. 4, e-mail: ir.saltykov@gmail.com).

Груздь Светлана Анатольевна (Ижевск, Российская Федерация) – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории физики конденсированных сред УдГУ (Российская Федерация, 426034, г. Ижевск, ул. Университетская 1, корп. 4, e-mail: lilyna@mail.ru).

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

1. Пат. 2131386 Российская Федерация, МПК В64G 1/52, В23Р 6/00. Способ герметизации дефектов оболочек космических объектов и устройство для его реализации (варианты) / Борисов В.А., Денисов С.В. и др.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество открытого типа «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П.Королева». – № 97122048/02; заявл. 30.12.97; опубл. 10.06.99. – 7 c.
2. Шарова, И.А. Отечественный и зарубежный опыт в области разработки эпоксидных клеев холодного отверждения / И.А. Шарова // Труды ВИАМ. – 2014. – № 7. – С. 5 (1–15).
3. Sekulic, D.P. Advances in Brazing: Science. Technology and Applications / D.P. Sekulic. – Oxford: Woodhead Publishing, 2013. – 587 p.
4. Jacobson, D.M. Principles of brazing / D.M. Jacobson, G. Humpston. – USA: ASM International, 2005. – 268 p.
5. Easton, J.W. Soldering in a Reduced Gravity Environment (SoRGE) / J.W. Easton, P.M. Struk. – 2012. – NASA/TM-2012-217119. – 61 p.
6. Paton, B.E. Space: Technologies, Materials, and Structures / B.E. Paton. – London: Taylor & Francis, 
2003. – 558 p.
7. Non‑isothermal Wetting of an Al Alloy Pin by Al‑Si Melt under Terrestrial and Microgravity Conditions / S.A. Gruzd, M.D. Krivilyov, D.S. Samsonov, Y. Wu, D.P. Sekulic, S.D. Me¬sa¬rovic // Microgravity Science and Technology. – 2022. – 
№ 34. – P. 65. DOI: https://doi.org/10.1007/s12217-022-09973-0
8. Петрунин, И.Е. Пайка металлов / И.Е. Петрунин, С.Н. Лоцманов, Г.А. Николаев. – М.: Металлургия, 
1973. – 280 с.
9. Development and applications of aluminum alloys for aerospace industry / Shuang-Shuang Li, Xin Yue, Qing-Yuan Li, Hee-Li Peng [et. al.] // Journal of materials research and technology. – 2023. – № 27. – Р. 944–983. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.09.274
10. Справочник по пайке / под ред. И.Е. Петру-нина. ‒ 3-е изд., перераб. и доп. ‒ М.: Машиностроение, 2003. ‒ 480 с.
11. Pstrus, J. Wetting of Cu and Al by Sn-Zn and Zn-Al Eutectic Alloys / J. Pstrus, P. Fima, T. Gancarz // Journal of Materials Engineering and Performance. –2012. – 
No. 21. – P. 606–613. DOI: 10.1007/s11665-012-0174-7
12. Mebs, R.W. Solders and Soldering / R.W. Mebs, W.F. Roeser. – USA: National Bureau of Standards Circular 492, 1950. – 12 p.
13. A Review on Parallel Development of Flux Design and Thermodynamics Subject to Submerged Arc Welding / Jin Zhang, Guoyou Shao, Jun Fan, Li Wang, 
Dan Zhang // Processes. – 2022. – No. 10. – P. 2305. DOI: 10.3390/pr10112305 
14. Шутов, И.В. Формирование микроструктуры и прочностных свойств Al сплавов АМг6 и АД1 при высокотемпературной пайке припоями Zn-Cu-Al и Al-Si: дис. … канд. техн. наук: 2.6.17 / И.В. Шутов. – Ижевск, 2024. – 142 с.
15. Шутов, И.В. Изучение разрушения паяных соединений сплава АМг6 / И.В. Шутов, М.Д. Кривилев, М.Н. Королев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Ма-ши¬но¬строение. Материаловедение. – 2024. – Т. 26, № 1. – С. 42–49. DOI: 10.15593/2224-9877/2024.1.05 
16. Анализ смачивания и диффузионных процессов при контактном сплавлении припоев Zn–Cu–Al и Mg–Al со сплавом АМг3 / И.В. Шутов, Л.В. Камаева, Е.А. Баталова [и др.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2022. – № 8. – 
С. 80–86. – DOI 10.31857/S1028096022080167
17. Фридляндер, И.Н. Высокопрочные сплавы системы Al – Zn – Mg – Cu / И.Н. Фридляндер, О.Г. Сенаторова, Е.А. Ткаченко // Энциклопедия. Машиностроение. Т. II-3: Цветные металлы и сплавы. – М.: Металлургия, ‒ 2001. ‒ С. 94–128.
18. ГОСТ 4784-97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки (с Изменениями N 1, 2, 3, с поправками). – М., 1997. 
19. ГОСТ 21631-76. Листы из алюминия и алюминиевых сплавов. (с Изменениями N 1, 2, 3, с Поправками). – М., 1976.
20. Анализ структуры на границе контактного плавления АМг6 и сплавов на основе Zn / Е.А. Баталова, Л.В. Камаева, И.В. Шутов [и др.] // Поверхность. 
Рентгеновские, синхротронные и нейтронные 
исследования. – 2024. – № 5. – С. 82–90. DOI: 10.31857/S1028096024050125
21. Сумм, Б.Д. Физико-химические основы смачивания и растекания / Б.Д. Сумм, Ю.В. Горюнов. – 
М.: Химия, 1976. – 232 с.
22. Шаргаев, Е.О. Исследование взаимодействия цинковых припоев со сплавами алюминия при нанесении трением / Е.О. Шаргаев, И.Н. Пашков // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2020. – № 4(54). – С. 58–66. DOI: 10.18323/2073-5073-2020-4-58-66
23. Бокштейн, С.З. Диффузия и структура металлов / С.З. Бокштейн. – М.: Металлургия, 1973. – 208 с.
24. Ohring, M. Material science of thin films, Deposition and Structure / M. Ohring. – Academic Press, 
2002. – 794 p.
25. Murray, J.L. The Al-Zn (Aluminum-Zinc) System / J.L. Murray // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. – 1983. – No. 4. – P. 55–73. DOI: 10.1007/BF02880321

