Проведен анализ работ по допустимым токам на вольфрамовые электроды при дуговой сварке. Информация по этому вопросу носит противоречивый и несистемный характер. Обоснована необходимость решения задачи по расчету допустимых токов на вольфрамовый электрод в аргоновой дуге с разнополярными импульсами тока. Для этого использованы экспериментальные данные по допустимым токам дуг прямой и обратной полярностей и синусоидальному переменному току, по которым проведен анализ по разработанной методике. Показано, что сравнение допустимых токов дуги переменного тока синусоидальной формы с токами дуг постоянного тока следует проводить по их среднему значению. Зависимости средних рекомендованных значений плотности тока от диаметра электрода для всех полярностей хорошо описываются гиперболической функцией. Получены аппроксимирующие коэффициенты зависимости для трех видов полярности. Предположено, что данные о допустимых токах в однофазной дуге могут быть завышены из-за наличия постоянной составляющей.

Установлено, что при увеличении диаметра электрода отношение допустимых токов на прямой и обратной полярностях дуги возрастает линейно, и получены коэффициенты такой зависимости. Эта зависимость положена в основу расчетной методики определения допустимых токов на электрод при сварке с РПИ в зависимости от его диаметра и баланса полярностей. Произведено сравнение расчетной методики с экспериментальными данными и получена их удовлетворительная сходимость. Допустимые токи на электрод в дуге с РПИ резко уменьшаются при увеличении доли обратной полярности свыше 30 %, однако такой баланс обеспечивает качественное разрушение окисной пленки при сварке алюминиевых сплавов.

Ключевые слова: дуга в аргоне, вольфрамовый электрод, полярность, алюминий, катодное распыление, разнополярные импульсы, баланс токов, допустимый ток, плотность тока, гиперболическая зависимость, методика расчета.

Сидоров Владимир Петрович (Тольятти, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры сварки, обработки материалов давлением и родственных процессов Тольяттинского государственного университета, e-mail: vladimir.sidorov.2012@list.ru.

Советкин Дмитрий Эдуардович (Тольятти, Россия) – магистр, старший преподаватель кафедры сварки, обработки материалов давлением и родственных процессов Тольяттинского государственного универси­тета, e-mail: mitya.sovetkin@yandex.ru.

Короткова Галина Михайловна (Тольятти, Россия) – кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры сварки, обработки материалов давлением и родственных процессов Тольяттинского государственного университета, e-mail: Korotkova_G.M.@tltsu.ru.

1. Савинов А.В., Лапин И.Е., Лысак В.И. Дуговая сварка неплавящимся электродом. – М.: Машиностроение, 2011. – 477 с.
2. Основные тенденции развития плазменно-дуговой сварки алюминиевых сплавов / А.А. Гринюк, В.Н. Коржик, В.Е. Шевченко [и др.] // Автоматическая сварка. – 2015. – № 11. – С. 39–50.
3. Влияние рода и полярности тока на плавление электродного и основного металла при сварке под флюсом / Н.В. Коберник, Г.Г. Чернышов, П.П. Гвоздев [и др.] // Сварка и диагностика. – 2011. – № 5. – С. 24–27.
4. Влияние асимметрии разнополярного тока прямоугольной формы на параметры швов при аргонодуговой сварке сплавов АМг6 / А.Я. Ищенко, А.Г. Покляцкий, М.Р. Яворская [и др.] // Автоматическая сварка. – 1990. – № 1. – С. 26–28.
5. Сидоров В.П., Советкин Д.Э., Борисов Н.А. О плавлении алюминиевого электрода аргоновой дугой прямой полярности // Вектор науки ТГУ. – 2019. – № 4(50). – С. 52–57.
6. Рыкалин Н.Н., Николаев А.В., Асонов А.Н. Электрические и энергетические характеристики плазменной дуги при модуляции тока // Автоматическая сварка. – 1975. – № 11. – C. 1–5.
7. Савинов А.В. Стойкость неплавящихся электродов при аргонодуговой сварке на переменном токе // Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2013. – № 6. – С. 142–147.
8. Атрощенко В.В., Бычков В.М., Селиванов А.С. Экспериментальное определение предельных токовых нагрузок для лантанированных вольфрамовых электродов // Вестник УГАТУ. Энергетика. Электротехнические комплексы и системы. – 2009. – Т. 13, № 1 (34). – С. 161–165.
9. Стрельников И.В., Коновалов А.В. Определение оптимальной геометрии вольфрамового электрода при точечной сварке сжатой дугой // Известия вузов. Машиностроение. – 2011. – № 6. – С. 53–57.
10. Петров Г.Л. Сварочные материалы. – Л.: Машиностроение, 1972. – 280 с.
11. Алексеев А.А. Управление параметрами режима аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом: магистер. дис. – Томск, 2017. – 96 с.
12. Cho J., Lee J.-J., Bae S.-H. Heat input analysis of variable arc welding of aluminum // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Vol. 81. – P. 1273–1280. DOI 10.1007/s00170-015-7292-y
13. Пономарев К.Е., Стрельников И.В. К вопросу выбора марки вольфрамовых электродов для сварки (обзор) // Сварка и Диагностика. – 2019. – № 1. – С. 32–37.
14. Быховский Д.Г., Беляев В.М. Энергетические характеристики плазменной дуги при сварке на обратной полярности // Автоматическая сварка. – 1971. – № 5. – С. 27–30.
15. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. – М.: Машиностроение, 1973. – 448 с.
16. Сидоров В.П. Энергетические характеристики сжатой сварочной дуги в аргоне. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2011. – 236 с.
17. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ. – М.: Наука, 1987. – 240 с.
18. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. – М.: Высш. шк., 1988. – 239 с.
19. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. – М.: Машиностроение, 1970. – 335 с.
20. Короткова Г.М. Источники питания переменного тока для сварки неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. – Тольятти, 2009. – 335 с.
21. Wang L.L., Wei J.H., Wang Z.M. Numerical and experimental investigations of variable polarity gas tungsten arc welding // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 95. – P. 2421–2428. DOI.org/ 10.1007/s00170-017-1387-6
22. Сидоров В.П., Советкин Д.Э. Влияние баланса полярностей на эффективную мощность дуги при точечной плазменной сварке алюминиевых сплавов // Вестник РГУПС. – 2019. – № 4. – С. 23–26.

Теплоемкость представляет собой одно из важнейших физических свойств твердых тел, характеризующее изменение состояния вещества с температурой. Изучение теплоемкости является одним из основных методов исследования структурных и фазовых превращений в сплавах. Из температурной зависимости теплоемкости можно определить другие физические характеристики твердого тела: температуру и тип фазового превращения, температуру Дебая, энергию образования вакансий, коэффициент электронной теплоемкости и др.

Экспериментальное измерение теплоемкости для разных интервалов температур – от предельно низких до высоких – является основным методом определения термодинамических свойств веществ.

Теплоемкость цинкового сплава Zn55Al с цирконием определялась в режиме охлаждения по известной теплоемкости эталонного образца из меди. Для чего обработкой кривых скорости охлаждения образцов из цинкового сплава Zn55Al с цирконием и эталона получены полиномы, описывающие их скорости охлаждения. Далее по экспериментально найденным величинам скоростей охлаждения образцов из сплавов и эталона, при известных значениях их массы, были установлены полиномы температурной зависимости теплоемкости сплавов, которые описываются четырехчленным уравнением. С использованием интегралов от удельной теплоемкости были установлены модели температурной зависимости изменений энтальпии, энтропии и энергии Гиббса.

Полученные зависимости показывают, что с ростом температуры теплоемкость, энтальпия и энтропия сплавов увеличиваются, а значения энергии Гиббса уменьшаются. При этом добавки циркония увеличивают теплоемкость, энтальпию и энтропию исходного сплава Zn55Al до температуры 350 К, далее добавка уменьшает теплоемкость. Величина энергии Гиббса при этом уменьшается.

Ключевые слова: цинковый сплав Zn55Al, цирконий, эталон, режим охлаждения, теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, изменение термодинамических функций, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса.

Ганиев Изатулло Наврузович (Душанбе, Тад­жикистан) – доктор химических наук, академик Нацио­нальной академии наук Таджикистана, профессор, завлабораторией «Коррозионностойкие материалы» Института химии им. В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана, e-mail: ganiev48@mail.ru.

Алиев Джамшед Насридинович (Душанбе, Таджикистан) – кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения, металлургических машин и оборудования Таджикского технического университета им. М.С. Осими, e-mail: jamshed-7206@mai.ru.

Аминов Фируз Миррахимович (Душанбе, Тад­жи­кистан) – старший преподаватель кафедры дета­лей машин и строительно-дорожных машин Таджикского технического университета им. М.С. Осими, e-mail: navruz68@mail.ru.

1. Кечин В.А., Люблинский Е.Я. Цинковые спла­вы. – М.: Металлургия, 1986. – 247 с.

2. Kilinççeker G., Galip H. Electrochemical behaviour of zinc in chloride and acetate solutions // Prot. Met. and Phys. Chem. Sur. – 2009. – Vol. 45, no. 2. – P. 232–240.

3. Muller C., Sarret M., Benballa M. Some peculiarities in the codeposition of zinc–nickel alloys // Electrochim. Acta. – 2001. – No. 46 (18). – P. 2811–2817.

4. Rajappa S.K., Venkatesha T.V., Praveen B.M. Effect of an organic Inhibitor on the electrical properties of high carbon steel in simulated acid environment // Bull. Math. Science. – 2008. – Vol. 31, no. 1. – P. 37–41.

5. Conceição A.M. Dutra, Eduardo N.C., Roberto Z.N. Electrochemical behavior and corrosion study of electrodeposits of Zn and Zn–Fe–Co on steel // Math. Science, and Applic. – 2012. – Vol. 3, no. 6. – P. 348–354.

