Посвящена прежде всего выдающемуся открытию великого русского ученого и инженера Д.К. Чернова, которое предопределило деление века железа на две эпохи: «до чернова» и «после Чернова». В 1868 г. Д.К. Чернов на заседании Русского технического общества в своем докладе показал, что на температурной шкале обработки стали особое значение имеют две точки: ‘a’ и ‘b’, вошедшие затем в науку как точки Чернова. Д.К. Чернов первым установил, что стали являются полиморфными твердыми телами и при закалке от температуры выше точки ‘a’ претерпевают фазовое превращение. Физический смысл точки ‘b’ авторы настоящей статьи связывают с температурным порогом рекристаллизации стали.

Показано, что в эпоху «после чернова» цивилизация железа достигла совершенно удивительного прогресса и, по сути, стала эпохой металлов. Однако большое количество металлов (около половины) не являются полиморфными от природы (Pd, Nb и т.д.). Их можно подвергать полиморфным превращениям с помощью воздействия водородом – водородной обработки. Подробно изложено явление водородофазового наклепа, которое является основой водородной обработки металлических материалов, основой новой парадигмы материаловедения. Эта новая область материаловедения успешно решает проблемы надежности таких важных областей техники, как металлургия, атомная энергетика, химические и нефтехимические производства, авиация и космонавтика и т.д.

В долгосрочной перспективе практическая задача водородного материаловедения в целом и ВОМ в особенности состоит в том, чтобы держать на должном уровне материаловедческое обеспечение вхождения в жизнь водородной энергетики, а в последующем – обеспечить материаловедческую базу движения человечества по экологически чистому вектору «водородная энергетика ® водородная экономика ® водородная цивилизация».

Ключевые слова: полиморфизм, металл, металловедение, материал, материаловедение, водород, индуцированный водородом полиморфизм, водородное материаловедение, водородная обработка, водородофазовый наклеп, новая парадигма материаловедения.

Гольцов Виктор Алексеевич (Донецк, До­нецкая Народная Республика) – доктор технических наук, про­фессор, завкафедрой физики Донецкого национального тех­нического университета; e-mail: goltsov@physics.donntu.org; lyudmila-ya@mail.ru.

Гольцова Людмила Федоровна (Донецк, Донецкая Народная Республика) – кандидат технических наук, ведущий инженер кафедры физики Донецкого
национального технического университета; e-mail: lyudmila-ya@mail.ru.

1. Федоров А.С. Творцы науки о металле [Электронный ресурс]. – М.: Наука, 1980. – 218 с. – Гл. IV. Металлургия становится точной наукой. – URL: http://metallurgu.ru/books/item/f00/s00/z0000010/st005.shtml (дата обращения: 20 мая 2019 г.).
2. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов: учебк. – 4-е изд., испр. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
3. Способ упрочнения гидридообразующих металлов и сплавов: а.с. 510529 СССР, МПК С 22 F 1/00 /  Гольцов В.А., Тимофеев Н.И.; Донец. политехн. ин-т (СССР). – № 1936144; заявл. 11.06.73; опубл. 15.04.76, Бюл. № 14.
4. Гольцов В.А. Водородная обработка материалов – новая область физического материаловедения // Перспективные материалы: учеб. пособие / под ред. Д.Л. Меерсона; Тольяттин. гос. ун-т. – Тольятти, 2017. – С. 5–118.
5. Гольцов В.А., Тимофеев Н.И., Мачикина И.Ю. Явление фазового наклёпа в гидридообразующих металлах и сплавах // Докл. АН СССР. – 1977. – Т. 235, № 5. – С. 1060–1063.
6. Гольцов В.А., Мачикина И.Ю., Тимофеев Н.И. Рекристаллизация водородофазонаклепанного палладия // Доклады АН СССР. – 1979. – Т. 247, № 1. – С. 94–98.
7. Гольцов В.А., Кириллов В.А., Железный В.С. Структурные изменения палладия при водородофазовом наклепе // Доклады АН СССР. – 1981. – Т. 259, № 2. – С. 355–359.
8. Гольцов В.А., Лобанов Б.А. Изменение субструктуры палладия при водородофазовом наклепе и последующем отжиге // Доклады АН СССР. – 1985. – Т. 283, № 3. – С. 598–601.
9. Садовский В.Д. Структурная наследственность стали. – М.: Металлургия, 1973. – 208 с. – (Успехи современного металловедения.)
10. Goltsov V.A. Fundamentals of hydrogen treatment of materials and its classification // Int. J. Hydrogen Ener. – 1997. – Vol. 22. – P. 119–124.
11. Гольцов В.А. Явление управляемого водородофазового наклепа // Альтернативная энергетика и экология. – 2014. – № 1 (141). – С. 20–41.
12. Progress in hydrogen treatment of materials / ed. by V.A. Goltsov. – Donetsk–Coral Gables: Kassiopeya Ltd., 2001. – 543 p.
13. Гольцова М.В. Водородные технологи в литье и металлургии: настоящее и будущее (обзор) // Литье и металургия. – 2019. – № 4 (83). – С. 145–154.
14. Гольцов В.А. Индуцированные водородом фазовые превращения – основа новой области металло­ве­де­ния (аналитический обзор) // Металлове­дение и терми­че­ская обработка металлов. – 2016. – № 11(737). – С. 42–51.
15. Гольцов В.А., Гольцова М.В. Индуцированный водородом полиморфизм и фазово-структурные основы водородной обработки материалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение. Материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 3. – С. 7–29.
16. Гольцов В.А. Фундаментальные основы водородной обработки материалов // Альтернативная энергетика и экология. – 2014. – № 1 (141). – С. 42–69.
17. Goltsova L.F. Hydrogen community progress in comprehending the great importance of hydrogen materials interactions for Hydrogen Energy future: history and up–to–date Web status // Hydrogen Energy Progress XIII / еds. by Z.Q. Mao and T.N. Veziroglu. – Beijing, China, 2000. –Vol. 1. – Р. 122–126.
18. Гольцова Л.Ф. Мировое водородное движение: научные сообщества по водородной энергетике и водородному материаловедению – исторические и современные аспекты (обзор) // Альтернативная энергетика и экология. – 2014. – № 1 (141). – С. 198–211.
19. Гольцова Л.Ф., Гольцов В.А. Мировое водородное движение: научные сообщества по водородной энергетике и водородному материаловедению. Исторические и современные аспекты (обзор) // Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении (ИТММ-2016): матер. 3-й Междунар. науч.-практ. конф. (г. Пермь, 3–7 октября 2016 г.). – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – С. 45–48.
20. Kuhn T. The Structure of scientific revolution : 2nd ed. – Chicago: The University of Chicago Press, 1970. – 210 р.
21. Goltsov V.A. The phenomenon of controllable hydrogen phase naklep and the prospects for its use in Metal Science and Engineering  // Materials Sci. and Eng. – 1981. – Vol. 49, no. 2. – P. 109–125.
22. Goltsov V.A. The phenomenon of controllable hydrogen phase naklep and the prospects of its use in Metal Science and Engineering // Metal–Hydrogen Systems : proceedings Int. Symp., Miami–Beach, Flo., Аpr. 13–15, 1981. – Oxford e.a.: Pergamon Press, 1982. – P. 211–223.

Исследованы превращения, структура и механические свойства разработанной системно-легированной безникелевой низкоуглеродистой марки стали 12Х3Г2МФС после ее полной аустенитизации при 920 °С и после нагрева в межкритическом интервале температур в диапазоне от 800 до 860 °С, с последующим контролируемым охлаждением со скоростями охлаждения от 100 до 0,05 °С/с.

Построены дилатометрические кривые превращений переохлажденного аустенита для марки стали 12Х3Г2МФС. Определены критические точки фазовых превращений после полной аустенитизации и после нагрева в область МКИТ. Установлены отличительные особенности протекания фазовых превращений (мартенситного, бейнитного, нормального) переохлажденного аустенита в зависимости от температуры нагрева и последующего охлаждения с заданной скоростью. Исследована микроструктура марки стали 12Х3Г2МФС для всех рассмотренных режимов при увеличении от 100 до 1000 крат.

Построены термокинетические диаграммы марки стали 12Х3Г2МФС в интервале исследуемых значений температуры превращения переохлажденного аустенита от 920 до 800 °С и в диапазоне скоростей охлаждения от 100 до 0,05 °С/с, с определением микротвердости для каждого режима нагрева и охлаждения.

Экспериментально установлены зависимости механических свойств (предела прочности, условного предела текучести, относительного удлинения, относительного сужения, ударной вязкости) и твердости исследуемой системно-легированной безникелевой низкоуглеродистой марки стали 12Х3Г2МФС от фактических режимов термической обработки, позволяющие управлять уровнем прочностных и пластических характеристик, а также ударной вязкостью в зависимости от назначения изделий и условий их работы.

Установлены зависимости роста зерна аустенита от температуры нагрева для исследуемой марки стали 12Х3Г2МФС по сравнению с марками сталей 10Х3Г3МФ и 10Х3Г3МФС.

Ключевые слова: системно-легированные стали, безникелевые стали, конструкционные стали, низкоуглеродистые мартенситные стали, термокинетические диаграммы, межкритический интервал температур, механические свойства, дилатометрические исследования, критические точки, микроструктура, бейнитно-мартенситная смесь.

Подузов Денис Павлович (Пермь, Россия) – заместитель главного технолога ЗАО «СКБ», аспирант кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: poduzov_dp@mz.perm.ru.

Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: simonov@pstu.ru.

Юрченко Александр Николаевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры металловедения, термической
и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: aleksmto@gmail.com.

1. Исследование превращений, структуры и свойств системно-легированной низкоуглеродистой стали 12Х3Г2МФС промышленной выплавки / Д.П. Подузов, М.Ю. Симонов, А.Н. Юрченко, Ю.Н. Симонов, А.Д. Бухалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2017. – Т. 19, № 4. – С. 41–60.
2. Низкоуглеродистая легированная сталь: пат. 2477333 РФ: МПК С 22 С 38/38 / Симонов Ю.Н., Панов Д.О., Симонов М.Ю., Касаткин А.В., Подузов Д.П.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет». – заявл. 29.08.2011; опубл. 10.03.2013, Бюл. № 7. – 10 с.
3. Сталь с бейнитной структурой: пат. 2578873 РФ: МПК С 22 С 38/38 / Симонов Ю.Н., Симонов М.Ю.,  Орлова Е.Н., Шаманов А.Н., Подузов Д.П.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет». – Заявл. 25.11.2014; опубл. 27.03.2016, Бюл. №  9. – 11 с.
4. Simonov Yu.N., Simonov M.Yu., Galimova I.A.  Transformations, structure and properties of system-alloyed low-carbon nickel-free steels // Metal. Sci. and Heat Treatment. – 2013. – Vol. 54, no. 11–12. – P. 558–564.
5. Симонов Ю.Н., Симонов М.Ю., Подузов Д.П. Превращения, структура и свойства системно-леги­ро­ван­ных низкоуглеродистых безникелевых сталей // МиТОМ. – 2012. – № 11. – С. 4–11.
6. Голованенко С.А., Фонштейн Н.М. Двухфазные низколегированные стали. – М.: Металлургия, 1986. – 207 с.
7. Двухфазная ферритно-мартенситная сталь: пат. SU 1177379. С22С38/28, 38/38 / Ефимов А.А., Фонштейн Н.М., Амиров М.Г.; заявитель и патентообладатель – ЦНИИчермет им. И.П. Бардина. – Заявл. 21.06.82; опубл. 07.09.85, Бюл. № 33. – 4 с.
8. Швейкин В.П., Хотинов В.А., Фарбер В.М. Кинетика распада переохлажденного аустенита, сформировавшегося в межкритическом интервале температур // Физика металлов и металловедение. – 2007. – Т. 104, № 5. – С. 510–516.
9. Малинов Л.С., Бурова Д.В. Влияние закалки из межкритического интервала температур (МКИТ) и последующего высокого отпуска на структуру и свойства сталей 40ХН и 40ХН2МА // Вісник Приазовського державного технічного університету. Технічні науки. – 2013. – Т. 26. – С. 93–99.
10.  Формирование структуры низколегированной трубной стали при нагреве в межкритическом интервале температур / А.Н. Маковецкий, Т.И. Табатчикова, И.Л. Яковлева [и др.] // Физика металлов и металловедение. – 2012. – Т. 113, № 7. – С. 744–755.
11.  Структура и свойства низкоуглеродистых мартенситных сталей, закаленных из межкритического интервала температур / А.С. Ермолаев, М.Г. Закирова, Л.М. Клейнер, Ю.Н. Симонов // Конструкции из композиционных материалов. – 2006. – № 4. – С. 172–177.
12.  Коган Л.И., Матрохина Э.В., Энтин Р.И. Влияние аустенизации в межкритическом интервале температур на структуру и свойства низкоуглеродистых сталей  // ФММ. – 1981. – Т. 52, вып. 6. – С. 1232–1241.
13.  Березин С.К. Структура и механические свойства низкоуглеродистых мартенситных сталей, закаленных из межкритического интервала температур и после изотермической закалки // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 3. – С. 182–197.
14.  Влияние температуры нагрева в межкритический интервал на формирование субзеренной структуры в предварительно закаленных низколегированных сталях / С.В. Беликов, К.И. Сергеева, М.С. Карабаналов [и др.] // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2. – С. 184.
15.  Formation of the structure and properties of a low-carbon martensitic steel 12KH2G2NMFT upon quenching / S.S. Yugai, L.M. Kleiner, A.A. Shatsov, N.N. Mitrokhovich // The Physics of Metals and Metallography. – 2004. – Vol. 97, iss. 1. – P. 98–103.
16.  Ковка на радиально-обжимных машинах / В.А. Тюрин [и др.]; под общ. ред. В.А. Тюрина. – М.: Машиностроение, 1990. – 256 с.
17.  Способ контроля структурного состояния закаленных низкоуглеродистых сталей: пат. 2498262 РФ. G01N 1/32, G01N 33/20 / Симонов Ю.Н., Панов Д.О., Симонов М.Ю., Подузов Д.П., Смирнов А.В. – 2013, Бюл. № 31. – 13 с.
18.  Быкова П.О., Заяц Л.Ц.,  Панов Д.О. Выявление границ аустенитных зерен в сталях с мартенситной структурой методом окисления // Заводская лаборатория и методы неразрушающего контроля. – 2008. – № 6. – С. 42–45.
19.  Панов Д.О. Дилатометрические исследования процессов аустенитизации в межкритическом интервале температур закаленной и высокоотпущенной низкоуглеродистой стали // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – С. 131.
20.  Панов Д.О. Структурные и фазовые превращения в низкоуглеродистой стали при термической обработке с однократной и циклической аустенитизацией: дис. … канд. техн. наук: 05.16.01 / Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. – Пермь, 2015. – 146 с.
21.  Панов Д.О., Смирнов А.И. Особенности образования аустенита в низкоуглеродистой стали при нагреве в межкритическом интервале температур // Физика металлов и металловедение. – 2017. – Т. 118, № 11. – С. 1138–1148.
22.  Особенности процессов образования аустенита в межкритическом интервале температур в исходнозакаленных низкоуглеродистых сталях разных систем легирования / Л.Ц. Заяц, Д.О. Панов, Ю.Н. Симонов [и др.] // Физика металлов и металловедение. – 2011. – Т. 112, № 5. – С. 505–513.
23.  Подузов Д.П. Разработка и внедрение системно-легированной НМС стали 12Х3Г2МФС для производства тяжелонагруженных изделий нефтегазового машиностроения // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2018. – № 1. – С. 68–72.
24.  Direct observation that bainite can grow below Ms / Peter Holmskog, Anika Borgenstam, Mats Hillert [et. al] // Metallurgical and materials transactions A. – 2012. – Vol. 43A. – Р. 4984–4988.
25. Чекалкин А.А. Повышение квалификации профессорско-преподавательского персонала политехнического университета в педагогической сфере // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2018. – Т. 25. – С. 7–22.