Исследуется влияние термической обработки на структуру, механические свойства и коррозионную стойкость стали 14Х17Н2 (UNS S43100), применяемой в нефтедобывающей промышленности и других отраслях. В условиях эксплуатации в агрессивных средах, насыщенных сероводородом (H2S), ключевым аспектом является устойчивость стали к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН). Учитывая наличие отказов деталей в среде сероводорода, возникает необходимость изучения возможностей термической обработки (ТО) стали для повышения стойкости к СКРН.

Рассматриваются различные варианты ТО, включающие закалку выше температуры Ас1, закалку из межкритического интервала температур и высокий отпуск. Анализ микроструктуры показывает, что оптимизированный режим термической обработки обеспечивает мелкозернистую структуру и равномерное распределение фаз, что критически важно для устойчивости к СКРН.

Тестирование на СКРН по NACE TM-0177 показывает, что образцы, подвергнутые улучшенному режиму термической обработки, демонстрируют высокую стойкость к СКРН.

Результаты исследования показали возможность практического применения стали 14Х17Н2 в агрессивных средах при нефтедобыче. Внедрение предложенных рекомендаций и режима термической обработки в промышленное производство позволит повысить надежность и долговечность деталей из стали 14Х17Н2 при эксплуатации в среде сероводорода.

Ключевые слова: 14Х17Н2, термическая обработка, микроструктура, свойства, сталь, сероводород, коррозия, СКРН, NACE MR-0175, NACE TM-0177, нефтедобыча, эксплуатация, разрушение, коррозионные испытания, штанговый глубинный насос, надежность.

Кравченко Андрей Владимирович (Пермь, Российская Федерация) – начальник ОТК АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», аспирант кафедры металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: andrew@vputehod.ru), ОРЦИД: 0000-0003-4308-2977.

Мольцен Станислав Николаевич (Пермь, Российская Федерация) – директор по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», студент кафедры металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail:
stanislav@vputehod.ru), ORCID: 0000-0002-5269-8119.

Некрасова Татьяна Витальевна (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: tanyanekrtv@mail.ru).

Маталасова Ирина Владимировна (Пермь, Российская Федерация) – инженер-технолог АО «ЭЛКАМ-нефтемаш» (Российская Федерация, 614064, г. Пермь, ул. Усольская, 15Б, e-mail: makarovaiv99@mail.ru).

Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металловедения и термической обработки металлов ПНИПУ (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: simonov@pstu.ru).

1. Химушин, Ф.Ф. Нержавеющие стали / Ф.Ф. Химушин. – М.: Металлургия, 1963. – 599 с.
2. Коррозия внутрискважинного оборудования в сероводородсодержащих средах / В.Э. Ткачева, А.Н. Маркин, Д.В. Кшнякин [и др.] // Практика противокоррозионной защиты. – 2021. – Т. 26, № 2. – С. 7–26.
3. Основы металловедения и технологии производства труб из коррозионностойких сталей: монография / Д.А. Пумпянский, И.Ю. Пышминцев, А.В. Выдрин, В.И. Кузнецов, А.В. Красиков. – М.: Металлургиздат, 2023. – 682 с.
4. Heidersbach, Robert. Metallurgy and Corrosion Control in Oil and Gas Production. Metallurgy and Corrosion Control in Oil and Gas Production. – 2th ed. – Wiley, 
2018. – 368 p.
5. Герцог, Э. Коррозия сталей в сероводородной среде / Э. Герцог // Коррозия металлов в жидких и газообразных средах. – М.: Металлургия, 1984. – С. 315–340.
6. Анализ и выбор методов испытания сталей на стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением в H2S-содержащих средах / А.В. Кравченко, С.Н. Мольцен, Ю.Н. Симонов, Р.М. Полежаев, Е.В. Погорелов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 43–54. DOI: 10.15593/2224-9877/2021.2.06
7. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии: справ. изд. / под ред. Б.В. Строкана, А.М. Сухотина. – Л.: Химия, 1987. – 280 с.
8. Штремель, М.А. Разрушение: в 2 кн. Кн. 1. Разрушение материала: монография / М.А. Штремель. – М.: Издательский дом МИСиС, 2014. – 670 c.
9. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.
10. Коррозия: справочник / под ред. Л.Л. Шраера, перевод В.С. Синявского. – М.: Металлургия, 1981. – 632 с.
11. Борисенкова, Е.А. Разработка и применение методов исследования влияния состава и структуры материалов стальных труб на коррозионную стойкость в нефтяных средах: дис. … канд. техн. наук / Е.А. Борисенкова. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2016. – 198 с.
12. Специальный режим термообработки стали 30Х13 для эксплуатации деталей в нефтяных скважинах, содержащих H2S / А.В. Кравченко, С.Н. Мольцен, И.В. Макарова, Ю.Н. Симонов, Т.В. Некрасова // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. – 2022. – Т. 24, № 4 – С. 96–105. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.11
13. Brown, B.F. Stress corrosion cracking control measures / B.F. Brown. – US Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1977. – Т. 156.
14. Тараевский, С.И. Повышение долговечности насосных штанг, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.04.07 / С.И. Тараевский. – Ивано-Франковск, 1985. – 172 с.
15. Coupling Fracture Mechanics Experiments and Electrochemical Modeling to Mitigate Environment-Assisted Cracking in Engineering Components / Z.D. Harris, R.S. Marshall, R.G. Kelly, J.T. Burns // CORROSION. – 2023. – Vol. 79 (3). – P. 363–375.
16. Kashkovskiy, R. Application of electrochemical impedance spectroscopy to study hydrogen sulphide corrosion of steel and its inhibition: a review / R. Kashkovskiy, K. Strelnikova, A. Fedotova // Corrosion Engineering, Science and Technology. – 2019. – Vol. 54, no. 6. – P. 493–515.
17. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин [и др.]; под ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 638 с.
18. Романив, О.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов / О.Н. Романив, Г.Н. Никифорчин. – М.: Металлургия, 1986. – 292 с.
19. Георгиев, М.Н. Трещиностойкость железоуглеродистых сплавов: монография / М.Н. Георгиев, Ю.Н. Симонов; М-во образования и науки Рос. Федерации, Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. – Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2013. – 419 с.
20. Hausler, Р.Н. Contribution to be "Filming amine" theory: An interpretation of experimental results / Р.Н. Haus-ler, L.A. Coeller // Corrosion. – 1972. – Vol. 28, no. 1. – P. 7–16.
21. Особенности механизма коррозионного растрескивания под напряжением металла труб в средах, содержащих сероводород и диоксид углерода / К.Б. Конищев, А.М. Семенов, А.С. Чабан, Н.А. Лобанова, Р.В. Кашковский // Вести газовой науки. – 2019. – № 3 (40).
22. Смирнов, М.А. Основы термической обработки стали: учебное пособие / М.А. Смирнов, В.М. Счаст¬ливцев, Л.Г. Журавлев. – Екатеринбург: УрО РАН, 1999. – 494 с.
23. Severity of the Effect of Acidic Environment on Hydrogen-Induced Cracking Susceptibility / Taishi Fujishiro, Takuya Hara, Kyono Yasuda, Daisuke Mizuno, Nobuyuki Ishikawa, Eiji Tada, Mitsuo Kimura // CORROSION. – 2022. – Vol. 78(2). – P. 189–197. DOI: https://doi.org/10.5006/3901
24. In Situ 3D Analysis of Hydrogen Induced Cracking Behavior in Linepipe Steels to Investigate Sour Environmental Severity / K. Yasuda, N. Ishikawa, T. Fujishiro, T. Hara, E. Tada, M. Kimura // CORROSION. – 2021. – No. 16383.
25. Callister, W.D. Materials Science and Engineering : An Introduction / W.D. Callister, D.G. Rethwisch. – 10th ed. – Wiley, Hoboken, NJ, 2018. – 992 p.