6. Алиев Дж.Н., Обидов З.Р., Ганиев И.Н. Цинк-алюминиевые защитные покрытия нового поколения. Физико-химические свойства цинк-алюминиевых спла­вов с щелочноземельными металлами. – Германия: LAP LAMBERT Acad. Publ, 2013. – 130 с.

7. Обидов З.Р., Ганиев И.Н. Физикохимия цинк-алюминиевых сплавов с редкоземельными металлами. – Душанбе: Андалеб Р, 2015. – 334 с.

8. Иванцов Г.П. Нагрев металла (теория и методы расчета). – Свердловск; М.: Металлургиздат, 1948. – 192 с.

9. Киров С.А., Салецкий А.М., Харабадзе Д.Э. Изучение явлений переноса в воздухе. Описание задачи № 219 общего физического практикума «Молекуляр­ная физика» физического факультета МГУ. – М.,
2013. – 22 с.

10. Булкин П.С., Попова И.И. Общий физический практикум. Молекулярная физика. – М.: Изд-во МГУ, 1988. – 215 с.

11. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функции сплава АЖ 4.5, легирован­ного висмутом / И.Н. Ганиев, Ф.Р. Одинаев, А.Г. Сафа­ров, У.Ш. Якубов, К. Кабутов // Металлы. – 2020. –
№ 1. – С. 21–29.

12. Температурная зависимость теплоемкости и изменение термодинамических функций сплава АЖ4.5 с оловом / И.Н. Ганиев, А.Г. Сафаров, Ф.Р. Одинаев,
У.Ш. Якубов, К. Кабутов // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2019. – № 1. – С. 50–28.

13. Влияние стронция на теплоемкость и изме­не­ние термодинамических функции свинцового сплава ССу3 / И.Н. Ганиев, О.Х. Ниезов, А.Г. Сафаров, Н.М. Муллоева // Известия СПбГТИ (ТУ). – 2018. –
№ 47(73). – С. 36–42.

14. Влияние стронция на температурную зависи­мость удельной теплоемкости и изменение термодина­мических функций сплава АЖ5К10 / У.Ш. Якубов,
И.Н. Ганиев, М.М. Махмадизода, А.Г. Сафаров,
Н.И. Ганиева // Вестник СПГУТД. Сер. естественных наук. – 2018. – № 3. – С. 61–67.

15. Температурная зависимость теплоемкости и изменение термодинамических функции сплава AКlМ2, легированного стронцием / И.Н. Ганиев, С.Э. Отаджо­нов, Н.Ф. Иброхимов, М. Махмудов // Известия вузов. Материалы электронной техники. – 2018. – Т. 21, № 1. – С. 35–42.

16. Влияние кальция на температурную зависи­мость удельной теплоемкости и изменение термодина­мических функций алюминиевого сплава АЖ5К10 / И.Н. Ганиев, У.Ш. Якубов, М.М. Сангов, А.Г. Сафаров // Вестник Казанского технологического университета. – 2018. – Т. 21, № 8. – С. 11–15.

17. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функций сплава AКlМ2, легирован­ного празеодимом и неодимом / И.Н. Ганиев, Х.Х. Ние­зов, Б.Н. Гулов, З. Низомов, А.Э. Бердиев // Вестник СибГИУ. – 2017. – № 3. – С. 32–39.

18. Иброхимов Н.Ф., Ганиев И.Н., Ганиева Н.И. Влияние иттрия на  теплофизические свойства сплава АМг2 // Научный вестник Новосибирского государст­вен­ного технического университета. – 2017. –
№ 2 (67). – С. 177–187.

19. Effect of cerium on the thermophysical properties of AMg2 alloy / N.F. Ibrokhimov, N.I. Ganieva, S.Z. Ibro­khi­mov, I.N. Ganiev, Z. Nizomov // Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117, no. 1. – P. 49–53.

20. Теплофизические свойства и термодинами­чес­кие функции сплавов системы Pb–Sr / Н.М. Муллоева, И.Н. Ганиев, Б.Б. Эшов, Х.А. Махмадуллоев, З. Низомов // Известия Самарского научного центра РАН. – 2014. –
Т. 6, № 6. – С. 38–42.

21. Влияние скандия на физико-химические свойства сплава АМг4 / С.Ж. Иброхимов, Б.Б. Эшов, И.Н. Ганиев, Н.Ф. Иброхимов // Известия Самарского научного центра РАН. – 2014. – Т. 16, № 4. – С. 256–260.

Дифференциальная сканирующая калориметрия позволяет устанавливать закономерности структурно-фазовых превращений, происходящих в металлах и сплавах в широком диапазоне значений температуры нагрева и охлаждения, практически in situ. Ранее были описаны преимущества метода дифференциальной сканирующей калориметрии и применимость данного метода для различных материалов и сплавов.

Уже накопленный опыт применения ДСК показал, что многие сложившиеся представления о закономерностях фазовых превращений иногда нуждаются в определенной корректировке. Это, в частности, относится к структурно-фазовым превращениям в сталях, исследование которых методами ДСК носит достаточно фрагментарный характер.

В развитие этих исследований в настоящей работе проведено сравнительное исследование закономерностей изменения калориметрических эффектов при термоциклировании в межкритическом интервале температур стали 38Х2МЮА и азотированного слоя стали 38Х2МЮА после газового азотирования.

Определены температуры начала и конца превращений в МКТИ, величины эндо- и экзотермических эффектов и т.п.

Установлены изменения в ходе кривых ДСК азотированного слоя как при нагреве, так и при охлаждении. При нагреве зафиксирована потеря массы навески, что связано с выходом азота из стали. Это позволяет косвенно определять количество введенного азота при азотировании сталей.

Обнаружен необычно большой экзотермический эффект при нагреве в МКТИ азотированного слоя, природа которого может быть связана с декомпозицией нитридов железа в аустенитной матрице.

Выявлена при нагреве азотированного слоя область температур обратного эвтектоидного превращения, присутствующая на диаграмме состояния Fe–N.

При последующем повторном нагреве азотированных образцов влияние азота сохраняется. Следует отметить, что потери массы образца при повторном нагреве не наблюдается.

Ключевые слова: дифференциальная сканирующая калориметрия, фазовые превращения, калориметрические эффекты, азот, азотированный слой, сталь 38Х2МЮА, нагрев, охлаждение, температура, газовое азотирование.

Дышлюк Мария Александровна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры материаловедения и термической обработки Пермского национального исследова­тельского политехнического университета, e-mail: m.kulikova.89@mail.ru.

Спивак Лев Волькович (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики твердого тела Пермского государственного национального исследовательского университета, e-mail: lspivak@psu.ru.

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

1. Спивак Л.В., Симонов Ю.Н., Дышлюк М.А. Дифференциальная сканирующая калориметрия: новые экспериметнальные возможности // Вестник Пермского университета. Сер. Физика. – 2019. – № 3. – С. 52–57.
2. Cantor B. Differential scanning calorimetry and the advanced solidification processing of metals and alloys // J. of Thermal Analysis. – 1994. – Vol. 42 (4). – P. 647–665.
3. Спивак Л.В., Шеляков А.В. Энергия активации и термоактивационные параметры процесса кристаллизации быстрозакаленных сплавов на базе TiNi // Известия РАН. Сер. физическая. – 2009. – Т. 73, № 9. – С. 1337–1339.
4. Heusler L., Schneider W. Influence of alloying on the thermal analysis results of Al–Si cast alloys // J. of Light Metals. – 2002. – Vol. 2. – P. 17–26.
5. Piątkowski J., Przeliorz V., Szymszal V. The application of ATD and DSC methods to study of the EN AC-48000 alloy phase transformations // Archives of Foundry Engineering. – 2017. – Vol. 17 (2). – P. 207–211.
6. Piątkowski J., Gajdzik B. Testing phase changes in Al-Si alloys with application of thermal analysis and differential calorimetric analysis // MetaBK. – 2013. – Vol. 52(4). – P. 469–472.
7. Спивак Л.В., Шепина Н.Е. Калориметрические эффекты при фазовых превращениях в дюралях // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2014. – Т. 11, № 3. – С. 376–380.
8. Спивак Л.В., Щепина Н.Е. Тепловые эффекты при кристаллизации сплавов с неограниченной и ограниченной растворимостью компонентов // Журнал технической физики. – 2019. – № 89 (9). – С. 1395–1399.
9. Спивак Л.В., Щепина Н.Е. Особенности и закономерности процессов плавления и кристаллизации двухкомпонентных металлических сплавов // Физика твердого тела. – 2019. – № 61 (8). – С. 1407–1413.
10. Спивак Л.В., Щепина Н.Е. Дифференциальная сканирующая калориметрия процессов растворения и выделения интерметаллидной фазы в α-твердом растворе сплава Д1 // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2019. – Т. 16, № 2. – С. 170–175.
11. Этапы аустенитизации холоднодеформиро-ванной низкоуглеродистой стали в межкритическом интервале температур / Д.О. Панов, Ю.Н. Симонов, Л.В. Спивак, А.И. Смирнов // ФММ. – 2015. – Т. 116, № 8. – С. 846–853.
12. Панов Д.О., Смирнов А.И. Особенности образования аустенита в низкоуглеродистой стали при нагреве в межкритическом интервале температур // ФММ. – 2017. – Т. 118, № 11. – С. 1138–1145.
13. Формирование структуры низколегированной трубной стали при нагреве в межкритическом интервале температур / А.Н. Маковецкий, Т.И. Табатчикова, И.Л. Яковлева, Н.А. Терещенко, Д.А. Мирзаев // ФММ. – 2012. – Т. 113, № 7. – С. 744–755.
14. Вдовин К.Н., Пивоварова К.Г., Лисовская М.А. Применение термического анализа для исследования структуры и свойств валковых сталей // МИТОМ. – 2014. – № 5. – С. 22–25.
15. Земцова Н.Д., Еремина М.А., Завалишин В.А. Калориметрические эффекты процесса α®g-превра-щения в метастабильных сплавах Ft–Ni–Ti // ФММ. – 2012. – Т 113, № 5. – С. 462–506.
16. Zel'dovich V.I. Three mechanisms of formation of austenite and inheritance of structure in iron alloys // Metal Sci. Heat Treatment. – 2008. – Vol. 50, no. 9–10. – P. 442–448.
17. Гуляев А.П. Металловедение: учеб. для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.
18. Дьяченко С.С. Образование аустенита в желе­зо­углеродистых сплавах. – М.: Металлургия, 1982. – 128 с.
19. Физическое металловедение: учеб. для вузов / С.В. Грачев, В.Р. Бараз, А.А. Богатов, В.П. Швейкин. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. техн. ун-та – УПИ, 2001. – 534 с.
20. Уэндландт У. Термические методы анализа / под ред. В.А. Степанова и В.А. Бернштейна. – М.: Мир, 1978. – 526 с.
21. Емелина А.Л. Дифференциальная сканирую­щая калориметрия / Моск. гос. ун-т. – М., 2009. – 42 с.
22. Бирон В.С., Блохин И.В. Некоторые особен­ности фазовых превращений в системе железо–углерод // J. of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. – 2009. – Vol. 3, no. 2. – P. 238–249.
23. Каменичный И.С. Справочник технолога-термиста. – М.: Книга по требованию, 2012. – 286 с.
24. Гудремон Э.А. Специальные стали. – М.: Металлургия, 1966. – Т. 2. – 540 с.
25. Спивак Л.В., Куликова М.А Аномальные тепловые эффекты при нагреве стали 12Х2Н4А // Вестник Пермского университета. Сер. Физика. – 2013. – № 3. – С. 68–70.