Методом просвечивающей электронной дифракционной микроскопии выполнено исследование сплава аустенитного класса 40ХНЮ до и после электролитно-плазменной обработки – нитроцементации. Электролитно-плазменная нитроцементация проводилась в водном растворе в течение 5 минут при температуре 700 °С. Установлен фазовый состав сплава, определены размеры, объемные доли присутствующих фаз, а также карбидных и карбонитридых фаз и мест их локализации, в каждой фазовой составляющей установлен тип дислокационной субструктуры и рассчитана скалярная плотность дислокаций. Установлено, что до электролитно-плазменной обработки матрицей сплава является ГЦК-фаза Al0,7Cr0,3Ni3. Это зерна, резко различные по размеру. Вдоль границ крупных зерен располагаются мелкие зерна. Установлено, что внутри крупных зерен фазы Al0,7Cr0,3Ni3 присутствуют частицы других фаз: 1) пластинчатые частицы NiAl (ОЦК-фаза) и 2) частицы округлой формы AlCrNi2 (ГЦК-фаза). Кроме того, фазы NiAl и AlCrNi2 присутствуют в виде отдельно расположенных или групп однофазных зерен, по границам которых находятся частицы карбида Cr23C6. В приповерхностной зоне обработанного электролитно-плазменной нитроцементацией образца, как и в исходном состоянии сплава, присутствуют фазы Al0,7Cr0,3Ni3, AlCrNi2 и NiAl. Матрицей сплава по-прежнему является фаза Al0,7Cr0,3Ni3. Однако нитроцементация привела к частичному расслоению твердых растворов Al0,7Cr0,3Ni3 и AlCrNi2, о чем свидетельствует нарушение дифракционных картин, полученных с этих участков структуры (появление сателлитов, тяжей у основных рефлексов), и характерный контраст на изображении типа «соль-перец». Произошло выделение наноразмерных частиц нитрида Cr2N внутри зерен Al0,7Cr0,3Ni3.

Ключевые слова: электролитно-плазменная нитроцементация, электронная микроскопия, микродифракционная картина, аустенитный сплав, фазовый состав, карбидные фазы, карбонитридные фазы, твердый раствор, зерно, скалярная плотность дислокаций.

Попова Наталья Анатольевна (Томск, Россия) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры физики Томского государственного архитектурно-строительного университета; e-mail: natalya-popova-44@mail.ru.

Никоненко Елена Леонидовна (Томск, Россия) – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры физики Томского государственного архитектурно-строительного университета; доцент Национального исследовательского Томского государственного политехнического университета; e-mail: vilatomsk@mail.ru.

Ерболатова Гульнара Уалхановна (Усть-Каме­ногорск, Республика Казахстан) – доктор философии, старший преподаватель кафедры энергетики и технической физики Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева; e-mail: e.gulnara_77@mail.ru.

Никоненко Алиса Владимировна (Томск, Россия) – аспирант Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники; e-mail: aliska-nik@mail.ru. 

1. Дударева Н.Ю. Влияние режимов микродугового оксидирования на свойства формируемой поверхности // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2013. – Т. 17, № 3. – С. 217–222.
2. Особенности строения модифицированного слоя, полученного микродуговым оксидированием на сплаве АК12Д / Р.Р. Гринь, Р.Ф. Галлямова, Н.Ю. Дударева, А.А. Сиренко, Ф.Ф. Мусин // Письма о материалах. – 2014. – Т. 4, № 3(15). – С. 175–178.
3. Kiseleva S.K., Zaynullina L.I., Dudareva N.Y. Influence of the microstructure Al–12%Si alloy on the properties of the oxide layer formed with mao // Materials Sci. Forum. – 2016. – Vol. 870. – P. 481–486.
4. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. – М.: Металлургия, 1990. – 216 с.
5. Модификация структурно-фазового состояния мелкозернистого титана в условиях ионного облучения / И.А. Курзина, Э.В. Козлов, Н.А. Попова, М.П. Калашников, Е.Л. Никоненко, К.П. Савкин, Е.М. Окс, Ю.П. Шаркеев // Известия РАН. Серия физическая. – 2012. – Т. 76, № 4. – С. 1384–1392.
6. Effect of processing parameters on the microstructure and properties of WC–10Co–4Cr coatings formed by a new multi-chamber gas-dynamic accelerator / М. Kovaleva, М. Prozorova, М. Arseenko, M. Yapryntsev, Y. Tyurin, O. Kolisnichenko, N. Vasilik, V. Sirota, I. Pavlenko // Ceramics Int. – 2015. – Vol. 41, no. 10. – P. 15067–15074.
7. Technology of low-frequency vibrational treatment of welded structures in engineering / A.G. Grigoryants, I.N. Shiganov, A.I. Misyurov, V.S. Mikhailov, N.P. Kolomeyets // Weld. Int. – 2015. – Vol. 29, no 6. – P. 475–479.
8. Григорьянц А.Г., Третьяков Р.С., Фунтиков В.А. Повышение качества поверхностных слоев деталей, полученных лазерной аддитивной технологией // Техно­ло­гия машиностроения. – 2015. – № 10. – С. 68–73.
9. Anode plasma electrolytic nitrohardening of medium carbon steel / S.A. Kusmanov, A.A. Smirnov, Yu.V. Kusmanova, P.N. Belkin // Surf. and Coat. Techn. – 2015. – Vol. 269. – P. 308–313.
10. Shadrin S.Yu., Zhirov A.V., Belkin P.N. Formation regularities of gaseous vapour plasma envelope in electrolyzer // Eng. and Appl. Electrochem. – 2016. – Vol. 52, no. 1. – P. 110–116.
11. Установка электролитно-плазменной обработки: пат. на полезную модель, Республика Казахстан: МПК8 C25F 7/00 / Скаков М.К., Веригин А.А., Фурсов А.В., Парунин С.В., Сапатаев Е.Е., Курбанбеков Ш.Р. – № 878; опубл. 15.11.12, Бюл. № 11.
12. Способ электролитно-плазменного упрочнения деталей и устройство для его осуществления: а.с. 79812 / Скаков М.К., Жилкашинова А.М., Журерова Л.Г., Сапатаев Е.Е., Рахадилов Б.К., Курбанбеков Ш.Р., Баятанова Л.Б., Уазырханова Г.К. – Опубл. 09.07.2012, Бюл. № 10.
13. Kusmanov S.A., Shadrin S.Yu., Belkin P.N. Carbon transfer from aqueous electrolytes to steel by anode plasma electrolytic carburising // Surf. and Coatings Technol. – 2014. – Vol. 258. – P. 727–733.
14. Alfereva T.I., Belkin P.N., Zhirov A.V. Rapid cementation of steel from a coating under anodic electrolytic heating conditions // J. of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2015. – Vol. 9, no. 2. – P. 313–316.
15. Anode plasma electrolytic carburizing of commercial pure titanium / P.N. Belkin, S.A. Kusmanov, I.G. Dya­kov, M.R. Komissarova, V.I. Parfenyuk // Surf. and Coat. Techn. – 2016. – Vol. 307. – P. 1303–1309.
16. Change of structure and mechanical properties of r6m5 steel surface layer at electrolytic-plasma nitriding / M. Skakov, B. Rakhadilov, E. Batyrbekov, M. Scheffner // Adv. Materials Res. – 2014. – Vol. 1040. – P. 753–758.
17. Modification of low-alloy steel surface by plasma electrolytic nitriding / S.A. Kusmanov, A.A. Smirnov, S.A. Silkin, P.N. Belkin // J. of Materials Eng. and Perform. – 2016. – Vol. 25, no 7. – P. 2576–2582.
18. Белкин П.Н., Кусманов С.А. Электролитно-плазменное азотирование сталей // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2017. – № 7. – С. 95–118.
19. Features of anode plasma electrolytic nitrocarburising of low carbon steel / S.A. Kusmanov, Yu.V. Kusmanova, A.R. Naumov, P.N. Belkin // Surf. and Coat. Techn. – 2015. – Vol. 272. – P. 149–157.
20. Surface Modification of low-carbon steels by plasma electrolytic nitrocarburising / S.A. Kusmanov, I.G. Dyakov, Yu.V. Kusmanova, P.N. Belkin // Plasma Chemistry and Plasma Processing. – 2016. – Vol. 36. – P. 1271–1286.
21. Raising the corrosion resistance of low-carbon steels by electrolytic-plasma saturation with nitrogen and carbon / S.A. Kusmanov, P.N. Belkin, Y.V. Kusmanova, E.P. Grishina, N.O. Kudryakova // Metal Sci. and Heat Treatment. – 2017. – Vol. 59, no 1, 2. – P. 117–123.
22. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов / И.В. Суминов, П.Н. Белкин, А.В. Эпельфельд, В.Б. Людин, Б.Л. Крит, А.М. Борисов. – М.: Техносфера, 2011. – 464 с.
23. Влияние электролитно-плазменной нитроцементации на фазовый состав стали 30ХГС / Н.А. Попова, Л.Г. Журерова, Е.Л. Никоненко, М.К. Скаков // Материаловедение. – 2016. – Т. 1, № 8. – С. 26–31.
24. Фазовые превращения в стали 34ХН1М под действием электролитно-плазменной нитроцементации / Н.А. Попова, Л.А. Ерыгина, Е.Л. Никоненко, М.К. Скаков, Н.А. Конева, Э.В. Козлов // Известия РАН. Серия физическая. – 2017. – Т. 81, № 3. – С. 383–385.
25. Диаграммы состояния двойных металлических систем: в 3 т. / под ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996.Т. 1. – 1996. – 992 с.Т. 2. – 1997. – 1024 с.Т. 3. – 2000. – 448 с.

Методами измерений электросопротивления, микротвердости, дифракции рентгеновских лучей, трансмиссионной и растровой электронной микроскопии (ТЭМ и РЭМ) в данной работе выполнены систематические исследования термоупругих мартенситных превращений (ТМП) и атомного упорядочения, а также магнитных фазовых переходов и свойств сплавов четырех квазибинарных систем на основе Ni50Mn50–xTix (x = 0…25), Ni50Mn50–-yAly (y = 0…25), Ni50Mn50–zGaz (z = 0…25) и Ni50Mn50–-αFeα (α = 0…25), Ni50–βMn50Feβ (β = 0…25) после термической обработки и деформации кручением под высоким давлением (КВД). Методами резистометрии и магнитометрии измерены критические температуры прямых и обратных фазовых переходов. Установлены структура и фазовый состав сплавов, структурные типы термоупругого мартенсита и физико-механические свойства, зависимость от химического состава всех исследованных сплавов. Выявлено, что легирование третьим компонентом (Ti, Al, Ga или Fe) понижает критические температуры ТМП по сравнению с бинарным интерметаллидом NiMn. Построены диаграммы фазовых превращений.

Цели данной работы – комплексное исследование кристаллоструктурных особенностей, фазовых превращений и свойств сплавов на основе системы Ni–Mn, бинарных и тройных квазибинарных, легированных Al, Ti, Ga, Fe, а также построение их фазовых диаграмм.

Ключевые слова: термоупругое мартенситное превращение, магнитный переход, фазовый состав, Ni–Mn, мартенсит, электронно-микроскопические исследования, кручение под высоким давлением, физико-механические свойства, легирование, фазовые диаграммы, фрактография, изломы.

Белослудцева Елена Сергеевна (Екатеринбург, Россия) – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории цветных сплавов Института физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения РАН; е-mail: ebelosludceva@mail.ru.

