Представлены результаты завершенных исследований и практического применения на предприятиях оборонно-промышленного комплекса изделий со сварными швами и защитными покрытиями, полученными электронно-лучевой сваркой, упрочнением и порошковой электронно-лучевой наплавкой в вакууме.

В результате комплексного анализа коллективом авторов в Проблемной лаборатории процессов сварки и создания защитных покрытий АлтГТУ им. И.И. Ползунова на основе более чем 25-летнего опыта в области электронно-лучевых технологий разработана технология электронно-лучевого упрочнения наиболее технологически сложных поршневых алюминиевых сплавов заэвтектического состава марки АК21М2,5Н2,5. Авторами была разработана и прошла успешное тестирование технология производства составного поршня из высококремнистого алюминиевого сплава АК21М2,5Н2,5, изготовленного из двух частей с последующей их сваркой электронным лучом.

Упрочнение с оплавлением рабочих кромок матриц для горячего деформирования распылителей дизельного топлива позволило на ОАО «Алтайдизель» повысить разгаростойкость поверхности в 2 раза.

Актуальным является практическое использование электронно-лучевой технологии наплавки высоколегированных порошковых сплавов на основе системы Ni–Cr–B–Si для ремонта и восстановления изношенных поверхностей тяжелонагруженных деталей: коленчатых и распределительных валов ДВС, крестовин, шаровых опор, толкателей распределительного валика, ступиц шкивов клиноременных передач, ходовых винтов и др.

Для создания защитных покрытий на уплотнительных поверхностях запорной паровой котельной и трубопроводной арматуры – седел, тарелок и сфер – была предложена технология прямой порошковой электронно-лучевой наплавки в вакууме.

Разработанные технологии могут быть рекомендованы к внедрению на предприятиях Алтайского края, специализирующихся в области двигателестроения при производстве новых или восстановлении и ремонте изношенных деталей и комплектующих для двигателей внутреннего сгорания.

Ключевые слова: качество, надежность, электронный луч, сварка, упрочнение, защитные покрытия,порошковая наплавка в вакууме, комплексное исследование, практическое использование, предприятия ОПК.

Радченко Михаил Васильевич (Барнаул, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой малого бизнеса в сварочном производстве
Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова; e-mail: mirad_x@mail.ru.

Шевцов Юрий Олегович (Барнаул, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры малого бизнеса в сварочном производстве Алтайского государственного технического университета им. И.И. Пол­зунова; e-mail: yuoshevtsov@mail.ru.

Радченко Татьяна Борисовна (Барнаул, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор ка­федры малого бизнеса в сварочном производстве Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова; e-mail: radchenko_tb@mail.ru

1. Способ упрочнения зон кольцевых канавок поршня двигателя внутреннего сгорания: пат. РФ 2148750 / Радченко М.В., Батырев Н.И., Кровяков К.С., Шевцов Ю.О.; заявл. 21.12.1998; опубл. 10.05.2000.

2. Исследование структуры и свойств поршневого алюминиевого сплава, обработанного электронным лучом / М.В. Радченко  [и др.]  // Сварочное производство. – 1998.  – № 11. – С. 9–12.

3. Получение упрочненных слоев на поверхности поршней из силуминов методом электронно-лучевой наплавки / М.В. Радченко [и др.]  // Сварочное производство. – 1999. – № 11. – С. 48–51.

4. Электронно-лучевое упрочнение поршневого сплава АК21 / М.В. Радченко [и др.] // Электронно-лучевая сварка: тез. докл. IX Всесоюз. конф. –
М., 1986. – С. 27–30.

5. О структурообразовании в процессе электронно-лучевого упрочнения стали 55Х2Н2МФА с оплавлением поверхности / М.В. Радченко [и др.] // Изв. СО АН СССР. Технические науки. – 1987. – Вып. 1, № 4. – С. 4.

6. Электронно-лучевая сварка гильзы цилиндров дизельных двигателей / Н.А. Ольшанский [и др.] // Материалы 8-й Всесоюз. конф. по электронно-лучевой сварке. – М., 1983. – С. 16–19.

7. Metallurgical coating made by electron beam surfacing / M.V. Radchenko [et al.] // 5 Int. Conf. on Electron beam techn. – Varna, Bulgaria, 1991. – P. 487.

8. Исследование характера коррозионного износа защитных покрытий, выполненных методом электронно-лучевой наплавки порошковых сплавов в вакууме /
М.В. Радченко [и др.] // Перспективные материалы. – 1997. – № 6. – С. 56–60.

9. Оценка твердости и пластичности слоев, созданных электронно-лучевым наплавлением в вакууме / М.В. Радченко, В.Г. Радченко, А.М. Кириенко, Ю.О. Шев­­цов // Металлург. – 1997. – № 8. – С. 33–35.

10. Комбинированные электротехнологии нанесения защитных покрытий / В.С. Чередниченко, М.В. Радченко, Т.Б. Радченко, Ю.О. Шевцов, В.Г. Радченко,
О.И. Хомутов // Современные электротехнологии: в 20 т. / под ред.  В.С. Чередниченко, В.Г. Радченко. –  Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 260 с.

11. Радченко М.В., Шевцов Ю.О., Радченко В.Г. Комплексный анализ износостойких защитных покрытий, наплавленных электронными пучками в вакууме // Ползуновский вестник. – 2005. – № 2, ч. 2. – С. 67–71.

12. Проблемы и перспективы использования электронно-лучевых технологий сварки, упрочнения и наплавки в дизелестроении / М.В. Радченко, В.Г. Радченко, Ю.О. Шевцов, К.С. Кровяков // Ползуновский вестник. – 2006. – № 4. – С. 325–329.

13. Практика использования электронно-лучевых технологий сварки, упрочнения и наплавки в дизелестроении / М.В. Радченко, В.Г. Радченко, Ю.О. Шевцов, К.С. Кровяков // Сварочное производство. – 2007. – № 5. – С. 27–30.

14. Разработка программного продукта «Прогноз-техно» для исследования зависимости качества защитных покрытий от технологии их напыления / М.В. Радченко, Ю.О. Шевцов, С.А. Маньковский, С.Г. Уварова // Обработка металлов. – 2007. – № 4(37). – С. 12–15.

15. Прогнозирование свойств наплавляемых защитных покрытий с использованием регрессионного анализа / Ю.О. Шевцов, М.В. Радченко, С.А. Маньковский, С.Г. Уварова, Т.Б. Радченко // Ползуновский вестник. – 2009. – № 4. – С. 207–210.

16. Experimental investigation of the process of supersonic gas-powder surfacing of objects in thermal power engineering / M.V. Radchenko, S.A. Man'kovskii,
Y.O. Shevtsov, V.G. Radchenko, T.B. Radchenko // Wel­ding International. – 2011. – Vol. 25, iss. 2. – P. 125–129.

17. Анализ основных технологических параметров комбинированных способов создания защитных покрытий / М.В. Радченко, О.И. Хомутов, Т.Б. Радченко, Ю.О. Шевцов, В.С. Киселев // Ползуновский вестник. – 2011. – № 2/2. – С. 236–243.

18. Практика использования концентрированных потоков энергии для сварки и создания защитных покрытий / М.В. Радченко, С.Г. Уварова,  Ю.О. Шевцов, В.Г. Радченко, В.А. Марков  // Ползуновский вестник. – 2012. – № 1/1. – С. 248–254.

19. Методика прогнозирования качества защитных износостойких покрытий, выполненных способом сверхзвуковой газопорошковой наплавки на объектах Ростехнадзора / М.В. Радченко, В.С. Киселев, Ю.О. Шевцов, Т.Б. Радченко, В.Г. Радченко, С.Г. Уварова // Сварка и диагностика. – 2014. – № 4. – С. 14–18.

20. Адаптивные технологии наплавки многофункциональных защитных покрытий. Состояние и перспективы развития / М.В. Радченко, Т.Б. Радченко, Ю.О. Шевцов, В.С. Киселев // Сварка и диагностика. – 2017. – № 4. – С. 38–43.

Целью работы являлась разработка конструкции установки и методики экспресс-испытаний термо- и износостойких наплавленных сплавов на стойкость к газоабразивному изнашиванию при нормальной и повышенных до 1000 °С  значениях температуры. Принцип действия разработанной установки основан на ускорении абразивных частиц потоком горячего сжатого воздуха и их соударении под заданным углом
с поверхностью нагретого образца испытуемого сплава. Модульная конструкция установки состоит из следующих основных систем: подготовки сжатого воздуха, подачи абразивного материала, плазменного нагрева газоабразивного потока, позиционирования образца относительно газоабразивного потока, нагрева испытуемого образца, очистки отработанного воздуха. Установка позволяет использовать абразив с различным компонентным и гранулометрическим составом, а также варьировать его скорость в широком диапазоне значений. Предложены критерии износостойкости материалов, обеспечивающие достоверную оценку и воспроизводимость результатов испытаний образцов сплавов различного состава. Показана геометрия пятна износа и топология тепловых полей на поверхности испытуемых образцов.

Приведены результаты изучения механизмов высокотемпературного изнашивания сплава на основе алюминида никеля 10Х4Н76М3В3Ю11РЦ, легированного частицами ZrB2. Показано, что износ сплава при температуре 1000 °С носит комплексный окислительно-абразивный характер. Сопротивлению металла пластической деформации при ударном воздействии абразивных частиц способствует твердорастворное упрочнение сплава, а также его армирование ультрадисперсными интерметаллидными фазами, формирующимися при его легировании тугоплавкими химическими элементами.

Разработанная методика испытаний позволяет моделировать условия работы наплавленных деталей металлургического, энергетического и другого оборудования, например, лопаток эксгаустеров котлов и агломерационных машин, деталей засыпных устройств доменных печей и др.

Ключевые слова: наплавленный металл, алюминид никеля, борид циркония, износостойкость, газоабразивное изнашивание, диагностика, экспресс-испыта­ния, температура, пластическая деформация, окисление.

Артемьев Александр Алексеевич (Волгоград, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государственного технического университета; e-mail: Artspace5@yandex.ru.ru.

Зорин Илья Васильевич (Волгоград, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государственного технического университета; e-mail: zorin.iv@vstu.ru.

Соколов Геннадий Николаевич (Волгоград, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государст­венного технического университета; e-mail: gnsokolov@yandex.ru.

Лысак Владимир Ильич (Волгоград, Россия) – академик РАН, доктор технических наук, заведующий кафедрой оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государственного технического университета; e-mail: gnsokolov@yandex.ru.

Денисевич Денис Сергеевич (Волгоград, Россия) – аспирант кафедры сопротивления материалов Волгоградского государственного технического университета; e-mail: adven148@yandex.ru.

Прияткин Дмитрий Вячеславович (Волгоград, Россия) – аспирант кафедры оборудования и техно­логии  сварочного производства Волгоградского государственного технического университета; e-mail: dmitry.priyatkin@mail.ru.