Изучены характеристики процессов синтеза нанопорошков на основе кобальта (Co(OH)2, Co3O4, Co) химико-металлургическим методом. Нанопорошок Co(OH)2 получали методом химического осаждения из водных растворов нитрата кобальта Co(NO3)2 (10 мас. %) и щелочи NaOH (10 мас. %) в условиях непрерывного перемешивания, контроля температуры Т = 25°С и водородного показателя рН = 9. Промывали синтезированный осадок Co(OH)2 дистиллированной водой с помощью воронки Бюхнера до полной отмывки ионов растворенной соли с водородным показателем над осадком рН = 7. Нанопорошки Co3O4 и Co получены термическим разложением и водородным восстановлением гидроксида Co(OH)2 в трубчатой печи СНОЛ 0,2/1250. Исследование кристаллической структуры и фазового состава образцов порошков выполняли методом рентгенофазового анализа. Удельную поверхность S образцов измеряли методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции азота. Средний размер частиц D рассчитали по данным измерения величины удельной поверхности. Размерные характеристики и морфологию частиц порошков изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что оптимальные температуры для проведения процессов термического разложения и водородного восстановления равны 180 и 280 °С соответственно, время выдержки процессов примерно в течение 2 ч. Полученные наночастицы Co(OH)2 и Co3O4 в основном обладают игольчатой формой, размером до десятков нанометров и длиной до 200–300 нм. Наночастицы Со главным образом имеют сферическую форму, размер – также до десятков нанометров, они находятся в спеченном состоянии, каждая из них соединена с несколькими соседними частицами перешейками.

Ключевые слова: нанопорошок, наночастицы, кобальт, оксид кобальта (II, III), гидроксид кобальта, химико-металлургический метод, химическое осаждение, термическое разложение, водородное восстановление, удельная поверхность.

Ван Минь Нгуен (Ханой, Вьетнам) – кандидат технических наук Технологического института, e-mail: chinhnhan88@gmail.com.

Тиен Хиеп Нгуен (Москва, Россия) – аспирант кафедры функциональных наносистем и высокотемпе­ратурных материалов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»; лектор Государственного технического университета имени Ле Куй Дона, e-mail: htnru7@yandex.ru.

Тхай Ха Нгуен (Ханой, Вьетнам) – исследователь Технологического института, e-mail: thaihabwde@gmail.com.

1. Bhushan B. Springer handbook of nanotechnology. – 4th ed. – Berlin: Springer-Verlag Heidelberg, 2017. – 1500 p. DOI.org/10.1007/978-3-662-54357-3

2. Holban A.M., Grumezescu A. Materials for biomedical engineering. Nanomaterials-Based Drug Delivery. – 1st ed. – Elsevier, 2019. – 534 p.

3. Шарин П.П., Акимова М.П., Попов В.И. Струк­турно-фазовое состояние межфазной зоны алмаз–металл при металлизации алмаза переходными металлами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 5–16. DOI.org/10.15593/2224-9877/2019.4.01

4. Козвонин В.А., Шацов А.А., Ряпосов И.В. Поли­компонентные концентрационно-неоднородные сплавы системы Fe–Cr–Co–Si–B повышенной плотности // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 4. – С. 188–202. DOI.org/10.15593/2224-9877/2016.4.14

5. Получение, строение и магнитные свойства нанокомпозитов, получаемых термическим разложением Fе(III)Со(II)-сокристаллизатных комплексов / Т. Айдемир, Н.Д. Голубева, И.Н. Шершнева, К.А. Кыдралиева, Г.И. Джардималиева // Вестник Московского авиационного института. – 2019. – Т. 26, № 2. – С. 219–228.

6. Metallic cobalt nanoparticles encapsulated in nitrogen-enriched graphene shells: its bifunctional electrocatalysis and application in zinc-air batteries / M. Zeng, Y. Liu, F. Zhao,
K. Nie, N. Han, X. Wang, W. Huang, X. Song, J. Zhong, Y. Li // Advanced Functional Materials. – 2016. – Vol. 26(24). –
P. 4397–4404. DOI.org/10.1002/adfm.201600636

7. Чернышова О.В., Канагатов Д.К., Дробот Д.В. Получение никель-кобальтового концентрата при переработке ренийсодержащего жаропрочного сплава // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2016. – № 6. – С. 42–48. DOI.org/10.17073/0021-3438-2016-6-42-48

8. Лямкин С.А., Селиванов Е.Н., Семенова Н.С. Расчет скорости восстановления меди, никеля и кобальта из оксидных расплавов монооксидом углерода // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2014. – № 2. – С. 26–29. DOI.org/10.17073/0021-3438-2014-2-26-29

9. Магнитные свойства нанопорошков Fe, Co, Ni, по­лученных химико-металлургическим методом / Т.Х. Нгуен, Ю.В. Конюхов, В.М. Нгуен, В.В. Левина, Д.Ю. Карпенков // XXII Международная конференция по постоянным магнитам, г. Суздаль, 23–27 сентября 2019 г. – Суздаль, 2019. – С. 104.

10. Enhancement of structural and mechanical properties of Fe+0.5 %C steel powder alloy via incorporation of Ni and Co nanoparticles / V.M. Nguyen, G. Karunakaran, T.H. Nguyen, E.A. Kolesnikov, M.I. Alymov, V.V. Levina, Yu.V. Konyukhov // Letters on Materials. – 2020. – Vol. 10(2). – P. 174–178. DOI.org/10.22226/2410-3535-2020-2-174-178

11. Cobalt nanoparticles for biomedical applications: Facile synthesis, physiochemical characterization, cytotoxicity behavior and biocompatibility / S.M. Ansari, R.D. Bhor, K.R. Pai, D. Sen, S. Mazumder, K. Ghosh, Y.D. Kolekar, C.V. Ramana // Applied Surface Science. – 2017. – Vol. 414. – P. 171–187. DOI.org/10.1016/j.apsusc.2017.03.002

12. Нгуен В.М., Конюхов Ю.В., Рыжонков Д.И. Исследование влияния электромагнитного поля и энергомеханической обработки на процесс получения наноразмерных порошков металлического кобальта восстановлением водородом // Известия вузов. Черная металлургия. – 2018. – Т. 61, № 2. – С. 96–101. DOI.org/10.17073/0368-0797-2018-2-96-101

13. Получение ультрадисперсного кобальта восстановлением кристаллического карбоната кобальта / П.В. Лапсина, В.Г. Додонов, В.М. Пугачев, Е.И. Кагакин // Вестник Кемеровского государственного университета. – 2012. – T. 4, № 1. – С. 267–271.

14. Anthracene mediated electrochemical synthesis of metallic cobalt nanoparticles in solution / V.V. Yanilkin, G.R. Nasretdinova, Y.N. Osin, V.V. Salnikov // Electrochimica Acta. – 2015. – Vol. 168. – P. 82–88. DOI.org/10.1016/j.electacta.2015.03.214

15. Supercritical hydrothermal synthesis of metallic cobalt nanoparticles and its thermodynamic analysis / G. Seong, S. Takami, T. Arita, K. Minami, D. Hojo, A.R. Yavari, T. Adschiri // J. of Supercritical Fluids. – 2011. – Vol. 60. – P. 113–120. DOI.org/10.1016/j.supflu.2011.05.003

16. A DFT+U study of the oxidation of cobalt nanoparticles: Implications for biomedical applications /
B. Farkaš, D. Santos-Carballal, A. Cadi-Essadek,
N.H. De Leeuw // Materialia. – 2019. – Vol. 7. – 100381. DOI.org/10.1016/j.mtla.2019.100381

17. Characteristics of Co3O4 and cobalt nanostructured microspheres: Morphology, structure, reduction process, and magnetic properties / N. Shatrova, A. Yudin, V. Levina,
V. Novakova, E. Dzidziguri, D. Kuznetsov, N. Perov,
J. Issi // Materials Research Bulletin. – 2018. – Vol. 99. –
P. 189–195. DOI.org/10.1016/j.materresbull.2017.11.017

18. Структура частиц металлического кобальта, формирующихся при восстановлении микросфер Сo3O4, полученных методом пиролиза ультразвуковых аэрозолей / А. Новакова, А.В. Должикова, Н.В. Шатрова, В.В. Левина // Вестник Московского университета.
Сер. 3. Физика. Астрономия. – 2017. – № 4. – С. 22–26.