Пушин Артемий Владимирович (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории цветных сплавов Института физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения РАН; старший научный сотрудник научной лаборатории конструкционных и функциональных сталей и сплавов Института новых материалов и технологий Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; е-mail: avpushin@rambler.ru.

Свирид Алексей Эдуардович (Екатеринбург, Россия) – аспирант, младший научный сотрудник лаборатории цветных сплавов Института физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения РАН; е-mail: svirid2491@rambler.ru.

Пушин Владимир Григорьевич (Екатеринбург, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории цветных сплавов Института физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения РАН; профессор кафедры термообработки и физики металлов Института новых материалов и технологий Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; е-mail: pushin@imp.uran.ru.

Толмачев Тимофей Павлович (Екатеринбург, Россия) – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории физики высоких давлений Института физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения РАН; е-mail: tolmachev@imp.uran.ru.

1. Adachi K., Wayman C.M. Transformation behavior of nearly stoichiometric Ni–Mn alloys // Met. Trans. A. – 1985. – Vol. 16. – P. 1567–1579.
2. Adachi K., Wayman C.M. Electron microscopic study of Q-phase martensite in Ni–Mn alloys // Met. Trans. A. – 1985. – Vol. 16. – P. 1581–1597.
3. Потапов П.Л. Мартенситные превращения и высо­котемпературный эффект памяти формы в интерметаллиде NiMn, легированном Ti // МиТОМ. – 1993. – № 9. – С. 25–29.
4. New martensite structures and composition dependence ofmartensitic transformations in Ni50A1xMn50–x alloys / T. Inoue, S. Morito, Y. Murakami, K. Oda, K. Otsuka // Materials Let. – 1994. – Vol. 19. – P. 33–37.
5. Потапов П.Л., Максимова О.П., Винтайкин Е.З. Фазовый состав и пластичность сплавов с эффектом памяти формы системы Ni–Mn–Ti // МиТОМ. – 1994. – № 1. – С. 31–34.
6. Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Предпереходные явления и мартенситные явления // ФММ. – 1994. – Т. 78, № 5. – С. 40–61.
7. The martensitic structure and shape-memory effect in NiMn alloyed by Ti and Al / P.L. Potapov, N.A. Polyakova, V.A. Udovenko, E.L. Svistunova // Zeitschrift fur Me­tallkunde. – 1996. – Vol. 87, iss. 1. – P. 33–39.
8. Kainuma R., Nakano H., Ishida K. Martensitic transformations in NiMnAl β phase alloys // Metall. and materials trans. A. – 1996. – Vol. 27 A. – P. 4153–4162.
9. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения / УрО РАН. – Екатеринбург, 1998. – 368 с.
10. Ab initio calculations of structure and lattice dynamics in Ni−Mn−Al shape memory alloys / T. Büsgen, J. Feydt, R. Hassdorf, S. Thienhaus, M. Moske, M. Boese, A. Zayak, P. Entel // Phys. Rev. B. – 2004. – Vol. 70. – P. 014111-1–014111-8.
11. Счастливцев В.М., Калетина Ю.В., Фокина Е.А. Мартенситное превращение в магнитном поле / УрО РАН. – Екатеринбург, 2007. – 486 с.
12. Mn–Ni (Manganese-Nickel) / A. Watson, Z. Wagner, E. Lysova, E. Rokhlin // MSIT Binary Evaluation Program, in MSIT Workplace: Materials Sci. Int. Serv., GmbH, Stuttgart; Phase Diagram, Phase Relations, Crys. Struct., 13 / ed. By Effenberg, G. Ed., MSI.  – 2007. – URL: www. researchgate.net (accessed 4 June 2019).
13. Springer Materials, фазовые диаграммы: офиц. сайт. – URL: https://materials.springer.com/msi/phase-diagram/ (дата обращения: 9.04.2019).
14. Alvares K., Kim H.Y., Miyazaki S. Effect of alloying elements on microstructure, martensitic transformation and properties of Ni–Mn based alloys // J. Mater. Sci. Technol. – 2009. – Vol. 25, no. 5. – P. 649–654.
15. Кащенко М.П., Чащина В.Г., Вихарев С.В. Динамические модели формирования двойникованных кристаллов. I. Управляющий волновой процесс и снятие вырождения по ориентации двойниковых границ при мартенситных превращениях // ФММ. – 2010. – T. 110, № 3. – C. 212–222.
16. Кащенко М.П., Чащина В.Г., Вихарев С.В.  Динамические модели формирования двойникованных кристаллов. II. Предпереходные состояния и соотношения объемов двойниковых компонент // ФММ. – 2010. – T. 110, № 4. – C. 323–335.
17. Кащенко М.П., Чащина В.Г. Динамическая модель сверхзвукового роста мартенситных кристаллов // УФН. – 2011. – Т. 181, № 4. – С. 345–364.
18. Лободюк В.А., Коваль Ю.Н., Пушин В.Г. Кристаллоструктурные особенности предпереходных явлений и термоупругих мартенситных превращений в сплавах цветных металлов // ФММ. – 2011. – Т. 111, № 2. – С. 169–194.
19. Особенности мартенситного превращения и тонкая структура интерметаллического соединения Ni50Mn50 / В.Г. Пушин, Е.С. Белослудцева, В.А. Казанцев, Н.И. Коуров // Материаловедение. – 2012. – № 11. – С. 3–10.
20. Высокотемпературный эффект памяти формы и термоупругое мартенситное превращение B2–L10 в интерметаллическом соединении NiMn / В.Г. Пушин, Н.Н. Куранова, Е.Б. Марченкова, Е.С. Белослудцева, В.А. Ка­занцев, Н.И. Коуров // ЖТФ. – 2013. – Т. 83, вып. 6. – С. 104–113.
21. Кащенко М.П., Чащина В.Г. Ключевая роль двойников превращения при сравнении результатов кристаллогеометрического и динамического анализа для тонкопластинчатого мартенсита // ФММ. – 2013. – Т. 114, № 10. – С. 894–898.
22. Kashchenko M.P., Chashchina V.G. Formation of martensite crystals in the limiting case of a supersonic growth rate // Lett. on materials. – 2014. – Vol. 4, no. 4. – P. 308–315.
23. Microstructure and phase transformation behavior of Ni–Mn–Fe high-temperature shape memory alloys / W. Cuiping, L. Yuding, Ya. Shuiyuan, L. Xingjun // Materials Sci. Forum. – 2015. – Vol. 833. – P. 63–66.
24. Влияние легирования алюминием на структуру, фазовый состав и термоупругие мартенситные превращения в тройных сплавах Ni–Mn–Al / Е.С. Белослудцева, Н.Н. Куранова, Н.И. Коуров, В.Г. Пушин, В.Ю. Стукалов, А.Н. Уксусников // ЖТФ. – 2015. – Т. 85, вып. 7. – С. 55–59.
25. Shape memory alloys: properties, technoloies, opportunities / ed. by N. Resnina, V. Rubanic. – Plafficon, Switzerland: Trans. Tech. publications Ltd, 2015. – 642 p.
26. Влияние легирования титаном на структуру, фазовый состав и термоупругие мартенситные превращения в тройных сплавах Ni–Mn–Ti / Е.С. Белослудцева, Н.Н. Куранова, Н.И. Коуров, В.Г. Пушин, А.Н. Уксусников // ЖТФ. – 2015. – Т. 85, № 9. – С. 71–76.
27. Термоупругие мартенситные превращения в тройных сплавах Ni50Mn50−zGaz / Е.С. Белослудцева, Н.Н. Куранова, Е.Б. Марченкова, А.Г. Попов, В.Г. Пушин // Письма в ЖТФ. – 2016. – Т. 42, вып. 2. – С. 37–43.
28. Влияние легирования галлием на структуру, фазовый состав и термоупругие мартенситные превращения в тройных сплавах Ni−Mn−Ga / Е.С. Белослудцева, Н.Н. Куранова, Е.Б. Марченкова, А.Г. Попов, В.Г. Пушин // ЖТФ. – 2016. – Т. 86, вып. 4 − С. 69−75.
29. Анализ кристаллографических закономерностей формирования структуры мартенситного пакета интерметаллидного соединения NiMn / Ю.В. Хлебникова, Л.Ю. Егорова, Д.П. Родионов, Е.С. Белослудцева, В.А. Ка­занцев // ЖТФ. – 2016. – Т. 86, вып. 6. – С. 89–99.
30. Kashchenko M.P., Latypov I.F., Chashchina V.G. Correlation of velocities of the waves сontrolling the thin-plate α-martensite formation and the modulation of the transformation twin structure // Lett. on materials. – 2017. – Vol. 7, no. 2. – P. 146–150.
31. Kashchenko M.P., Kashchenko N.M., Chashchi­na V.G. Dynamic options for forming transformation twins // Materials Today: proceedings. – 2017. – Vol. 4. – P. 4605–4610.
32. Features of thermoelastic martensitic, structure and properties in ternary B2-alloys based on NiMn–NiTi, NiMn–NiAl, NiMn–NiGa, Ni2MnGa–Ni3Ga quasi-binary systems / E.S. Belosludtseva, N.N. Kuranova, E.B. Mar­chenkova, V.G. Pushin // Materials Today: proceedings – 2017. – Vol. 4. – P. 4717–4721.
33. Investigation of Intermetallic Alloys Based on Ni–Mn with Controlled Shape Memory Effect Materials / E.S. Belosludtseva, V.G. Pushin, E.B. Marchenkova, A.E. Svirid, A.V. Pushin // Research Proceedings. – 2018. – Vol. 9. – P. 14–18.
34. Пушин В.Г., Белослудцева Е.С., Марченкова Е.Б. Многокомпонентные интерметаллические сплавы на основе Ni–Mn с термо-, механо- и магнитоуправляемыми эффектами памяти формы // ФММ. – 2018. – Т. 119, № 12. – С. 1255–1259.
35. Особенности структуры и фазового состава тройных сплавов квазибинарного разреза NiMn–NiTi / Е.С. Белослудцева, Е.Б. Марченкова, А.В. Пушин, В.Г. Пушин, А.Э. Свирид // Известия вузов. Физика. – 2018. – Т. 61. – P. 103–108.
36. Кащенко М.П., Кащенко Н.М., Чащина В.Г.  Влияние изменения длин волн коротковолновых смещений на формирование фрагмента двойниковой структуры кристаллов α-мартенсита // ФММ. – 2018. – Т. 119, № 1. – С. 3–8.

Рассмотрена причина разрушения плоских водородопроницаемых мембран на основе тантала и ниобия вследствие дилатации, вызванной растворением водорода. Показано, что проблема повышения периода их функционирования может быть решена двумя путями: использованием ниобиевых и танталовых сплавов, менее склонных к водородной хрупкости; изменением конструкции мембран для более однородного распределения напряжений, возникающих при дилатации. Приведены результаты экспериментов по изучению влияния шага точечной контактной сварки мембран из танталовой и ниобиевой фольги толщиной 40 мкм, сваренной со стальной подложкой, на период их работы и величину водородопроницаемости. Испытанию подвергались композиционные мембраны, на внешнюю поверхность которых после сварки методом магнетронного распыления наносился слой Pd. Измерения проведены при 580 °С, избыточном давлении 500 кПа газовой смеси 1 часть Ar / 5 частей H2. Площадь мембран составляла 7,85·10–3 м2. Показано, что обеспечение условий для равномерного распределения напряжений в мембране путем их точечной сварки с подложкой по площади позволяет существенно (до 400 %) повысить период их работы, снижая вероятность возникновения трещин. Описана конструкция укрупненной лабораторной установки для выделения водорода из газовых смесей. Установка создана для одновременной эксплуатации до 10 плоских мембран общей площадью до 0,6 м2. Установка спроектирована с учетом возможности демонтажа мембранного модуля с ретортой, что позволит при промышленной эксплуатации подобного оборудования осуществлять замену вышедших из строя модулей без остановки всего производства. Приведены результаты ее испытаний с мембранным модулем общей площадью мембран 0,18 м2 с использованием композиционных мембран Ta (40 мкм)/Pd (0,155 мкм) и Nb (40 мкм)/Pd (0,39 мкм).

Ключевые слова: водородопроницаемая мембрана, дилатация, водородсодержащая газовая смесь, ниобий, тантал, палладий, точечная контактная сварка, лабораторная установка, разрушение, мембранный модуль.

Паничкин Александр Владимирович (Алматы, Республика Казахстан) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий Национальной научной лабораторией Института металлургии и обогащения; e-mail: abpanichkin@mail.ru.

Мамаева Аксауле Алиповна (Алматы, Республика Казахстан) – кандидат физико-математических наук, завлабораторией материаловедения Института металлургии и обогащения; e-mail: ak78@mail.ru.

Дербисалин Адильбек Муратович (Алматы, Республика Казахстан) – докторант, младший научный сотрудник Института металлургии и обогащения; e-mail: aderbissalin@gmail.com.

Алибеков Жасулан Жанузакович (Алматы, Республика Казахстан) – техник Института металлургии и обогащения; e-mail: zhas_86@mail.ru.

Имбарова Акерке Талгатовна (Алматы, Республика Казахстан) – научный сотрудник Института металлургии и обогащения; e-mail: akerke_345@mail.ru.

Кәрбоз Жанар Адильбекқызы (Алматы, Республика Казахстан) – докторант, инженер Института металлургии и обогащения; e-mail: k.zhanar.a.@mail.ru.

