Представлена сравнительная характеристика результатов модификации поверхности порошков ZrO2, стабилизированных Y2O3, пропиткой водным раствором CrO3 с последующей термической обработкой. В качестве исследуемых порошков использовали промышленные порошки ZYO-7-10-80, TZ-3Y-E и лабораторный порошок, синтезированный в Научном центре порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета, – ZrO2–5 мас. % Y2O3. Для модификации поверхности выбрали вариант пропитки 10%-ным водным раствором оксида шестивалентного хрома с последующим прокаливанием при значениях температуры 270, 400 и 700 °С в течение 1 ч на воздухе. Фазовый состав полученных порошков определяли методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР-спектроскопии). По данным КР-спектроскопии выяснили, что все порошки представляют собой смеси тетрагональной и моноклинной модификаций. Содержание моноклинной модификации в порошке ZYO-7-10-80 при прокаливании практически неизменно (10–12 %). Этот результат можно объяснить тем, что количество стабилизатора – оксида иттрия – в порошке достаточно высокое – 7 мас. %, т.е. порошок близок к кубической модификации и, соответственно, содержит в основном тетрагональную фазу, не превращаемую в моноклинную. Содержание моноклинной модификации в порошке TZ-3Y-E – 31–38 %, лабораторном порошке ZrO2–5 мас. % Y2O3 – 51–58 %. Можно утверждать, что происходит частичная потеря стабилизатора и образование новых соединений. На поверхности диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, после пропитки водным раствором CrO3 и прокаливания идентифицируются пики CrO3, Cr2O3 и промежуточных фаз. На спектре порошка ZYO-7-10-80 зафиксированы также пики циркона. При низких значениях температуры отмечено образование высокотемпературного соединения YCrO4, что может быть объяснено его структурной близостью к циркону.

Ключевые слова: модификация поверхности, ультрадисперсные порошки, пропитка, фазовый состав, КР-спектроскопия, оксид иттрия, моноклинная модификация, диоксид циркония, спектральные характеристики, тетрагональная модификация.

Порозова Светлана Евгеньевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: sw.porozova@yandex.ru.

Старков Дмитрий Александрович (Пермь, Россия) – инженер отдела разработки перспективных технологий ремонта АО «ОДК – Авиадвигатель», e-mail: starkov-da@avid.ru.

Лебедева Ксения Николаевна (Пермь, Россия) – студентка Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: kseny1305@gmail.com.

1. Иванчев С.С., Дмитренко А.В. Полимеризационное наполнение методом радикальной полимеризации как способ получения композиционных материалов // Успехи химии. – 1982. – Вып. 7. – С. 1178–1200.
2. Галашина Н.М. Полимеризационное наполнение как метод получения новых композиционных материалов (Обзор) // Высокомолекулярные соединения. –1994. – Т. 36, № 4. – С. 640–650.
3. О возможности использования титан-магние­вого нанокатализатора в процессе полимеризационного наполнения полиолефинов и некоторых свойствах полученных композитов / Е.М. Харькова, Д.И. Менделеев, О.В. Сметанников, М.С. Чинова, А.В. Иванюк, Е.М. Антипов // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 2014. – Т. 56, № 5. – С. 496–507. DOI: 10.7868/S2308113914050064
4. Айлер Р. Химия кремнезема: Растворимость, полимеризация, коллоидные и поверхностные свойства: в 2 ч. / пер. с англ. Л.Т. Журавлева; под ред. В.П. Прянишникова. – М.: Мир, 1982. – 1127 с.
5. Лазерная наплавка как перспективный метод упрочнения штамповой оснастки / Ф. Бертранд, И. Мовчан, М.Н. Самодурова, Н.С. Джигун // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2016. – Т. 14, № 2. – С. 44–52. DOI: 10.18503/1995-2732-2016-14-2-44-52
6. Гусев А.А., Гусева Г.В. Наплавка чистого металлического порошка импульсным лазерным излучением // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – Т. 14, № 6. – С. 254–259.
7. Григорьянц А.Г., Новиченко Д.Ю., Смуров И.Ю. Лазерная аддитивная технология изготовления покрытий и деталей из композиционного материала // Известия вузов. Машиностроение. – 2011. – № 7. – С. 38–46.
8. Порозова С.Е., Старков Д.А. Влияние добавки диоксида титана на пористость наплавленного материала на основе порошка жаропрочного никелевого сплава // Конструкции из композиционных материалов. – 2019. – № 1. – С. 3–6.
9. Анциферов В.H., Порозова С.E., Кульметьева В.Б. Влияние добавок водорастворимых полимеров на фазовый состав и размеры частиц диоксида циркония при осаждении из растворов солей // Физика и химия стекла. – 2012. – Т. 38, № 3. – С. 402–408.
10. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: пер. с англ. – 2-е изд. – М.: Мир, 1984. – 306 с.
11. Syntesis, microstructure and optical characterization of zirconium oxide nanostructures / Latha Kumari, G.H. Du, W.Z. Li, R. Selva Vennila, S.K. Saxena, D.Z. Wang // Ceramics International. – 2009. – Vol. 35, iss. 6. – P. 2401–2408. DOI: 10.1016/j.ceramint.2009.02.007
12. Nanocrystalline zirconia-yttria system–a Raman study / A. Ghosh, A.K. Suri, M. Pandey, S. Thomas, T.R. Rama Mohan, B.T. Rao // Materials Letters. – 2006. – Vol. 60, iss. 9–10. – P. 1170–1173. DOI: 10.1016/j.matlet.2005.10.102
13. Study on structural evolution of nanostructured 3 mol % yttria stabilized zirconia coatings during low temperature ageing / B. Liang, C. Ding, H. Liao, C. Coddet // Journal of the European Ceramic Society. – 2009. – Vol. 29, iss.11. – P. 2267–2273. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.01.002
14. Кожевников В.Н., Ивашевская С.Н., Кевлич В.И. Геохимия и рамановские спектры цирконов из рудных (PGE-Au) амфиболитов массива Травяная Губа, Северная Карелия // Труды Карельского научного центра РАН. – 2015. – № 7. – С. 36 –53. DOI: 10/17076geo136
15. Ильинкова Т.А., Барсукова Е.А., Тагиров А.Т. Взаимосвязь характеристик порошковых материалов и механических свойств плазменных теплозащитных покрытий // Вестник технологического университета. – 2015. – Т. 18, № 15. – С. 116–121.
16. Роль агломератов нанопорошков в формировании структуры и свойств керамических материалов / С.Е. Порозова, В.Б. Кульметьева, Т.Ю. Поздеева, В.О. Шо­ков // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2020. – № 4. – С. 4-13. DOI.org/10.17073/1997-308X-2020-4-4-13
17. Hurley B.L., McCheery R.L. Raman spectroscopy of monolayers formed from chromate corrosion inhibitor on copper surfaces // Journal of The Electrochemical Society. – 2003. – Vol. 150 (8). – P. 367–373.
18. Hardcastle Franklin D., Wachs Israel E. Raman spectroscopy of chromium oxide supported on Al2O3, TiO2 and SiO2: a comparative study // Journal of Molecular Catalysis. – 1988. – Vol. 46. – P. 173–186.
19. Experimental and theoretical study of structural properties and phase transitions in YAsO4 and YCrO4 / D. Errandonea, R. Kumar, J. López-Solano, P. Rodríguez-Hernández, A. Muñoz, M.G. Rabie, R. Sáez Puche // Physical review. B: Covering Condensed Matter and Materials Physics. – April 2011. – Vol. 83, iss. 13. DOI: 10.1103/PhysRevB.83.134109
20. Nanoscale ferromagnetic chromium oxide film from gas-phase nanocluster deposition / Y. Chen, K. Ding, L. Yang, B. Xie, F. Song, J. Wan, G. Wang, M. Han // Applied Physics Letters. – 2008. – Vol. 92, iss.17. – 173112. DOI: 10.1063/1.2919077
21. The effect of deposition parameters on the structure and mechanical properties of chromium oxide coatings deposited by reactive magnetron sputtering / M. Moham­madtaheri, Q. Yang, Y. Li, J. Corona-Gomez // Coatings. – 2018. – Vol. 8. – P. 111. DOI.org/10.3390/coatings8030111
22. Raman spectroscopic analysis of the speciation of dilute chromate solutions / J.D. Ramsey, L. Xia, M.W. Ken­dig, R.L. McCheery // Corrosion Science. – 2001. – Vol. 43. – P. 1557–1572.
23. Structural and magnetic phase transition observed in the YCrO3+γ compound / F.A. Fabian, K.O. Moura, C.C.S. Barbosa, E.B. Peixoto, J.G.S. Duque, C.T. Meneses // Jornal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 702. – P. 244–248. DOI.org/10.1016/j.jallcom.2016.12.378
24. High-pressure Raman scattering and structural phase transition in YCrO4 / Y.W. Long, L.X. Yang, Y. Yu, F.Y. Li, R.C. Yu, S. Ding, Y.L. Liu, C.Q. Jin // Physical review. B: Condensed Matter and Materials Physics. – 2006. – Vol. 74. – 054110. DOI: 10.1103/PhisRevB.74.054110
25. Synthesis, structure, magnetism and specific heat of YCrO4 and its zircon-to-scheelite phase transition / Y.W. Long, L.X. Yang, Y. Yu, F.Y. Li, R.C. Yu, C.Q. Jin // Physical review. B: Covering Condensed Matter and Materials Physics. – March 2007. – Vol. 75. DOI: org/10.1103/PhysRevB.75.104402