19. Metal nanoparticles synthesis: An overview on methods of preparation, advantages and disadvantages, and applications / P.G. Jamkhande, N.W. Ghule, A.H. Bamer, M.G. Kalaskar // Journal of Drug Delivery Science and Technology. – 2019. – Vol. 53. – 101174. DOI.org/10.1016/j.jddst.2019.101174

20. Браун М., Доллимор Д., Галвей А. Реакции твердых тел. – М.: Мир, 1983. – 360 с.

21. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. Теория металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1989. – 392 с.

Детали машин, работающие в движущихся жидких средах, например гидравлическое оборудование, подвергаются кавитационной эрозии. Типовым решением для защиты против этого воздействия является применение стабильно-аустенитных сталей, отличающихся высокой пластичностью, например 316L. Это позволяет противостоять ударному воздействию при разрыве жидкости в приповерхностной области. Метастабильный аустенит является перспективным материалом для этой области применения. Он сочетает пластичность с упрочнением в случае приложения внешних нагрузок высокого уровня. В данном исследовании стойкость против кавитационной эрозии наплавленного слоя со структурой метастабильного аустенита вида 8,0Cr–0,6С–1,5Al–Ti и стабильно-аустенитной стали 18Cr10Ni2Mo (далее AISI 316L) оценивали с использованием разработанной ультразвуковой испытательной установки. Наплавку порошковой проволоки диаметром 1,6 мм из стали 8,0Cr–0,6С–1,5Al–Ti выполнили на подложку из стали AISI 316L сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа. Критерий потери массы материала был использован для оценки стойкости образцов. Результаты испытаний на кавитацию показали, что образец с наплавленным слоем показал примерно в 10 раз более высокое сопротивление кавитационной эрозии, чем сталь AISI 316L. Исследования поверхности образцов с применением оптического микроскопа и сканирующей электронной микроскопии показали, что наплавленный слой был значительно меньше подвержен износу по сравнению со сталью AISI 316L. Показано, что хорошее сопротивление кавитации наплавленного слоя связано с деформационным мартенситным превращением, происходящим в процессе кавитационного нагружения. Таким образом, нанесение наплавленных слоев из стали 8,0Cr–0,6С–1,5Al–Ti может эффективно увеличивать стойкость против кавитационной эрозии деталей, изготовленных из стали AISI 316L.

Ключевые слова: кавитационная эрозия, кавитационная стойкость, кавитационное разрушение, ультразвуковое кавитационное испытание, метастабильные аустенитные стали, сталь AISI 316L, мартенситное фазовое превращение, микроструктура, изношенные поверхности, топография поверхности.

Коробов Юрий Станиславович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, главный научный сотрудник, завлабораторией лазерной и плазменной обработки Института физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения РАН; профессор кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, e-mail: yukorobov@gmail.com.

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

Филиппов Михаил Александрович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры металловедения Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, e-mail: filma1936@mail.ru.

Шумяков Валентин Иванович (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии сварочного производства Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, e-mail: val29071@yandex.ru.

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

Сирош Виталий Александрович (Екатеринбург, Россия) – научный сотрудник лаборатории механических свойств Института физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения РАН, e-mail: sirosh.imp@yandex.ru.

Эстемирова Светлана Хусаиновна (Екатеринбург, Россия) – кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории аналитической химии Института металлургии Уральского отделения РАН,
e-mail: esveta100@mail.ru.

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

1. Богачев И.Н. Кавитационное разрушение и кавитационностойкие сплавы. – М.: Металлургия, 1972. – 192 с.

2. Kumar P., Saini R.P. Study of cavitation in hydro turbines: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2010. – Vol. 14. – P. 374–383.

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

4. Vogel A., Lauterborn W., Timm R. Optical and acoustic investigations of the dynamics of laser-produced cavitation bubbles near a solid boundary // Journal Fluid Mechanics. – 1989. – Vol. 206. – P. 299–338.

5. Pereira F., Avellan F., Dupont P. Prediction of cavitation erosion: an energy approach // Journal of Fluids Engineering. – 1998. – Vol. 120. – P. 719–727.

6. Brujan E.A., Ikedab T., Matsumoto Y. Shock Wave Emission from a Cloud of Bubbles // Soft Matter. – 2012. – Vol. 8, no. 21. – P. 5777–5783.

7. Philipp A., Lauterborn W. Cavitation erosion by single laser-produced bubbles // Journal of Fluid Mechanics. – 1998. – Vol. 361. – P. 75–116.

8. Plesset M.S., Chapman R.B. Collapse of an initially spherical Vapor Cavity in the Neighborhood of a solid Boundary // Journal of Fluid Mechanics. – 1971. – Vol. 47. – P. 283–290.

9. Lauterborn W., Bolle H. Experimental investigation of cavitation bubble collapse in the neighborhood of a solid boundary // Journal of Fluid Mechanics. – 1975. – Vol. 72. – P. 391–399.

10. Relationship between cavitation structures and cavitation damage / M. Dular, B. Bachert, B. Stoffel, B. Širok // Wear. – 2004. – Vol. 257. – P. 1176–1184.

11. Ahmed S.M., Hokkirigawa K., Oba R. Fatigue failure of SUS 304 caused by vibratory cavitation erosion // Wear. – 1994. – Vol. 177. – P. 129–137.

12. Hattori S., Mikami N. Cavitation erosion resistance of stellite alloy weld overlays // Wear. – 2009. – Vol. 267, no. 11. – P. 1954–1960.

13. Improvement in cavitation erosion resistance of AISI 316L stainless steel by friction stir processing / M. Hajian, A. Abdollah-zadeh, S.S. Rezaei-Nejad, H. Assadi, S.M.M. Hadavi, K. Chung, M. Shokouhimehr // Applied Surface Science. – 2014. – Vol. 308. – P. 184–192.

14. Wang Z., Zhu J. Cavitation erosion of Fe–Mn–Si–Cr shape memory alloys // Wear. – 2004. – Vol. 256. – P. 66–72.

15. Сопротивление эрозионно-коррозионному кавитационному воздействию WC–CoCr- и WC–NiCr-покрытий, полученных методом HVAF / Ю.С. Коробов, Х.Л. Алван, М. Барбоза, Н.В. Лежнин, Н.Н. Соболева, А.В. Макаров, М.С. Девятьяров, А.Ю. Давыдов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2019. – Т. 21, № 1. – С. 20–27. DOI: 10.15593/2224-9877/2019.1.03

16. Стойкость наплавленных слоев и напыленных покрытий со структурой метастабильного аустенита против абразивного и адгезионного изнашивания / Ю.С. Коробов, М.А. Филиппов, А.В. Макаров, В.С. Верхорубов, С.В. Невежин, А.М. Кашфуллин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2015. – Т. 17, № 2. – С. 224–230.

17. Повышение абразивной износостойкости низколегированных сталей за счет получения в их структуре наряду с другими составляющими остаточного метастабильного аустенита и реализация эффекта самозакалки при нагружении / Л.С. Малинов, В.Л. Малинов, Д.В. Бурова, В.В. Аниченков // Материаловедение. – 2015. – № 2. – С. 27–30.

18. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с

19. Эстрин Э.И., Лободюк В.А. Мартенситные превращения. – М.: Litres, 2016. – 350 с.

20. An influence of strain-induced nucleation of martensitic transformations on tribological properties of sprayed and surfaced depositions / Yu. Korobov, V. Verkho­rubov, S. Nevezhin, M. Filippov, G.A. Tkachuk, A. Maka­rov, I. Zabolotskikh // International Thermal Spray Conference and Exposition ITSC 2016. – Shanghai, China, 2016. – P. 694–699.

21. Study on the cavitation erosion behavior of hardfacing alloys for nuclear power industry / M.-W. Lee, Y.-K. Kim, Y.-M. Oh, Y. Kim, S.-H. Lee, H.-S. Hong,
S.-J. Kim // Wear. – 2003. – Vol. 255. – P. 157–161.

22. Wang Z., Zhu J. Effect of phase transformation on cavitation erosion resistance of some ferrous alloys // Materials Science and Engineering A. – 2003. – Vol. 358. – P. 273–278.

23. Effects of strain induced martensitic transformation on the cavitation erosion resistance and incubation time of Fe–Cr–Ni–C alloys / M.C. Park,
K.N. Kim, G.S. Shin, S.J. Kim // Wear. – 2012. – Vol. 274–275. – P. 28–33.

24. Structural features of welded joint of medium-carbon chromium steel containing metastable austenite / Yu.S. Korobov, O.V. Pimenova, M.A. Filippov, M.S. Kha­dyev, N.N. Ozerets, S.B. Mikhailov, S.O. Morozov, Yu.S. Davy­dov, N.M. Razikov // Inorganic Materials: Applied Research. – 2020. – Vol. 11, no. 1. – P. 132–139. DOI.org/10.1134/S2075113320010220

25. Установка для испытаний на кавитационную эрозию: пат. 2710480 Рос. Федерация / Шумяков В.И., Коробов Ю.С., Алван Х.Л., Лежнин Н.В., Макаров А.В., Девятьяров М.С. – № 2018130210; заявл. 20.08.2018; опубл. 26.12.2019, Бюл. № 36.