1. The role of Hydrogen and Fuel Cells in the Future Energy Systems / A. Abad, I. Staffell, P. Dodds, D. Scamman, N. Mac Dowell, K. Ward, P. Agnolucci, L. Papageorgiou, N. Shah, P. Ekins. – 2017. – 190 р. DOI: 10.13140/RG.2.2.28890.13762
2. Hydrogen-permeable metal membranes for high-temperature gas separations / D.J. Edlund, D. Friesen, B. Johnson, W. Pledger // Gas Separation & Purification. – 1994. – vol. 8. – Р. 131–136.
3. Mundschau M.V. Hydrogen separation using dense composite membranes. Part 1. Fundamentals / eds. A.C. Bose // Inorganic Membranes for Energy and Environmental Applications. – New York: Springer, 2009. – Р. 125–153. DOI: 10/1007/978-0-387-34526-0­_8
4. Dolan M.D. Non-Pd BCC alloy membranes for industrial hydrogen separation // J. of Membrane Sci. – 2010. – vol. 362. – Р. 12–28. DOI: 10.1016/j.memsci.2010.06.068
5. Developments in the Ni–Nb–Zr amorphous alloy membranes / S. Sarker, D. Chandra, M. Hirsche  [et al.] // Appl phys. A. Materials Sci. Proc. – 2016. – P. 122–168. DOI: 10.1007/s00339-016-9650-5
6. Characterization of a Pd/Ta composite membrane and its application to a large scale high-purity hydrogen separation from mixed gas / S.J. Young, H.L. Chan, Y.K. Seong, Y.L. Kwan, W.Y. Chang, W.N. Suk, H. Jonghee // Separation and Purification Techn. – 2018. – vol. 200. – Р. 221–229. DOI: 10.1016/j.seppur.2017.12.019
7. Hydrogen separation using dense composite membranes / D.H. Anderson, C.R. Evenson, T.H. Harkins, D.S. Jack, R. Mackay, M.V. Mundschau // Inorganic Membranes for Energy and Environmental Applications / ed. by A.C. Bose. – New York: Springer, 2009. – Р. 155–171. DOI: 10.1007/978-0-387-34526-0_9
8. Iulianelli A., Basile A. Advances on inorganic membrane reactors for production of hydrogen // Encyclopedia of Sustainability Sci. and Techn. / ed. by R. Meyers. – New York: Springer, 2018. – P. 1–11. DOI: 10.1007/978-1-4939-2493-6
9. Membrane pumping technology for helium and hydrogen isotope separation in the fusion reactor / V.I. Pistunovich, A. Pigarov, A. Busnyuk, A. Livshits, M. Notkin, A. Samartsev, K.L. Borisenko, V.V. Darmogray, B.D. Ershov, L.V. Filippova, B.G. Mudugin, V.N. Odintsov, G.L. Saksagansky, D.V. Serebrennikov // Fusion Eng. and Design. – 1995. – vol. 28. – Р. 336–340. DOI: 10.1016/0920-3796(95)90057-8
10. Wu C.H. Hydrogen recycling at plasma facing materials softcover. – 1st ed. – Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2000. – 363 p.
11. Novel catalystfor the WGS reaction in a Pd-mem­brane reactor / C.A. Cornaglia, S. Tosti, M. Sansovini, J. Munera, E.A. Lombardo // Appl. Catalysis A: General. – 2013. – vol. 462–463. – P. 278–286. DOI: 10.1016/j.apcata.2013.04.019
12. Catalytic membrane reactor for tritium extraction system from He purge / A. Santucci, M. Incelli, M. Sansovini, S. Tosti // Fusion Engineering and Design. – 2016. – vol. 109–111. – Р. 642–646. DOI: 0.1016/j.fusengdes.2016.02.028
13. Tosti S., Pozio A. Membrane processes for the nuclear fusion fuel cycle // Membranes. – 2018. – vol. 8. – Р. 96. DOI: 10.3390/membranes8040096
14. Buxbaum R.E., Marker T.L. Hydrogen transport through non-porous membranes of palladium coated niobium, tantalum and vanadium // J. of Membrane Sci. – 1993. – vol. 85. – Р. 29–38.
15. Nishimura C., Komaki M., Amano M. Hydrogen permeation characteristics of vanadium nickel alloys // Materials Transactions / The Japan Institute of Metals. – 1991. – vol. 32, no. 5. – Р. 501–507.
16. Amano M., Komaki M., Nishimura C. Hydrogen permeation characteristics of palladium-plated V–Ni alloy membranes // J. of the Less-Common Metals. – 1991. – vol. 172–174. – Р. 727–731.
17. V–Ni alloy membranes for hydrogen purification / C. Nishimura, M. Komaki, S. Hwang, M. Amano // J. of the Less Common Metals. – 2002. – vol. 330–332. – Р. 902–906.
18. Preparation of palladium-coated V and V–15Ni membranes for hydrogen purification by electroless plating technique / T. Ozaki, Yi Zhang, M. Komaki, C. Nishimura // Int. J. of Hydrogen Energy. – 2003. – vol. 28. – Р. 297–302. DOI: 10.1016/S0360-3199(02)00065-4
19. Терещенко Ф., Орехова Н.В., Ермилова М.М. Металлсодержащие мембранные реакторы // Мембраны. Сер. Критические технологии. – 2007. – № 1(33). – С. 4–20.
20. Hydrogen permeable Nb-based amorphous alloys with high thermal stability / H.Y. Ding, W. Zhang, S.I. Yamaura, K.F. Yao // Materials Transactions. – 2013. – vol. 54, no. 8. – Р. 1330–1334. DOI: 10.2320/matertrans.MF201310
21. Multilayer metal membranes for hydrogen separation / T.S. Moss, N.M. Peachey, R.C. Show, R.C. Dye // Int. J. of Hydrogen Energy. – 1998. – vol. 23, no. 2. – Р. 99–106. DOI: 10.1016/S0360-3199(97)00030-X
22. Влияние состава наносимых на поверхность пленок твердых растворов на характеристики водородопроницаемых мембран из ниобия и тантала / А.В. Паничкин, А.А. Мамаева, А.М. Дербисалин, А.К. Кенжегулов, А.Т. Имбарова // Комплексное использование минеральных ресурсов. – 2018. – № 4. – С. 130–139.
23. Hydrogen permeable membranes based on niobium foils coated with layer of tungsten and molybdenum in niobium solid solution characteristics research / A.V. Pa­nich­kin, B.K. Kenzhaliyev, A.M. Derbisalin, A.A. Ma­mayeva, D.M. Dzhumabekov // 2nd Int. Symp. on Mechan. Eng. and Material Sci., Suzhou, China, November 17–19, 2017. – 2017. – vol. 134. – Р. 38–41. DOI: 10.2991/ismems-17.2018.9
24. Способ получения водородопроницаемой плоской мембраны: пат. РК (19)KZ (13) B(11) 33507 / Паничкин А.В., Дербисалин А.М., Джумабеков Д.М. – № 2017/1080.1; заявл. 22.11.2017; опубл. 04.03.2019.
25. Improvement of methodology and equipment for determination of hydrogen performance of thin flat metallic membranes / A.V. Panichkin, A.M. Derbissalin, A.T. Imbarova, D.M. Dzhumabekov, Zh.Zh. Alibekov // Complex use of mineral resourses. – 2017. – no. 2. – Р. 46–53. DOI: 10.31643/2018/166445

Рассматривается один из методов повышения усталостной долговечности стальных цилиндрических изделий. Он заключается в создании в приповерхностной области изделия благоприятных осевых сжимающих остаточных напряжений за счет предварительного упругопластического деформирования сначала растяжением, а затем, при фиксации полученной при растяжении продольной деформации, кручением. В настоящее время данная упрочняющая технология используется для восстановления работоспособности бывших в эксплуатации, но еще не исчерпавших свой ресурс насосных штанг, также она может быть применена для упрочнения новых насосных штанг и подобных им длинномерных цилиндрических изделий. Авторами проведены исследования, в результате которых технология упрочнения цилиндрических изделий совместным растяжением и кручением была модернизирована. Взамен существующей методики деформирования, включающей однократное кручение изделия, находящегося в состоянии растяжения, рассмотрена новая методика, заключающаяся в реверсивном (знакопеременном) кручении цилиндрического тела, находящегося в состоянии растяжения. Рассмотрены критерии наиболее благоприятного (с позиции дальнейшего повышения усталостной долговечности) распределения по сечению тела остаточных напряжений, созданных в результате предварительного упругопластического деформирования. На основе данных критериев и построенной ранее математической модели упругопластического деформирования определены рациональные режимы упрочнения однородных цилиндрических тел из стали 15Х2ГМФ. Рациональные режимы упрочнения определены для каждой из исследуемых методик деформирования: совместным растяжением и односторонним кручением, совместным растяжением и реверсивным кручением. Путем сравнения расчетных графиков распределения остаточных напряжений по сечению тела показаны преимущества новой разрабатываемой упрочняющей методики. Деформирование совместным растяжением и реверсивным кручением позволяет обеспечить более благоприятное  распределение остаточных осевых напряжений по поперечному сечению тела при минимальных значениях остаточных касательных напряжений.

Ключевые слова: совместное растяжение и кручение, реверсивное кручение, двухосное деформирование, пластичность, остаточные напряжения, упругопластическое деформирование, сложное нагружение, упрочнение, усталостная долговечность, прочность цилиндрических тел, насосные штанги.

Крюков Алексей Андреевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры материалов, технологий и конструирования машин Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: andreevich-alex@mail.ru.

Вильдеман Валерий Эрвинович (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор, завкафедрой экспериментальной механики и конструкционного материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: wildemann@pstu.ru.

1. Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. – М.: Недра, 1979. – 213 с.
2. Почему рвутся штанговые колонны? / В.Н. Ивановский [и др.] // Территория Нефтегаз. – 2007. – № 3. – С. 34–37.
3. Гутман Э.М., Абдулин И.Г. Механизм коррозионной усталости глубинно-насосных штанг // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. – 1978. – № 4. – С. 9–11.
4. 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.
5. Оценка влияния гидродробеструйной обработки на многоцикловую усталость цилиндрических деталей из сплава Д16Т по первоначальным деформациям образца-свидетеля / В.С. Вакулюк, В.П. Сазанов, В.Ф. Павлов, В.К. Шадрин // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Технические науки. – 2014. – № 2 (42). – С. 87–93.
6. Иванов C.И., Павлов В.Ф. Влияние остаточных напряжений и наклепа на усталостную прочность // Проблемы прочности. – 1976. – № 5. – C. 25–27.
7. Радченко В.П., Кирпичев В.А., Лунин В.В. Оценка влияния поверхностного упрочнения на предел выносливости деталей различного диаметра в условиях концентрации напряжений // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Технические науки. – 2015. – № 1 (45). – С. 168–177.
8. Радченко В.П., Куров А.Ю. Влияние анизотропии поверхностного пластического упрочнения на формирование остаточных напряжений в цилиндрических деталях с надрезами полукруглого профиля // Вестник Самар гос. техн. ун-та. Физ.-мат. науки. – 2016. – Т. 20, № 4. – С. 675–690. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1513
9. Круцило В.Г. Исследование влияния остаточных напряжений и деформационного упрочнения в поверхностном слое деталей на усталостную прочность // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Технические науки. – 2006. – № 41. – С. 127–130.
10.  Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. – М.: Машиностроение, 2002. – 299 с.
11.  Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения: в 2 т. – М.: Машиностроение, 1995. – Т. 2. – 688 с.
12.  Dai K., Shaw L. Analysis of fatigue resistance improvements via surface severe plastic deformation // Int. J. of  Fatigue. – 2008. – Vol. 30, no. 8. – P. 1398–1408. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2007.10.010
13.  Исследование закономерностей упругопластического деформирования стали 15Х2ГМФ при сложном напряженном состоянии / Н.Н. Вассерман, В.Э. Вильдеман, А.А. Крюков, М.П. Третьяков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2010. – № 2. – С. 34–47.
14.  Исследование поведения конструкционной стали при простых видах нагружения / Н.Н. Вассерман, В.Е. Калугин, А.А. Крюков, М.П. Третьяков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение и материаловедение. – 2012. – Т. 14, № 1.  – С. 41–50.
15.  Крюков А.А., Калугин В.Е., Вассерман Н.Н. Моделирование упругопластического деформирования конструкционной стали при сложном напряженном состоянии // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Технические науки. – 2011. – № 3 (31). – С. 122–128.
16.  Крюков А.А. Моделирование и экспериментальное исследование упрочнения цилиндрических изделий методом совместного упругопластического деформирования растяжением и кручением // Известия Самарского научного центра РАН. – 2011. – Т. 13, № 4 (4). – С. 970–974.
17.  Крюков А.А., Калугин В.Е. Повышение коррозионно-усталостной прочности длинномерных цилиндрических изделий в результате упрочнения совместным растяжением и кручением // Известия Самарского научного центра РАН. – 2012. – Т. 14, № 4 (5). – С. 1257–1262.
18.  Крюков А.А. Исследование процесса упрочнения длинномерных цилиндрических изделий совместным растяжением и кручением: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Пермь, 2013. – 19 с.
19.  Крюков А.А.Технология упрочнения длинномерных цилиндрических изделий совместным растяжением и реверсивным кручением // Металлообработка. – 2015. – № 3(87). – С. 11–17.
20.  Технология восстановления прямолинейности и упрочнения насосных штанг / Н.Н. Вассерман, В.В. Се­менов, В.Е. Калугин, Н.П. Надымов // Наука производству. – 2000. – № 5. – С. 49–50.
21.  Надымов А.Н., Столбов В.Ю., Трусов П.В. Математическое моделирование процесса восстановления насосных штанг // Сиб. журн. индустр. матем. – 2002. – Т. 5, № 1 (9). – С. 120–126.