Применение теплозащитных покрытий является важным фактором защиты деталей от термического воздействия. Особенно это актуально для лопаток турбины высокого давления газотурбинного двигателя, так как рабочая температура газа перед турбиной достигает порядка 1100–1150 °С. Несмотря на то что данные лопатки изготавливаются из жаропрочных никелевых сплавов, нанесение теплозащитных покрытий является важным технологическим этапом. Именно теплозащитные покрытия позволяют повысить ресурс, температуру работы и жаростойкость лопаток. В данной статье проведено исследование частиц порошкового материала ПНХ20К20Ю13, который является классическим для жаростойкой подложки металлокерамических теплозащитных покрытий. Изучено влияние технологических факторов атмосферного плазменного напыления на температуру и скорость порошковых частиц, применяемых для нанесения жаростойкого слоя металлокерамического теплозащитного покрытия на трактовую поверхность рабочих и сопловых лопаток турбины высокого давления газотурбинных двигателей. Проведена оценка влияния взаимосвязи этих параметров на итоговую структуру металлического покрытия. Актуальность исследования заключается в повышении качества структуры жаростойкого слоя теплозащитного покрытия для увеличения эксплуатационных сроков службы лопаток. В ходе исследования исходного материала ПНХ20К20Ю13 было выявлено, что материал иррегулярный с присутствием агломератов и сплавлений частиц, имеет узкий диапазон гранулометрического состава. Результаты спектрального энергодисперсионного анализа показали однородность распределения элементов в частицах. В ходе проведения полного факторного эксперимента выявлено, что наиболее сильное влияние при атмосферном плазменном напылении на температуру частиц оказывают расход аргона, расход водорода и сочетание расхода водорода и силы тока дуги. Наиболее сильное влияние на скорость частиц оказывают расход аргона, ток дуги и парное взаимодействие расхода водорода и тока дуги. По результатам металлографического исследования образцов, напыленных на различных дистанциях, было выявлено, что лучшей структурой жаростойкого металлического покрытия обладает образец, напыленный на дистанции 100 мм, с минимальным значением тока дуги плазматрона 350 А, расходом водорода 8,5 л/мин и расходом аргона 30 л/мин. Оптимальное сочетание переменных характеристик атмосферного плазменного напыления позволило получить покрытие, характеризующееся отсутствием окисленных агломератов, пор, несплавлений и нерасплющенных частиц на границе с поверхностью основного материала.

Ключевые слова: теплозащитные покрытия, атмосферное плазменное напыление, жаростойкое покрытие, металлический порошковый материал, мониторинг напыления, полный факторный эксперимент, технологические факторы напыления, параметры порошковых частиц, уравнение регрессии, металлографическое исследование, структура покрытия.

Кульметьева Валентина Борисовна (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: platonovaval64@gmail.com).

Малышев Александр Евгеньевич (Пермь, Российская Федерация) – студент магистратуры Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: malyschev.4lex@yandex.ru).