1. Быстров В.А. Условия эксплуатации и высокотемпературного износа засыпного устройства доменной печи // Инжиниринг в черной металлургии. – 2013. –№ 10. – С. 35–39.
2. Коротков В.А., Агафонов Э.Ж., Веснин А.М. Восстановление и упрочнение роторов эксгаустеров наплавкой // Горное оборудование и электромеханика. – 2014. – № 7. – С. 24–27.
3. Воробьёв В.В., Малинов В.Л. Сплавы и материалы для наплавки контактных поверхностей уравнительных клапанов // Научный вестник донбасской государственной машиностроительной академии. – 2010. – № 2. – С. 64–68.
4. Шумилов А.А., Штанько П.К., Гордиенко В.Н. Разработка наплавочных материалов для повышения износостойкости деталей тягодутьевых машин тепловых электростанций // Вестник СевНТУ. – 2010. – № 110. – С. 216–218.
5. Суховая Е.В. Структура и свойства эвтектических сплавов-связок на железной основе для композиционных покрытий // Материаловедение. – 2006. – № 7. – С. 235–238.
6. Особенности формирования структуры и свойств наплавленных сплавов под влиянием наночастиц тугоплавких соединений / Г.Н. Соколов, И.В. Зорин, А.А. Артемьев [и др.] // Физика и химия обработки материалов. – 2014. – № 2. – C. 38–47.
7. Влияние ультрадисперсных частиц нитрида титана TiN на структуру наплавленного металла системы Fe–Cr–C–Mo–Ni–Ti–B / А.А. Антонов, А.А. Артемьев, Г.Н. Соколов, И.В. Зорин, Ю.Н. Дубцов // Изв. ВолгГТУ. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении: межвуз. сб. науч. ст. – 2015. – Вып. 8, № 8(16). – С. 138–140.
8. Артемьев А.А., Соколов Г.Н., Лысак В.И. Влияние микрочастиц диборида титана и наночастиц карбонитрида титана на структуру и свойства наплавленного металла // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2011. – № 12. – С. 32–37.
9. Жудра А.П. Исследование износостойкости композиционных сплавов в условиях газоабразивного износа при повышенных температурах // Автоматическая сварка. – 2014. – № 11. – С. 31–34.
10. Юзвенко Ю.А., Гавриш В.А. Установка для оценки износостойкости наплавленного металла при газо-абразивной эрозии // Автоматическая сварка. – 1972. – № 6. – С. 73–74.
11. High temperature erosion wear of flame and plasma-sprayed nickel–chromium coatings under simulated coal-fired boiler atmospheres / V. Higuera Hidalgo [et al.] // Wear. – 2001. – No. 247. – P. 214–222.
12. Manish R., Ray K.K., Sundararajan G. Erosion-oxidation interaction in Ni and Ni–20Cr alloy // Metallurgical and materials transactions A. – 2001. – No. 32A. – P. 431–451.
13. Методика испытаний наплавленных сплавов на стойкость к высокотемпературному абразивному изнашиванию / А.А. Артемьев, А.А. Антонов, Г.Н. Соколов,  В.И. Лысак // Трение и износ. – 2017. – Т. 38, № 3. –C. 247–254.
14. Установка для испытания материалов на абразивное изнашивание: пат. 2564827 Рос. Федерация, МПК G 01 N 3/56  / Антонов А.А., Артемьев А.А., Соколов Г.Н., Лысак В.И.; ВолгГТУ. – 2015.
15. Диагностика износостойкости наплавленного металла методом склерометрии / Г.Н. Соколов, А.А. Артемьев, И.В. Зорин [и др.] // Сварка и диагностика. – 2012. – № 2. – С. 34–39.
16. Склерометр: пат. 87018 Рос. Федерация, МПК G 01 N 3/46 / Соколов Г.Н., Литвиненко-Арь­ков В.Б., Зорин И.В., Лысак В.И.; ВолгГТУ. – 2009.
17. Piercing mandrel strengthening by surfacing with nickel aluminide-based alloy / I.V. Zorin, Yu.N. Dubtsov, G.N. Sokolov, А.A. Artem'ev, V.I. Lysak, S.N. Elsukov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. conference 1: International Conference of Mechanical Engineering. Automation and Control Systems 2016 (MEACS 2016) (Tomsk, 27–29 October 2016). – Bristol, UK: IOP Publishing, 2017. – Vol. 177. –  p. 4.

Для нанесения металлокерамических покрытий WC–CoCr и WC–NiCr на стальную основу использовался метод сверхзвукового газовоздушного напыления – HVAF. Целью настоящего исследования являлось сравнение значений сопротивления представленных покрытий коррозионно-кавитационному воздействию методом ультразвуковых колебаний в жидкой среде с приложением постоянного напряжения 12 В. Для оценки исходной шероховатости рабочей поверхности образцов из материала подложки и покрытий перед испытанием использовали оптическую 3D-профилометрию. С целью изучения микрорельефа поверхности покрытий после испытания использовали сканирующую электронную микроскопию. Результаты испытаний на кавитационную стойкость покрытия WC–NiCr показали приблизительно на 20 % лучшее сопротивление кавитационному изнашиванию по сравнению с покрытием WC–CoCr в данных условиях. Общие потери массы для WC–NiCr-покрытия достигали 0,66 % от исходной массы образца, в то время как для WC–CoCr-покрытия составили около 0,82 %. Сканирующая электронная микроскопия испытанных образцов показала наличие более выраженного рельефа и относительно крупных пор кавитационного происхождения на поверхности WC–CoCr-покрытия по сравнению с WC–NiCr. Таким образом, метод высокоскоростного термического напыления HVAF может использоваться в качестве эффективного метода нанесения металлокерамических коррозионно-стойких покрытий для защиты деталей из конструкционных материалов, так как позволяет повысить сопротивление кавитационному эрозионно-коррозионному износу. Так, по сравнению с материалом подложки (сталь 40) стойкость к кавитации повысилась в 2,3 и 1,8 раза для WC–NiCr- и WC–CoCr-покрытий соответственно.

Ключевые слова: кавитационное испытание, эрозионно-коррозионное кавитационное воздействие, HVAF, термическое напыление, металлокерамические покрытия, WC–CoCr, WC–NiCr, топография поверхности.

Коробов Юрий Станиславович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: yukorobov@gmail.com.

Алван Хуссам Лефта (Багдад, Ирак / Екатеринбург, Россия) – аспирант кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: lefta.hussam@gmail.com.

Лежнин Никита Владимирович (Екатеринбург, Россия) – старший научный сотрудник лаборатории механических свойств Института физики металлов Уральского отделения РАН; e-mail: lezhnin@imp.uran.ru.

Соболева Наталья Николаевна (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории конструкционного материаловедения Института машиноведения Уральского отделения РАН, старший преподаватель кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: natashasoboleva@list.ru.

Макаров Алексей Викторович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, заведующий отделом материаловедения и лабораторией механических свойств Института физики металлов Уральского отделения РАН, главный научный сотрудник лаборатории конструкционного материаловедения Института машиноведения Уральского отделения РАН, профессор кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, e-mail: av-mak@yandex.ru.

Девятьяров Михаил Сергеевич (Екатеринбург, Россия) – инженер, директор ООО «Уральский институт сварки – металлургия»;  e-mail: dms@mashprom.ru.

Давыдов Александр Юрьевич (Екатеринбург, Россия) – бакалавр, лаборант кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: yargrg@gmail.com.

1. Blake J.R., Taib B.B.,  Doherty G. Transient cavi­ties near boundaries. P. 2. Free Surface // J. Fluid Mech. – 1987. – vol. 170. – Р. 479–497.

2. Cavitation erosion of martensitic and austenitic stain­less steel welded coatings / J.F. Santa, J.A. Blanco, J.E. Gi­raldo, A. Toro  // Wear. – 2011. – vol. 271. – Р. 1445–1453.

3. Kekes D., Psyllaki P., Vardavoulias M. Tribology in Industry wear micro-mechanisms of composite WC–Co / Cr–NiCrFeBSiC coatings. P. I. Dry sliding // Tribol. Ind. – 2014. – vol. 36, no. 4. – Р. 375–383.

4. Slurry and cavitation erosion resistance of thermal spray coatings / J.F. Santa, L.A. Espitia, J.A. Blanco, S.A. Ro­­mo, A. Toro // Wear. – 2009. – vol. 267. – Р. 160–167.

5. Hickling R., Plesset M.S. Collapse and rebound of a spherical bubble in water // Phys. Fluids. – 1964. – vol. 7, no. 1. – Р. 7–14.

6. Fujikawa S., Akamatsu T.  Effects of the non-equilibrium condensation of vapour on the pressure wave produced by the collapse of a bubble in a liquid // J. Fluid Mech. – 1980. – vol. 97, no. 3. – Р. 481–512.

7. Naudé C.F., Ellis A.T. On the mechanism of cavitation damage by nonhemispherical cavities collapsing in contact with a solid boundary // Trans. ASME. J. Basic Eng. – 1961. – vol. 83. – Р. 648–656.

8. Vogel A., Lauterborn W., Timm R. Optical and acoustic investigations of the dynamics of laser-produced cavitation bubbles near a solid boundary // J. Fluid Mech. – 1989. – vol. 206. – Р. 299–338.

9. Pereira F., Avellan F., Dupont P. Prediction of cavitation erosion: an energy approach // J. Fluids Eng. –  1998. – vol. 120. – Р. 719–727.

10. Gawne D.T. Surface engineering: advances materials for industrial applications // J. Metall. Mater. – 1993. – vol. 13, no. 1. – Р. 5–15.

11. Chatha S.S., Sidhu H.S., Sidhu B.S. Characte­risation and corrosion-erosion behaviour of carbide based thermal spray coatings // J. Miner. Mater. Charact. Eng. – 2012. – vol. 11, no. 6. – Р. 569–586.

12. Wear and corrosion performance of WC–10Co4Cr coatings deposited by different HVOF and HVAF spraying processes / Q. Wang, S. Zhang, Y. Cheng, J. Xiang, X. Zhao, G. Yang // Surf. Coatings Technol. – 2013. – Vol. 218. – Р. 127–136.

13. Effect of spraying parameters on the micro­structural and corrosion properties of HVAF-sprayed Fe–Cr–Ni–B–C coatings / A. Milanti, V. Matikainen, H. Koivu­luo­to, G. Bolelli, L. Lusvarghi, P. Vuoristo // Surf. Coatings Technol. – 2015. – vol. 277. – Р. 81–90.

14. Study of structure and corrosion resistance of Fe-based amorphous coatings prepared by HVAF and HVOF / R.Q. Guo, C. Zhang, Q. Chen, Y. Yang,  N. Li,  L. Liu // Corros. Sci. – 2011. – vol. 53. – Р. 2351–2356.

15. Tribology of HVOF- and HVAF-sprayed WC–10Co4Cr hardmetal coatings: A comparative assess­ment / G. Bolelli [et al.] // Surf. Coatings Technol. – 2015. – vol. 265. – Р. 125–144.

16. Wear properties of CrC-37WC-18M coatings deposited by HVOF and HVAF spraying processes / I. Hulka, V.A. Şerban, I. Secoşan, P. Vuoristo, K. Niemi // Surf. Coatings Technol. – 2012. – vol. 210. – Р. 15–20.