Целью исследования является повышение качества поверхности изделий из титановых сплавов, обработанных методом копировально-прошивной электроэрозионной обработки путем подбора рациональных параметров обработки с помощью математической модели, полученной методом факторного эксперимента. В качестве материала электрода-инструмента выбрана медь марки М1
ГОСТ 1173–2006. Обрабатываемый материал – титановый сплав ОТ-4 ГОСТ 19807–91. Данные материалы обладают уникальными свойствами, такими как высокая прочность, низкая теплопроводность, высокая сопротивляемость. Высокие физико-механические свойства титановых сплавов в совокупности с постоянно усложняющимися профилями поверхности изделий ограничивают применение лезвийной обработки. Широко используемым альтернативным методом получения сложнопрофильных изделий из материалов высокой твердости является метод электроэрозионной обработки. Однако не полностью изучен вопрос прогнозирования качества поверхности, полученной данным методом. Рассмотрена эмпирическая модель, полученная методом факторного эксперимента, позволяющая прогнозировать шероховатость обработанной поверхности. Описана методика проведения экспериментальных исследований, показано используемое оборудование. Приведены варьируемые параметры регрессионного анализа (I, Ton, U), составлена матрица планирования, вычислены коэффициенты регрессии, определены значимые коэффициенты, получена эмпирическая модель, проверенная на адекватность. Проведена обратная замена параметров матрицы, получена окончательная модель. Приведены изображения гиперповерхности функции отклика в координатном пространстве при постоянных параметрах I, Ton, U. Определен характер изменения функции отклика Ra при изменении параметров. Выявлены предельные значения шероховатости. Получена эмпирическая модель, позволяющая прогнозировать качество поверхности, полученной методом КПЭЭО, в зависимости от параметров обработки.

Ключевые слова: электроэрозионная обработка, шероховатость, режимы резания, копировально-прошивочный станок, факторный анализ, функция отклика, эмпирическая модель, электрод-инструмент, титановый сплав, качество поверхности.

Шлыков Евгений Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер-исследователь кафедры материалов, технологий и конструирования машин Пермского национального исследователь­ского политехнического универститета; e-mail: Kruspert@mail.ru.

Абляз Тимур Ризович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, завкафедрой материалов, технологий и конструирования машин Пермского национального исследовательского политехнического универститета; e-mail: lowrider11-13-11@mail.ru.

Осинников Илья Владимирович (Пермь, Россия) – студент Пермского национального      исследовательского политехнического университета; e-mail: ilyuhaosinnikov@bk.ru.

Хабарова Анастасия Вячеславовна (Пермь, Россия) – студентка Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: umka303@mail.ru.

Омелин Антон Андреевич (Пермь, Россия) – студент кафедры Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: omelin1998@yandex.ru.

1. Солнцев Б.П. Материаловедение. – М.: Химиздат, 2007. – 784 с.
2. Журин А.В. Методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов при электроэрозионной обработке: дис. … канд. техн. наук. – Тула, 2005. – 132 с.
3. Еременко В.Н. Титан и его сплавы. – Киев: Изд-во АН УССР, 1955. – 499 с.
4. Шифрин А.Ш., Резницкий Л.М. Обработка резанием коррозионно-стойких, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. – М.; Л.: Машиностроение, 1964. – 448 с.
5. Резников Н.И., Черемисин А.С. Физические особенности процесса резания, обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов // Исследование обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов. – Куйбышев, 1973. – С. 5–17.
6. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. – М.: Высшая школа, 1974. – 590 с.
7. Кривоухов В.А., Чубаров А.Д. Обработка резанием титановых сплавов. – М.: Машиностроение, 1970. – 180 с.
8. Machining titanium & its alloys: a technical guide // ASM Int., Materials Park, OH. – 1988. – 44073-0002. – Р. 75–85.
9. Research of machinability titanic alloys. Tomorrow’s technology // Manuf. Eng. – 2001. – Vol. 127, no. 1. – Р. 82–91.
10. Овсеенко А.Н., Ташлицкий Н.И. Рациональные методы механической обработки титановых сплавов // Тяжелое машиностроение. – 1990. – № 6. – С. 36–37.
11. Серебреницкий П.П. Современные электроэрозионные технологии и оборудование: учеб. пособие / Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2007. – 228 с.
12. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. – М.: Машиностроение, 1980. – 184 с.
13. Сычев Е.А., Тарапанов А.С. Прогнозирование шероховатости поверхности при электроэрозионной обработке деталей сложной конфигурации // Известия Тульского государственного университета: электрон. научн. журн. – 2013. – № 8. – URL: http://cyberleninka.ru/ article/n/prognozirovanie-sherohovatosti-poverhnosti-priele ktroerozionnoy-obrabotke-detaley-slozhnoy-konfiguratsii (дата обращения: 12.06.2015).
14. Смоленцев В.П. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: в 2 т. – М.: Высшая школа, 1983. – Т. 1. – 247 с.
15. Елисеев Ю.С., Саушкин Б.П. Электроэрозионная обработка изделий авиационно-космической техники / под ред. Б.П. Саушкина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 437 с.
16. Абляз Т.Р., Ханов А.М., Хурматуллин О.Г. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 120 с.
17. Сарилов М.Ю., Линев А.С. Электроэрозионная обработка алюминиевых и титановых сплавов: учеб. пособие // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 5 – С. 67–68.
18. Dey S., Roy D.C. Experimental study using different tools // Int. J. of Modern Eng. Research (IJMER). – 2013. – Vol. 3, iss. 3. – Р. 1263–1267.
19. Sivakumar K.M., Gandhinathan R. Establishing optimum process parameters for machining titanium alloys (Ti6Al4V) in spark electric discharge machining // Int. J. of Eng. and Adv. Techn. – 2013. – Vol. 2. – Р. 201–204.
20. Gibson I., Rosen D.W., Stucker B. Additive manufacturing technologies: rapid prototype into direct digitalmanuf acturing. – New York: Springer, 2010. – Vol. 9 – Р. 237–258.
21. Justin D., Stucker B. Improving implants using laser-based metal deposition technologies // BONEZone. – Spring, 2006. – Р. 22–25.
22. Kinoshita N., Fukui M., Kimura Y. Study on wire-EDM: inprocess measurement of mechanical behaviour of electrode-wire // Ann. CIRP 33. – 1984. – No. 1. – Р. 89–92.
23. Kunieda M., Takeshita S., Okumiya K. Study on wire electrode temperature in WEDM // Proceed. of Int. Symp. for Electromach. – ISEM XII. – 1998. – Р. 151–161.
24. Scott D., Boyina S., Rajurkar K.P. Analysis and optimization of parameter combination in wire electrical discharge machining // Int. J. Prod. Res. – 1991. – No. 29(11). – Р. 2189–2207.
25. Abraham B., Ledolter J.  Statistical methods for forecasting. – New York: Wiley, 1983. – 445 р.

Объектом исследования является порошковая сталь ПА-Жгр после лазерной обработки поверхности. Целями исследования являются изучение влияния режимов лазерной обработки на порошковую сталь и выявление зависимости геометрии и микротвердости зоны термического воздействия от параметров обработки и пористости обрабатываемого материала.

Приведены результаты исследований микроструктуры и микротвердости поверхностного слоя порошковой стали ПА-ЖГр с пористостью 4, 8, 10 % в сравнении с литой сталью У10 после лазерной обработки. Образцы пористой стали получены традиционными методами порошковой металлургии (смешивание шихты, прессование, спекание) с повторным прессованием и отжигом для получения заданной пористости. Лазерная обработка проводилась волоконным лазером мощностью 1 кВт в среде аргона с различной скоростью перемещения пятна и потоками различной мощности в виде единичных дорожек. Микротвердость измерялась на шлифах с поперечного среза образца по центру зоны лазерного воздействия. Микроструктура и геометрические размеры зоны термического влияния получены с помощью оптического микроскопа. Показана микроструктура обработанной зоны литого и пористых образцов. Обнаружено, что микротвердость обработанной поверхности не зависит от пористости стали и имеет схожие значения на поверхности обработанной зоны для всех образцов. Величина пористости влияет на микротвердость более глубоких слоев, повышая глубину упрочнения с понижением пористости. Также пористость оказывает влияние на геометрию зоны воздействия, увеличивая глубину зоны термического влияния с повышением пористости. Установлены параметры лазерной обработки поверхности пористых сталей, которые способствуют повышению микротвердости и не приводят к образованию трещин.

Ключевые слова: лазерная термообработка, лазерная закалка, порошковая сталь, пористость, термоупрочнение, структура, микротвердость, мощность лазера, глубина термообработки, износостойкость, сталь.

Усынин Евгений Вячеславович (Пермь, Россия) – магистр кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета; е-mail: zooom16@mail.ru.

Оглезнева Светлана Аркадьевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета; е-mail: osa@pm.pstu.ac.ru.

Морозов Евгений Александрович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры материалов, технологий и конструирования машин Пермского национального исследовательского политехнического университета;е-mail: morozov.lazer@gmail.com.

1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки / под ред. А.Г. Григорьянца. – М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 664 с.
2. Использование плазменных методов для модификации поверхности металлов / А.А. Хубатхузин, И.Ш. Абдуллин, А.А. Башкирцев, Э.Б. Гатина // Вестник Казанского технологического университета. – 2012. – С. 48–52.
3. Баландина Ю.А. Упрочнение поверхности штам­повых сталей диффузионным борированием, боромеднением и борохромированием в псевдосжиженном слое // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2005. – С. 27–30.
4. Упрочнение поверхности литой стали комп­лекс­ным диффузионным насыщением бором и хромом / В.И. Мосоров, А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, Д.С. Фильчаков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2011. – № 2. – С. 33–36.
5. Формирование механических свойств поверхности низкоуглеродистой стали при термомеханическом упрочнении / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, О.А. Кондратова, Е.Г. Белов, В.Б. Костеров // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 2. – С. 38–44.
6. Мишаков Г.А., Родинов А.И., Мясников А.М. Комплексная химико-термическая и лазерная обработка конструкционных и инструментальных сталей // Вестник НИЯУ МИФИ. – 2014. – № 1. – С. 11.
7. Сафонов А.Н. Структура и микротвердость поверхностных слоев железоуглеродистых сплавов после лазерной закалки // МиТОМ. – 1996. – № 2. – С. 20–24.
8. Огин П.А., Мерсон Д.Л., Яресько С.И. Влияние мощности лазерного излучения и скорости движения луча на геометрию зоны оплавления при лазерной закалке стали 40Х // Вектор науки ТГУ. – 2016. – № 2. – С. 46–51.
9. Беляев Е.С., Тумина Е.В., Макаров Т.В. Геометрические характеристики зоны термического влияния при лазерной обработке стали 38ХН3МФА // Theoretical & Appl. sci. – 2017. – № 1. – С. 153–159.
10. Петрова Л.Г., Чудинова О.В. Моделирование упрочнения при разработке технологий модифицирования поверхности стали с использованием лазерного нагрева // Вестник МАДГТУ. – 2006. – № 7. – С. 22–29.
11. Григорьянц А.Г., Смирнова Н.А. Упрочнение поверхности стали 45 и литейного алюминиевого сплава АК9 излучением волоконного лазера // Технология машиностроения. – 2011. – № 11. – С. 52–56.
12. Александров В.Д. Модификация поверхности алюминиевых сплавов методом лазерной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2002. – № 4. – С. 33-36.
13. Бирюков В. Изменение структуры и свойств сталей при лазерном упрочнении // Фотоника. – 2012. – № 3. – С. 22–27.
14. Толочко Н.К. Применение лазеров в порошковой металлургии // Физика и химия обработки материалов. – 1995. – № 1. – С. 94–98.
15. Нино Т.П. Износостойкость пористых покрытий (спекание лазерным излучением порошковых композиций на поверхности изношенных деталей) // Инженерно-техническое обеспечение АПК: реферат. журн. – 2010. – № 4. – С. 1187.
16. Юркевич С.П., Томашевич А.В., Юркевич А.С. Восстановление деталей авиатехники методом лазерной наплавки // Ремонт. Восстановление. Модернизация. – 2006. – № 3. – С. 31–33.
17. Лазерная наплавка металлических порошков / В.Н. Петровский, В.Г. Штамм, П.С. Джумаев, В.И. Поль­ский // Ядерная физика и инжиниринг. – 2012. – № 4. – С. 333.
18. Особенности лазерной закалки кольцевых выступов из псевдосплава сталь–медь / В.Г. Гилев, Н.В. Безматерных, Е.А. Морозов, Е.С. Русин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. – Т. 16, № 4. – С. 179–186.
19. Беляев Е.С., Дудырева С.С., Макаров Н.В. Влияние лазерной обработки на геометрические размеры зон плавления и термического влияния при обработке спеченного пористого железа // Теоретическая и прикладная наука. – 2017. – № 2. – С. 143–154.
20. Григорьев Ю.Д. Методы оптимального планирования эксперимента: линейные модели: учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2015. – 320 с.

В соответствии с основными критериями эффективности плазменных технологий резки металлов – производительностью, качеством реза и надежностью работы оборудования – поставлены задачи исследования данной работы. Они заключаются в поисках новых проектных решений, позволяющих повысить эффективность плазменной резки металлов. Поскольку основным фактором проектирования является обеспечение газодинамической работы плазмотрона, в работе основное внимание обращено на поиск новых конструктивных способов газодинамической стабилизации плазменной дуги. Исследованы различные способы газовихревой стабилизации в плазмотронах для резки металлов. Исследованы одно- и двухпоточные плазмотроны с различными конструкциями завихрителей. Показано влияние угла ввода плазмообразующего газа на кинематические характеристики плазменной струи. Увеличение радиальной составляющей скорости на выходе из завихрителя позволяет увеличить равномерность распределения скоростей и кинетические свойства струи в зоне воздействия на разрезаемый металл, что, в свою очередь, повышает качество и производительность резки. В результате применения модернизированного завихрителя максимальная скорость резки увеличилась на 25 %. При резке тонколистовых металлов целесообразно использовать технологию узкоструйной плазмы. Данная технология построена на разделении потока плазмообразующего газа на два – плазмообразующий и стабилизирующий – с раздельной подачей газа в сопловой узел для дополнительного обжатия плазменной дуги на выходе из основного сопла плазмотрона. В результате струя такого двухпоточного плазмотрона обладает более высокими кинетическими свойствами (имеет более высокие максимальные скорости), чем струя однопоточного плазмотрона, однако сохраняет свои свойства на более коротком расстоянии.