Выполнен обзор исследований эффективного КПД дуг с неплавящимся и плавящимся электродами в среде аргона на изделиях из различных металлов. Значения эффективного КПД имеют существенный разброс. Установлено, что в таких условиях наименее исследовано действие стационарной во времени дуги на алюминиевые детали. Эффективный КПД в большинстве работ приводится без значений напряжения дуги, что затрудняет его использование в инженерной практике. Наиболее целесообразным с позиций тепловой эффективности при сварке является использование понятия удельной эффективной мощности на 1 А тока дуги. Перспективным способом сварки алюминиевых сплавов в настоящее время является сварка вольфрамовым электродом в аргоне с использованием разнополярных прямоугольных импульсов тока (способ VP-GTAW). Разработанные численные математические модели для этого способа сварки дали противоречивые результаты. Вклад полярностей дуги в общую эффективную мощность исследован недостаточно. Это затрудняет выбор оптимальных соотношений значений длительности полярности в периоде. Для определения роли полярностей разработана методика калориметрирования алюминиевых деталей на одинаковых токах импульсов при различном соотношении длительности импульсов прямой и обратной полярностей. Проведенные эксперименты позволили составить системы уравнений для общей эффективной мощности дуги. Решение систем уравнений дало высокую сходимость данных по удельной эффективной мощности полярностей. При токе около 100 А удельная эффективная мощность на обратной полярности почти в 2 раза выше, чем на прямой полярности. Этот результат согласуется с данными о соотношении значений скорости плавления алюминиевой проволоки при наплавке плавящимся электродом.

Ключевые слова: сварка алюминия, свободная дуга, вольфрамовый электрод, аргон, разнополярные импульсы, эффективная мощность, эффективный КПД, вклад полярностей, калориметрирование, система уравнений, VP-GTAW.

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.

Основные тенденции развития плазменно-дуговой сварки алюминиевых сплавов / А.А. Гринюк, В.Е. Коржик, Е.Н. Шевченко [и др.] // Автоматическая сварка. – 2015. – № 11. – С. 39–50.

Jiang F., Li Ch., Chen Sh. Experimental investigation on heat transfer of different phase in variable polarity plasma arc welding // Welding in the World. – 2019. – Vol. 63. – P. 1153–1162. DOI: 10.1007/s40194-019-00722-3

3. Сидоров В.П., Советкин Д.Э., Короткова Г.М. О допустимых токах на вольфрамовый электрод дуги с разнополярными импульсами тока // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2020. – № 4. – С. 5–12.

4. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. – М.: Металлургия, 1989. – 384 с.

5. Feueschbach P.V., Knorovsky G.A. A study of melting efficiency in plasma arc and gas tungsten arc welding // Welding Journal. – 1991. – Vol. 70 (11). – P. 287–297.

6. Haelsig A., Kusch M., Mayr P. New findings on the efficiency of gas shielded arc welding // Welding in the World. Peer-reviewed Section. – 2012. – Vol. 56. – P. 98–104.

7. Dupont J.N., Marder A.R. Thermal efficiency of arc welding processes // Welding Journal. – 1995. – Vol. 74 (12). – P. 410–416.

8. Эффективная мощность сварочной дуги обратной полярности при наплавке алюминия плавящимся электродом / В.П. Сидоров, А.И. Ковтунов, А.Бочкарев, Д.Э. Советкин // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2020. – № 4 (54). – С. 34–42. DOI: 10.18323/2073-5073-2020-4-00-00

9. Yarmuch M.A.R., Patched B.M. Variable AC polarity GTAW fusion behavior in 5083 aluminum // Welding Research. – July 2007. – Vol. 86. – Р. 196–200.

10. Савинов А.В., Лапин И.Е., Лысак В.И. Дуговая сварка неплавящимся электродом. – М.: Машиностроение, 2011. – 477 с.

11. Stenbacka N. On arc efficiency in gas tungsten arc welding // Soldag. Insp. San Paulo. – 2013. – Vol. 18, no. 4. – Р. 380–390.

12. Stenbacka N. Review of arc efficiency for tungsten arc welding // IIW Commission IV-XII-SG212 Intermediate Meeting BAM, Berlin, Germany, 18–20 April, 2012. – Berlin, Germany, 2012. DOI: XII-2070-12/212-1229-12

13. Investigation on the influence of various welding parameters on the arc thermal efficiency of the GTAW process by calorimetric method / M.B. Nasiri, M. Behzadinejad, H. Latifi, J. Martikeinen // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2014. – Vol. 28 (8). – P. 3255–3261. DOI: 10.1007/s12206-014-0736-8

14. Jeong H., Park K., Cho J. Numerical analysis of variable polarity arc weld pool // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2016. – Vol. 30 (9). – P. 4307–4313. DOI: 10.1007/s12206-016-0845-7

15. Thermal efficiency decision of variable polarity aluminum arc welding through molten pool analysis / H. Jeong, K. Park, S. Bajek, J. Cho // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2019. – Vol. 138. – P. 729–737.

16. 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: 10.1007/s00170-017-1387-6

17. Драйнер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. – М.: Диалектика, 2016. – 912 с.