17. Effect of spray particle velocity on cavitation erosion resistance characteristics of HVOF and HVAF processed 86WC–10Co4Cr hydro turbine coatings /
R.K. Kumar, M. Kamaraj, S. Seetharamu, T. Pramod, P. Sam­pathkumaran //  J. Therm. Spray Technol. – 2016. – vol. 25, no. 6. – Р. 1217–1230.

18. Sadeghimeresht E., Markocsan N., Nylén P. A comparative study of corrosion resistance for HVAF-sprayed Fe- and Co-based coatings // Coatings. – 2016. – vol. 6, no. 16. – Р. 1–15.

19. Korobov Yu.S. Comporative analysis of super­sonic gas-flame methods of coating application // metallur­gist. – 2006. – vol. 50, no. 3–4. – Р. 158–162.

20. Milanti A., Koivuluoto H., Vuoristo P. Influence of the spray gun type on microstructure and properties of HVAF sprayed Fe-based corrosion resistant coatings // J. Therm. Spray Technol. – 2015. – vol. 24, no. 7. – Р. 1312–1322.

21. Deposition of HVAF-sprayed Ni-based amorphous metallic coatings / A.P. Wang, Z.M. Wang, J. Zhang, J.Q. Wang // J. Alloys Compd. – 2007. – vol. 440. – Р. 225–228.

22. Wang Q., Tang Z., Cha L. Cavitation and sand slurry erosion resistances of WC–10Co–4Cr coatings //J. Mater. Eng. Perform. – 2015. – vol. 24, no. 6. – Р. 2435–2443.

23. Microstructure and properties of WC–10%Co–4%Cr spray powders and coatings. P. 1. Powder Characterization / L. Berger, P. Ettmayer, P. Vuoristo, T.  Män­tylä, W. Kunert. – 2001. – vol. 10, no. 2. – Р. 311–325.

24. Wear and corrosion behavior of HVOF-sprayed WC–CoCr coatings on Al alloys / M. Barletta, G. Bolelli, B. Bonferroni, L. Lusvarghi // J. Therm. Spray Technol. – 2010. – vol. 19, no. 1–2. – Р. 358–367.

25. Cr3C2–NiCr and WC–Ni thermal spray coatings as alternatives to hard chromium for erosion-corrosion resistance / N. Espallargas, J. Berget, J.M. Guilemany, A.V. Benedetti, P.H. Suegama // Surf. Coatings Technol. – 2008. – vol. 202, no. 8. – Р. 1405–1417.

26. Tribological and corrosion behavior of HVOF sprayed WC–Co, NiCrBSi and Cr3C2–NiCr сoatings and analysis using design of experiments / Shabana, M.M.M. Sarcar, K.N.S. Suman, S. Kamaluddin // Mater. Today Proc. – 2015. – vol. 2, no. 4–5. – Р. 2654–2665.

27. Vyas B., Hansson I.L.H. The cavitation erosion-corrosion of stainless // Corros. Sci. – 1990. – vol. 30, no. 8/9. – Р. 761–770.

28. Zheng Y., Luo S., Ke W. Effect of passivity on electrochemical corrosion behavior of alloys during cavitation in aqueous solutions // Wear. – 2007. – vol. 262, no. 11–12. – Р. 1308–1314.

29. Espitia L.A., Toro A. Cavitation resistance, micro­structure and surface topography of materials used for hydraulic components // Tribol. Int. – 2010. – vol. 43, no. 11. – Р. 2037–2045.

30. Chiu K.Y., Cheng F.T., Man H.C. Evolution of surface roughness of some metallic materials in cavitation erosion // Ultrasonics. – 2005. – vol. 43, no. 9. – Р. 713–716.

Приводится описание методики экспериментов и результаты обработки опытных данных для оценки параметров процесса дуговой сварки порошковой проволокой с применением метода полного материального баланса. Она представляет собой систему из трех уравнений. Первое уравнение описывает взаимосвязь усредненного и парциальных коэффициентов перехода; второе – переход элемента из металлической фазы; третье – восстановление элемента из шлаковой фазы. Приведены усредненные и парциальные коэффициенты перехода элементов в наплавленный металл и металл шва. При сварке порошковой проволокой состав наплавленного металла и его сварочно-технологические свойства зависят от условий плавления ленты и шихты и взаимодействия образовавшихся фаз друг с другом и газом. Итогом этих процессов является формирование сварочной ванны определенной массы и состава. Анализ экспериментальных данных позволил выявить взаимосвязь показателей процесса (коэффициентов перехода элементов) с технологическими параметрами. Приведены полученные регрессионные уравнения. Сравнение опытных и расчетных данных показало их хорошую сходимость, что говорит о возможности применения метода полного материального баланса для оценки коэффициентов перехода элементов при дуговой сварке порошковой проволокой. Полученные данные позволяют прогнозировать состав наплавленного металла или металла шва при произвольных параметрах режима сварки порошковой проволокой, а также оценивать эффективность состава шихты. Аналогичным образом можно определить наиболее экономичный вариант состава покрытия электродов. Для этого необходимо рассчитать себестоимость компонентов покрытия для различных вариантов состава, которые дают близкий по концентрациям легирующих элементов наплавленный металл, что гарантирует необходимые эксплуатационные характеристики.

Ключевые слова: дуговая сварка, порошковая проволока, коэффициент перехода элемента, расчет состава металла шва, моделирование сварочных процессов, оптимизация состава, метод полного материального баланса, прогнозирование, состав наплавленного металла, математическое моделирование

Шалимов Михаил Петрович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии сварочного произ­водства  Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: shalimovmp@gmail.com.

Вотинова Екатерина Борисовна (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: votinovacat@rambler.ru.

1. Металлургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавление электродов / под ред. И.К. Походни. – Киев: Наукова думка, 1990. – 223 с.

2. Ерохин А.А. Кинетика металлургических процессов дуговой сварки. – М.: Машиностроение, 1964. – 256 с.

3. Моделирование структуры, свойств и процессов межфазного взаимодействия в системе металл–оксидный расплав–газ / В.Н. Бороненков, М.И. Зиниград, Л.И. Леонтьев [и др.]; под ред. акад. Л.И. Леонтьева; УрО РАН. – Екатеринбург, 2010. – 452 с.

4. Петров Г.Л. Сварочные материалы. – Л.: Машиностроение, 1972. – 280 с.

5. Походня И.К., Головко В.Н. Роль стадий капли и ванны в окислении марганца и кремния при сварке в углекислом газе порошковой проволокой // Автоматическая сварка. – 1974. – № 10. – С. 5–6.

6. Вотинова Е.Б., Шалимов М.П. Разработка методики расчета состава металла шва при сварке покрытыми электродами или порошковой проволокой // Сварка
и диагностика. – 2011. – № 5. – С. 31–35.

7. Вотинова Е.Б., Шалимов М.П., Разиков Н.М. Методика определения парциальных коэффициентов перехода элементов при ручной дуговой сварке // Сварка
и диагностика. – 2012. – № 1. – С. 28–31.

8. Шалимов М.П., Вотинова Е.Б., Михайлицын С.В. Определение парциальных коэффициентов перехода элементов в наплавленный металл при сварке рутиловыми электродами // Сварка и диагностика. – 2016. – № 5.– С. 54–57.

9. Вотинова Е.Б., Шалимов М.П. Методика расчета и совершенствования состава покрытия сварочных электродов // Сварка и диагностика. – 2016. – № 6. – С. 46–48.

10. Shalimov M.P., Votinova E.B. Application of the Complete Material Balance Method for development of mathematical model of the process interaction of phase in manual arc welding // The optimization of the composition, structure and properties os metals, oxides, composites, nano and amorphous materials: Proceedings of the sixteenth Israeli – Russian Bi-National Workshop / Ariel University Israel. – 2017. – P. 101–109.

11. Походня И.К. Математическое моделирование процессов взаимодействия металла с газами при дуговой сварке // Автоматическая сварка. – 2003. – № 2. – С. 3–10.

12. Быков А.Н., Ерохин А.А. Металлургические процессы окисления ферромарганца в электродных покрытиях при их нагреве // Автоматическая сварка. – 1961. – № 9. – С. 10–19.

13. Потапьевский А.Г. Влияние составляющих режима сварки тонкой проволокой в среде углекислого газа на интенсивность металлургических реакций // Автоматическая сварка. – 1958. – № 2. – С. 11–18.

14. Петров Г.Л., Минаков И.Т. Характер взаимодействия металла и флюса при автоматической сварке хромоникелевой аустенитной электродной проволокой // Сварка: сб. ст. – Л.: Судпромгиз, 1962. – Вып. 5. – 149 с.

15. Фрумин И.И. Легирование наплавленного металла при износостойкой наплавке. – Киев: Изд-во АН УССР, 1957. – 64 с.

16. Бороненков В.Н., Саламатов А.М. Прогнозирование химического состава металла шва при дуговой сварке методом математического моделирования процессов взаимодействия металла, шлака и газа /  Урал. политехн. ин-т. – Свердловск, 1985. – 50 с. Деп. в Черметинформации. № 1591.

17. Мазуровский В.Л. Физико-химические основы разработки современных сварочных материалов: дис. … канд. техн. наук: 02.00.04. – Екатеринбург, 2004. – 145 с.

18. Вотинова Е.Б., Шалимов М.П. Физическая модель процесса сварки покрытыми электродами или порошковой проволокой // Сварка: наука, практика, образование: сб. докл. науч.-техн. конф. «Сварка. Контроль и диагностика» / УГТУ-УПИ. – Екатеринбург, 2009. – С. 17–19.

19. Вотинова Е.Б., Шалимов М.П. Моделирование процесса дуговой сварки порошковой проволокой // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2015. – Т. 17, № 2. – С. 99–109.

20. Вотинова Е.Б., Шалимов М.П., Табатчиков А.С. Оценка параметров процесса дуговой сварки порошковой проволокой // Металлургия: технологии, инновации, качество: тр. ХХ Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч. / под ред. Е.В. Протопопова; Сиб. гос. индустр. ун-т. – Новокузнецк, 2017. – Ч. 2. – С. 273–277.

Методы теории оптимального управления (принцип максимума Понтрягина, метод моментов) позволяют ставить и решать задачи оптимального управления техническими и технологическими процессами с ограничениями на управление. Это дает возможность применять методы теории оптимального управления для оптимизации процессов сварки с ограничениями на концентрированные сварочные источники.

Моделирование сварочных источников в более широком классе кусочно-непрерывных и кусочно-постоянных функций позволяет описывать с большей точностью целый ряд высококонцентрированных источников, которые генерируются современным сварочным оборудованием и применяются в технологиях сварки.

В современной теории сварочных процессов и технологии сварочного производства применяются такие источники нагрева, у которых параметры могут изменяться безынерционно. Так, например, у многих сварочных источников (излучения лазера, пучка электронов, электрической дуги) мощность в импульсном режиме изменяется мгновенно, практически безынерционно. А источники нагрева, формируемые пучком электронов, являются безынерционными при управлении их перемещением, мощностью и фокусировкой.

Исходя из этого, учитывая свойство безынерционного (скачкообразного) изменения основных параметров (формы пятна нагрева, мощности, распределения плотности мощности по пятну и др.), модель источника необходимо строить в классе разрывных функций. Это, в свою очередь, позволяет ставить и решать задачи поиска оптимальных режимов сварки с применением новейших методов теории оптимального управления.