Ключевые слова: плазмотрон, проектирование, газодинамика, скорость, газоводушный тракт, профилирование, газовихревая стабилизация, завихритель, расширительная камера, плазмообразующий газ, плазменная струя, численное моделирование.

Анахов Сергей Вадимович (Екатеринбург, Россия) – кандидат физико-математических наук, завкафедрой математических и естественно-научных дисциплин Российского государственного профессионально-педаго­ги­ческого университета; директор ООО «Техноплазма»; e-mail: sergej.anahov@rsvpu.ru.

Пыкин Юрий Анатольевич (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры физико-химических технологий защиты биосферы Уральского государственного лесотехнического университета; гендиректор ООО НПО «Полигон»; e-mail: yappoligon@mail.ru.

Матушкин Анатолий Владимирович (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технологий сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: 227433@yandex.ru.

1. Чередниченко В.С., Аньшаков А.С., Кузьмин М.Г. Плазменные электротехнологические установки. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – 602 с.

2. Электродуговые генераторы термической плазмы (Низкотемпературная плазма) / М.Ф. Жуков, И.М. За­сыпкин, А.Н. Тимошевский [и др.]. – Новосибирск: Наука, 1999. – Т. 17. – 712 с.

3. Клименко А.А., Ляпин Г.К. Конструкции электродуговых плазмотронов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 56 с.

4. Многофазные электродуговые плазмотроны переменного тока для плазменных технологий / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, С.Д. Попов [и др.] // ТВТ. – 2006. – Т. 44, № 2. – С. 205–211.

5. Рутберг Ф.Г., Глебов И.А. Мощные генераторы плазмы. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 153 с.

6. Дресвин С.В., Зверев С.Г. Плазмотроны: конструкции, параметры, технологии. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. – 208 с.

7. Волокитин Г.Г., Лысак И.А., Аньшаков А.С. Плазменная обработка материалов / Том. гос. архит.-строит. ун-т. – Томск, 2009. – 200 с.

8. Matushkina I.Yu., Anakhov S.V., Pykin Yu.A. Evaluation of the effectiveness of plasma torches design for metal cutting by quali-metric method // Material Sci.
Forum. – 2019. – Vol. 946. – Р. 877–882.

9. Анахов С.В. Принципы и методы проектирования плазмотронов. – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2018. – 165 с.

10. Кайдалов А.А. Современные технологии термической и дистанционной резки конструкционных материалов. – Киев: Экотехнология, 2007. – 456 с.

11. Лащенко Г.И. Плазменная резка металлов и сплавов. – Киев: Экотехнология, 2003. – 64 с.

12. Коротеев A.C., Миронов В.М.,  Свирчук Ю.С. Плазмотроны. Конструкции, характеристики, расчет. – М.: Машиностроение, 1993. – 296 с.

13. Жуков М.Ф., Аньшаков А.С. Основы расчета плазмотронов линейной схемы / Ин-т теплофизики СО АН СССР. – Новосибирск, 1979. – 146 с.

14. Донской А.В.,  Клубникин В.С. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. – Л.: Машиностроение, 1979. – 221 с.

15. Анахов С.В., Пыкин Ю.А. Плазмотроны: проблема акустической безопасности. Теплофизические и газодинамические принципы проектирования малошумных плазмотронов / Ред.-изд. отдел УрО РАН. – Екатеринбург, 2012. – 224 с.

16. Чиеу Куанг Фи. Исследование эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов: дис. ... канд. техн. наук. – СПб., 2008. – 143 с.

17. Оценка эффективности газовихревой стабилизации в плазмотронах для резки металлов / М.П. Шалимов, С.В. Анахов, Ю.А. Пыкин, А.В. Матушкин, И.Ю. Матушкина // Сварка и диагностика. – 2018. – № 2. – С. 57–61.

18. Анахов С.В., Пыкин Ю.А., Матушкин А.В. Исследование систем газовихревой стабилизации плазмотронов // Сварочное производство. – 2015. – № 4. – С. 20–24.

19. Анахов С.В., Пыкин Ю.А., Матушкин А.В. Газовихревая стабилизация в плазмотронах: новые решения // Сварочное производство. – 2015. – № 5. – С. 49–53.

20. Плазмотрон: пат. 2584367 / Пыкин Ю.А., Анахов С.В., Матушкин А.В. – NRU2015108603/02А; заявл. 11.03.2015; опубл. 20.05.2016, Бюл. № 14.

21. About raising of the gas vortex stabilization efficiency in plasma torch for metal cut-ting / A.V. Matushkin, Yu.A. Pyckin, S.V. Anakhov, I.Y. Matushkina // Solid State Phenomena. – 2018. – Vol. 284. – Р. 218–223.

22. Анахов С.В., Пыкин Ю.А., Матушкин А.В. Методические основы автоматизированного газодинамического проектирования в электроплазменных технологиях // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машино­строе­ние. Материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 1. – С. 62–70.

23. Анахов С.В., Пыкин Ю.А., Матушкин А.В. Методики расчета и проектирования плазмотронов для резки металлов // Сварочное производство. – 2018. – № 7. – С. 19–24.

24. Кузнецов В.М. Основы теории шума турбулентных струй. – М.: Физматлит, 2008. – 240 с.

25. Anakhov S.V., Pykin Yu.A., Matushkin A.V. Narrow jet plasma as the energy efficient and safe technology for metal cutting // Solid State Phenomena (Material Sci. Forum). – 2016. – Vol. 870. – Р. 523–527.

Для сталей системы легирования Х2Г2С2МФ с содержанием углерода от 0,17 до 0,44 % определены критические значения температуры Ас1 и Ас3 методом пробных закалок, а также дилатометрическим методом. В рамках дилатометрического метода использовали высокоскоростной закалочный дилатометр. Определено, что температурный интервал Ас1–Ас3 сужается с повышением содержания углерода в сталях системы легирования Х2Г2С2МФ, однако критические значения температуры, определенные двумя методами, отличаются. Температура Ас1, определенная дилатометрическим методом, для сталей с содержанием углерода от 0,17 до 0,29 % находится на уровне 700 °С, при использовании метода пробных закалок – на уровне 740 °С. Температура Ас3, определенная дилатометрическим методом, для стали с содержанием углерода 0,44 % находится на уровне 730 °С, при использовании метода пробных закалок – на уровне 760 °С. Проанализировано изменение микроструктуры и твердости сталей после нагрева на различные температуры.
В результате анализа установлено, что при значениях температуры 680–740/760 °С все марки стали имеют структуру, преимущественно состоящую из продуктов отпуска. Повышение температуры нагрева вплоть до Ас3 приводит к увеличению доли свежезакаленного мартенсита и тем самым твердости. Твердость сталей системы легирования может достигать 45 HRC у стали 17Х2Г2С2МФ или 59 HRC
у стали 44Х2Г2С2МФ.

Ключевые слова: метод пробных закалок, определение критических точек, микроструктура, твердость, дилатометрический анализ, стали с промежуточной структурой, бейнитные стали, легированные стали, свежезакаленный мартенсит, аустенит.

Юрченко Александр Николаевич (Пермь, Россия) – младший научный сотрудник кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: aleksmto@gmail.com.

Мариева Мария Александровна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета;  e-mail: marievamar@rambler.ru.

Гребенкин Роман Дмитриевич (Пермь, Россия) – магистрант кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: repikhs@gmail.com.

Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: simonov@pstu.ru.

1. Технологичность и конструкционная прочность низкоуглеродистых сталей с мартенситной структурой: учеб. пособие / Н.Н. Митрохович, Ю.Н. Симонов, Л.М. Клейнер, В.В. Швецов; Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2004. – 123 с.
2. Юрченко А.Н., Симонов Ю.Н. Микроструктурные особенности, механические свойства и термическая обработка бейнитных сталей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2016. – № 3(3). – С. 160–181.
3. Калетин А.Ю., Рыжков А.Г., Калетина Ю.В. Повышение вязкости конструкционных сталей при образовании бескарбидного бейнита // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2014. – № 4(11). – С. 22–30.
4. Maisuradze M.V., Ryzhkov M.A., Surnaeva O.A. Transformations of supercooled austenite in promising high-hardenability machine steels // Metal sci. and heat treatment. – 2018. – Vol. 60. – P. 339–347.
5. Fielding L.C.D. The bainite controversy // Materials sci. and techn. – 2013. – Vol. 29, no. 4. – P. 383–399.
6. Калетин А.Ю., Калетина Ю.В. Эволюция структуры и свойств кремнистых сталей при фазовом переходе аустенит–бейнит // Физика твердого тела. – 2015. – Т. 57, вып. 1. – С. 56–61.
7. Хотинов В.А., Ощуков С.В., Фарбер В.М. Структура и механические свойства среднеуглеродистых сталей после нагрева в межкритическом интервале температур // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2011. – № 11. – С. 31–35.
8. Кинетика бейнитного превращения валковой стали 75Х3МФ / О.А. Клецова, С.Е. Крылова, Е.Ю. Прий­мак, В.И. Грызунов, С.В. Каманцев // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2017. – № 10. – С. 10–15.
9. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей: пер. с англ. – М.: Металлургия, 1982. – 184 с.
10. Caballero F.G., Bhadeshia H.K.D.H. Very strong bainite // Current opinion in solid state and materials science. – 2004. – No. 8. – P. 251–257.
11. Юрченко А.Н., Симонов Ю.Н., Микрюков М.Ю. Влияние непрерывного охлаждения и изотермической выдержки на микроструктуру и механические свойства сталей 17Х2Г2С2МФ и 29Х2Г2С2МФ // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение и материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 1. – С. 101–116.
12. Майсурадзе М.В., Рыжков М.А. Термическая стабилизация аустенита при ступенчатой закалке сталей для автомобилестроения // Металлург. – 2018. – № 4. – С. 38–47.
13. Леонтьев П.А., Иванова А.С., Симонов Ю.Н. Исследование фазовых превращений и структуры кремнистых сталей с различным содержанием углерода при непрерывном охлаждении // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2013. – Т. 15, № 4. – С. 33–38.
14. Кинетика бейнитного превращения в Cr–Ni–Mo сталях с добавлением алюминия и кремния / М.А. Гервасьев, О.В. Маслова, С.М. Илларионова, К.А. Романова, А.С. Жилин // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2014. – № 7. – С. 57–60.
15. Чепрасов Д.П. Строение и условия формирования промежуточных структур зернистой морфологии в низкоуглеродистых низколегированных сталях бейнитного класса // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 1. – С. 19–24.
16. Швейкин В.П., Хотинов В.А., Фарбер В.М. Микроструктура и фазовый состав низкоуглеродистых сталей после нагрева до температур межкритического интервала // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2008. – № 6. – С. 39–43.
17. Сталь с бейнитной структурой: пат. 2578873 РФ: С 22 С 38/38 / Симонов Ю.Н., Симонов М.Ю., Орлова Е.Н., Шаманов А.Н., Подузов Д.П. // БИ. – 2016. – № 9.
18. Геллер Ю.А., Рахштад А.Г. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1975. – 448 с.
19. Определение критических точек в стали 40 методом пробных закалок: учеб. пособие / С.П. Григорьев, В.П. Ерошкин, А.П. Ефремов, Б.М. Казаков, Г.А. Трофимова. – М., 2016. – 9 с.
20. Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. Справочник термиста. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1991. – 503 с.
21. Рыжков М.А., Попов А.А. Методические вопросы построения термокинетических диаграмм превращения переохлажденного аустенита в низколегированных сталях // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 12. – С. 37–41.
22. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1993. – 447 с.
23. Гуляев А.П. Металловедение. – 5-е изд. – М.: Металлургия, 1977. – 544 с.
24. Материаловедение: учеб. / под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1989. – 383 с.
25. Этапы аустенитизации холоднодеформированной низкоуглеродистой стали в межкритическом интервале температур / Д.О. Панов, Ю.Н. Симонов, Л.В. Спивак, А.И. Смирнов  // Физика металлов и металловедение. – 2015. – Т. 116, № 8. – С. 846–853.