Долина Тамара Владиславовна (Пермь, Российская Федерация) – студентка магистратуры Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail:
dolina.tamara1@gmail.com).

Сметкин Андрей Алексеевич (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Российская Федерация, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: smetkinaa@pstu.ru).

1. Epitaxial growth and cracking of highly tough 7YSZ splats by thermal spray technology / W.W. Zhang, G.R. Li, Q. Zhang, G.J. Yang // Journal of Advanced Ceramics. –
2017. – Vol. 6. – P. 230–239.

2. Li, G.R. Strain-induced stiffness-dependent structural changes and the associated failure mechanism in TBCs / G.R. Li // Journal of Advanced Ceramics. – 2017. –
Vol. 37. – P. 3609–3621.

3. Каблов, Е.Н. Теплозащитные покрытия для лопаток турбины высокого давления перспективных ГТД / Е.Н. Каблов, С.А. Мубояджян // Металлы. – 2012. –
№ 1. – С. 5–13.

4. Разработка теплозащитных покрытий для рабочих и сопловых лопаток турбины из жаропрочных и интерметаллидных сплавов / С.А. Будиновский [и др.] // Труды ВИАМ. – 2015. – № 4. – С. 33–48.

5. Будиновский, С.А. Современное состояние и основные тенденции развития высокотемпературных теплозащитных покрытий для рабочих лопаток турбин авиационных ГТД / С.А. Будиновский, С.А. Мубояджян, А.М. Гаямов // Авиационная промышленность. – 2008. – № 4. – С. 33–37.

6. Основные механизмы разрушение керамического слоя теплозащитных покрытий (обзор) / С.А. Будиновский [и др.] // Труды ВИАМ. – 2019. – № 2 (74). – С. 105–112.

7. Чубаров, Д.А. Выбор керамического материала для теплозащитных покрытий лопаток авиационных турбин на рабочие температуры до 1400 °С / Д.А. Чубаров, С.А. Будиновский // Труды ВИАМ. – 2015. – № 4. –
С. 48–53.

8. Панков, В.П. Теплозащитные покрытия лопаток турбин авиационных газотурбинных двигателей / В.П. Пан­ков, С.В. Румянцев, В.Д. Ковалев // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2021. – Т. 11, № 11 (203). – С. 161–172.

9. Разработка жаростойкого термобарьерного покрытия для деталей ГТД и ГТУ / И.В. Ситников [и др.] // Вестник ПНИПУ. – 2022. – № 68. – С. 5–10.

10. Коломыцев, П.Т. Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов / П.Т. Коломыцев. – М.: Металлургия, 1991.

11. Высокотемпературные жаростойкие покрытия и жаростойкие слои для теплозащитных покрытий / С.А. Мубояджян [и др.] // Авиационные материалы и технологии. – 2013. – № 1 (26). – С. 17–20.

12. Исследование жаростойкого интерметаллидного подслоя для теплозащитного покрытия турбинных лопаток ГТД / Ю.П. Тарасенко [и др.] // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2014. – № 3 (45). – С. 85–95.

13. Будиновский, С.А. Современные способы нанесения теплозащитных покрытий на лопатки газотурбинных двигателей / С.А. Будиновский, Д.А. Чубаров, П.В. Матвеев // Авиационные материалы и технологии. – 2014. – № 5. – С. 38–44.

14. Обзор современных способов формирования термобарьерных покрытий / А.Ф. Медников [и др.] // Глобальная энергия. – 2023. – Т. 29, № 4. – С. 132–148.

15. Патент № 2441101 Российская Федерация, МПК С23С 30/00 (2006.01), С23С 14/48 (2006.01). Способ получения жаростойкого покрытия на лопатках газовых турбин / Мингажев А.Д., Быбин А.А., Смыслова М.К., Новиков А.В. – № 2010114798/02 : заявл. 13.04.2010 : опубл. 27.01.2012.

16. Mrdak Mihajlo, R. Characteristics of aps and vps plasma spray processes / R. Mrdak Mihajlo // Vojnoteh. glas. – 2015. – No. 3. – P. 137–159.

17. Письменный, В.Л. Методы и способы повышения температуры газа перед турбиной газотурбинного двигателя / В.Д. Письменный // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2023. – № 6 (759). – С. 108–118.