26. Филиппов М.А., Литвинов В.С., Немировский Ю.Р. Стали с метастабильным аустенитом. – М.: Металлургия, 1988. – 255 с.

27. Rodríguez-Martínez J.A., Pescib R., Rusinek A. Experimental study on the martensitic transformation in AISI 304 steel sheets subjected to tension under wide ranges of strain rate at room temperature // Materials Science and Engineering A. – 2011. – Vol. 528. – Р. 5974–5982.

Композиционные материалы титан–алюминий и титан–пеноалюминий находят все более широкое применение в промышленности. При жидкофазных способах в результате реакционной диффузии титана и алюминия на границе фаз композита формируется переходный интерметаллидный слой, толщина и состав которого определяются температурой фаз в процессе формирования композиционного материала, временем их высокотемпературного взаимодействия и их химическим составом. Механические и эксплуатационные свойства титана и композиционнного материала во многом будут определяться параметрами, составом и свойствами этого переходного слоя. Ввиду этого целью работы является исследование процессов взаимодействия титана с жидким алюминием и влияния этих процессов на его свойства в условиях формирования композиционных материалов.

Для реализации поставленной цели проведены экспериментальные исследования процессов формирования интерметаллидного слоя на титане при жидкофазном алитировании титана. Температура алитирования в ходе экспериментов варьировалась в пределах 750–950 °С, а время алитирования – в пределах 3–60 с.

Проведенные металлографические исследования и микрорентгеноспектральный анализ алитированных титановых образцов позволили установить влияние температуры и времени выдержки титановых образцов на толщину, химический и фазовый состав переходного интерметаллидного слоя. Проведенные механические испытания показали влияние температуры алюминиевого расплава при взаимодействии с титаном на прочностные свойства биметалла титан–алюминий.

Ключевые слова: титан, композиционный материал, алюминиевый расплав, алитирование, интерметаллидная фаза, переходный слой, прочность при растяжении, температура расплава, диффузия, химический состав.

Ковтунов Александр Иванович (Тольятти, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры сварки, обработки материалов давлением и родственных процессов Тольяттинского государственного университета, e-mail: akovtunov@rambler.ru.

Хохлов Юрий Юрьевич (Тольятти, Россия) – завлабораториями кафедры сварки, обработки материалов давлением и родственных процессов Тольяттинского государственного университета, e-mail: Y.Y.Khokhlov@rambler.ru.

Мямин Сергей Владимирович (Тольятти, Россия) – инженер 2-й категории НИЧ НОЦ «Сварка» Тольяттинского государственного университета, e-mail: oddknock@mail.ru.

Трыков Ю.П., Гуревич Л.М., Шморгун В.Г. Слоистые композиты на основе алюминия и его сплавов. – М.: Металлургиздат, 2004. – 230 с.
Гуревич Л.М., Писарев С.П., Новиков Р.Е. Моделирование поведения титано-алюминиевого композита с интерметаллидными включениями // Известия ВолГТУ. – 2016. – № 2. – С. 25–29.

3. Полькин И.С. Пеноалюминий будущего – пенокомпозит // Технология легких сплавов. – 2006. – № 1–2. – С. 210–211.

4. Ковтунов А.И., Хохлов Ю.Ю., Мямин С.В. Технология формирования слоистых композиционных материалов системы титан–пеноалюминий // Металлург. – 2015. – № 4. – С. 60–61.

5. Влияние температуры прокатки на предельную деформационную способность титано-алюминиевого композита / Л.М. Гуревич, Ю.П. Трыков, Д.Н. Гурулев, А.Ю. Мотузова, Ю.В. Иванов // Известия ВолГТУ. – 2012. – № 9. – С. 30–33.

6. Бутарович Д.О., Рябов Д.М., Смирнов А.А. Повышение противоминной защищенности бронированной колесной техники при помощи защитных экранов из пористых энергопоглощающих металлов // Вопросы оборонной техники. – 2011. – Сер. 16, № 1–2. – С. 52–57.

7.   Условия получения качественного пеноалюминия / А.А. Аксенов, Д.О. Иванов, Ю.Н. Мансуров, Р.К. Шуваткин, Е.Д. Ким, В.П. Рева, Д.С. Кадырова // Juvenis Scientia. – 2016. – № 3. – С. 23–26.

8.   Романов В.С. Пеноалюминий: Pro et contra // Технология легких сплавов. – 2006. – № 1–2. – С. 212–213.

9. Хохлов М.А., Ищенко Д.А. Конструкционные сверхлегкие пористые металлы // Автоматическая сварка. – 2015. – № 3–4. – С. 60–65.

10. Ковтунов А.И., Хохлов Ю.Ю., Мямин С.В. Влияние кобальта на формирование и прочность сцепления композиционных материалов пеноалюминий–титан // Физика и химия обработки материалов. – 2019. – № 2. – С. 51–58.

11. Даненко В.Ф., Гуревич Л.М. Влияние алитирования на свойства углеродистой стали при высоких температурах // Физика и химия обработки материалов. – 2015. – № 4. – С. 92–99.

12. Гурьев А.В., Кукса Л.В. О роли микронеоднородной деформации в разрушении и формировании пластических свойств двухфазных поликристаллических сплавов // Физика и химия обработки материалов. – 1968. – № 4. – С. 97–104.

13. Кукса Л.В. Микродеформации и механические свойства поликристаллических сплавов при статических, динамических и высокотемпературных испытаниях // Физика металлов и металловедения. – 1997. – Т. 84, № 1. – С. 96–105.

14. Гуревич Л.М. Механизмы структурообразования при взаимодействии титана с расплавом алюминия // Известия ВолГТУ. – 2013. – № 6. – С. 6–13.

15. Сварка разнородных металлов и сплавов / В.Р. Рябов, Д.М. Рабкин, Р.С. Курочко, Л.Г. Стрижевская. – М.: Машиностроение, 1984. – 239 с.

16.Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: Изд-во МИСИС, 2005. – 432 с.

17. Лякишева Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ.: в 3 т. – М.: Машиностроение, 1996. – Т. 1. – 992 с.

18. О структурных превращениях в жидком алюминии / А.В. Емильянов, Ю.А. Базин, В.М. Замятин, Я.А. Найсыйров // Известия вузов. Черная металлургия. – 1985. – № 5. – С. 28–33.

19. Тепловое воздействие на структурообразование и свойства алюминиевых сплавов / Х. Ри, Э.Х. Ри, С.Н. Химухин, В.Э. Ри, Т.С. Зернова, Г.А. Князев // Вестник ТОГУ. – 2013. – № 2. – С. 137–144.

Алюминиевые сплавы системы Al–Mg–Li являются перспективными по использованию в промышленных масштабах в разных производственных областях. Это связано с тем, что сплавы данной системы обладают такими уникальными свойствами, как низкая плотность, требуемая прочность и исключительно высокое значение модуля упругости по сравнению с алюминиевыми сплавами других групп. Исследования данной группы сплавов в современном научном пространстве приобретают достаточно большой интерес и актуальность. Рассмотрен сплав марки 1420 системы Al–Mg–Li. Целью исследований являются термокинетические расчеты возможного фазового состава алюминиевого сплава 1420 в равновесном состоянии, а также уровня выделения включений в сплаве. Исследования позволили установить, что в сплаве присутствуют включения, имеющие разные вид, форму и состав. Выявлено наличие в составе включений фаз Al3Fe, Al2ZrTi и Al2TiZr при суммарном содержании более 1 %, тогда как ранее включения в алюминиевых сплавах интерпретировали под общим названием «окисные плены», без разделения их по видам. Кроме того, определен возможный фазовый состав сплава в равновесном состоянии. Установлено, что после равновесной кристаллизации в сплаве будут присутствовать: Al2MgLi около 20 %, Al3Mg2 более 5 %, Mg2Si около 1 %. Расчетные данные механических свойств показывают увеличение при возрастании скорости охлаждения по экспоненциальной зависимости. Определена начальная и конечная температура кристаллизации алюминиевого сплава, а расчетные данные термической и изотермической диаграмм позволили выявить образование метастабильных фаз в сплаве при их содержании более 0,5 %. К ним относятся Al–Mg–Zr–Ti, Al3L, Al2MgLi.

Ключевые слова: металл, алюминиевый сплав, включения, металлографический анализ, термокинетическая кривая, изотермическая кривая, скорость охлаждения, свойства, фазовый состав, расчет.

Ольшанская Татьяна Васильевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, е-mail: tvo66@rambler.ru.

Федосеева Елена Михайловна (Пермь,
Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, е-mail:
fedoseeva.pstu@ mail.ru.

1. Белов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов. – М.: Изд-во МИСиС, 2009. – 392 с.

2. Алюминиевые сплавы. Промышленные, деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы: справ. рук-во / М.Б. Альтман, С.М. Амбарцумян, Н.А. Аристова [и др.]. – М.: Металлургия, 1972. – 552 с.

3. Лукин В.И., Грушко О.Е. Особенности влияния металлургических факторов производства сплава 1420 на качество сварных соединений // Сварочное производство. – 1998. – № 1. – С. 8–9.

4. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. – М.: Металлургия,
1979. – 208 с.

5. Лукин В.И., Якушин Б.Ф., Настич С.Ю. Исследование свариваемости сверхлегких Al–Mg–Li сплавов // Сварочное производство. – 1996. – № 12. – С. 15–20.

6. Белов Н.А., Наумова Е.А., Акопян Т.К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легирования. – М.: Руда и Металлы, 2016. – 256 с.