Стабильность рабочих процессов магнитореологических систем имеет существенную зависимость от температурных характеристик рабочих сред, поэтому в рамках рассмотрения динамики процессов, протекающих в магнитореологических системах, необходимо учитывать влияние на них термодинамических параметров. Магнитореологическим системам присущи большие тепловыделения в объемах рабочих сред как под действием внешних электромагнитных полей, так посредством процессов жидкостного трения, которые резко повышаются по мере роста вязкости рабочих сред. В магнитореологических системах нового поколения, предусматривающих комбинированный метод управления расходными характеристиками рабочей среды, можно избежать излишнего роста вязкости за счет перераспределения вклада различных составляющих комбинированного управляющего сигнала, например увеличения вклада гидродинамических или неньютоновских реологических эффектов в процесс регулирования потока магнитореологической жидкости. Но эффекты турбулентности также повышают выраженность тепловыделений при жидкостном трении и приводят к иным новым факторам нестабильности рабочих процессов. Турбулентность потока негативно сказывается на времени переходных процессов и значительно увеличивает время выхода системы на стационарные режимы. Ввиду этого основным гарантом стабильности рабочих процессов является стабильность температуры рабочей среды – эффективное термостатирование. В то же время, если рассматривать динамику магнитореологических систем, наибольшим временем переходных процессов в объеме магнитореологической рабочей среды обладают именно термодинамические процессы. Даже при обеспечении качественного термостатирования рабочей среды все равно имеет место градиент значений температуры по сечению потока, что дает право говорить о наличии недорегулирования температурных параметров жидкости в некотором моменте времени. Это связано с тем, что процессы жидкостного трения и тепловыделения протекают по всему жидкому объему, а процессы охлаждения организованы по поверхности жидкого объема, что свидетельствует о необходимости учета термодинамики процесса при моделировании динамики магнитореологических систем. Разработанная оригинальная конструкция реологического дросселя-термостата, содержащего термоэлектрические полупроводниковые элементы, способна повысить эффективность термостатирования. Предложен метод оптимизации проектирования и расчета динамических и геометрических характеристик реологического дросселя-термостата. Представлены результаты численного моделирования рабочего процесса элемента управления термодинамическими параметрами системы термостатирования магнитореологического привода нового поколения.

Ключевые слова: магнитореологические системы, вязкость рабочих сред, реологические эффекты, термостатирование, термоэлектрические полупроводниковые элементы, температурные параметры, процессы охлаждения, реологический дроссель-термостат, комбинированное управление, переходные процессы.

Найгерт Катарина Валерьевна (Челябинск, Россия) – кандидат технических наук, докторант кафедры автомобильного транспорта Южно-Уральского государственного университета; e-mail: kathy_naigert@mail.ru.

Целищев Владимир Александрович (Уфа, Россия) – доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой прикладной гидромеханики Уфимского государственного авиационного технического университета; e-mail: pgl.ugatu@mail.ru.

1. Мотавкин А.В., Покровский Е.М., Скородумов В.Ф. Определение реологических параметров полимерных композитов // Высокомолекулярные соединения. – 2005. – Т. А47, № 9. – С. 1728–1734.

2. Яхно О.М., Дубовицкий В.Ф. Основы реологии полимеров.  – Киев: Вищ. шк., 1976. – 185 с.

3. Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости. – М.: Мир, 1964. – 216 с.

4. Ronald G. Larson. The structure and rheology of complex fluids. – NY: Oxford University Press, 1999. – 682 p.

5. Фройштетер Г.Б., Данилевич С.Ю., Радионова Н.В. Течение и теплообмен неньютоновских жидкостей в трубах. – Киев: Наук. думка, 1990. – 216 с.

6. Shliomis M.I. Hydrodynamics of a liquid with
intrinsic rotation // Sov. Phys., JETP 24. – 1967. – No. 1. –  P. 173–177.

7. Shliomis M.I. Effective viscosity of magnetic suspensions // Sov. Phys., JETP 34. – 1972. – No. 6. – P. 1291–1294.

8. Смык А.Ф. Физика: курс лекций / МАДИ. –
М., 2016. – 293 с.

9. Найгерт К.В., Редников С.Н. Автоматизация рабочего процесса магнитореологического дросселирующего устройства // Вестник ЮУрГУ. Машиностроение. – 2016. – Т. 16, № 2. – С. 23–32. DOI: 10.14529/engin160203

10. Найгерт К.В., Редников С.Н. Технологии уп­рав­ления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред // Вестник ЮУрГУ. Машиностроение. – 2016. – Т. 16,
№ 2. – С 52–60. DOI: 10.14529/engin160206

11. Bethancourt A., Echigo R., Yoshida H. Thermoelectric conversion analysis in a counterflow heat exchanger // Proceed. of the 12th Int. Conf. on Thermoelectrics / American Institute of Physics. – Tokyo, Japan, 1994. – Vol. 12. – P. 299–304.

12. Bejan A. Advanced engineering thermodynamics. – 3 ed. – NY: John Wiley & Sons, Inc., 2006. – 920 p.

13. Optimal design of a multi-couple thermoelectric generator / J. Chen, B. Lin, H. Wang, G. Lin // Semiconductor Sci. Tech. – 2000. – Vol. 15. – P. 184–188.

14. Cobble M.H. Analysis of a thermoelectric device having contact resistance // Proceed. of the 11th Int. Conf.
on Thermoelectrics. – Arlington, TX, IEEE, 1992. –
P. 218–222.

15. Cobble M.H. Handbook of thermoelectrics. – CRC Press, Inc., 1995. – 720 p.

16. Реологический дроссель-термостат: пат. 173746 РФ / Найгерт К.В., Тутынин В.Т. Опубл. 07.09.2017, Бюл. № 25.

17. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 152 с.

18. Сакун И.А. Холодильные машины. – Л.: Машиностроение, 1985. – 510 с.

19. Себеси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы: пер. с англ. – М.: Мир, 1987. – 592 с.

20. Аскадский А.А., Кондрашенко В.И. Компьютерное материаловедение полимеров. Т. 1. Атомно-молекулярный уровень. – М.: Научный мир, 1999. – 544 с.

21. Бубенчиков А.М., Харламов С.Н. Математические модели неоднородной анизотропной турбулентности во внутренних течениях. – Томск: Изд-во Томского государственного университета, 2001. – 448 с.

22. Котур В.И., Скомская М.А., Храмова Н.Н. Электрические измерения и электрические приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 400 с.

Проведено исследование изменений структуры и фазового состава, возникающих в стали аустенитного класса 12ХН10Т при сварке модулированным током (крупнокапельный перенос). Сварка проводилась на установке УДИ-203 на плоских образцах размером 200 ´ 15 ´ 4 мм3. Исследования выполнены методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии на тонких фольгах
с использованием микродифракционных картин и темнопольных изображений и их теоретического расчета. Изучение образцов проведено в зоне термического влияния, а именно: на расстоянии 1 мм от линии сплавления в сторону основного металла (зона основного металла) и на расстоянии 0,5 мм в сторону наплавленного металла (зона наплавленного металла). Определен фазовый состав и выполнена количественная оценка таких параметров тонкой структуры, как скалярная и избыточная плотность дислокаций и величина полей внутренних напряжений. Установлено, что перед сваркой матрица стали представляет собой зерна g-фазы (аустенит, обладающий гранецентрированной кубической кристаллической решеткой). В отдельных зернах наряду с дефектной (дислокационной) структурой присутствуют механические (или деформационные) микродвойники в виде пакетов одной или двух и даже трех систем. Микродвойники обладают кристаллической решеткой и параметром, как g-фаза. Выделение микродвойников происходит по плоскостям {111} g-фазы. Установлено, что сварка не приводит к фазовому превращению в зоне основного металла. В зоне наплавленного металла обнаруживается
g ® e-превращение, т.е. образование e-мартенсита, обладающего гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой. Выделение e-мартенсита происходит также по плоскостям {111} g-фазы. Сварка приводит к увеличению скалярной и избыточной плотности дислокаций и внутренних напряжений во всей зоне термического влияния. Тем не менее сварка модулированным током не вызывает искажения кристаллической решетки и носит исключительно пластический характер. Опасность образования микротрещин отсутствует.

Ключевые слова: сварка модулированным током, зона основного металла, зона наплавленного металла, сталь, аустенит, микродвойники, e-мартенсит, объемная доля, скалярная плотность дислокаций, избыточная плотность дислокаций, кривизна-кручение кристаллической решетки, внутренние напряжения.

Никоненко Елена Леонидовна (Томск, Россия) – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Томского государственного архитектурно-строительного университета; доцент Национального исследовательского Томского государственного политехнического университета; e-mail: vilatomsk@mail.ru.

Смирнов Александр Николаевич (Кемерово, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева, директор ООО «Кузбасский центр сварки и контроля»; e-mail: galvas.kem@gmail.ru.

Попова Наталья Анатольевна (Томск, Россия) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры физики Томского государственного архитектурно-строительного университета; e-mail: natalya-popova-44@mail.ru.

Абабков Николай Викторович (Кемерово, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева; e-mail: n.ababkov@rambler.ru.

Князьков Константин Викторович (Кемерово, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева; e-mail: vntk@km.ru.

1. Formation of the structure of titanium and stainless steel in laser welding / S.F. Gnyusov, V.A. Klimenov, Y.V. Alkhimov, A.D. Budnitskii, A.M. Orishich, A.N. Che­repanov, Y.V. Afonin // Weld. Int. – 2013. – Vol. 27, no. 4. – P. 295–299.
2. Бакшаев В.А., Васильев П.А. Сварка трением с перемешиванием в производстве крупногабаритных изделий из алюминиевых сплавов // Цветные металлы. – 2014. – № 1. – С. 75–79.
3. Общие закономерности формирования микроструктуры при сварке трением с перемешиванием и трении скольжения / А.В. Колубаев, Е.А. Колубаев, О.В. Сизова, Т.В. Морхат, В.Е. Рубцов, С.Ю. Тарасов, П.А. Васильев // Трение и износ. – 2015. – Т. 36, № 2. – С. 167–173.
4. Моделирование сварки давлением разнородных жаропрочных сплавов через ультрамелкозернистую прокладку / А.Х. Ахунова, С.В. Дмитриев, Э.В. Галиева, В.А. Валитов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2015. – Т. 12, № 3. – С. 289–292.
5. Процессы самоорганизации и эволюции поверхности раздела при сварке взрывом (медь–тантал, медь–титан) / Б.А. Гринберг, М.А. Иванов, А.В. Иноземцев, М.С. Пушкин, А.М. Пацелов, О.В. Слаутин // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2015. – Т. 12, № 4. – С. 391–402.
6. Микроструктура и механические свойства сварного соединения магнитотвердого сплава 25Х15К со сталью 3 после сварки давлением и обработки на высококоэрцитивное состояние / Г.Ф. Корзникова, А.В. Корз­ников, А.Ф. Алетдинов, А.В Корнева, Р.М. Галеев // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2016. – Т. 13, № 2. – С. 233–237.
7. Особенности получения композиционных материалов сваркой взрывом с воздействием ультразвука / Е.В. Кузьмин, В.И. Лысак, С.В. Кузьмин, А.П. Пеев // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2016. – № 1 (27). – С. 51–55.
8. Курган К.А., Клименов В.А., Клопотов А.А. Определение твердости сварных соединений наноструктурированного титанового сплава ВТ6, полученных при контактной точечной сварке // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2016. – № 1 (54). – С. 140–144.
9. Структура и свойства микрокристаллического и субмикрокристаллического титанового сплава ВT1-0 в области шва при электронно-лучевой сварке / В.А. Клименов, С.Ф. Гнюсов, А.И. Потекаев, А.А. Клопотов, Ю.А. Абзаев, К.А. Курган, М.Р. Марзоль, С.В. Галсанов, А.Я. Целлермаер, Е.С. Марченко // Известия вузов. Физика. – 2017. – Т. 60, № 6. – С. 61–71.
10. Electron-beam welding-structural-phase state and microhardnes in the weld zone in a submicrocrystalline titanium alloy grade 2 / V.A. Klimenov, A.A. Klopotov, Y.A. Abzaev, K.A. Kurgan, Y.A. Vlasov // Materials Sci. Forum. – 2017. – Vol. 906. – P. 32–37.
11. Твердофазная сварка разнородных никелевых сплавов ЭП741НП и ЭК61 с различной геометрией поверхности соединения / Э.В. Галиева, Н.В. Батаев, В.А. Валитов, Р.Я. Лутфуллин // Фундаментальные проб­лемы современного материаловедения. – 2017. – Т. 14, № 4. – С. 507–512.
12. Кузьмин С.В., Лысак В.И., Кузьмин Е.В. При­ме­нение ультразвука при сварке взрывом // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2017. – № 7 (73). – С. 3–10.
13. Получение твердых сплавов системы SiC–Ti с использованием энергии взрыва / М.А. Тупицин, В.О. Харламов, А.В. Крохалев, С.В. Кузьмин, В.И. Лысак // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2018. – № 2. – С. 93–97.
14. Сварка трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием для получения неразъемных соединений алюминиевых сплавов / В.Е. Рубцов, А.А. Елисеев, Н.В. Дружинин, В.А. Красновейкин, П.А. Васильев, В.С. Михайлов, Н.П. Коломеец // Судостроение. – 2018. – № 1. – С. 34–38.
15. Изменение структуры и фазового состава в материале сварного шва стали Ст3сп под действием пластической деформации / Е.А. Ожиганов, Н.А. Попова, А.Н. Смирнов, Е.Л. Никоненко, Н.Р. Сизоненко, Н.А. Конева, Э.В. Козлов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2016. – Т. 13, № 2. – С. 191–197.
16. Формирование структурно-фазового состоянии в сварном шве при деформации / А.Н. Смирнов, Н.А. Попова, Е.А. Ожиганов, Е.Л. Никоненко, Н.В Абаб­ков, М.П. Калашников, Н.А. Конева // Структура. Напряжения. Диагностика. Ресурс: сб. науч. тр., посвящ. 70-летию д-ра техн. наук, проф. А.Н. Смирнова / под общ. ред. Н.В. Абабкова; КузГТУ. – Кемерово, 2017. – С. 201–209.
17. Влияние длительных температурно-силовых воздействий на структурно-фазовое состояние сварного шва в стали 12Н18Н10Т / А.Н. Смирнов, Н.А. Попова, Н.В. Абабков, Е.Л. Никоненко, Е.А. Ожиганов, Н.А. Конева // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2018. – Т. 15, № 3. – С. 434–441.
18. Сварка модулированным током. Структурно-фазовое состояние и поля внутренних напряжений в сварных соединениях конструкционных сталей / А.Н. Смирнов, А.Ф. Князьков, В.Л. Князьков, Н.А. Конева, Е.А. Ожиганов, Н.В. Абабков, В.И. Данилов, Н.А. Попова. – М.: Инновационное машиностроение; Кемерово: Сибирская издательская группа, 2017. – 328 с.
19. Структурно-фазовые состояния и механические свойства толстых сварных швов / В.П. Гагауз, Э.В. Козлов, В.И. Данилов, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов. – Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2008. – 150 с.
20. Повреждаемость сварных соединений, спектрально-акустический метод контроля / А.Н. Смирнов, Н.А. Конева, С.В. Фольмер, Н.А. Попова, Э.В. Козлов. – М.: Машиностроение, 2009. – 240 с.
21. Смирнов А.Н., Козлов Э.В. Субструктура, внутренние поля напряжений и проблема разрушения паропроводов из стали 12Х1МФ. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2004. – 163 с.
22. Структурно-фазовое состояние разрушенного ротора паровой турбины высокого давления / А.Н. Смир­нов, Н.В. Абабков, Э.В. Козлов, Н.А. Конева, Н.А. Попова // МиТОМ. – 2015. – № 12 (726). – С. 50–57.
23. Волынова Т.Ф. Высокомарганцевые стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1988. – 343 с.
24. Okayasu M., Tomida S. Phase transformation system of austenitic stainless steels obtained by permanent compressive strain // Mat. Sci. & Eng. A. – 2017. – Vol. 684. – Р. 712–725.
25. Significance of control of austenite stability and transformation mechanisms in medium-manganese transformation-induced plasticity steel / Z.H. Cai, H. Ding, Z.Y. Tang, R.D.K. Misra // Mat. Sci. & Eng. A. – 2016. – Vol. 676. – Р. 289–293.
26. Stacking fault energy in austenitic steels determined by using in situ X-ray diffraction during bending / D. Rafaja, C. Krbetschek, C. Ullrich, S. Martin // J. Appl. Cryst. – 2014. – Vol. 47. – Р. 936–947.
27. Микроструктура и механические свойства аустенитной стали ЭК-164 после термомеханических обработок / С.А. Аккузин, И.Ю. Литовченко, А.Н. Тюменцев, В.М. Чернов // Известия вузов. Физика. – 2019. – Т. 62, № 4. – С. 125–130.
28. Изучение перестройки кристаллической решетки в условиях нагружения, идентичных процессу сварки трением с перемешиванием / И.С. Коноваленко, А.Ю. Никонов, А.И. Дмитриев, Е.А. Колубаев // Известия вузов. Физика. – 2015. – Т. 58, № 6–2. – С. 137–141.
29. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. – М.: Металлургия, 1973. – 584 с.
30. Роль твердорастворного упрочнения и взаимодействий в дислокационном ансамбле в формировании напряжения течения азотосодержащей аустенитной стали / Э.В. Козлов, Л.А. Теплякова, Н.А. Конева, В.Г. Гаврилюк, Н.А. Попова, Л.Н. Игнатенко, Г.Л. Федосеева, С.Ю. Смук, А.В. Пауль, В.П. Подковка // Известия вузов. Физика. – 1996. – Т. 39, № 3. – С. 33–56.
31. Конева Н., Киселева С., Попова Н. Эволюция структуры и внутренние поля напряжений. Аустенитная сталь. – Германия: LAP LAMBER Academic Publishing, 2017. – 148 с.
32. Конева Н.А., Козлов Э.В. Закономерности субструктурного упрочнения // Известия вузов. Физика. – 1991. – Т. 34, № 3. – С. 56–70.
33. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Структурные уровни пластической деформации и разрушения. – Новосибирск: Наука, 1990. – С. 123–186.