18. Артеменко, Н.И. Исследование влияния параметров нанесения керамического слоя теплозащитного покрытия ZrO2-7 % Y2O3 методом плазменного напыления на производительность технологического процесса / Н.И. Артеменко, С.В. Татарников, О.Н. Доронин // Труды ВИАМ. – 2023. – № 4 (122). – С. 69–80.

19. Бобров, Г.В. Теория и технология формирования неорганических покрытий: моногр. / Г.В. Бобров, А.А. Ильин, В.С. Спектор. – М.: Альфа-М, 2014 – 928 c.

20. Газотермическое напыление: учеб. пособие / Л.Х. Балдаев, В.Н. Борисов, В.А. Вахалин, Г.И. Ганноченко, А.Е. Затока, Б.М. Захаров [и др.]. – М.: Маркет ДС, 2007. – 344 с.

21. Кривобоков, В.П. Плазменные покрытия (свойства и применение): учеб. пособие / В.П. Кривобоков, Н.С. Сочугов, А.А. Соловьев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехничес­кого университета, 2011. – 136 с.

22. Пузряков, А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления / А.Ф. Пузряков. – М.:
Изд-во МГТУ, 2003. – 360 с.

23. Артменко, Н.И. Исследование режимов работы серийного плазмотрона Metco F4 с использованием плазмообразующих газов аргона и азота / Н.И. Артеменко // Защитные и функциональные покрытия. – 2018. –
№ 5 (65). – С. 76–89.

24. Соколовская, И.Ю. Полный факторный эксперимент / И.Ю. Соколовская // Методические указания для самостоятельной работы студентов. – Новосибирск: НГАВТ, 2010. – 36 с.

25. Kang, C.W. Imaging diagnostics study on obliquely impacting plasma-sprayed particles near to the substrate / C.W. Kang, H.W. Ng, S.C.M. Yu // Journal of Thermal Spray Technology. – 2006. – No. 1. – Р. 118–130.

26. Бороненко, М.П. Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем в физическом эксперименте / М.П. Бороненко // Вестник Югорского государственного университета. – 2014. – № 2. – С. 43–55.

27. Gulyaev, I.P. New high-speed combination of spectroscopic and brightness pyrometry for studying particles temperature distribution in plasma jets / I.P. Gulyaev, K.A. Ermakov, P.Y. Gulyaev // European Researcher. – 2014. –
№ 71 (3–2). – Р. 564–570.

Съем материала боковыми режущими сторонами отрезного круга, как правило, формируется в малых приповерхностных слоях изделий, что вызывает высокие механические и тепловые нагрузки, приводящие иногда к трещинам и прижогам на разрезанных поверхностях. Механический процесс определения доли микрорезания боковыми режущими зернами отрезного круга играет большую роль при разработке рекомендаций для правильной организации процесса абразивной разрезки.

В статье представлены результаты математического моделирования 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 оказывают явления, протекающие при контакте боковых поверхностей круга с металлом. Результирующей силой, влияющей на характер съема металла боковыми режущими сторонами отрезного круга, является осевая подача круга, которая формирует результирующий эффект от работы боковых сторон режущего инструмента.

В первую очередь 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 долю механического микрорезания в процессе разрезки абразивными зернами, расположенными на боковых сторонах отрезного круга. Доказано, что качество разрезаемой поверхности трубы и особенно производительность при этом методе обработки зависит в первую очередь от материала разрезаемой детали, связки и зернистости отрезного круга, от объема материала, удаляемого в результате механического микрорезания и пластического деформирования.

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» Севастопольского государственного университета (Российская Федерация, 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: ealev1978@mail.ru).

Новиков Леонид Леонидович (Севастополь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Технология машиностроения» Севастопольского государственного университета (Российская Федерация, 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: lenya.bratik@yandex.ru).

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Levchenko, Е. Investigation of Thermal Processes in Abrasive Pipe Samplin / Е. Levchenko, N. Pokintelitsa // МATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – 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 / Bi Zhang. – University of Connecticut. Presentation, 2004.
9. Brian Rowe W. 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. König, W. High performance grinding with CBN wheels – pre-conditions for process economy and successful application / W. König, B. Stuckenholz // Advanced Manufacturing Processes. – 1987. – Vol. 2 (1–2). – P. 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. – Vol. 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, Liverpool John Moores University / S.C. Black. – 1996.
19. Ohishi, S. Analysis of Workpiece Temperature and Grinding Burn in Creep-Feed Grinding / S. Ohishi, Y. Furu¬kawa // 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.
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.