7. Фридляндер И.Н., Братухин А.Г., Давыдов В.Г. Алюминиево-литиевые сплавы для сварных авиационных конструкций // Металлы. – 1992. – № 3. –
C. 117–119.

8. Теоретические методы исследования межатомного взаимодействия и их применение для разработки конструкционных материалов / С.Т. Кишкин, К.И. Портной, А.В. Логунов, В.И. Богданов, Е.А. Кулешова,
А.В. Рубан // Вопросы авиационной науки и техники. Авиационные материалы. Методы исследования конструкционных материалов / ВИАМ. – М., 1987. – С. 123.

9. Способы сварки и их влияние на свойства сварных соединений алюминиевого сплава 1420 / В.И. Лукин, В.М. Лоскутов, Ю.П. Арбузов [и др.] // Автоматическая сварка. – 1993. – № 6. – C. 35–37.

10. Металловедение алюминия и его сплавов: справ. рук-во / А.И. Беляев, О.А. Романова, О.С. Боч­вар, К.С. Походаев, Н.Н. Буйнов, Н.А. Локтинова, И.Н. Фрид­ляндер. – М.: Металлургия, 1983. – 352 с.

11. Овчинников В.В., Лопаткин А.И. Современные технологии сварки плавлением алюминиевых сплавов. – М.: Инфра-Инженерия, 2020. – 372 с.

12. Mondolfo L.F. Aluminium alloys: structure and properties. – London: Butter Words, 1976. – 755 p.

13. Lee S.M., Pyun S.I. Effects of microstructure and strain rate on hydrogen-assisted cracking of Al–1.9%Li alloy // Journal of Materials Science Letters. – 1990. –
Vol. 9. – P. 1247–1250.

14. Алюминий-литиевые сплавы. Структура и свойства / И.Н. Фридляндер, К.В. Чуисов, А.Л. Березина [и др.]. – Киев: Наукова думка, 1992. – 192 с.

15. Особенности сварки тонколистовых конструкций из сплава 1420 / В.В. Гринин, А.И. Лопаткин,
В.В. Овчинников [и др.] // Сварочное производство. – 1985. – № 8. – С. 13–15.

16. Напалков В.И., Махов С.В. Легирование и модифицирование алюминия и магния – М.: Изд-во МИСИС, 2002. – 376 с.

17. The microstructure-strength relationship in a deformation processed Al–Ca composite / L. Tian, H. Kim, I. Ander­son, A. Russell // Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 570. – Р. 106–113.

18. Альтман М.Б. Неметаллические включения в алюминиевых сплавах. – М.: Металлургия, 1965. – 127 с.

19. Крылов М.С. Неметаллические включения в алюминии // Проблемы и перспективы реализации междисциплинарных исследований: сб. ст. по итогам междунар. науч.-практ. конф., Самара, 3 июля 2019 г. / ООО «Агентство междунар. исследований». – Уфа,
2019. – С. 72–75.

20. Портной К.И., Богданов В.И., Фукс Д.Л. Расчет взаимодействия и стабильности фаз. – М.: Металлургия, 1981. – Гл. IV. – 214 с.

21. Аникина В.И., Гильманшина Т.Р., Баранов В.Н. Структура и свойства алюминиево-магниевых сплавов. – Красноярск: Изд-во Сибир. федер. ун-та, 2012. – 112 с.

22. Особенности структурообразования и свойства металла при высокоскоростной кристаллизации-дефор­мации и модифицировании алюминиевых сплавов / С.Б. Сидельников, Е.С. Лопатина, Н.Н. Довженко [и др.]. – Красноярск: Изд-во Сибир. федер. ун-та, 2015. – 180 с.

Покрытия Zr1–хAlхN сформированы импульсным магнетронным распылением в диапазоне технологических параметров: давление газовой смеси Р = 0,25…1,0 Па и содержание азота в газовой смеси N2 = 5…40 %. Фазовый и элементный состав, а также трибологические, термостойкие, трещиностойкие и адгезионные свойства исследованы для Р = 0,75 Па и N2 = 5…15 %. При другом сочетании параметров формируется рентгеноаморфное покрытие. В исследуемом диапазоне формируются трехфазные покрытия Zr1–хAlхN на основе фаз c-Zr3AlN, w-Zr3AlN, δ-Zr3N4. Фазы h-ZrN0,28 и w-AlN являются дополнительными. В зависимости от содержания азота в газовой смеси покрытие Zr1–хAlхN формируется в трех различных состояниях. Стехиометрическое трехфазное покрытие Zr1–хAlхN (20 ат. % Al, 20 ат. % Ti, 60 ат. % N) на основе c-Zr3AlN-, w-Zr3AlN-, δ-Zr3N4-фаз, формируемое при N2 = 15 %, обладает минимальной трещиностойкостью. Максимальная трещиностойкость Kтр = Sотсл/Sпо = 0,1, микротвердость Н = 24 ГПа, адгезионная прочность и способность к упругому восстановлению, а также минимальная сила трения Fтр = 4,1 Н и коэффициент трения µ = 0,06 соответствуют наноструктурированному покрытию Zr1–хAlхN с максимальным содержанием в нем w-Zr3AlN-фазы ( = 27,56 %) и Al (55,44 ат.%), минимальными термическими напряжениями и дефектностью поверхности. В случае осаждения рентгеноаморфного трехфазного покрытия Zr1–хAlхN его микротвердость резко уменьшается при значительном ухудшении трибологических свойств. Уменьшение доли термически стабильной фазы w-Zr3AlN в покрытии Zr1–хAlхN в большей степени влияет на ухудшение его трибологических, термостойких, трещиностойких и адгезионных свойств.

Ключевые слова: Zr1−xAlxN, давление, фазовый переход, элементный состав, коэффициент трения, термическая стабильность, термическое напряжение, трещиностойкость, адгезия, свойства.

Каменева Анна Львовна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: annkam789@mail.ru.

Клочков Александр Юрьевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: eleshals@bk.ru.

Каменева Наталья Владимировна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета,
e-mail: knv143@mail.ru.

Степанов Сергей Александрович (Йошкар-Ола, Россия) – доцент кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры Поволжского государственного технологического университета, e-mail: stepan_mail@mail.ru.

1. Thermal decomposition of Zr1−xAlxN thin films deposited by magnetron sputtering / R. Sanjinés, C.S. Sandu, R. Lamni, F. Lévy // Surface & Coatings Technology. – 2006. – Vol. 200, no. 22–23, Spec. iss. – Р. 6308–6312.

2. Sheng S.H., Zhang R.F., Veprek S. Phase stabilities and thermal decomposition in the Zr1–xAlxN system studied by ab initio calculation and thermodynamic modeling // Acta Materialia. – 2008. – Vol. 56, no. 5. – P. 968–976.

3. Tuning hardness and fracture resistance of ZrN/Zr0.63Al0.37N nanoscale multilayers by stress-induced transformation toughening / K. Yalamanchili, I.C. Schramm, E. Jiménez-Piqué, L. Rogström, F. Mücklich, M. Odén,
N. Ghafoor // Acta Materialia. – 2015. – No. 89. – P. 22–31.

4. Microstructure and nanohardness properties of Zr–Al–N and Zr–Cr–N thin films / R. Lamni, R. Sanjinés, M. Par­linska-Wojtan, A. Karimi, F. Lévy // Journal Vacuum Science Technology. A. – 2005. – Vol. A 23, no. 4. – P. 593–598.

5. Oxidation behaviour and tribological properties of arc-evaporated ZrAlN hard coatings / R. Franz, M. Lechthaler,
C. Polzer, C. Mitterer // Surface & Coatings Technology. – 2012. – Vol. 206, no. 8–9. – P. 2337–2345.

6. Control over the phase formation in metastable transition metal nitride thin films by tuning the Al+ sub­plantation depth / G. Greczynski, S. Mráz, M. Hans, J. Lu,
L. Hultman, J.M. Schneider // Coatings. – 1 January 2019. – Vol. 9, iss. 1, no. 17.

7. Режущий инструмент с износостойким покрытием и способ его изготовления: пат. 2623937 Рос. Федерация / Альгрен М., Гхафор Н., Оден М., Рогстрем Л., Йоесаар М.; заяв. и патентообл. Сандвик интеллекчуал проперти АБ. – № 0002623937; заявл. 14.02.2013; опубл. 29.06.2017. – 14 с.

8. Zr–Al–N nanocomposite coatings deposited by pulse magnetron sputtering / Klostermann, H. Fietzke, T. Modes, O. Zywitzki // Rev. Adv. Mater. Sci. – 2007. – No. 15. – P. 33–37.

9. Alloying-related trends from first principles: An application to the Ti–Al–X–N system / D. Holec, L. Zhou, R. Rachbauer, P.H. Mayrhofer // Journal of Applied physics. – 2013. – Vol. 113. – Р. 113510.

10. Influence of the aluminum content on structure and optical properties of Zr1-xAlxN films / J.-P. Meng, K. Zhang, X.-P. Liu, Z.-Q. Fu, Z. Li // Vacuum. – November 2017. – Vol. 145. – P. 268–271.

11. Thermal stability of wurtzite Zr1-xAlxN coatings studied by in situ high-energy x-ray diffraction during annealing / L. Rogström, N. Ghafoor, J. Schroeder, N. Schell, J. Birch, M. Ahlgren, M. Odén // Journal of Appllied Physics. – 2015. – Vol. 118, no. 3. – Р. 035309.

12. Age hardening in arc-evaporated ZrAlN thin films / L. Rogström, L.J.S. Johnson, M.P. Johansson, M. Ahlgren, L. Hultman, M. Odén // Scripta Materialia. – 2010. – Vol. 62, no. 10. – P. 739–741.