Одним из основных технологических приемов формирования сварочных источников с необходимой формой пятна нагрева и соответствующим распределением плотности мощности являются колебательные движения нормально-кругового источника по схеме строчной развертки.

В случае строчной развертки нормально-полосовой источник наиболее точно описывает равномерное распределение плотности мощности по длине пятна нагрева и в поперечном сечении.

Разрывы первого рода на границе пятна нагрева можно обеспечить с допустимой погрешностью.

Ключевые слова: методы оптимального управления, ограничение на управление, кусочно-постоянная функция, обратная задача, функционал, метод моментов, принцип максимума, экстремум, сварочный источник, строчная развертка.

Мелюков Валерий Васильевич (Киров, Россия) – доктор технических наук, профессор, директор ООО «Вят­ский аттестационный центр»; e-mail: rus_melyukov@mail.ru.

Максимов Александр Евгеньевич (Киров, Россия) – аспирант кафедры технологии машиностроения Вятского государственного университета; e-mail: 2m3j.p.m@gmail.com.

1. Бернулли И. Избранные сочинения по математике / ГИТТЛ. – М., 1973. – 100 с.

2. Эйлер Л. Метод нахождения кривых линий, обладающих свойствами максимума либо минимума, или решение изопериметрической задачи, взятой в самом широком смысле: пер. с лат. / ГИТТЛ.  – Изд. 1744 г. – М.; Л., 1934. – 600 с.

3. Лагранж Ж.Л. Аналитическая механика: в 2 т. / пер. В.С. грохмана; под ред. Л.Г. Лойцянского и А.И. Лурье. – Л.: Гостехиздат, 1950. – Т. 1, 2. – 1030 с.

4. Остроградский М.В. Собрание сочинений. Ч. 2. Лекции по аналитической механике. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1946. – Т. 1. – 288 с.

5. Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. – М.: Наука, 1969. – 424 с.

6. Математическая теория оптимальных процессов / Л.С. Понтрягин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе, Е.Ф. Мищенко. – 3-е изд. – М.: Наука: Гл. редакция физ.-мат. лит., 1976. – 392 с.

7. Сухарев А.Г., Тимохов А.В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. – М.: Наука, 1986. – 328 с.

8. Ванько В.И., Ермошина О.В., Кувыркин Г.Н. Вариационное исчисление и оптимальное управление: учеб. для вузов.  – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 488 с.

9. Бутковский А.Г. Теория оптимального управления системами с распределенными параметрами. – М.: Наука, 1965. – 474 с.

10. Бутковский А.Г., Пустыльников Л.М. Теория подвижного управления системами с распределенными параметрами. – М.: Наука. 1980. – 384 с.

11. Чубаров Е.П. Управление системами с подвижным источником воздействия. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 288 с.

12. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. – М.: Наука, 1970. – Т. 1. – 608 с.

13. Лыков А.В. Теория теплопроводности. – М.: Высшая школа, 1967. – 600 с.

14. Махненко А.Б., Егорова Л.А. Области применения схемы мощного быстродвижущегося источника тепла в расчетах температур при сварке // Автоматическая сварка. – 1975. – № 5. – С. 68–69.

15. Карслоу У., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Наука, 1964. – 487 с.

16. Фельдбаум А.А., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического управления. – М.: Наука, 1971. – 743 с.

17. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. – М.: Наука, 1984. – 831 с.

18. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. – М.: Физматгиз, 1962. – Т. 2. – 640 с.

19. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. – М.: Машгиз, 1951. – 296 с.

20. Мелюков В.В. Оптимизация режима обработки материалов концентрированными потоками энергии: учеб. пособие. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2003. – 212 с.

Рассмотрены особенности тепловых явлений и их влияние на энергосиловые параметры в зоне термофрикционного упрочнения.

Показано, что качество поверхностного слоя деталей оказывает значительное влияние на надежность и долговечность изделий и определяется совокупностью характеристик шероховатости, волнистости, физико-механических свойств, микротвердости, микроструктуры металла и остаточных напряжений. Предложен способ ТФУ, обеспечивающий повышение показателей качества обработанных поверхностей при минимальных затратах. Приведены сведения о влиянии окружной скорости вращающегося диска, подачи, материалов, смазки и площади контакта на величину температуры резания в зоне трения, что позволяет определить количественную связь между теплопроводностью металла, градиентом температуры и тепловым потоком в инструменте и заготовке.

Установлено, что теплота в зоне обработки распределяется неравномерно и изменяется в зависимости от теплопроводности материала инструмента и заготовки. Представлены зависимости определения среднеинтегральных скоростей нагрева и охлаждения слоя металла, оказывающих большое влияние на структуру и свойства упрочненного трением слоя. Определено, что мощность и плотность теплового потока при упрочнении – функции множества факторов, которые зависят от режимов обработки.

Приведены результаты исследования закономерностей процесса ТФУ, которые определяют энергосиловые затраты. Температура резания оказывает значительное влияние на ход процесса, в частности на качество и точность изделий.

Представлены энергосиловые зависимости процесса обработки, позволяющие разработать математические модели определения составляющих силы резания при ТФУ. Отмечено, что повышение температуры резания вызывает увеличение составляющих силы резания, приводящее к необходимости стабилизации температуры в контактной зоне с целью контроля и прогнозирования процесса ТФУ.

Ключевые слова: термофрикционное упрочнение, поверхностный слой, тепловые явления, тепло, температура резания, тепловыделение, силы резания, упрочняющий диск, пластическое деформирование, окружная сила, радиальная сила.

Покинтелица Николай Иванович (Севастополь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой пищевых технологий и оборудования Севастопольского государственного университета; e-mail: ni3178@rambler.ru.

Левченко Елена Александровна (Севастополь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры  технологии машиностроения Севастопольского государственного университета; e-mail: ealev1978@mail.ru.

1. Логунов И.И. Повышение качества цилиндрических и плоских стальных изделий высокоскоростным трением: дис. … канд. техн. наук: 05.02.08. – Новокузнецк, 1985. – 189 с.

2. Суслов А.Г. Обеспечение качества поверхностного слоя. – М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

3. Pokintelitsa N., Levchenko Е. Projecting parameters of a microprofile for a surface obtained as a result of the thermofrictional treatment // Procedia Engineering 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016). – 2016. – Vol. 150. –  P. 1013–1019.

4. Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности. - М.: Машиностроение, 1978. – 167 с.

5. Бабей Ю.И., Гурей В.М., Драчинская А.Г. Влияние фазовоупрочняющей обработки на структуру, фазовый состав и износостойкость стали и чугуна // Металлофизика. - 1980. - № 6. - С. 110–117.

6. Зарубицкий Е.У., Покинтелица Н.И., Костина Т.П. Исследование силовых зависимостей при термофрикционной обработке ступенчатых плоскостей // Физические процессы при резании металлов. - Волгоград, 1988. - С. 43–46.

7. Гурей Т.А., Кирилов В.И., Штаюра С.Т. Экспериментальные исследования влияния режимов фрикционной обработки на составляющие силы трения в зоне контакта инструмент–деталь // Вестник Национального университета «Львовская политехника»: Оптимизация производственных процессов и технический контроль в машиностроении и приборостроении. – Львов: Изд-во нац. ун-та «Львовская политехника», 2009. - № 642. - С. 8–13.

8. Покинтелица Н.И. Применение высокоскоростного трения в резании металла. - Киев: ВИПОЛ, 1993. - 156 с.

9. Pokintelitsa N., Levchenko Е. Application of thermo-frictional and mechanical treatment complex method for production of parts with specific properties // Procedia Engineering 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2017) 2017. – Vol. 206. – P. 1326–1332. DOI: https: //doi. org /10.1016/j. proeng. 2017.10.639

10. Нечаев К.Н. Анализ технологических возможностей термофрикционного упрочнения деталей // Металообработка. - 2011. - № 5. - С. 34–37.

11. Балакин В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения. – М.: Машиностроение, 1980. – 136 с.

12. Бабей Ю.И., Бутаков Б.И., Сысоев В.Г. Поверхностное упрочнение металлов. – Киев: Наукова думка, 1995. – 253 с.

13. Крыськов А.Д. Технология фрикционного формообразования: монография / РВЛ КНТУ. - Кировоград, 2008. - 303 с.

14. Зарубицкий Е.У. Термофрикционная обработка плоских поверхностей деталей // Пути повышения эффективности использования режущего инструмента: сб. науч. тр. – М., 1987. – С. 71–74.

15. Плахотник В.А., Покинтелица Н.И. Тепловые условия деформирования при термофрикционной обработке деталей // Вестник СевНТУ. Машиностроение и транспорт: сб. науч. тр. - 2010. - Вып. 107. - С. 80–84.

16. Кравченко Б.А. Силы, остаточные напряжения и трение при резании металлов. - Куйбышев: Куйб. кн. изд-во, 1962. - 179 с.

17. Папшева Н.Д., Александров М.К., Акушская О.М. Тепловые явления при поверхностном пластическом деформировании // Изв. Самарского научного центра Российской академии наук. - 2010. - Т. 12, № 4(3). - С. 682–685.

18. Давыдов С.В., Гуляев Ю.В., Симочкин В.В. Влияние теплофизических свойств углеродистых сталей на эвтектоидное превращение аустенита // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2008. – № 1(17). – С. 4–9.

Существенной проблемой при производстве корпусных конструкций специальной техники является сварка высокопрочных и особо высокопрочных сталей с пределом прочности свыше 800 МПа. Высокопрочные легированные стали в сравнении с обычными низкоуглеродистыми и низколегированными требуют специфического подхода к изготовлению сварных конструкций. Основной сложностью при сварке (наплавке) данных сталей является высокая склонность металла шва и зоны термического влияния к появлению холодных и горячих (кристаллизационных) трещин, а также образование структурных фаз, которые снижают сопротивляемость сварных соединений хрупкому разрушению. Другой существенной проблемой при сварке данных сталей является получение механических характеристик сварных швов, сопоставимых с уровнем основного металла без применения термической обработки сварных конструкций. На сегодняшний день сварку высокопрочных легированных сталей в корпусном производстве осуществляют с использованием ферритно-перлитного или аустенитного электродного металла. Общими недостатками используемых на данный момент технологий сварки корпусов спецтехники являются невысокие механические характеристики сварных швов. Решение проблемы свариваемости высокопрочных легированных сталей и повышения механических свойств МШ и околошовной зоны должно основываться на подборе оптимальных термических циклов сварки и правильном выборе сварочных материалов. Проанализированы основные пути решения проблемы свариваемости высокопрочных сталей, указано направление разработки порошковой проволоки с целью повышения механических свойств МШ, а также предложена собственная технология сварки, учитывающая особенности серийного производства и позволяющая исключить необходимость выполнения такой дорогостоящей технологической операции, как термическая обработка.

Установлено, что дефектов в виде трещин на линии сплавления и в ЗТВ при металлографическом исследовании микрошлифов не было обнаружено. Разработанная порошковая проволока с системой легирования Fe–Cr–Mn–Mo–N, содержащая до 0,3 мас. % азота, позволяет получить аустенитную структуру в МШ с повышенными механическими свойствами.