Обсуждаются резервы усовершенствования дискового тормоза шпинделя для токарных станков тяжелой серии, связанные с применением кинематической схемы дискового тормоза, реализующей трение верчения одновременно с трением скольжения рабочих поверхностей фрикционной пары. В такой конструкции дискового тормоза тормозные колодки имеют форму дисков, а также имеют оси вращения, проходящие через собственные центры масс. В процессе фрикционного взаимодействия с поверхностью тормозного диска тормозные колодки вращаются под действием результирующего момента сил трения.

Предложена комплексная математическая модель, описывающая физические закономерности работы предлагаемого дискового тормоза шпинделя универсального токарного станка тяжелой серии. Математическая модель учитывает кинематические особенности предлагаемой конструкции дискового тормоза, закономерности фрикционного взаимодействия рабочих поверхностей фрикционной пары при реализации одновременно трения верчения и трения скольжения рабочих поверхностей, силовое взаимодействие рабочих поверхностей, тепловые процессы и износ рабочих поверхностей фрикционной пары.

Приведены результаты численного эксперимента, подтверждающие перспективность предлагаемой кинематической схемы дискового тормоза шпинделя для универсальных токарных станков тяжелой серии. По сравнению с дисковым тормозом традиционной конструкции, численные эксперименты, в частности, показывают более равномерное распределение износа по поверхности тормозного диска, что будет способствовать снижению уровня вибрации и шума, а также более равномерное распределение поверхностных температур по рабочим поверхностям фрикционной пары. Сложное относительное движение точек рабочих поверхностей фрикционной пары, сопровождаемое трением скольжения и трением верчения, способствует быстрому удалению из зоны фрикционного взаимодействия как продуктов износа, так и инородных тел – продуктов резания, попадающих в зону фрикционного взаимодействия. Это позволит повысить срок службы рабочих поверхностей фрикционных пар дискового тормоза шпинделя универсального токарного станка тяжелой серии.

Ключевые слова: станок тяжелой серии, шпиндель, дисковый тормоз, фрикционная пара, трение верчения, коэффициент трения, сила трения, тормозной диск, тормозная колодка, математическая модель.

Войтенко Владимир Афанасьевич (Луганск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники Луганского государственного университета имени Владимира Даля (ЛГУ им. В. Даля) (Российская Федерация, 291034, г. Луганск, кв. Молодежный, 20А, е-mail: vlvoytenko@gmail.com).

1. Machine tools for large parts / L. Uriarte, M. Zatarain, D. Axinte, J. Yagüe-Fabra, S. Ihlenfeldt, J. Eguia, A. Olarra // CIRP Annals–Manufacturing Technology. – 2013. – Vol. 62. – P. 731–750.

2. Development of core technologies of multi-tasking machine tools for machining highly precision large parts / S.H. Jang, Y.H. Choi, S.T. Kim, H.S. An, H.B. Choi, J.S. Hong // Journal of the Korean Society for Precision Engineering. – 2012. – Vol. 29. – P. 129–138.

3. Development of a multi-tasking machine tool for machining large scale marine engine crankshafts and its design technologies / H.S. An, Y.J. Cho, Y.H. Choi, D.W. Lee // Journal of the Korean Society for Precision Engineering. – 2012. – Vol. 29. – P. 139–146.

4. Young, H.Ch. Stiffness evaluation of a heavy-duty multi-tasking lathe for large size crankshaft using random excitation test / H.Ch. Young, H.G. Bo, A.H. Sang // Journal of the Korean Society for Precision Engineering. – 2014. – Vol. 31, no. 7. – P. 627–634. DOI: 10.7736/KSPE.2014.31.7.627

5. Static stiffness design of vertical lathe with steel-polymer concrete frame / P. Dunaj, M. Dolata, J. Tomaszewski, P. Majda // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 121, no. 2. – P. 1149–1160.
DOI: 10.1007/s00170-022-09391-x

6. Increasing lathe machining stability by using a composite steel–polymer concrete frame / P. Dunaj, B. Powałka, S. Berczyński, M. Chodźko, T. Okulik // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2020. – Vol. 31. – P. 1–13. DOI: 10.1016/j.cirpj.2020.09.009