13. Каменева А.Л., Клочков А.Ю. Влияние давления и соотношения рабочих газов в газовой смеси на структуру и механические свойства Zr–Al–N покрытия // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: материалы XXIV Урал. шк. металловедов-термистов, г. Магнитогорск, 19–23 марта, 2018 г. – Магнитогорск, 2018. – С. 149–152.

14. Каменева А.Л., Клочков А.Ю., Каменева Н.В. Эволюция элементного состава, структуры и микротвердости Zr-Al-N покрытия в условиях изменения соотношения газов в газовой смеси // Актуальные проблемы порошкового материаловедения: материалы междунар. науч.-техн. конф., посвященной 85-летию со дня рождения акад. В.Н. Анциферова, г. Пермь, 26–28 ноября 2018 г. – Пермь, 2018. – С. 443–447.

15. Каменева А.Л., Клочков А.Ю., Каменева Н.В. Особенности влияния фазового и элементного состава износостойкого и термодинамически устойчивого покрытия Zr-Al-N на его механические и трибологические свойства // Наукоемкие и виброволновые технологии обработки деталей высокотехнологичных изделий: сб. тр. междунар. науч. симп. технологов-машиностроителей, г. Ростов-на-Дону, 26–28 сентября 2018 г. – Ростов н/Д: Изд-во ДГТУ, 2018. – С. 170–172.

16. Rogström L. High temperature behavior of arc evaporated ZrAlN and TiAlN thin flms. Linkoping Studies in Science and Technology: dis. no. 1428 / Linköping University. – Sweden, 2012. – 104 p.

17. Hasegawa H., Kawate M., Suzuki T. Effects of Al contents on microstructures of Cr1-хAlхN and Zr1-хAlхN films synthesized by cathodic arc method // Surf. Coat. Technol. – 2005. – Vol. 200, no. 7. – Р. 2409–2413.

18. Growth and physical properties of epitaxial metastable Hf1–хAlхN alloys deposited on MGO(001) by ultrahigh vacuum reactive magnetron sputtering / B. Howe, J. Bare˜no, M. Sardela, J.G. Wen, J.E. Greene, L. Hultman, A.A. Voe­vodin, I. Petrov // Surf. Coat. Technol. – 2007. – Vol. 202, no. 4–7. – P. 809–814.

19. Using Ti1–хAlхN coating to enhance corrosion resistance of tool steel in sodium chloride solution / A.L. Kameneva, V.I. Kichigin, Т.O. Soshina, V.V. Karma­nov // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. – 2014. – Vol. 5(5). – Р. 1148–1156.

20. Kameneva A.L., Karmanov V.V., Dombrovsky I.V. Physical and mechanical properties of Ti1–хAlхN thin films prepared by different ion-plasma methods // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. – 2014. – Vol. 5(6). – P. 762–771.

21. Анциферов В.Н., Каменева А.Л. Изучение морфологических особенностей рельефа на поверхности титановой мишени при бомбардировке ионами // От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии: тез. докл. Всерос. конф. с междунар. интернет-участием, г. Ижевск, 27–29 июня 2007 г. – Ижевск, 2007. – C. 15.

22. Каменева А.Л., Карманов В.В. Влияние фазового и элементного состава Ti1–хAlхN системы на ее физико-механические свойства // Технология металлов. – 2012. – № 11. – С. 31–36.

23. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МИСИС, 1994. – 328 с.

24. Каменева А.Л. Cтруктурные и фазовые превращения в пленках в зависимости от положения подложки в потоке плазмообразующих частиц // Конструкции из композиционных материалов. – 2011. – № 1. – С. 50–62.

25. Каменева А.Л. Влияние давления газовой смеси на структурные и фазовые изменения в пленках нитрида титана в процессе электродугового испарения // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2011. – № 7. – С. 20–30.

26. Каменева А.Л. Влияние фазового и элементного состава TiхZr1–хN системы на ее физико-механические свойства // Известия Самарского научного центра РАН. – 2012. – Т. 14, № 4–1. – С. 130–135.

27. Адгезионная прочность нанокомпозитных покрытий Zr–Ti–Si–N, полученных вакуумно-дуговым методом / В.М. Береснев, П.В. Турбин, М.Г. Ковалева, Д.А. Колесников, Л.В. Маликов, В.В. Грудницкий, Ю.С. Стадник, Ю.С. Букальцева // Физическая инженерия поверхности. – 2010. – Т. 8, № 4. – С. 314–319.

28. Höglund C. Growth and phase stability studies of epitaxial Sc–Al–N and Ti–Al–N Thin Films. Linköping studies in science and technology: dis. no. 1314 / Linköping University. – Sweden: Linköping, 2010. – 118 р.

29. Thermal stability and oxidation behavior of quaternary TiZrAlN magnetron sputtered thin films: Influence of the pristine microstructure / G. Abadias, I.A. Saladukhin, V.V. Uglov, S.V. Zlotski, D. Eyidi // Surface & Coatings Technology. – 2013. – Vol. 237. – P. 187–195.

30. Циркин А.В. Износостойкие покрытия: свойства, структура, технология получения: метод. указания к лаб. работам / УлГТУ. – Ульяновск, 2005. – 27 с.

Цели исследования: повышение производительности электроэрозионной обработки с применением алюминиевого электрода-инструмента с медным покрытием, создание математической модели методом факторного эксперимента, подбор рациональных параметров обработки. По электроэрозионным свойствам алюминиевые ЭИ с медным покрытием, полученным методом гальванического осаждения, сопоставимы со сплошными ЭИ. Однако вопрос прогнозирования производительности ЭЭО с использованием данных ЭИ изучен не в полной мере. Методом факторного эксперимента создана эмпирическая модель. Благодаря ей становится возможным прогнозирование производительности копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Описана методика проведения экспериментальных исследований, показано используемое оборудование. Представлены варьируемые параметры регрессионного анализа (I, Ton, U). В процессе теоретического исследования составлена матрица планирования. Вычислены и определены значимые и незначимые коэффициенты регрессии. Произведена проверка на адекватность полученной эмпирической модели. Получена окончательная модель путем обратной замены параметров матрицы. Созданы изображения гиперповерхности функции отклика в координатном пространстве при постоянном значении каждого из параметров регрессионного анализа. Определено влияние изменения параметров на функцию отклика к Q. Представлены максимальные и минимальные значения производительности. Результатом исследования является эмпирическая модель, позволяющая прогнозировать производительность КПЭЭО с использованием алюминиевого ЭИ с медным покрытием в зависимости от параметров обработки.

Ключевые слова: электроэрозионная обработка, производительность, режимы резания, копировально-прошивочный станок, факторный анализ, функция отклика, эмпирическая модель, гальваническое осаждение, покрытие, качество.

Абляз Тимур Ризович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: lowrider11-13-11@mail.ru.

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

Шлыков Евгений Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: Kruspert@mail.ru.

Коногорова Луиза Викторовна (Пермь, Россия) – студентка кафедры инновационных технологий машинострое­ния Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: konogorova98@mail.ru.

Плотников Евгений Владимирович (Пермь, Россия) – студент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: evgenij.plotnikov.1997@mail.ru.

1. Солнцев Ю.П., Вологжанина С.А., Иголкин А.Ф. Материаловедение. – М.: Академия, 2012. – 496 с.
2. Материаловедение машиностроительного про­из­вод­ства: в 2 ч.: / А.М. Адаскин, Ю.Е. Седов, А.К. Оне­гина, В.Н. Климов. – М.: Юрайт, 2018. – Ч. 1. – 258 с.
3. Дмитренко В.П., Мануйлова Н.Б. Материало­ведение в машиностроении. учеб. пособие. – М.: Инфра, 2018. – 432 с.
4. Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение (металлообработка). – М.: Академия, 2012. – 288 с.
5. Материаловедение в машиностроении и про­мыш­ленных технологиях / В.А. Струк, Л.С. Пинчук, Н.К. Мышкин, В.А. Гольдаде, П.А. Витязь. – М.: Интел­лект, 2010. – 536 с.
6. Кузнецов В.А., Черепахин А.А. Технологи­чес­кие процессы в машиностроении. – М.: Академия, 2009. – 192 с.
7. Технологические процессы машиностроитель­ного производства. – М.: Форум, 2010. – 528 с.
8. Смоленцев В.П. Электрофизические и электро­хи­ми­ческие методы обработки материалов: в 2 т. – М.: Высшая школа, 1983. – Т. 1. – 247 с.
9. 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. – 437с.
10. Шифрин А.Ш., Резницкий Л.М. Обработка ре­за­нием коррозионностойких, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. – М.; Л.: Машиностроение, 1964. – 448 с.
11. Подураев В.Н. Резание труднообраба­тывае­мых материалов. – М.: Высшая школа, 1974. – 590 с.
12. 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.
13. Серебреницкий П.П. Современные электро­эрозион­ные технологии и оборудование: учеб. пособие / Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2007. – 228 с.
14. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. – М.: Машиностроение, 1980. – 184 с.
15. Surface morphology and microhardness behavior of 316l in HAp-PMEDM / G. Singh, Y. Lamichhane, A.S. Bhui, S.S. Sidhu, P.S. Bains, P. Mukhiya // Facta Univ., Series: Mech. Eng. – 2019. – Vol. 17 (3). – P. 445–454.
16. Аналитика и цена [Электронный ресурс] / Информ. а-во Metal torg. – URL: https://www.metal­torg.ru/med-tsena-za-gramm.htm (дата обращения: 20.06.2018).
17. Журин А.В. Методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов в электроэро­зи­он­ной обработке: дис. … канд. техн. наук. – Тула, 2005. – 132 с.
18. Туманов А.Т Композиционные материалы будущего // Вестник РАН. – 1975. – № 3. – С. 37.
19. Катц Н.В. Металлизация тканей. – 2-е изд. – М.: Легкая индустрия, 1972. – 144 с.
20. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер [и др.]. – М.: Наука, 1976. – 279 с.
21. Abraham B., Ledolter J. Statistical methods for forecasting. – New York: Wiley, 1983. – 445 р.
22. Dey S., Roy D.C. Experimental study using different tools // International Journal of Modern Engineering Research (IJMER). – 2013. – Vol. 3, iss. 3. – P. 1263–1267.
23. Sidhu S.S., Bains P.S. Study of the recast layer of particulate reinforced metal matrix composites machined by EDM // Materials Today: Proceedings. – 2017. – No. 4. – Р. 3243–3251.
24. Hybrid EDM and grinding hard materials using a metal matrix composite electrode / K.M. Shu, H.R. Shih, W.F. Lin, G.C. Tu // ASME 7th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis. – 2004 – Vol. 3. – Р. 247–254.
25. Оглезнев Н.Д. Разработка композиционных материалов электродов-инструментов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для обработки металлических сплавов: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.06. – Красноярск, 2015. – 7 с.
26. Гришарин А.О., Абляз Т.Р., Оглезнев Н.Д. Повышение эффективности электроэрозионной обработ­ки деталей гидроцилиндров и изделий специального назначения путем применения электродов-инструментов с повышенными электроэрозионными свойствами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2017. – Т. 19, № 3. – С. 151–162.
27. Абляз Т.Р., Шлыков Е.С., Кремлев С.С. При­менение электродов-инструментов с покрытием для электро­эрозионной обработки стали 38Х2Н2МА // СТИН. – 2017. – № 5. –С. 20–21.