Ключевые слова: дуговая сварка, структура, холодные трещины, зона термического влияния, горячие трещины, среднелегированные стали, высокопрочные стали, корпусные конструкции, специальная техника, мартенсит, порошковая проволока, аустенит.

Шалимов Михаил Петрович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: shalimovmp@gmail.com.

Березовский Александр Владимирович (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail:  a.v.berezovskiy@gmail.com.

Смоленцев Алексей Сергеевич (Екатеринбург, Россия) – аспирант кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: A.S.Smolentsev@mail.ru.

1. Сварка в машиностроении: справ.: в 4 т. / под ред. А.И. Акулова. – М.: Машиностроение, 1978. – Т. 2. – 462 с.
2. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / под ред. акад. Б.Е. Патона. – М.: Машиностроение, 1974. – 768 с.
3. Виноградов В.С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки. – М.: Высшая школа: Академия, 1997. – 319 с.
4. Гончаров С.Н., Шалимов М.П. Холодные трещины при сварке высокопрочных среднелегированных сталей / УрФУ. – Екатеринбург, 2012. – 96 с.
5. Грабин В.Ф., Денисенко А.В. Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей. – Киев: Наукова думка, 1978. – 276 с.
6. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. – М.: Машиностроение, 1974. – 248 с.
7. Структура и вязкость зоны термического влияния сварных соединений высокопрочной стали / Т.И. Та­бат­чи­кова, А.Д. Носов, С.Н. Гончаров, Н.З. Гуднев,  С.Ю. Дель­­гадо Рейна, И.Л. Яковлева // Физика металлов и металловедение. – 2014. – Т. 115, № 12. – С. 1309–1317.
8. Металлургия дуговой сварки. Взаимодействие металлов с газами / И.К. Походня, И.Р. Явдощин, А.П. Пальцевич, В.И. Швачко, А. Котельчук. – Киев: Наукова думка, 1994. – 444 с.
9. Земзин В.А., Шрон Р.З. Термическая обработка и свойства сварных соединений. – Л.: Машиностроение, 1978. – 367 с.
10. Куликов В.П. Технология сварки плавлением и термической резки. – М.: ИНФРА-М, 2016. – 463 с.
11. Фролов В.А., Петренко В.Р., Пешков А.В. Технология сварки плавлением и термической резки металлов. – М.: ИНФРА-М, 2016. – 448 с.
12. Кирьян В.И., Миходуй Л.И. Проблемы использования новых сталей повышенной и высокой прочности в сварных конструкциях // Автоматическая сварка. – 2002. – № 3. – С. 10–17.
13. Прогнозирование свойств металла шва повышен­ной прочности / Д.Л. Олсон, Э. Метцбауэр, С. Лиу, И.Д. Парк // Автоматическая сварка. – 2003. – № 10. – С. 32–39.
14. Сварка в машиностроении: справ.: в 4 т.  / под ред. Н.А. Ольшанского. – М.: Машиностроение, 1978. – Т. 1. – 504 с.
15. Сварка и свариваемые материалы: справ.: в 3 т. Т. 1. Свариваемость материалов / под ред. Э.Л. Макарова. – М.: Металлургия, 1991. – 528 с.
16. Березовский А.В. Материалы современных сварных металлоконструкций // Сварка и диагностика: сб. докл. науч.-техн. конф. в рамках 11-й междунар. специализированной выставки «Сварка. Контроль и диагностика» (Екатеринбург, 29 ноября 2011 г.) / ЗАО «Уральские выставки». – Екатеринбург, 2011. – С. 24–29.
17. Березовская В.В. Система легирования высокоазотистых аустенитных сталей, структура, механические и коррозионные свойства // Инновации в материаловедении и металлургии: материалы I междунар. интерактив. науч.-практ. конф. (Екатеринбург, 13–19 декабря 2011 г.). – Екатеринбург, 2012. – Ч. 1. – С. 257–266.
18. Коррозионно-стойкие высокопрочные азотистые стали / И.В. Горынин, В.А. Малышевский, Г.Ю. Калинин, С.Ю. Мушников, О.А. Банных, В.М. Блинов, М.В. Костина  // Вопросы материаловедения. – 2009. – № 3(59) – С. 7–16.
19. Липпольд Д., Котеки Д. Металлургия сварки и свариваемость нержавеющих сталей: пер. с англ. / под ред. Н.А. Соснина, А.М. Левченко; Политехн. ун-т. – СПб., 2011. – 467 с.
20. Экономно-легированная никелем азотсодержащая коррозионно-стойкая аустенитная сталь / Ю.С. Венец, Г.Н. Трегубенко, М.И. Тарасьев, А.В. Рабинович // Вопросы атомной науки и техники. – 2000. – № 4. – С. 149–152.
21. Исследование новой высокопрочной экономнолегированной азотсодержащей стали повышенной надежности / О.А. Тонышева, Н.М. Вознесенская, Э.А. Елисеев, А.Б. Шалькевич // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. – 2011. – № S2. – С. 131–136.
22. Гудремон Э. Специальные стали: в 2 т. – М.: Металлургия, 1966. – Т. 2. – 531 с.
23. Фивейский А.М. Исследование и разработка наплавочных сплавов, стойких в условиях абразивного воздействия, на основе структурно-энергетического подхода: автореф. дис. … канд. тех. наук / УрФУ. – Екатеринбург, 2004. – 24 с.

В современном машиностроении широко применяются различные методы поверхностного упрочнения, которые приводят к существенному повышению сопротивления усталости деталей, особенно в условиях концентрации напряжений. Многочисленными экспериментами установлено, что основную роль в повышении сопротивления усталости упрочненных деталей играют сжимающие остаточные напряжения, наведенные в поверхностном слое опасного сечения при упрочняющей обработке. Ввиду этого для прогнозирования характеристик сопротивления усталости упрочненных деталей необходимо знать распределение остаточных напряжений по толщине поверхностного слоя опасного сечения, так как на характеристики сопротивления усталости оказывает влияние не только величина, но и характер распределения остаточных напряжений в опасном сечении деталей. Для определения остаточных напряжений по толщине упрочнённого поверхностного слоя приходится пользоваться механическими методами, связанными с разрушением деталей. В связи с этим необходимо разрабатывать методы определения остаточных напряжений, которые не приводят к разрушению деталей. Одним из таких методов является использование образцов-свидетелей, применяемых для контроля качества упрочнения деталей.

На примере сплошных и полых цилиндрических деталей с концентраторами напряжений из стали 30ХГСА, подвергнутых гидродробеструйной обработке одновременно с образцами-свидетелями, показано, что по первоначальным деформациям образцов-свидетелей представляется возможным рассчитывать остаточные напряжения в упрочненных деталях. Различие между наибольшими значениями остаточных напряжений, определенными расчетным и экспериментальным методами, не превышало 10 %. По распределению остаточных напряжений в гладких деталях вычислялись остаточные напряжения в деталях с концентраторами, по которым прогнозировалось приращение предела выносливости этих деталей за счет упрочнения гидродробеструйной обработкой. Установлено, что расчетные и экспериментальные значения приращения пределов выносливости различаются не более чем на 5 %. Это позволяет рекомендовать применение образцов-свидетелей для прогнозирования предела выносливости упрочненных дробью деталей с концентраторами напряжений из стали 30ХГСА.

Ключевые слова: гидродробеструйная обработка, прогнозирование сопротивленя усталости, деталь с концентратором, сталь 30ХГСА, опасное сечение, образец-свидетель, первоначальные деформации, остаточные напряжения, предел выносливости, критерий среднеинтегральных остаточных напряжений.

Павлов Валентин Федорович (Самара, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой сопротивления материалов Самарского национального исследовательского университета им. акад. С.П. Королёва; e-mail: pavlov.vf@ssau.ru.

Сазанов Вячеслав Петрович (Самара, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры сопротивления материалов Самарского национального исследовательского университета им. акад. С.П. Коро­лёва; e-mail: sopromat@ssau.ru.

Вакулюк Владимир Степанович (Самара, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры сопротивления материалов Самарского национального исследовательского университета им. акад. С.П. Коро­лёва; e-mail: sopromat@ssau.ru.

1. Биргер И.А. Остаточные напряжения. – М.: Маш­гиз, 1963. – 232 с.

2. Павлов В.Ф., Кирпичёв В.А., Вакулюк В.С. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных деталей по остаточным напряжениям. – Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2012. – 125 с.

3. Иванов С.И. К определению остаточных напряжений в цилиндре методом колец и полосок. Остаточные напряжения / КуАИ. – Куйбышев, 1971. – Вып. 53. – С. 32–42.

4. Стружанов В.В. Об остаточных напряжениях после прокатки и расслоении двухслойных полос // Вестник СамГТУ. изико-математические науки. – 2010. – № 5(21). – С. 55–63.

5. Моделирование перераспределения остаточных напряжений в упрочненных цилиндрических образцах при опережающем поверхностном пластическом деформировании / В.П. Сазанов, А.В. Чирков, В.А. Самойлов, Ю.С. Ларионова // Вестник СГАУ. – 2011. – № 3(27), ч. 3. – С. 171–174.

6. Определение первоначальных деформаций в упрочненном слое цилиндрической детали методом конечно-элементного моделирования с использованием расчетного комплекса PATRAN/NASTRAN / В.П. Сазанов, В.А. Кирпичёв, В.С. Вакулюк, В.Ф. Павлов // Вестник УГАТУ. – 2015. – Т. 19, № 2(68). – С. 35–40.

7. Иванов С.И., Павлов В.Ф. Влияние остаточных напряжений и наклепа на усталостную прочность // Проблемы прочности. – 1976. – № 5. – С. 25–27.

8. Иванов С.И., Павлов В.Ф., Прохоров А.А. Влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости при кручении в условиях концентрации напряжений // Проблемы прочности. – 1988. – № 5. – С. 31–33.

9. Вакулюк В.С. Сопротивление усталости детали в зависимости от толщины упрочненного слоя при опережающем поверхностном пластическом деформировании // Вестник СГАУ. – 2012. – № 3(34). – С. 172–176.

10. Кирпичёв В.А., Букатый А.С., Чирков А.В. Прогнозирование сопротивления усталости поверхностно упрочненных гладких деталей // Изв. вузов. Поволжский регион. Технические науки. – 2012. – № 3(23). – С. 102–107.

11. Иванов С.И., Шатунов М.П., Павлов В.Ф. Влияние остаточных напряжений на выносливость образцов с надрезом // Вопросы прочности элементов авиационных конструкций: межвуз. сб. / КуАИ. – Куйбышев, 1974. – Вып. 3. – С. 88–95.

12. Иванов С.И., Шатунов М.П., Павлов В.Ф. Определение дополнительных остаточных напряжений в надрезах на цилиндрических деталях // Вопросы прочности элементов авиационных конструкций: тр. КуАИ / КуАИ. – Куйбышев, 1973. – Вып. 66. – С. 160–170.

13. Сазанов В.П. Исследование распределения компонентов остаточного напряженного состояния в области наименьшего сечения поверхностно упрочненной детали с кольцевым надрезом методом конечно-элементного моделирования // Вестник СГАУ. – 2012. – № 3(34). – С. 158–161.