18. Быховский Д.Г., Беляев В.М. Энергетические характеристики плазменной дуги при сварке на обратной полярности // Автоматическая сварка. – 1971. – № 5. – С. 27–30.

19. Щицын Д.Ю., Косолапов О.А., Струков Н.Н. Распределение энергии в сжатой дуге при работе плазмотрона на токе обратной полярности // Сварка и диагностика. – 2010. – № 3. – С. 13–16.

20. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. – М.: Наука, 1987. – 240 с.

21. Сидоров В.П., Советкин Д.Э., Борисов Н.А. О плавлении алюминиевого электрода аргоновой дугой прямой полярности // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2019. – № 4(50). – С. 52–57.

22. Сидоров В.П. Влияние рода и полярности тока на плавление основного и электродного металла при сварке под флюсом // Сварка и диагностика. – 2013. – № 3. – С. 20–23.

Обеспечение надлежащей микроструктуры синтезированного материала и устранение дефектности является проблемой аддитивных технологий. Активно воздействовать на структуру и свойства формируемого металла позволяет использование приемов дополнительного воздействия на сварочную ванну и наплавляемый металл.

Представлены результаты исследования влияния частоты тока в ходе импульсной послойной плазменной наплавки на стабильность формирования валиков, структуру и механические характеристики высоколегированной жаропрочной аустенитной стали 308LSi при аддитивном формировании изделий. Оценивалось влияние частоты импульсного воздействия.

Установлено, что наилучшие результаты по стабильности формирования валиков обеспечиваются при плазменной наплавке с частотой тока 500 и более 10 000 Гц. Наиболее равномерная глубина проплавления наблюдается в процессе наплавки при значениях частоты импульсного воздействия 5000, 10 000 и 15 000 Гц.

По всей высоте валика формируются столбчатые кристаллиты ячеисто-дендритного строения, и их размер постепенно уменьшается от корневой части к верхней. Для оценки влияния частоты импульсного воздействия на изменение размеров кристаллитов по высоте валиков был проведен количественный металлографический анализ наплавленных образцов. Наиболее полное выравнивание скорости роста кристаллитов проявляется при наплавке с частотой импульсного воздействия выше 5000 Гц.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что наилучшие результаты по стабильности формирования валиков, структуре и механическим характеристикам обеспечиваются при плазменной наплавке с частотой тока более 5000 Гц. Механические свойства синтезируемого материала без импульсного воздействия находятся на уровне стандартного материала, а при наложении импульса тока выше на 15–20 %.

Ключевые слова: аддитивные технологии, плазменная наплавка, импульсное воздействие, частота тока, высоколегированная сталь, микроструктура, металлографические исследования, кристаллиты, микротвердость, механические свойства.

Душина Алена Юрьевна (Пермь, Россия) – старший преподаватель, аспирант кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, е-mail: alena@pstu.ru.

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

Щицын Юрий Дмитриевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, е-mail: svarka@pstu.ru.

Неулыбин Сергей Дмитриевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, научный сотрудник Института механики сплошных сред, филиала Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения РАН, е-mail: sn-1991@mail.ru.

Никулин Роман Германович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета,
е-mail: nikromonger.ro@gmail.com.

1. Разработка технологии послойного выращивания заготовки из высоколегированной стали методом плазменной наплавки / Е.А. Кривоносова, Ю.Д. Щицын, Д.Н. Трушников, С.Н. Акулова, А.В. Мышкина, С.Д. Не­улыбин, А.Ю. Душина // Металлург. – 2019. – № 2. – С. 70–77.

2. Разработка технологии послойного выращивания заготовки из высоколегированной стали методом плазменной наплавки / Ю.Д. Щицын [и др.] // Металлург. – 2017. – № 5. – С. 73–77.

3. Development of Layered Growth Technology for a Workpiece of Highly Alloyed Steel by Plasma Surfacing / Y.D. Shchitsyn [et al.] // Metallurgist. – 2017. – Vol. 61, no. 5–6. – P. 418–423.

4. Аристов С.В., Руссо В.Л. Кристаллизация металла шва при низкочастотных колебаниях расплава // Сварочное производство. – 1982. – № 11. – С. 42–44.

5. Influence of surfacing technologies on structure formation of high-temperature nickel alloys / E.A. Krivo­nosova, Yu.D. Schitsin, D.N. Trushnikov, S.N. Myshkina, A.V. Akulova, S.D. Neulybin., A.Yu. Dushina // Metallurgist. – May, 2019. – Vol. 63, no. 1–2. – P. 197–205. DOI 10.1007/s11015-019-00810-1

6. Formation of 04Cr18Ni9 steel structure and properties during additive manufacturing of blanks / Y.D. Shchi­tsyn, S.A. Terentev, S.D. Neulybin, A.O. Artyomov // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 102, iss. 9–12. – P. 3719–3723.

7. Щицын Ю.Д., Косолапов О.А., Щицын В.Ю. Возможности плазменной обработки металлов током обратной полярности // Сварка и диагностика. – 2009. –№ 2. – С. 42–45.

8. Shitsyn Yu.D., Belinin D.S., Neulybin S.D. Plasma surfacing of high-alloy steel 10cr18ni8ti on low-alloy steel 09Mg2Si // International Journal of Applied Engineering Research. – 2015. – Vol. 10, no. 20. – Р. 41103–41109.

9. Сутырин Г.В. Исследование механизма воздействия низкочастотной вибрации на кристаллизацию сварочной ванны // Автоматическая сварка. – 1975. – № 5. – С. 7–9.

10. Microstructure and residual stress improvement in wire and arc additively manufactured parts through high-pressure rolling / P.A. Colegrove [et al.] // J. Mater. Process. Technol. – 2013. – Vol. 213. – P. 1782–1791.

11. Петров А.В., Бирман У.И. Кристаллизация металла шва при импульсно-дуговой сварке // Сварочное производство. – 1968. – № 6. – С. 1–3.

12. Неулыбин С.Д. Влияние полярности тока на свойства слоистых материалов, получаемых многослойной плазменной наплавкой: дис. … канд. техн. наук: 05.02.10. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. – 135 с.

13. Металловедение и термическая обработка стали: справ.: в 3 т. / под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рах­штадт. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машино­строе­ние, 1983. – 352 с

14. Shlykov E., Ablyaz T., Muratov K. Ensuring the accuracy of wire-cutting EDM processing of products made of hard-to-handle materials // Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science. – 2020. – Vol. 22,
no. 3. – P. 6–17.

15. Ольшанская Т.В. Конструкционные материалы. Свариваемость и сварка: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 241 с.

16. Сварка и свариваемые материалы: в 3 т. Т. 1. Свариваемость материвалов / В.Н. Волченко, Э.Л. Макаров, В.В. Шип [и др.]; под ред. Э.Л. Макарова. – М.: Металлургия, 1991. – 528 с.

17. Особенности кристаллизации аустенитных сталей при аддитивном производстве / А.Ю. Душина, У.А. Карабатова, Т.В. Ольшанская, Е.М. Федосеева // Химия, экология, урбанистика. – 2020. – Т. 1. – С. 324–328.

18. Болдырев А.М., Дорофеев Э.Б., Антонов Е.Г. Управление кристаллизацией металла при сварке плавлением // Сварочное производство. – 1971. – № 11. – С. 10–15.

19. Болдырев А.М. Управление кристаллизацией металла шва при сварке плавлением: учеб. пособие / ВПИ. – Воронеж, 1980. – 88 с.

20. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. – М.: Мир, 1967. – 170 с.

21. Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах при сварке. – М.: Металлургия, 1968. – 695 с.

22. Прохоров Н.Н., Мастрюкова А.С. Первичная структура и ее значение при оценке прочности металла шва // Автоматическая сварка. – 1965. – № 8. – С. 15–21.

23. Петров Л.Г. Теория сварочных процессов. – М.: Высшая школа, 1974. – 375 с.

Исследованы проблемы надежности, возникающие при освоении современных передовых видов тонкостенных насосов API, пока еще редко встречающихся на территории Российской Федерации. Освещены их основные отличия от традиционно применяемых толстостенных насосов, включая повышенные эксплуатационные напряжения в штоках, рассмотрены типичные отказы. Проведен обзор усталостных разрушений резьбовых соединений штоков и поиск эффективных методов повышения их надежности и долговечности. Реализован классический порядок определения причин отказов, включая экспертизу качества штоков, металлографическое исследование типичного для нефтяной отрасли изделия, специальную фрактографию разрушения.

Сделаны предположения относительно схожести разрушений, полученных в разных эксплуатационных условиях. Для разъяснения системности разрушений выполнен аналитический расчет напряжений по модифицированной формуле Инглиса. Представлены нелинейные распределения напряжений по микрообъемам под профилем конической резьбы API. Подробно рассмотрена существенная концентрация напряжений под впадиной резьбы, достигающая пятикратных номинальных напряжений по телу детали за резьбой.

На основе графической интерпретации модифицированного уравнения Гудмана для конических резьбовых соединений штоков API построены области безопасных напряжений, при которых должная надежность и долговечность изделий будут обеспечены. Пояснен подход к прогнозированию усталостного разрушения штоков сопоставлением действующих циклических напряжений и безопасной области работы, ограниченной по модифицированному закону Гудмана характеристиками нагружения и механическими свойствами изделия. Высказаны предположения относительно требуемых свойств резьбовых концов штоков, объяснен метод построения областей.

Проведены обзор и оценка методов повышения надежности и долговечности резьбы деталей, работающих под циклической нагрузкой. Установлена взаимосвязь статической и циклической пластических зон с минимально необходимой зоной локального упрочнения резьбовых концов штоков. Приведены формулы для определения указанных зон, нуждающихся в упрочнении. Выделены особенно эффективные комплексные меры, показана возможность их комбинирования. Объяснена недостаточность классических методов металлургии для повышения качества исследованных штоков.

Ключевые слова: разрушение резьбы, надежность, долговечность, насос, трещиностойкость, расчет на усталость, прогноз наработки, микроструктура, улучшение качества, ТВЧ, обкатка резьбы роликами, API.

Мольцен Станислав Николаевич (Пермь, Россия) – студент Пермского национального исследовательского политехнического университета, директор по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», e-mail: stanislav@vputehod.ru.

Кравченко Андрей Владимирович (Пермь, Россия) – студент Пермского национального исследовательского политехнического университета, инженер по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», e-mail: andrew@vputehod.ru.

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

Полежаев Роман Михайлович (Пермь, Россия) – соискатель кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета, технический директор АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», e-mail:
prm@elkam.ru.

1. Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н. Трещиностойкость железоуглеродистых сплавов: монография. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 418 с.

2. Симонов Ю.Н., Симонов М.Ю. Физика прочности и механические испытания металлов: курс лекций. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2020. – 199 с.

3. Heidersbach R. Metallurgy and corrosion control in oil and gas production. – New York: John Wiley & Sons, Inc., 2011. – 293 p.

4. Дефекты и повреждения деталей и конструкций: монография / В.М. Кушнаренко, В.С. Репях, Е.Ю. Чирков, Е.В. Кушнаренко; Оренбург. гос. ун-т. – Оренбург,
2011. – 402 с.

5. Фрактография и атлас фрактограмм / пер. с англ. Е.А. Шура; под ред. М.Л. Бернштейна. – М.: Металлургия, 1982. – 489 с.

6. Breen D.H., Wene E.M. Fatigue in machines and structures-ground vehicles // Fatigue and microstructure / American Society for Metals, Metals Park OH. –
1979. – P. 77.

7. Atlas of fatigue curves / ed. by H.E. Boyer; American Society for Metals. – 1990. – 534 p.

8. Tada H., Paris P.C., Irwin G.R. The stress analysis of cracks handbook. – New York: ASME. 31. NACE,
2000. – 515 p.

9. Комарова Т.А., Кузьмин Ю.С., Федосов В.Г.
К вопросу о концентрации напряжений в резьбовом соединении главного уплотнения реактора типа ВВЭР / ОАО «Ижорские заводы». – СПб., 2010. – 8 с.

10. Никифоров А.Д. Точность и технология изготовления метрических резьб. – М.: Высшая школа,
1963. – 181 с.

11. Feargal P.B. Fatigue and fracture mechanics analysis of threaded connections / Department of Mechanical Engineering University College London. – London, 1992. – 402 р.

12. Николаева Е.А. Основы механики разрушения: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2010. – 103 с.

13. Штремель М.А. Разрушение: в 2 кн. Кн. 1. Разрушение. – М.: Изд. дом МИСиС, 2015. – 976 с.

14. Зезюля В.В. Усталостная прочность: учеб. пособие по курсу «Сопротивление материалов». – Калуга: Манускрипт, 2018. – 16 с.

15. Энциклопедический справочник термиста-технолога: в 3 т. / С.Б. Масленков, А.И. Ляпунов, В.М. Зинченко, Б.К. Ушаков. – М.: Наука и технологии, 2004. – Т. 1. – 392 с.

16. Callister W.D., Rethwisch D.G. Materials Science and Engineering An introduction. – Wiley, 2014. – 990 p.

17. Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н., Симонов М.Ю. Основы физики и механики разрушения: учеб. пособие для вузов. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 203 с.

18. Симонов Ю.Н. Физика прочности и механические испытания металлов. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. – 46 с.

19. Песин М.В. Повышение надежности резьбовых соединений нефтегазовых изделий // Технология машиностроения – 2011. – № 9. – С. 49–50.

20. Irwin G.R. Plastic zone near a crack and fracture toughness // Proc. 7th Sagamore Conf. – 1960. – P. IV–63.

21. Yokobori T. Fatigue crack propogation as successive stochastic process // Report Research Inst. Strength Fract. Mater. Tohoku Univ. – 1971. – Vol. 6. – P. 7.

Окисление металлов и сплавов изучают в связи с тем, что они играют важную роль в различных областях техники, тем не менее информации подобного рода недостаточно. Поскольку чистые металлы редко используются в качестве конструкционных материалов, вопросы окисления сплавов, особенно методы повышения их сопротивления окислению, являются с прикладной точки зрения наиболее важными аспектами высокотемпературного окисления сплавов. Повышенный интерес исследователей и производственников к алюминиево-магниевым сплавам связан с их широким использованием в промышленности. Однако разработка таких сплавов неразрывно связана с проблемой их окисления. В литературе имеются ограниченные сведения о влиянии третьего компонента на окисляемость алюминиево-магниевых сплавов. Процесс окисления сплавов исследовался на воздухе в изотермических условиях термогравиметрическим методом с непрерывной фиксацией массы образца в течение часа при значениях температуры 773, 823 и 873 К. На основании экспериментальных данных строились кинетические кривые окисления и определялись величины удельного увеличения массы в зависимости от количества таллия в сплаве АМг2, времени и температуры. Показано, что добавки таллия и повышение температуры увеличивают скорость окисления исходного сплава в твердом состоянии. Кажущаяся энергия активации процесса окисления алюминиевого сплава АМг2 составляет 100 кДж/моль и уменьшается до 47,90 кДж/моль для сплава с 1,0 мас. % таллия. Кривые окисления алюминиевого сплава АМг2 с таллием в твердом состоянии описываются полиномами, свидетельствующими о гиперболическом механизме данного процесса.