Рассмотрено исследование влияния режимов обработки на такие показатели качества поверхностного слоя деталей из алюминиевых сплавов, как шероховатость поверхности и остаточные напряжения.

При проведении экспериментальных исследований использовались эластичные полимерно-абразивные круги компании 3М марок FS-WL, DB-WL, CF-FB.

В результате проведения экспериментальных исследований установлено, что поперечная шероховатость по параметру Ra увеличивается с ростом деформации круга. Это объясняется тем, что с увеличением деформации растет вертикальная составляющая силы, а следовательно, увеличивается глубина внедрения единичных зерен в обрабатываемый материал. С увеличением скорости резания поперечная шероховатость по параметру Ra также растет. Это объясняется тем, что с увеличением скорости растет центробежная составляющая силы удара абразивного зерна по обрабатываемой поверхности. В ходе проведения статистической обработки экспериментальных данных доказано, что от продольной подачи поперечная шероховатость не зависит.

Дисперсионным анализом результатов экспериментов доказано, что продольная шероховатость по параметру Ra для всех использованных эластичных полимерно-абразивных кругов не зависит от заданных режимов обработки.

В результате проведенных исследований получена эмпирическая зависимость, которая позволяет прогнозировать ожидаемую шероховатость при проектировании технологического процесса изготовления детали.

Проведены исследования процесса формирования остаточных напряжений в поверхностном слое деталей из алюминиевого сплава В95ПчТ2 при обработке эластичными полимерно-абразивными кругами. В результате установлено, что при обработке эластичными полимерно-абразивными кругами образцов, полученных цилиндрическим и торцевым фрезерованием, остаточные напряжения оказываются полностью переформированы. С учетом того, что данный процесс обработки происходит на очень тонком разупрочненном поверхностном слое, доказано, что в обрабатываемом материале возникают сжимающие остаточные напряжения на малой глубине залегания, что положительно влияет на эксплуатационные свойства деталей.

Проведен анализ состояния поверхностного слоя при помощи металлографической и электронной микроскопии. На основании данных исследований сделан вывод о том, что случаи потемнения обрабатываемой детали из алюминиевого сплава не могут препятствовать внедрению зачистки поверхностей полимерно-абразивными инструментами в авиационной промышленности, поскольку все присутствующие на поверхности частицы легко удаляются при подготовке к анодированию.

Ключевые слова: эластичный полимерно-абразивный круг, шероховатость поверхности, режимы обработки, деформация круга, скорость резания, остаточные напряжения, главные напряжения, касательные напряжения, спектральный анализ, электронная микроскопия.

Подашев Дмитрий Борисович (Иркутск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении Иркутского национального исследовательского технического университета, e-mail: dbp90@mail.ru.

1. Абрашкевич Ю.Д., Оглоблинский В.А., Оглоблинский А.В. Щеточные инструменты на основе полимерно-абразивных // Мир техники и технологий. – 2006. – № 5. – С. 50–52.

2. Абрашкевнч Ю.Д., Пелевин Л.Е., Мачишин Г.Н. Полимерно-абразивные щеточные инструменты для обработки металлических и неметаллических поверхностей // Сб. науч. тр. КНУБА. – 2006. – С. 60–65.

3. Абрашкевич Ю.Д., Мачишин Г.М. Эффективная эксплуатация полимерно-абразивной щетки // Вестник Харьков. нац. автомоб.-дорож. ун-та. – 2016. – Вып. 73. – С. 59–62.

4. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Исследование качества поверхности при скруглении кромок полимерно-абразивными щетками // Вестник ИрГТУ. – 2016. –
№ 9. – С. 23–34.

5. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Исследование производительности процесса скругления кромок полимерно-абразивными щетками // Вестник машиностроения. – 2017. – № 3. – С. 74–78.

6. Обоснование выбора полимерно-абразивного инструмента для выполнения отделочных операций / С.И. Дядя [и др.] // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. – 2010. – № 2. – С. 145–148.

7. Китов А.К. Определение геометрических и силовых параметров контакта ворса полимерно-абразивной щетки с поверхностью детали // Механика деформируемых сред в технологических процессах: сб. науч. тр. – Иркутск, 1997. – С. 23–28.

8. Макаров В.Ф., Виноградов А.В. Измерение профиля скругленных кромок образцов при исследовании обработки кромок дисков ГТД абразивно-полимерными щетками // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. –
2010. – Т. 12, № 2. – С. 106–115.

9. Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л. Использование полимерабразивного эластичного инструмента на операциях чистовой обработки // Вестник Харьков. нац. автомоб.-дорож. ун-та. – 2006. – № 33. – С. 106–108.

10. Степанов Д.Н. Влияние параметров полимерно-абразивного инструмента и режимов обработки на шероховатость поверхности титанового сплава ВТ8-М // Новi матерiали i технологiї в металургiї та машино­будуваннi. – 2012. – № 2. – С. 87–90.

11. Устинович Д.Ф. Эластичный абразивный инструмент для отделочно-зачистной обработки // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: материалы II Междунар. науч.-техн. конф., г. Минск, 3–5 октября 2007 г.; ГНУ «ФТИ НАНБ». – Минск, 2007. – С. 142–146.

12. Устинович Д.Ф., Прибыльский В.И., Мочайло А.Г. Эластичный полимерно-абразивный инструмент с дискретным режущим контуром // Машиностроение и техносфера ХХI века: сб. тр. 15 междунар. науч.-техн. конф., г. Севастополь, 15–20 сентября 2008 г.: в 4 т. / ДонНТУ. – Донецк, 2008. – Т. 3. – С. 241–244.

13. Чапышев А.П., Иванова А.В., Крючкин А.В. Технологические возможности процессов механизированной финишной обработки деталей // Известия Самарского научного центра РАН. – 2013. – Т. 15, № 6 (2). –
С. 533–537.

14. Чапышев А.П., Стародубцева Д.А. Программный модуль назначения режимов финишной обработки с применением автоматических щеточных стационарных установок // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 2. – С. 21–37.

15. Яковлев Д.Р., Пини Б.Е. О взаимодействии волокна абразивно-полимерной щетки с обрабатываемой поверхностью // Известия МГТУ «МАМИ». – 2009. – № 2 (8). – С. 184–187.

16. Dimov Yu.V., Podashev D.B. Edge forces in machining by abrasive brushes // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37, no. 2. – P. 117–121. 

17. Research on processing efficiency and contact characteristics of M300 steel surface grinding with elastic abrasives / X. Wu, Z. Chen, T. Zhou, C. Ma, X. Shu, J. Dong, J.G. Xuebao // Journal of Mechanical Engineering. – 2018. – Vol. 54, iss. 1. – P. 171–177.

18. Wu X.-J., Zhou T.-Z., Tong Z.-X. Experimental study on surface quality in elasticity ball-end grinding of m330 steel // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. – 2017. – Vol. 14, iss. 11. – P. 5372–5377.

19. Experimental study on flexible abrasive grinding of M330 steel / X. Wu, X. Yu, R. Liu, Q. Wu, N. Jishu yu J. Gongcheng // Nanotechnology and Precision Engineering. – 2015. – Vol. 13, iss. 3. – P. 199–204.

20. Бабичев А.П. Вибрационная обработка дета­лей. – М.: Машиностроение, 1974. – 136 с.

21. Димов Ю.В. Обработка деталей свободным абразивом. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. – 293 с.

22. Димов Ю.В. Обработка деталей эластичным инструментом. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. –
352 с.

23. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. – М.: Наука, 1968. – 288 с.

24. Гринченко М.И. Метод определения механи­чес­ких остаточных напряжений и его перспективы для создания эталона единицы механического остаточного напряжения // Вестник метролога. – 2016. – № 4. –
С. 19–23.

25. Технология финишной обработки, качество поверхностного слоя и прочностные свойства лопаток паровых и газовых турбин / В.Е. Михайлов [и др.] // Тяжелое машиностроение. – 2015. – № 5. – С. 7–10.