14. Моделирование остаточного напряженного состояния детали в условиях концентрации напря­жений   с использованием программного комплекса PATRAN/NASTRAN / В.П. Сазанов, А.В. Чирков, О.Ю. Семёнова, А.В. Иванова // Вестник СамГТУ. Технические науки. – 2012. – № 1(33). – С. 106–114.

15. Павлов В.Ф. О связи остаточных напряжений и предела выносливости при изгибе в условиях концентрации напряжений // Изв. вузов. Машиностроение. – 1986. – № 8. – С. 29–32.

16. Павлов В.Ф. Влияние на предел выносливости величины и распределения остаточных напряжений в поверхностном слое детали с концентратором. Сообщение I. Сплошные детали // Изв. вузов. Машиностроение. – 1988. – № 8. – С. 22–26.

17. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных деталей с концентраторами по остаточным напряжениям / В.Ф. Павлов, Н.А. Сургутанов, В.В. Сазанов, В.Э. Костичев, П.А. Шляпников // Изв. СНЦ РАН. – 2014. – Т. 16, № 6(2). – С. 550–554.

18. Влияние поверхностного упрочнения на предел выносливости цилиндрических деталей различного диаметра / В.Ф. Павлов, В.А. Кирпичёв, В.С. Вакулюк,
В.П. Сазанов // Изв. вузов. Авиационная техника. – 2014. – № 3. – С. 324–326.

19. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных деталей при различной степени концентрации напряжений / В.А. Кирпичёв, А.С. Букатый, А.П. Филатов, А.В. Чирков // Вестник УГАТУ. – 2011. – Т. 15, № 4(44). – С. 81–85.

20. Петерсон Р.Е. Коэффициенты концентрации напряжений. – М.: Мир, 1977. – 304 с.

21. Павлов В.Ф. Влияние на предел выносливости величины и распределения остаточных напряжений в поверхностном слое детали с концентратором. Сообщение II. Полые детали // Изв. вузов. Машиностроение. – 1988. – № 12. – С. 37–40.

Исследованы особенности формирования структуры металла на основе легированного алюминида Ni3Al, наплавленного при использовании различных скоростей дуговой наплавки композиционной проволокой. Экспериментально установлено, что качественное формирование наплавленного металла в условиях термического цикла процесса дуговой наплавки обеспечивается в диапазоне значений ее погонной энергии q = 8,5…33 кДж/см. Энергетическая составляющая величины q ограничена диапазоном сварочного тока
280–300 А и напряжения на дуге 25–27 В, что обеспечивает близкое к однородному плавление компонентов наполнителя КП, содержащих в своем составе легко- и тугоплавкие элементы и имеющих наибольшие значения коэффициентов их перехода в наплавленный металл. Показано, что в условиях термического цикла наплавки ее скорость следует ограничивать в пределах 16–18 м/ч с целью предотвращения образования избыточных тпу-фаз. Формирующаяся в этом случае структура наплавленного металла характеризуется достаточно высокой дисперсностью двух основных ее составляющих – (γ + γ')-твердых растворов, образующихся с участием эвтектической и перитектической реакций. Установлено, что повышенная термостойкость легированного ультрадисперсными частицами карбида WC наплавленного металла достигается вследствие меньшей его склонности к огрублению и укрупнению частиц γ'э-фазы. Выполненная оценка показателя жаростойкости K (соотношение массы образца после испытания и исходной массы образца) показала, что исследуемый тип наплавленного металла более эффективно сопротивляется химическому разрушению поверхности при высокотемпературных нагревах по сравнению со сплавами, содержащими в своем химическом составе хром в большом количестве (20 и более мас. %).

Ключевые слова: наплавленный металл, скорость наплавки, композиционная проволока, термический цикл, градиент температуры, фронт кристаллизации, структура, междентритное расстояние, термостойкость, жаростойкость.

Зорин Илья Васильевич (Волгоград, Россия) – кандидат технических наук, докторант, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государственного технического университета; e-mail: zorin.iv@vstu.ru.

Соколов Геннадий Николаевич (Волгоград, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государственного технического университета;  e-mail: gnsokolov@yandex.ru.

Лысак Владимир Ильич (Волгоград, Россия) – доктор технических наук, профессор, академик РАН, ректор Волгоградского государственного технического университета; e-mail: rector@vstu.ru.

Дубцов Юрий Николаевич (Волгоград, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского государственного технического университета; e-mail: dubcow@mail.ru.

Денисевич Денис Сергеевич (Волгоград, Россия) – ассистент кафедры сопротивления материалов Волгоградского государственного технического университета; e-mail: adven148@yandex.ru.

Фастов Сергей Анатольевич (Волгоград, Россия)  – магистрант кафедры оборудования и технологии сварочного производства Волгоградского госу­дарст­венного технического университета; e-mail: serfastov@gmail.com.

1. Соколов Г.Н., Лысак В.И. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей: монография ВолгГТУ; РПК «Политехник». – Волгоград, 2005. – 284 с.
2. Бунтушкин В.П., Каблов Е.Н., Базылева О.А. Механические и эксплуатационные свойства литейного жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl // Металлы. – 1995. – № 3. – С. 70–73.
3. Исследование микроструктуры и фазового состава интерметаллидного сплава на основе Ni3Al с кристаллографической ориентацией [001] / О.А. Базылева, Э.Г. Аргинбаева, Д.В. Зайцев, Т.В. Фесенко // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2015. – № 3. – С. 13-17.
4. Tsao T.-K., Yeh, A.-C. The thermal stability and strength of highly alloyed Ni3Al // Materials Transactions. – 2015. – Vol. 56, iss. 11. – P. 1905–1910.
5. Развитие процесса направленной кристаллизации лопаток ГТД из жаропрочных и интерметаллидных сплавов с монокристаллической структурой / Е.Н. Каблов, Ю.А. Бондаренко, А.Б. Ечин [и др.] // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. – 2011. – № SP2. – С. 20–25.
6. Effects of solidification parameters on microstructures of Ni3Al based single crystal / Li Hang, Zheng Lijing, Zhang Huarui [et al.] // Procedia Engineering. – 2012. – Vol. 27. – P. 1187–1192.
7. Effects of Mo and Ta in Ni3Al based single crystal alloys on their stress-rupture properties at intermediate temperatures / W. Li, H. Li, L. Liu, Y. Pei, Y. Ma, S. Li, S. Gong // Materials Research Innovations. – 2014. – Vol. 18. – P. S4380–S4484.
8. Влияние направленной кристаллизации на структуру и свойства монокристаллов сплава на основе Ni3Al, легированного Cr, Mo, W, Ti, Co, Re и РЗМ / К.Б. Поварова, Ю.А. Бондаренко, А.А. Дроздов, О.А. Базылева // Металлы. – 2015. – № 1. – С. 50–58.
9. Структура и свойства интерметаллидного сплава на основе алюминида никеля, микролегированного редкоземельными металлами / О.А. Базылева, Э.Г. Аргинбаева, А.В. Шестаков, Т.В. Фесенко // Вопросы материаловедения. – 2018. – № 1(93). – С. 35–49.
10. Феноменологическая модель формирования цент­ров кристаллизации в металлическом расплаве при свар­ке под влиянием ультрадисперсных тугоплавких компонентов / Г.Н. Соколов, В.И. Лысак, И.В. Зорин [и др.] // Вопросы материаловедения. – 2015. – № 4. – C. 159–168.
11. Влияние модифицирования на ликвацию легирующих элементов в хромоникелевом сплаве / Е.Н. Еремин, Ю.О. Филлипов, А.Е. Еремин, А.С. Лосев // Омский научный вестник. – 2012. – № 3(113). – C. 52–57.
12. Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки: пат. 2478029 Рос. Федерация, МПК В23К 35/02 / Дубцов Ю.Н., Зорин И.В., Соколов Г.Н., Лысак В.И. – № 2011125559; заявл. 21.06.2011; опубл. 27.03.2013, Бюл. № 9.
13. Phase field investigation of dendrite growth in the welding pool of aluminum alloy 2A14 under transient conditions / W. J. Zheng, Z.B. Dong, Y.H. Wei [et al.] // Computational Materials Science. – 2014. – No. 82. – P. 525–530.
14. Раямяки П., Кархин В.А., Хомич П.Н. Определение основных характеристик температурного поля для оценки типа затвердевания металла шва при сварке плавлением // Сварочное производство. – 2007. – № 2. – С. 4–7.
15. Ерохин А.А. Влияние жидкотекучести ванны на геометрическую форму сварного шва и технологическую применимость процесса сварки // Сварочное производство. – 1955. – № 6. – С. 5–9.

Основным показателем, характеризующим эффективность применяемых мер по снижению износов локомотивных колес, является фактический ресурс бандажа локомотива, учитывающий потери металла бандажа не только при эксплуатации колесных пар, но и при их обточке, с применением ресурсосберегающей технологии. Анализ мероприятий по повышению срока службы колесных пар локомотивов на Красноярской железной дороге и их эффективности показал, что накопленный производственный опыт по увеличению срока службы колесных пар локомотивов не всегда дает положительный эффект.

В КрИЖТ ИрГУПС проведены исследования влияния микроструктуры тормозных локомотивных колодок на трибологические свойства системы колесо–колодка. В результате этих исследований была предложена экспериментальная микроструктура тормозной локомотивной колодки, состоящая из феррита и графита, которую легко и без особых затрат можно получить как в условиях завода-изготовителя, так и в условиях ремонтных предприятий. проведены сравнительные эксплуатационные испытания.

Изложены материалы исследования влияния микроструктуры и твердости тормозных локомотивных колодок на путь экстренного торможения локомотивов. Испытания проводились на трех тепловозах грузового движения на перегонах станции Ачинск Красноярской железной дороги, оборудованных колодками трех групп: стандартных пониженной твердости, стандартных повышенной твердости и экспериментальных (со структурой феррито-графитовой). Анализ материалов исследований позволил установить, что при экстренных торможениях тепловозов со скорости до 55 км/ч путь экстренного торможения не зависит от структуры и твердости тормозных колодок. При экстренном торможении со скоростью более 55 км/ч увеличивается путь экстренного торможения тепловоза с колодками повышенной твердости и при скорости 80 км/час эта разница достигает 31 %. При этом тормозные колодки стандартные пониженной твердости и колодки экспериментальной группы в указанном скоростном диапазоне обеспечивают совершенно одинаковый путь торможения.

Ключевые слова: путь экстренного торможения, локомотивные тормозные колодки, структура чугуна, твердость, графит, феррит, цементит, ресурс бандажей, лубрикация, термическое упрочнение.

Климов Анатолий Александрович (Красноярск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации железных дорог Красноярского института железнодорожного транспорта, филиала Иркутского государственного университета путей сообщения; e-mail: anatoly.klimoff2013@yandex.ru.

Стручков Алексей Валентинович (Красноярск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры основ конструирования машин Сибирского государственного аэрокосмического университета им. акад. М.Ф. Решетнева; e-mail: str-alex-v@mail.ru.