Ключевые слова: алюминиевый сплав АMГ2, таллий, термогравиметрический метод, твердое состояние, кинетика окисления, истинная скорость окисления, энергия активации окисления, изохронны окисления, механизм окисления, сплав.

Ганиев Изатулло Наврузович (Душанбе, Республика Таджикистан) – доктор химических наук, профессор, академик НАНТ, завлабораторией Института химии им. В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана, e-mail: ganievizatullo48@ gmail.com.

Зокиров Фуркатшох Шахриерович (Душанбе, Республика Таджикистан) – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры физики Таджикского технического университета им. академика М.С. Осими, e-mail: Zokirov090514@mail.ru.

Шарипова Хилола Якубовна (Душанбе, Республика Таджикистан) – препадаватель кафедры химии Хатлонского государственного медицинского универ­ситета, г. Дангара.

Иброхимов Насимжон Файзуллоевич (Душанбе, Республика Таджикистан) – кандидат технических наук, и.о. доцента кафедры материаловедения, металлургических машин и оборудования Таджикского технического университета им. академика М.С. Осими, e-mail: nasimqon@mail.ru.

1. Сваривающиеся алюминиевые сплавы: свойства и применение / Д.И. Байков, Ю.С. Золотаревский, В.Л. Руссо [и др.]. – Л.: Судпромгиз, 1959. – 236 с.

2. Алюминиевый информационный портал: сайт. – 2017. – URL: http://aluminium-guide.ru.

3. Механические свойства сплава АМг5 в ультрамелкозернистом состоянии, полученного перемешивающей фрикционной обработкой листового проката различной толщины / А.А. Елисеев, Т.А. Калашникова, А.В. Филиппов [и др.] // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 12. – С. 278–283.

4. Влияние содержания галлия, индия и таллия на анодное поведение алюминиевого сплава АБ1 (Al+1%Вe) в нейтральной среде / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, Х.О. Одиназода, А.М. Сафаров, М.З. Кур­бо­нова // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2018. – № 2(24). – С. 22–26.

5. Повышение анодной устойчивости сплава АБ1 (Al+1%Be) легированием индием / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, Х.О. Одиназода, А.М.  Сафаров // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2018. – Т. 22, № 8. – С. 123–130.

6. Потенциодинамическое исследование сплава AБ1, легированного индием, в среде электролита
3%-ного NaCl / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, Х.О. Оди­назода, А.М. Сафаров // Известия АН Республики Таджикистан. – 2018. – № 1(170). – С. 78–83.

7. Кинетика окисления сплава Al+1%Be, легированного галлием, в твердом состоянии / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, А.М. Сафаров, Х.Х. Азимов // Вестник Таджикского национального университета. – 2017. – № 1/3. – С. 134–138.

8. Анодное поведение сплава Al+1%Be, легированного празеодимом и неодимом, в среде электролита 3%-ного NaCl / Р.Д. Исмонов, И.Н. Ганиев, Х.О. Оди­наев, А.М. Сафаров // ДАН РТ. – 2016. – Т. 59, № 1–2. – С. 67–75.

9. Kofstad P. Oxidation of Metals determination of activation energies / Acta. Chem. Scond. – 1958. – Vol. 12, no. 4. – P. 239.

10. Чистяков Ю.Д., Мальцев М.В. Электронографическое изучение процессов окисления алюминиевых сплавов // Кристаллография. – 1957. – Т. 2, вып. 5. – С. 628–633.

11. Взаимодействие жидких металлов и сплавов с кислородом / Б.Ш. Белоусова, В.М. Денисов, С.А. Истомин [и др.]; УрОРАН. – Екатеринбург, 2002. – 600 с.

12. Лепинских Б.М., Киташев А., Белоусов А.А. Окисление жидких металлов и сплавов. – М.: Наука, 1979. – 116 с.

13. Лепинских Б.М., Киселев В.И. Об окислении жидких металлов и сплавов кислородом из газовой фазы // Известия  АН СССР. Металлы. – 1974. – № 5. – С. 51–54.

14. Лепинских Б.М., Белоусов А.А. Физико-хими­ческие свойства жидких сплавов щелочноземельных металлов с алюминием // Труды Института металлургии УНЦ АН СССР. – 1978. – № 31. – С. 29–39.

15. Белоусов А.А., Лепинских Б.М. Изучение кинетики окисления жидких сплавов барий–алюминий / Рукопись деп. в ВИНИТИ. – № 555-76.

16. Радин А.Я., Радин А.Я. Исследование кинетики окисления алюминиевых сплавов в жидком состоянии // Вопросы технологии литейного производства. – 1961. – Вып. 49. – С. 98–118.

17. Максименко В.И., Максименко Л.С. Исследование кинетики окисления алюминия и его сплавов в жидком состоянии // Новое в теории и технологии металлургических процессов. – Красноярск, 1973. – С. 16–20.

18. Умаров М.А., Ганиев И.Н., Бердиев А.Э. Кинетика окисления сплавов свинца с магнием, в твердом состоянии // Известия Санкт-Петербургского государственного технического института (технологического университета). – 2016. – № 35 (61). – С. 34–38.

19. Кинетика окисления сплава Al+6%Li, модифицированного лантаном, в твердом состоянии / Ш.А. Назаров, И.Н. Ганиев, И. Калляри, А.Э. Бердиев, Н.И. Ганиева // Металлы. – 2018. – № 1. – С. 34–40.

20. Ганиев И.Н., Ганиева Н.И., Эшова Д.Б. Особенности окисления алюминиевых расплавов с редкоземельными металлами // Металлы. – 2018. – № 3. – С. 39–47.

21. Кинетика окисления алюминиевого сплава АК12М2, модифицированного барием, в твердом состоянии / Ф.Ш. Зокиров, И.Н. Ганиев, М.М. Сангов, А.Э. Бердиев // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). – 2020. – № 55 (81). – С. 28–33.

22. Кинетика окисления твердого сплава АК7М2, легированного германием / А.Э. Бердиев, И.Н. Ганиев, С.С. Гулов, М.М. Сангов // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. – 2013. – Т. 56, № 3. – С. 28–30.

23. Ганиев И.Н., Муллоева Н.М., Эшов Б.Б. Кинетика окисления сплавов Pb–Ca, в жидком состоянии // Журнал физической химии. – 2013. – Т. 87, № 11. – С. 1894–1897.

24. Влияние кальция на кинетику окисления сплава АК12М2 в твердом состоянии / Ф.Ш. Зокиров, И.Н. Ганиев, Н.И. Ганиева, М.М. Сангов // Вестник Таджикского национального университета. – 2018. – № 4. – С. 130–138.

25. Окисление сплавов системы Al–Ge, в жидком состоянии / Н.С. Олимов, И.Н. Ганиев, З.Р. Обидов, М.Ч. Ширинов // Расплавы. – 2015. – № 4. – С. 19–26.