7. Modeling the static and dynamic behaviors of a large heavy-duty lathe machine under rated loads / Ch.Yu. Lin, Y.P. Luh, W.Zh. Lin, B.Ch. Lin, J.P. Hung // Computation. – 2022. – Vol. 10, no. 12. DOI: 10.3390/computation10120207

8. Lightweight heavy-duty CNC horizontal lathe based on particle damping materials / W. Xiao, Zh. Xu, H. Bian, Zh. Li // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2021. – Vol. 147, no. 3. – P. 107–127. DOI: 10.1016/j.ymssp.2020.107127

9. Electro-mechanical braking system spindle unbalance axis trajectory purification and feedback method / H. Jinhttps, Zh. Chenhttps, Ch. Wang, H. Xu // Advances in Mechanical Engineering. – 2023. – Vol. 15, no. 6. – P. 1–15. DOI: 10.1177/16878132231181061

10. Design and experimental study of electrical and mechanical brake for mine hoist / H. Jin, H. Huo, C. Wang, S. Wang, H. Xu // Mechanics & Industry. – 2021. – Vol. 22, no. 36. DOI: 10.1051/meca/2021033

11. Belhocine, A. A thermomechanical model for the analysis of disc brake using the finite element method in frictional contact / A. Belhocine, O. Abdullah // Journal of Thermal Stresses. – 2019. – Vol. 43, no. 1. – P. 1–16. DOI: 10.1080/01495739.2019.1683482

12. Belhocine, A. A predictive tool to evaluate braking system performance using thermo-structural finite element model / A. Belhocine // SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems. – 2020. – Vol. 12, no. 3. – P. 1–28. DOI: 10.4577/07-02-03-6584

13. Belhocine, A. Thermo-mechanicalcoupled analysis-based design of ventilated brake discusing genetic algorithm and particle swarm optimization / A. Belhocine, D. Shinde, R. Patil // SAE International Journal of Passenger Vehicle Systems. – 2021. – Vol. 14, no. 2. – P. 137–150. DOI: 10.4271/06-14-02-0009

14. Belhocine, A. Computational finite element analysis of brake disc rotors employing different materials / A. Belhocine, A. Afzal // Australian Journal of Mechanical Engineering. – 2020. – Vol. 30, no. 3. – P. 637–650. DOI: 10.1080/14484846.2020.1733275

15. A novel denoising method forvibration signal of hob spindle based on EEMD and greytheory / Y. Jia, G. Li, X. Dong, K. He // Measurement. – 2021. – Vol. 169: 108490. DOI: 10.1016/j.measurement.2020.108490

16. Development of contactless dynamic spindle testing using an eddy current brake / K. Takasugi, H. Sakai, M. Ooshima, D. Noda, N. Asakawa // Precision Engineering. – 2021. –
Vol. 74. – P. 396–402. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2021.10.016

17. Мышкин, Н.К. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии / Н.К. Мышкин, М.И. Петроковец. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 368 с.

18. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. – Взамен ГОСТ 2789-59; введ. 1975–01–01. – М.: Стандартинформ, 2006. – 11 с.

19. Lee, N.J. The effect of a variable disc pad friction coefficient for the mechanical brake system of a railway vehicle / N.J. Lee, C.G. Kang // PLOS ONE. – 2015. – Vol. 10, no. 8. DOI: 10.1371/journal.pone.0135459

20. Кузнецов, А.В. Методы математической физики: учеб. пособие / А.В. Кузнецов. – Ярославль: Изд-во Яросл. гос. ун-та, 2004. – 200 с.

21. Работнов, Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела: учеб. пособие / Ю.Н. Работнов. – М.: Наука, 1988. – 712 с.

22. Мейз, Дж. Теория и задачи механики сплошных сред / Дж. Мейз. – М.: Мир, 1974. – 318 с.

23. Сергиенко, А.Б. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко. – СПб.: Питер, 2002. – 608 с.

24. Акустическая эмиссия при трении / В.М. Баранов [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 254 с.

25. Грешников, В.А. Акустическая эмиссия / В.А. Грешников, Ю.Б. Дробот. – М.: Изд-во стандартов, 1976. – 276 с.