1. Красиков Г.В. Повышение ресурса чугунных тормозных колодок локомотива // Молодой ученый. – 2011. –  Т. 1, № 2. – С. 35–38.
2. Асташкевич Б.М. Повышение долговечности трущихся узлов транспортной техники методами комплексного упрочнения / МИИТ. – М., 1999. – 160 с.
3. Вуколов JI.A. Повышение работоспособности тормозных колодок подвижного состава железных дорог: дис. ... д-ра техн. наук. – М., 1988. – 428 с.
4. Буйносов А.П. Методы повышения ресурса колесных пар тягового подвижного состава: монография / ГОУ «УМЦ по образованию на железнодорожном транспорте». – М., 2010. – 244 с.
5. Буйносов А.П. Еще раз об износе колеса и рельса // Путь и путевое хозяйство. – 2010. – № 9. – С. 23–26.
6. Влияние состава и микроструктуры тормозных локомотивных колодок на трибологические свойства / А.А. Климов, А.В. Стручков, В.Б. Бондарик, В.П. Ильинский, С.В. Домнин, В.П. Кирпиченко // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2017. – № 11. – С. 179–190.
7. Взаимодействие экспериментальных тормозных колодок, разработанных КрИЖТ ИрГУПС и бандажей колесных пар локомотивов: отчет о госбюджетной НИР (промежуточ.) / КрИЖТ ИрГУПС; рук. А.А. Климов; исполн.: Домнин С.В., Кирпиченко В.П., Бондарик В.Б. – Красноярск, 2016. – 25 с. – Инв. № 115100710046.
8. Исследование возможности использования феррито-графитной микроструктуры для чугуна тормозной ло­ко­мотивной колодки / А.А. Климов, С.В. Домнин, А.В. Струч­ков [и др.] // Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия: материалы IX меж­дунар. науч.-практ. конф., Новосибирск, 13–14 мар­та 2015 г. Ч. 2. Технические науки. – 2015. – № 2(9). – С. 161–165.
9. Некоторые результаты массового обследования тормозных локомотивных колодок / А.А. Климов, С.В. Домнин, А.В. Стручков, Д.С. Хацкевич [и др.] // Системы. Методы. Технологии: науч. период. журн. – 2015. – № 1. – С. 73–78.
10. Взаимодействие экспериментальных тормозных колодок, разработанных КрИЖТ ИрГУПС, и бандажей колесных пар локомотивов: (промежуточ.) / КрИЖТ ИрГУПС; рук. А.А. Климов; исполн.:  Домнин С.В. – Красноярск, 2013. – 58 с. – Инв. № 115100710046.
11. Климов А.А., Домнин С.В., Хацкевич Д.С. Способ повышения износостойкости тормозных локомотивных колодок из серого чугуна // Современные концепции научных исследований: IX междунар. науч.-практ. конф. – М., 2014. – Ч. 1. – С. 82–85.
12. Способ повышения износостойкости тормозных локомотивных колодок: пат. 2575505 Рос. Федерация / Стручков А.В., Денисов Р.А., Климов А.А., Хац­кевич Д.С. – № 2014119180/02; заявл. 13.05.2014. опубл. 20.02.2016, Бюл. № 5.
13. Фрикционный чугун для тормозных локомотивных колодок и способ его получения: пат. 2573848 Рос. Федерация, МПК С22С37/10, C21D 5/02 / Климов А.А., Стручков А.В. [и др.]; заявл. 24.07.2014; опубл. 27.01.2016, Бюл. № 3.
14. Исследование графитных включений в микроструктурах чугуна тормозных локомотивных колодок / А.А. Климов, А.В. Стручков, В.Б. Бондарик,  В.П. Ильинский, С.В. Домнин, В.П. Кирпиченко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2017. – Т. 19, № 3. – С . 19–33.
15. Способ улучшения трибологических ха­рактеристик пары «колесо–тормозная колодка» локомотивов / А.А. Климов, С.В. Домнин, А.В. Стручков [и др.] // Технические науки – от теории к практике: материалы VIII междунар. конф. – СПб., 2016. – С. 47–53.
16. Исследование влияния структуры и твердости тормозных колодок на износ бандажей колес локомотивов / А.А. Климов, С.В. Домнин, А.В. Стручков, В.Б. Бондарик // Современные технологии, системный анализ, моделирование. – 2017. – № 1(53). – С. 215–218.
17. Исследование металлической основы микроструктуры тормозных локомотивных колодок / А.А. Кли­мов, А.В. Стручков, В.Б. Бондарик [и др.] // Вестник института проблем естественных монополий. Техника железных дорог. – 2017. – № 4(40). – С. 26–30.
18. Влияние микроструктуры и твердости тормозной локомотивной колодки на трещинообразование чугуна / А.А. Климов, С.В. Домнин, А.В. Стручков [и др.] // Системы. Методы. Технологии: науч. период. журн. – 2016. – № 2(30). – С. 64–68.
19. Металлографическое исследование процесса трещинообразования в чугуне тормозных локомотивных колодок / А.А. Климов, А.В. Стручков, В.Б. Бонда­рик [и др.] // Транспорт, транспортные сооружения, экология. – 2017. – № 3. – С. 94–106.
20. Климов А.А., Стручков А.В. Причины возникновения патологического износа бандажа в системе бандаж колеса локомотива–тормозная колодка и возможности его исключения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 5–11.

Эксплуатационные характеристики зубчатых зацеплений определяются качеством изготовления рабочих поверхностей сопрягающихся зубчатых колес. Разработан способ зубохонингования рабочих поверхностей зубьев с помощью глобоидного алмазно-абразивного червяка.

Профилирование глобоидного червяка выполнено по методике, используемой в теории зубчатого зацепления. При заданном торцовом профиле детали с помощью формул преобразования координат и уравнений касания (уравнений зацепления) рассчитывается профиль глобоидного червяка при заданной кинематике сопряжения и параметрах установки глобоидного инструмента.

Для создания усилия обработки глобоидный инструмент необходимо внедрять в обрабатываемую поверхность. При этом характер изменения профиля детали определяется новым положением глобоидного абразивного хона, определяемого отклонениями параметров установки глобоидного инструмента. Характер отклонения профиля детали определяется теоретически по перпендикуляру к теоретическому профилю в ходе решения обратной задачи профилирования.

Выведенные аналитические зависимости позволяют рассчитывать отклонения действительного профиля от теоретического в зависимости от параметров установки глобоидного хона и определять влияние каждого параметра в отдельности или комплексное влияние всех параметров одновременно. В дальнейшем эти зависимости можно использовать для определения усилий резания в зоне контакта глобоидного червяка и ротора винтового забойного двигателя и затем перейти к расчету величины съема материала и шероховатости получаемых рабочих поверхностей детали в зависимости от характеристик абразивного слоя глобоидного червяка.

Значительная протяженность линии контакта при глобоидном зацеплении предполагает разработку методики определения отклонений реального и теоретического профилей в разных точках линии контакта.

Ключевые слова: теория зацепления, профиль зубчатой детали, параметры установки инструмента, глобоидный червяк, абразивный слой, характеристика абразивного слоя, прямая и обратная задачи профилирования, количественная оценка, отклонение действительного профиля от теоретического, влияние параметров установки на отклонения профиля детали, профиль ротора винтового забойного двигателя.

Спирин Владимир Александрович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук; e-mail: tms@pstu.ru.

Макаров Владимир Федорович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой инновационных технологий в ма­шиностроении Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: makarovv@pstu.ru.

Халтурин Олег Александрович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры cварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: oleg-x@pstu.ru.

1. Алмазные зубчатые хоны для отделочной обработки закаленных зубчатых колес / В.В. Завин [и др.] // Производство зубчатых передач и вопросы надежности / Ом. политехн. ин-т. – Омск, 1974. – C. 113–118.
2. Бадаев А.М., Баженов Н.Л., Симонов А.А. Методы обработки сопряженных кинематических поверхностей зубчатых передач: учеб. пособие / Горьк. гос. ун-т. – Горький, 1977. – 68 с.
3. Качество изготовления зубчатых колес / А.В. Яки­мов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1979. – 191 с.
4. Клепиков В.Д. Зубохонинговние закаленных ци­лин­дрических колес // Новые процессы обработки резанием / НАМИ. – 1968. – С. 60–77.
5. Копф И.А. Повышение точности закаленных зубчатых колес, изготовляемых без зубошлифования // Технология и качество зубчатых и червячных передач / Ерев. политехн. ин-т. – Ереван, 1971. – С. 79–89.
6. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке / Севаст. нац. техн. ун-т. – Севастополь, 2012. – 262 с.
7. Орлов И.В. Хонингование зуба закаленных зубчатых колес. – М.: Машиностроение, 1967. – 25 с.
8. Серебренник Ю.Б., Спирин В.А. Финишные методы обработки цилиндрических зубчатых колес: метод. указания к курс. и дипл. проектироваию для студ. машиностроительных спец. / Перм. политехн. ин-т. – Пермь, 1985. – 32 с.
9. Якимов А.В. Абразивно-алмазная обработка фасонных поверхностей. – М.: Машиностроение, 1984. – 311 с.
10. Журавлев В.Л. Технология изготовления глобоидных передач. – М.: Машиностроение, 1965. – 152 с.
11. Зак П.С. Глобоидная передача. – М.: Машгиз, 1962. – 256 с.
12. Лашнев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. – М.: Машиностроение, 1975. – 392 с.
13. Литвин Ф.А. Теория зубчатых зацеплений. – М.: Наука, 1968. – 584 с.
14. Спирин В.А., Цепков А.В. Новый способ обработки протягиванием глобоидных червяков // Повы­шение эффективности протягивания. – Рига, 1985. – С. 18–21.
15. Спирин В.А. Повышение качества обработки сложнопрофильных зубчатых деталей: дис. … канд. техн. наук / Перм. политехн. ин-т. – 1988. – 216 с.
16. Сухоруков Ю.И. Расчет и проектирование инструментов для отделки зубчатых колес методом свободного обката с применением ЭВМ. – Новосибирск, 1977. – 88 с.
17. Цепков А.В. Профилирование затылованных инструментов. – М.: Машиностроение, 1979. – 150 с.
18. Цепков А.В., Спирин В.А., Серебренник Ю.Б. Финишная обработка роторов винтовых забойных двигателей // Пути повышения производительности и качества механообработки деталей на машиностроительных предприятиях Урала: тез. докл. зональной науч.-техн. конф. – Свердловск, 1984. – С. 74–75.
19. Расчет параметров установки дисковой фрезы для обработки винтовых стружечных канавок / А.В. Цеп­ков, В.А. Спирин, В.И. Савченко, В.К. Перевозников // Повышение эффективности инструментального производства: тез. докл. XI науч.-техн. конф. инструментальщиков Урала. – Пермь, 1982. – С. 33–35.
20. Способ обработки зубчатых деталей: а.с. 112504 СССР / Цепков А.В., Коротаев Ю.А., Спирин В.А. Заявл. 28.07.82.
21. Способ хонингования цилиндрических зубчатых колес: а.с. 300266 СССР /  Фрагин И.Б., Ананьян В.А., Скудинин А.Г., Сидоров В.Д. 1971.