26. Норова М.Т., Ганиев И.Н., Эшов Б.Б. Кинетика окисления сплава АMг0.2 с лантаном, празеодимом и неодимом, в твердом состоянии // Известия Санкт-Петербургского государственного технического института (технологического университета). – 2018. –
№ 44 (70). – С. 35–39.

27. Пулотов П.Р., Эшов Б.Б. Окисление промышленного сплава АМг3 с добавками редкоземельных металлов // Известия АН Республики Таджикистан. –
2017. – № 4 (169). – С. 81–89.

Сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением является одним из самых опасных факторов, разрушающих детали металлических конструкций при добыче углеводородов. В настоящее время количество коррозионного фонда скважин, содержащих H2S, увеличивается, а применение ингибиторов коррозии не приносит ожидаемого эффекта. Подбор резистентных материалов является основным эффективным способом повышения живучести оборудования с увеличением наработки в условиях агрессивной среды H2S. Часто скважинные условия представляют собой набор осложненных факторов, оказывающих комплексное воздействие на материалы конструкций. В связи с этим разработан ряд экспериментальных процедур для оценки восприимчивости материалов к СКРН. Результаты этих тестов можно использовать для сравнения чувствительности различных металлов в специальных условиях и учитывать при выборе наиболее подходящего.

Для рассмотрения предложены общие теоретические сведения о причинах агрессивного воздействия сероводорода, отечественные и международные нормативные документы для выбора и тестирования материала в условиях кислой среды H2S, методы испытания, оборудование, схемы и стандартные образцы.

Значимые достижения в разработке стандартов принадлежат Американской национальной ассоциации инженеров-коррозионистов NACE, которая в настоящее время осуществляет деятельность в 130 странах мира. Первая международная конференция на территории России состоялась сравнительно недавно – 30 мая 2019 г. – в Политехническом университете им. Петра Великого (г. Санкт-Петербург). На сегодняшний день международный опыт тестирования материалов в среде H2S мало изучен в Российской Федерации, поэтому в статье большое внимание уделяется именно зарубежнным методикам испытаний.

Ключевые слова: H2S, сероводород, СКРН, водородное охрупчивание, NACE TM0177, NACE TM0198, NACE TM0284, NACE TM0316, NACE MR0175, коррозионные испытания, агрессивная среда, разрушение.

Мольцен Станислав Николаевич (Пермь, Россия) – студент Пермского национального исследовательского политехнического университета, директор по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», e-mail: stanislav@vputehod.ru.

Кравченко Андрей Владимирович (Пермь, Россия) – студент Пермского национального исследовательского политехнического университета, инженер по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», e-mail: andrew@vputehod.ru.

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

Полежаев Роман Михайлович (Пермь, Россия) –соискатель кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета, технический директор АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», e-mail: prm@elkam.ru.

Погорелов Егор Владимирович (Ижевск, Россия) – начальник отдела качества АО «Удмуртнефть», e-mail: EVPogorelov@udmurtneft.ru.

1. Ивановский В.Н. Теоретические основы процесса коррозии нефтепромыслового оборудования // Инженерная практика. – 2010. – № 6. – С. 4–14.

2. Савченков А.Л. Первичная переработка нефти и газа: учеб. пособие / ТюмГНГУ. – Тюмень, 2014. – 128 с.

3. Якимов С.Б. Виды коррозии корпусов ПЭД и ЭЦЕН на месторождениях ТНК-ВР // Инженерная практика. – 2010. – № 6. – С. 48–55.

4. Иоффе А.В., Липатов Р.А., Зырянов А.О. Надежность элементов погружного оборудования при эксплуатации в условиях коррозионно-активных сред. Расследование причин преждевременных отказов // Инженерная практика. – 2017. – № 1-2. – С. 30–42.

5. Новые разработки АО «ПНТЗ» в рамках системы выбора материалов OCTG для эксплуатации в агрессивных средах // Территория Нефтегаз. Материаловедение. – 2020. – № 1 (43). – С. 18–34.

6. Георгиев М.Н., Симонов Ю.Н. Трещиностойкость железоуглеродистых сплавов: монография. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 419 с.

7. Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н., Симонов М.Ю. Основы физики и механики разрушения. – Пермь:
Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 184 с.

8. Шрейдер А.В., Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. Влияние водорода на нефтяное и химическое оборудование. – М.: Машиностроение, 1976. – 144 с.

9. Саакиян Л.С., Ефремов А.П. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии. – М.: Недра, 1985. – 206 с.

10. Гоник А.А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. – М.: Недра, 1976. – 192 с.

11. Каллистер У., Ретвич Д. Материаловедение: от технологии к применению (металлы, керамика, полимеры): пер. с англ. яз. / под ред. А.Я. Малкина. – СПб.: Научные основы и технологии, 2011. – 896 с.

12. Brown B.F. Stress corrosion cracking control measures / University of Michigan Library. – Michigan, 1976. – 86 p.

13. Арчаков Ю.И. Водородная коррозия стали. – М.: Металлургия, 1985. – 192 с.

14. Артамошкин C.B., Астафьев В.И., Тетюева Т.М. Влияние микроструктуры и неметаллических включений на склонность низколегированных сталей к сульфидному разрушению под напряжением // Физико-химическая механика материалов. – 1991. – Т. 2.7, № 6. – С. 60–66.

15. Хайдерсбах Р. Защита от коррозии и металловедение оборудования для добычи нефти и газа: пер. с англ. яз / под ред. Ф.М. Хуторянского; ЦОП «Профессия». – СПб., 2015. – 480 с.

16. Hara T., Asahi H., Kaneta H. Galvanic corrosion in oil and gas environments // Paper presented at the CORROSION 96, Denver, Colorado, March 1996. – Denver, Colorado, 1996. – Paper Number: NACE-96063.

17. Иофа З.А., Кам Фан Лыонг О механизме ускоряющего действия сероводорода на реакцию разряда ионов водорода на железе // Защита металлов. – 1974. – Т. 10, № 1. – С. 17–21.

18. Иофа З.А., Кам Фан Лыонг Влияние сероводорода, ингибитора и рН среды на скорость электрохимических реакций и коррозию железа // Защита металлов. – 1974. – Т. 10, № 3. – С. 300–303.

19. ASM Handbook. Corrosion: fundamentals, testing, and protection / eds. S.D. Cramer, B.S. Covino; Metals Park, OH: ASM International. – 2003. – Vol. 13A. – 2597 p.

20. Smart J. Corrosion failure of offshore steel platforms // Materials Performance. – 1980. – Vol. 19. –
P. 41–48.

21. Kelly J. Stainless steel // Handbook of Materials Selections / ed. M. Kutz. – New York: Wiley, 2004. – P. 77.

22. Norsworthy R. Selection and use of coatings for underground or submersion service // Uhlig’s Corrosion Handbook / ed. R.W. Revie. – 3rd ed. – John Wiley & Sons, 2000. – P. 166–181.

23. Roberge P.R. Corrosion basics: an introduction. – 2nd ed. – Houston, TX: NACE International, 2006. – 364 p.

24. Оценка склонности сталей к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением / В.И. Аста­фьев, Д.Ю. Рагузин, Т.В.Тетюева, П.С. Шмелев // Зав. лаборатория. – 1994. – № 1. – С. 37–40.