Представлены экспериментальные данные апробации технологических режимов термической обработки в условиях участка производства мелющих шаров повышенной твердости АО «ЕВРАЗ-НТМК», запущенного в эксплуатацию в 2018 г. На примере производства шаров Ø 120 мм из стальной заготовки марки 55Г за счет изменения температурно-временных параметров термической обработки были получены изделия, соответствующие 3-й группе твердости по ГОСТ 7524–2015, при целевом назначении стали данной марки на
2-ю группу.

Особое внимание уделено возможности изготовления шаров 5-й группы твердости с регламентированной не только поверхностной, но и объемной твердостью. Экспериментальные исследования проведены на сталях марок Ш-3Г и 75ХГФН. Наиболее критичными в плане формирования итоговых свойств являются: температура и характер ее распределения по поверхности заготовки на выходе из стана, время подстуживания, температура заготовки перед подачей в закалочный барабан, а также температура охладителя и время выдержки в закалочном барабане. Получено, что критерию объемной твердости удовлетворяют все режимы из рассмотренных, это свидетельствует о достаточной прокаливаемости сталей. Однако на поверхности и макрошлифах шаров из более легированной стали выявлены трещины, распространяющиеся вглубь металла на глубину до 45–50 мм, что неминуемо приведет к разрушению мелющих тел в процессе эксплуатации.

Возможность массового производства шаров 5-й группы твердости обеспечивается точным соблюдением температурно-временных параметров термической обработки и обусловливается высокой автоматизацией комплекса оборудования, контролем и корректировкой всех технологических параметров в онлайн-режиме. Условия реализации технологических режимов термической обработки мелющих шаров на новом шаропрокатном участке АО «ЕВРАЗ-НТМК» позволяют получать высокую твердость шаров на марках стали меньшего целевого назначения, что показывает его существенный потенциал.

Ключевые слова: термическая обработка, мелющие шары, шаропрокатный стан, нагревательные печи, температурный режим, температурное поле, закалка, прокаливаемость, поверхностная твердость, объемная твердость, трещины, разрушение, макроструктура, ударостойкость.

Шевченко Олег Игоревич (Нижний Тагил, Россия) – доктор технических наук, доцент, завкафедрой металлургических технологий Нижнетагильского технологического института (филиала) Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: shevchenko_oleg@mail.ru.

Трекин Григорий Евгеньевич (Нижний Тагил, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры общего машиностроения Нижнетагильского технологического института (филиала) Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: trekin1963@yandex.ru.

Рубцов Вячеслав Юрьевич (Нижний Тагил, Россия) – аспирант Нижнетагильского технологического института (филиала) Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, калибровщик рельсобалочного цеха АО «ЕВРАЗ-Нижнетагильский металлургический комбинат»; e-mail: uriylot@mail.ru.

Курочкин Вячеслав Валерьевич (Нижний Тагил, Россия) – калибровщик крупносортного цеха АО «ЕВРАЗ-Нижнетагильский металлургический комбинат»; e-mail: Vyacheslav.Kurochkin@evraz.com.

1. Задорожный В.Ф., Быбин Ф.Ф. Удоканское месторождение в стратегии освоения севера Забайкалья // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. – 2012. – № 3. – С. 90–94.

2. Романова Д.В., Черненко-Фролова Е.В. Удокан­ское месторождение как территория экономического раз­вития Забайкальского края // Материалы секционных заседаний 58-й студ. науч.-практ. конф. ТОГУ. – Ха­ба­ровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2018. – С. 513–517.

3. Шайбакова Л.Ф., Новоселов С.В. Тенденции, особенности и проблемы развития черной металлургии России // Управленец. – 2017. – № 5 (69). – С. 40–49.

4. Сивак Б.А Сотрудничество металлургов и машиностроителей – основа инновационного развития отрасли // Научно-технический прогресс в черной металлургии: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. – Череповец: Изд-во Череповец. гос. ун-та, 2015. – С. 15–17.

5. Состояние производства и пути повышения качества стальных мелющих шаров / Д.В. Сталинский, А.С. Рудюк, В.К. Соленый, А.В. Юдин  //  Сталь. – 2017. – № 2. – С. 28–34.

6. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И. Калибровка шаропрокатных валков с непрерывно меняющимся шагом // Черная металлургия. – 2018. – № 8 (1424). – С. 58–63.

7. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. An innovative method for forming balls by cross rolling // Materials. – 2018. – № 11 (1793). – Р. 1–14.

8. Tomczak J., Pater Z., Bartnicki J. Skrew rolling of balls in multiple helical impressions // Archives of
metallurgy and materials. – 2013. – Vol. 58, iss. 4. – Р. 1071–1076.

9. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И., Миронова М.В. Совершенствование динамического режима прокатки для повышения стойкости валков шаропрокатного стана // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2018. – Т. 61, № 12. – С. 927–932.

10. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И., Загребайлов Н.М. Рабочий диапазон параметров шаропрокатного стана // Молодежь и наука: материалы междунар. науч.-практ. конф. (25 мая 2018 г.): в 2 т. / М-во образ. и науки РФ; УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Нижнетагил. технол. ин-т (филиал). – Нижний Тагил, 2018. – Т. 1. – С. 18–23.

11. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И. Калибровка шаропрокатных валков с диференцированно-изменяю­щей­ся глубиной впадины // Молодежь и наука: материалы междунар. науч.-практ. конф. (24 мая 2019 г.): в 2 т. /
М-во образ. и науки РФ; УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Нижнетагил. технол. ин-т (фи­лиал). – Нижний Тагил, 2019. – С. 21–24.

12. Курочкин В.В. Шевченко О.И. Освоение технологии термообработки шаров в условиях нового шаропрокатного стана АО «ЕВРАЗ НТМК» // Молодежь и наука: материалы междунар. науч.-практ. конф.
(24 мая 2019 г.): в 2 т. / М-во образ. и науки РФ; УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Нижнетагил. технол. ин-т (филиал). – Нижний Тагил, 2019. –
С. 24–27.

13. Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соленый В.К. Выбор материала и технологии термической обработки мелющих шаров, работающих преимущественно в условиях абразивного износа // Сталь. – 2017. – № 6. –
С. 64–69.

14. Вавилкин Н.М., Челноков В.В. К выбору материала для производства мелющих шаров // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2002. – № 1. – С. 41–46.

15. Основные принципы выбора материалов для изготовления мелющих тел, работающих в условиях ударно-абразивного, ударно-коррозионно-абразивного и ударно-усталостного износа / В.А. Игнатов, В.К. Соленый, В.Л. Жук, А.И. Туяхов  // Металл и литье Украины. – 2001. – № 10–11. – С. 31–34.

16. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И. Освоение производства мелющих шаров 5 группы твердости в условиях АО «ЕВРАЗ-НТМК» // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тез. докл. 76-й междунар. науч.-техн. конф. – Магнитогорск: Изд-во Маг­нитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2018. – Т. 1. – С. 117–118.

17. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И. Освоение производства мелющих шаров пятой группы твердости в условиях АО «ЕВРАЗ-НТМК» // Калибровочное бюро. – 2018. – № 13. – С. 20–22.

18. Освоение производства мелющих шаров особо высокой твердости диаметром 80–100 мм / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, О.П. Атконова, Н.А. Козырев, Л.В. Кор­нева // Сталь. – 2010. – № 4. – С. 90–91.

19. Производство мелющих шаров особо высокой твердости / Г.В. Мохов, Н.А. Козырев, Е.П. Кузнецов, О.П. Атконова, Е.Г. Закаулов // Металлургия: технологии, управление, инновации, качество: тр. Всерос. науч.-практ. конф. – Новокузнецк, 2009. – С. 204–207.

20. Влияние термической обработки на твердость и износ мелющих шаров / Айсат Сахраю, Садзддин Абдельхамид, Брадай Моханд Амокран, Юнус Рассим, Билек Али, Бенаббас Абдеррахим // МиТОМ. – № 5 (713). – 2017. – С. 34–38.

21. Освоение производства мелющих шаров диам. 30 мм с объемной твердостью не менее 60 HRC / А.Б. Юрьев, Е.П. Кузнецов, О.П. Атконова, И.В. Копылов, Е.Г. Закаулов // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2014. – № 6. – С. 42–43.

22. Внедрение технологии трехстадийного термоупрочнения мелющих шаров большого диаметра / В.Г. Ефременко, Е.С. Попов, С.О. Кузьмин, О.И. Труфанова, А.В. Ефременко  // Металлург. – 2013. – № 9. –
С. 88–92.

23. Кузьмин С.О. Влияние режима термоупрочнения на объемную износостойкость мелющих шаров из низколегированных марок стали // Вісник приазовського державного технічного університету. Технічні науки. – 2011. – № 2 (23). – С. 117–126.

24. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И. Экспресс-конт­роль измерения глубины прокаливания мелющих шаров // Молодежь и наука: материалы междунар. науч.-практ. конф. (26 мая 2017 г., г. Нижний Тагил): в 2 т. / М-во образ. и науки РФ, Урал. федер. ун-т им. первого Президента России Б.Н. Ель­цина, Нижнетагил. технол. ин-т (филиал). – Нижний Тагил, 2017. – Т. 1. – С. 20–26.

25. Рубцов В.Ю., Шевченко О.И., Трекин Г.Е. Экспресс-контроль качества термической обработки при производстве мелющих шаров // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: материалы XXIV Урал. шк. металловедов-термистов (19–23 марта 2018 г., Магнитогорск). – Магнитогорск: Изд-во Маг­нитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2018. – C. 61–62.

26. Качество мелющих шаров, изготовленных разными методами / К.Н. Вдовин, Н.А. Феоктистов, М.Б. Абенова, В.Д. Куликов, И.С. Кондратьев // Теория и технология металлургического производства. – 2015. – № 1 (16). – С. 78–80.

27. Аникин А.В., Тугушев П.Н., Кузнецов С.А. Разработка и внедрение непрерывной технологии и исследование оборудования для производства мелющих шаров высокой твердости // Неделя металлов в Москве, 11–14 ноября 2014 г.: материалы конф. – М., 2015. – С. 338–348.