Проблемой практики гидроабразивной обработки является обеспечение надлежащего качества поверхности реза. Получить информацию о состоянии поверхности возможно не только контактным методом, но и методом анализа изображений. Настоящее исследование преследует цель оценить возможности применения анализа изображений к задачам оценки параметров шероховатости поверхности реза, качества поверхности и цены изготовления при гидроабразивной резке. Для исследования зонированности реза был составлен алгоритм проведения. Для определения шероховатости поверхности реза контактным способом использовался профилометр. Для проведения анализа изображений поверхности реза использовался программный продукт ImageJ. В качестве объектов исследования использовались образцы резов на Ст3, полученные гидроабразивной резкой при скоростях подачи абразива 256,24; 170,02;106,66; 76,62; 59,28 м/с. При сопоставлении данных о шероховатости поверхности, полученных при анализе изображений и контактным способом с использованием критерия Стьюдента, не выявлено статистически значимых различий. Для достижения максимальной точности измерений по изображению следует проводить соответствующую калибровку средства анализа изображений. Преимущества метода анализа изображений в оценке состояния поверхности реза следующие: возможность выявления особенностей неровностей, формирующих рельеф, в зависимости от данного параметра по показателям коэффициента сферичности, площади, а также количеству на единицу площади, а также возможность получения наглядной трехмерной визуализации. Трехмерная визуализация позволяет информировать заказчика работ о состоянии поверхности реза при различных условиях его получения, позволяет быстро сформулировать представление о качестве результата и тем самым оптимизировать процедуру выбора скоростей обработки с соблюдением баланса экономических и технических запросов заказчика.

Ключевые слова: гидроабразивная резка, анализ изображений, трехмерная реконструкция, шероховатость, топография, механическая обработка, конструкционная сталь, профилометр, рельеф, морфология, статистический анализ.

Игнатова Анна Михайловна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Пермского краевого центра охраны труда Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: iampstu@gmail.com.

Балабанов Сергей Константинович (Пермь, Россия) – студент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Игнатов Михаил Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры свароч­ного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: imnpstu@gmail.com.

1. Степанов Ю.С., Барсуков Г.В. Современные технологические процессы механического и гидроструйного раскроя технических тканей. – М.: Машиностроение, 2004. – 240 с. (Библиотека технолога).

2. Тихомиров Р.А., Петухов Е.Н.,  Кравченко Д.В. Развитие технологии обработки сверхзвуковыми струями жидкости различного состава // Изв. ТулГУ.
Машиностроение. – 2000. – Вып. 5. – С. 63–68.

3. Тамаркин М.А. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. – Ростов н/Д, 1995. – 32 с.

4. Потапов В.А. Струйная обработка: состояние и перспективы развития в Европе и мире // Вестник машиностроения. – 1996. – № 1. – С. 26–30.

5.  Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. – М.: Наука, 1971. – С. 190–200.

6. Шманев В.А., Шулепов А.П., Мещеряков А.В. Струйная гидроабразивная обработка деталей ГТД. – М.: Машиностроение, 1995. – 350 с.

7.  Analysis of acoustic emission emerging during hydro abrasive cutting and options for indirect quality control / S. Hloch, J. Valíček, D. Kozak, H. Tozan, S. Chattopadhyaya, P. Adamčík // The Int. J. of Adv. Manuf. Techn. – 2013. – Vol. 66. – Р. 45–58.

8. Тарасов В.А., Полухин А.Н. Оценка геометрических параметров формируемой поверхности при гидроабразивной обработке // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. – 2012. – № 1. – С. 107–113.

9. Vibration as a source of information for abrasive waterjet monitoring / S. Hloch, V. Perzel, P. Hreha, H. Tozan, J. Valicek // J. of Naval Sci. and Eng. – 2011. –
Vol. 7(1). – Р. 71–85.

10. Assessment of cutting tool condition by acoustic emission / M.P. Gómez, A.M. Hey, C.E. D’Attelis, J.E. Ruzzante // Procedia Materials Science. – 2002. – vol. 1. – Р. 321–328.

11. Санинский В.А., Тышкевич В.Н., Александров А.А. Комплектование многоместного приспособления для одновременной гидроабразивной обработки длинномерных труб // Изв. Волгоградского государственного технического университета. – 2017. – № 5. –
С. 46–50.

12. Кириллов О.Н., Смоленцев В.П., Котуков В.И. Механизм формирования геометрии переходных участков при комбинированной обработке // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2016. – Т. 12, № 3. – С. 71–76.

13. Иванов В.В.,  Решетников М.К. Компьютерное имитационное моделирование процесса гидроабразивного резания // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2015. – № 2(79). – С. 46–49.

14. Мещеряков А.В., Шулепов А.П. Математическая модель процесса формирования микрорельефа поверхности при струйной гидроабразивной обработке // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2016. – Т. 15, № 4. – С. 235–242.

15. О возможности гидроабразивной резки синтетических минеральных сплавов (базальтового литья) и натурального камня / А.М. Игнатова, Р.Н. Шартинов, О.В. Сидоров, О.В. Лапчинская // Базальтовые технологии. – 2014. – № 12. – С. 71.

16. Игнатова А.М., Игнатов М.Н., Шаритнов Р.Н. Классификация основных элементов технологической системы гидроабразивного резания для обеспечения точности и качества поверхности реза // Машиностроение: сет. электрон. науч. журн. – 2015. – Т. 3, № 1. – С. 17–20.

Изучается проблема повышения долговечности по износу подающих и гибочных роликов пружинонавивочных автоматов. Контакт роликов с пружинной проволокой рассматривается как фрикционное взаимодействие пары легированная сталь–углеродистая сталь, в которой из-за особенностей работы значительно изменяется структура и химический состав контактных слоев с образованием в них вторичных структур с абразивными свойствами.

Экспериментальным моделированием фрикционного взаимодействия образцов двух марок высоколегированных сталей с углеродистой пружинной сталью показано, что износ легированной стали может быть существенно снижен предварительной обработкой магнитным полем. Предполагается, что изнашивание легированной стали осуществляется особо твердыми вторичными структурами, возникающими за время контакта на сопряженной углеродистой стали.

Специальными опытами на парах трения легированная сталь–углеродистая сталь с измерением микротвердости следов трения показано, что такие структуры образуются, а магнитная обработка этому препятствует. По результатам статистического анализа обширного массива измерений установлено проявление во фрикционном контакте упрочняющих механизмов не только деформационной природы, но и механизмов, связанных с химическими превращениями, образованием прочных ковалентных связей, которые и обусловливают абразивные свойства вторичных структур.

Серией триботехнических опытов с проведением спектрального анализа и оценкой химического состава следов трения по углеродистой стали выявлена решающая роль массопереноса углерода и карбидообразующих элементов из сопряженной легированной стали, за счет чего происходит образование твердых вторичных структур на поверхности углеродистой стали. Показано, что происходит дополнительное науглероживание наружных слоев ее кристаллической решетки, которое, кроме традиционного упрочнения за счет ее искажения, оказывает каталитическое действие на реализацию механизмов химической природы в виде образования легированного цементита, карбидной фазы и интерметаллидов, несмотря на кратковременность фрикционного контакта.

Делается вывод, что влияние магнитной обработки состоит в повышении структурной стабильности контактных слоев решетки легированных сталей при фрикционном взаимодействии с углеродистой сталью за счет формирования внутри решетки энергетического барьера для диффузионного массопереноса углерода и легирующих элементов.

Ключевые слова: микротвердость, массоперенос, сталь, углерод, легирующий элемент, механизм, твердость, вторичная структура, износ, поверхность, концентрация, магнитная обработка.

Зелинский Виктор Васильевич (Муром, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения Муромского института, филиала
Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых; e-mail: selvik46@yandex.ru.

Гоц Александр Николаевич (Владимир, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры тепловых двигателей и энергетических установок Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых; e-mail: hotz@mail.ru.

Гусев Владимир Григорьевич (Владимир, Рос­сия) – доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых; e-mail: prof_gusev@mail.ru.

Борисова Екатерина Александровна (Муром, Россия) – старший преподаватель кафедры технологии машиностроения Муромского института, филиала Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых; e-mail: Catherine.b2011@yandex.ru.

1. Машков Ю.К. Трибофизика металлов и полимеров: монография. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 240 с.

2. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. – М.: Машиностроение, 1982. – 212 с.

3. Микролегирование азотом поверхностей конструкционных материалов при финишных методах обработки инструментами на основе кубического нитрида бора / А.В. Тотай, О.А. Горленко, В.П. Федоров,
А.Н. Прокофьев // Вестник БГТУ. – 2013. – № 4(20). –
С. 95–100.

4. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. – М.: Металлургия, 1976. – 176 с. (Успехи современного металловедения).

5. Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. Поверхностная прочность материалов при трении. –
Киев: Техника, 1976. – 296 с.

6. Хайнике Г. Трибохимия. – М.: Мир, 1987. – 584 с.

7. Borisova E.A., Zelinskiy V.V. On the mechanism of ferromagnetic materials wear reduction // Procedia Enginee­ring. – 2015. – Vol. 129. – P. 111–115.

8. Зелинский В.В., Борисова Е.А. О механизме снижения износа ферромагнитных материалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2014. – Т. 2, № 2. – С. 51–59.

9. Зелинский В.В., Борисова Е.А. Опытная оценка влияния магнитной обработки на износостойкость инструментальных сталей // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2013. – № 3. – С. 55–60.

10. Зелинский В.В., Степанов Ю.С., Борисова Е.А. Влияние обработки магнитным полем на износ инструментальных сталей // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2017. – № 2 (322). – С. 73–81.

11. Зелинский В.В., Борисова Е.А., Карпов А.В. Моделирование диффузионно-адгезионных процессов в парах трения сталь–сталь исполнительных органов машин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 1. – С. 83–93.

12. Зелинский В.В., Степанов Ю.С., Борисова Е.А. Повышение износостойкости исполнительных органов машин, образующих трибосистему «сталь–сталь» // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2018. – № 1(327). – С. 43–52.

13. Заселенность переходных состояний химических процессов, активированных трением / С.Б. Булгаревич, М.В. Бойко, В.И. Колесников, К.Е. Корец // Трение и износ. – 2010. – Т. 31, № 4. – С. 385–393.

14. Булгаревич С.Б., Бойко М.В. Активация и дезактивация трением физико-химических процессов в зоне фрикционного контакта // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2017. – Т. 18, № 9. – С. 404–409.

15. Самоорганизация трибосистем при граничном трении металлов / А.В. Баранов, В.А. Вагнер, С.В. Тарасевич, О.В. Быкова // Ползуновский вестник. – 2009. – № 1–2. – С. 155–158.

16. Хецберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов: пер. с англ. / под ред. И.Л. Бернштейна и С.П. Ефименко. – М.: Металлургия, 1989. – 576 с.

17. Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 8-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 648 с.

18. Гуляев А.П. Металловедение: учеб. для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

19. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1983. – 359 с.

20. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. – М.: Металлургия, 1978. – 248 с.

21. Ким В.А. Самоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента. – Владивосток: Дальнаука, 2001. – 203 с.

22. Семенов М.Ю. Закономерности зарождения частиц легированного цементита при науглероживании теплостойких сталей // Наука и образование. – 2014. –
№ 5. – С. 340–350. DOI: 10.7463/0514.0710529