25. Wicks M., Fraser J.P. Entrainment of water by flowing oil // Materials Performance. – 1975. – No. 14 (5). – Р. 9–12.

26. Романив О.Н., Никифорчин Г.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. – М.: Металлургия, 1986. – 292 с.

27. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций коррозии под напряжением. – М.: Машиностроение, 1990. – 387 с.

28. Испытания сталей и сварных соединений в наводороживающих средах / О.И. Стеклов, Н.Г. Бодрихин, В.М. Кушнаренко [и др.]. – М.: Металлургия, 1992. – 127 с.

29. Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии: справ. изд. / под ред. Б.В. Строкана, А.М. Сухотина. – Л.: Химия, 1987. – 280 с.

Целью работы является изучение движения сыпучих сред во вращающемся цилиндре с образованием агломератов и гранул. Для изучения этого процесса применяется компьютерное моделирование методом дискретных элементов. Одной из ключевых проблем, требующих больших вычислений, является задача поиска контактов для одной частицы. Поиск контактов может потребовать существенно больше вычислительного времени, чем непосредственные вычисления результатов взаимодействия частиц. Для сокращения области поиска контактов при моделировании сыпучих сред методом дискретных элементов обычно используется деление всего физического объема, в котором происходит моделирование, на ячейки с помощью наложения 2D- или 3D-сетки. Определение наиболее эффективного метода построения сетки для деления рассматриваемой области и подбора характеристик сетки может существенно снизить время расчетов. Поиск контактов для каждой частицы ограничивается областью, состоящей из соседних ячеек. Исследуется эффективность численного метода при разных характеристиках вычислительной сетки. В результате сравнения способов построения сетки сделаны следующие выводы. Для моделирования движения сыпучих сред во вращающемся цилиндре с горизонтальной осью и ограниченной глубиной цилиндра наиболее эффективным является алгоритм поиска, при котором применяется 2D-сетка с размером стороны ячейки, равным радиусу минимальной частицы. Для моделирования движения сыпучих сред во вращающемся цилиндре с глубиной цилиндра, имеющей размер больший, чем диаметр цилиндра, наиболее эффективным является алгоритм поиска, при котором применяется
3D-сетка с размером стороны ячейки, равным радиусу максимальной частицы.

Ключевые слова: алгоритм, контакт, сетка, метод дискретных элементов, моделирование, гранулированный, сыпучий, ячейка, частица, столкновение.

Лобовиков Денис Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер ООО «Конструктив-СП», e-mail: e-mail: ppk2004@inbox.ru.

Харченко Алексей Васильевич (Пермь, Россия) – кандидат физико-математических наук, специалист по математическому моделированию ООО «Конструктив-СП», e-mail: hav@bk.ru.

Матыгуллина Елена Вячеславовна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: matik68@rambler.ru.

1. Buchholtz1 V., Freund J.A., Poschel T. Molecular dynamics of comminution in ball mills // Eur. Phys. J. – 2000. – Vol. B 16. – P. 169–182.

2.  Coefficient of restitution of colliding viscoelastic spheres / R. Ramırez, T. Poschel, N.V. Brilliantov, T. Schwa­ger // PHYSICAL REVIEW E. – 1999. – Vol. 60, no. 4. – P. 4465–4472.

3. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. – М.: Химия, 1982. – 272 с.

4. Паронян В.Х., Гринь В.Т. Технология синтетических моющих веществ. – М.: Химия, 1984. – 224 с.

5. Зимон А.Д., Андрианов Е.И. Аутогезия сыпучих материалов. – М.: Металлургия, 1978. – 287 с.

6. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. – 829 с.

7. Исследование процесса получения сферических гранул носителей катализаторов методом окатывания в планетарном грануляторе / Б.Л. Храмов, А.М. Ханов, Д.В. Лобовиков, С.М. Галилеев. // Химическая промышленность. – 2000. – № 12. – С. 5–9.

8. Планетарный гранулятор: пат. 2191064 Рос. Федерация: МКИ 7 B 01 J 2/12 / Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. – № 2001115944; заявл. 09.06.2001; опубл. 20.10.2002, Бюл. № 29.

9. Планетарный гранулятор: пат. 2209661 Рос. Федерация: МКИ 7 B 01 J 2/12 / Лобовиков Д.В.,
Ханов А.М., Храмов Б.Л. – № 2002100779, заявл. 08.01.2002; опубл. 10.08.2003, Бюл. № 22.

10. Лобовиков Д.В. Образование гранул в планетарном грануляторе // Конструкции из композиционных материалов. – 2006. – Вып. 4. – C. 55–60.

11. Лобовиков Д.В., Матыгуллина Е.В. Получение композиционных гранулированных материалов в планетарном грануляторе. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 153 с.

12. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Моделирование динамики окатывания частиц сыпучего материала в барабане планетарного гранулятора // Математическое моделирование в естественных науках: тез. докл. 10-й Всерос. конф. молодых ученых / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2001. – C. 66.

13. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Математическая модель окатывания частиц в барабане, движущемся по планетарной траектории // Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений: сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – Вып. 5. – C. 143–153.

14. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Кинетика гранулирования композиции в планетарном грануляторе // Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений: сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – Вып. 5. – C. 134–142.

15. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Условие адгезии упругопластических сферических тел // Вестник Пермского государственного технического университета. Аэрокосмическая техника. – 2002. – № 13. – C. 67–71.

16. Лобовиков Д.В. Влияние изменения параметров на процесс окатывания // Вестник Пермского государственного технического университета. Механика и технология материалов и конструкций. – 2002. – № 5. – C. 263–272.

17. Lobovikov D., Hanov A., Hramov B. Peculiarity of sliding of granular material on the surface of a rotating drum // Proceedings of XXX Summer School Advanced Problems in Mechanics, St.-Petersburg, 27 June–6 Jule
2002. – St.-Petersburg, 2003. – P. 441–446.

18. Lobovikov D. Dry granulation of powder in a drum // XXXI International Summer School. Conference "Advanced Problems in Mechanics": book of abstracts, St.-Petersburg, 22 June–2 July 2003. – St.-Petersburg, 2003. – P. 65–66.

19. Lobovikov D. Experimental data of a granulation in a planetary granulator // XXXII International Summer School. Conference "Advanced Problems in Mechanics": book of abstracts, St.-Petersburg, 24 June–1 July 2004. –
St.-Petersburg, 2004. – P. 68–69.

20. Давление в сыпучем материале при гранулировании в планетарном грануляторе / А.М. Ханов, Д.В. Лобовиков, Л.Д. Сиротенко, Е.В. Матыгуллина // Вестник Пермского государственного технического университета. Проблемы современных материалов и технологий. – 2005. – № 11. – C. 163–169.

21. Buchholtz V., Poschel T. A vectorized algorithm formolecular dynamics of short range interacting particles // International Journal of Modern Physics C. – 1993. –
Vol. 4. – P. 1049.

22. Poschel T., Schwager T. Computational granular dynamics. – New York: Springer Berlin Heidelberg, 2005. – 322 р.

23. Pöschel T., Buchholtz V. Complex flow of granular material in a rotating cylinder // Chaos, Solitons and Fractals. – 1995. – № 4.

24. Schwager T., Poschel T. Contact of viscoelastic spheres // “Friction, Arching, Contact Dynamics”. World Scientific. – Singapore, 1997. – P. 293–299.

25. Cundall P.A., Strack O.D.L. A discrete numerical model for granular assemblies // Geotechnique. – 1979. – Vol. 29. – P. 47.

26. Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. – М.: Высш. шк., 1998. – 368 с.

Алюминиевые сплавы 1420 относятся к сложной системе легирования Al–Mg–Li. Применение сплавов данной группы не ограничивается авиационной промышленностью, эти сплавы используют и в других областях для создания сварных конструкций. Технологии сварки алюминиевых сплавов активно развиваются, несмотря на ряд возникающих трудностей. Для каждого способа сварки трудности, как правило, преодолимы при использовании разных технологических решений. Среди таких решений достаточно важную роль играет сварочный материал – сварочная проволока, обеспечивающая формирование сварного шва. Рассмотрены металлографические исследования и термокинетические расчеты фазового состава сварного шва алюминиевого сплава 1420, полученного аргонодуговой сваркой с применением сварочной проволоки Св-АМг-6. Металлографические исследования выявили дендритное строение сварного шва алюминиевого сплава сложной системы легирования с выделением фаз, заметно меняющимся в областях от центра шва к линии сплавления. Теромокинетические расчеты позволили установить, что температура начала кристаллизации алюминия в сварочной ванне TL = 622 °С и температура конца кристаллизации TS = 551,5 °С. Выявлено, что при температуре T = 642 °С из жидкости начинает образовываться фаза Al6(Mn, Fe), а к моменту начала кристаллизации Al в сварочной ванне его содержание в расплаве шва составляет 1,39 %. К моменту конца кристаллизации происходит выделение следующих фаз: Al3Mg2 - 14,29 %, Al6(Mn,Fe) - 4,64 %, (Al–Mg–Zn–Cu) - 1,62 %, Mg2Si - 1,09 %, Al3(Fe) - 0,05 %.

Ключевые слова: алюминиевые сплавы, сварка, сварные соединения, сварной шов, аргонодуговая сварка, механические свойства, термокинетические диаграммы, легирующие элементы, изотремические диаграммы, фазовый состав.

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

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.

1. Исследование формирования текстуры, микроструктуры и анизотропии свойств в процессе прокатки листов из алюминий-литиевого сплава 1420 / Ф.В. Гречников, Я.А. Ерисов, С.В. Сурудин, М.С. Оглодоков // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2017. – № 6. – С. 45–52.

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

3. Исследование структурно-фазового состава сварных соединений листов алюминий-литиевого сплава В-1469, полученных лазерной сваркой, в зависимости от термообработки / Н.В. Булина, А.Г. Маликов, А.М. Ори­шич, Г.Г. Клочков // Авиационные материалы и технологии. – 2019. – № 2 (55). – С. 31–39.

4. The study of MIG weldability of heat-treated aluminum alloys / Ibrahim Sevim, Fatih Hayat, Yakup Kaya, Nizamettin Kahraman, Sadettin Şahin // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2013. – No. 66. – Р. 1825–1834.

5. Гуреева М.А., Грушко О.Е., Овчинников В.В. Свариваемые алюминиевые сплавы в конструкциях транспортных средств // Заготовительные производства в машиностроении. – 2009. – № 3. – С. 27–41.

6. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах в периоды 1970–2000 и 2001–2015 гг. // МиТОМ. – 2001. – № 1. – С. 5–9.

7. Oladimeji O.O., Taban E. Trend and innovations in laser beam welding of wrought aluminum alloys // Welding in the World. – 2016. – Vol. 60. – P. 415–457.

8. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: Изд-во МИСИС, 1999. – 416 с.

9. Шиганов И.Н., Шахов С.В., Холопов А.А. Лазерная сварка алюминиевых сплавов авиационного назначения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. – 2012. – № 6. – С. 34–50.

10. Рабкин Д.М., Игнатьев В.Г., Довбищенко И.В. Дуговая сварка алюминия и его сплавов. – М.: Машиностроение, 1982. – 95 с.

11. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. – М.: Металлургия, 1979. – 640 с.

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

13. Microstructure and mechanical properties of the welding joint filled with microalloying 5183 aluminum welding wires / Zhen Xu, Zhi-hao Zhao, Gao-song Wang, Chao Zhang, Jian-zhong Cui // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. – June 2014. – Vol. 21, no. 6. – P. 577. DOI: 10.1007/s12613-014-0944-3

14. Study on the burning loss of magnesium in fiber laser welding of an Al-Mg alloy by optical emission spectroscopy / Li Zhou, Mingjun Zhang, Xiangzhong Jin, Honggui Zhang, Cong Mao // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. –
Vol. 88. – Р. 1373–1381.

15. 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. – С. 35–37.

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

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

18. 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.

19. Федосеева Е.М., Ольшанская Т.В., Прохоров П.В. Металлографические исследования сварных швов алюминиевого сплава системы Al–Mg–Li, подвергнутого термовакуумной обработке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2020. – Т. 22, № 1. – С. 40–53. DOI: 10.15593/2224-9877/2020.1.05

20. Анисович А.Г. Применение поляризованного света в анализе металлов и сплавов // Литье и металлы. – 2012. – № 3(67). – С. 146–151.

21. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники фракционной кристаллизации. – М.: Химия, 1986. – 304 с.

22. Федосеева Е.М., Ольшанская Т.В. Термокинетический расчет фазового состава сварных швов алюминиевого сплава 1420 системы Al–Mg–Li. Часть 1. Термокинетический расчет фазового состава сплава 1420 // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2020. – Т. 22, № 4. – С. 48–55. DOI: 10.15593/2224-9877/2020.4.07

23. Вальтер А.И., Шамордин М.В. Влияние параметров охлаждения при кристаллизации на структуру и свойства алюминиевых сплавов // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2017. – Вып. 1. – С. 166–170.

Одним из приоритетных направлений развития современного машиностроения является переход к передовым цифровым и интеллектуальным производственным технологиям, и доминирующее положение в них занимают аддитивные технологии. На сегодняшний день направление развития аддитивных технологий вышло за рамки научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, что, в свою очередь, позволяет рассматривать их как самостоятельный производственный процесс или же как минимум реализацию технологических процессов производства. Неотъемлемой частью современного отечественного машиностроения является производство вооружения, военной и специальной техники. Аддитивные технологии рассмотрены как перспективный экономически эффективный метод изготовления металлических изделий с целью повышения технологичности производственных процессов изготовления современных образцов вооружения, военной и специальной техники. Показаны преимущества производства изделий из металла методом послойного синтеза в сравнении с уже существующими и устоявшимися методами, применяемыми в специальном машиностроении в настоящее время. Проведено сравнение категорий аддитивных технологий с различными методами реализации, различными источниками тепловой энергии и различными формами материала. Определены возможные пути повышения эксплуатационных характеристик надежности и долговечности как уже существующих образцов вооружения, военной и специальной техники, так и находящихся в процессе проектирования и опытного производства, за счет применения аддитивных технологий при изготовлении деталей и сборочных единиц из металлов и сплавов, которые ранее не применялись в традиционных технологиях из-за низкой экономической эффективности. Проведен анализ возможности и целесообразности применения аддитивных технологий в качестве реализации технологических процессов производства вооружения, военной и специальной техники предприятиями отечественного военно-промышленного комплекса.

Ключевые слова: сварочные технологии, аддитивные технологии, вооружение, военная и специальная техника, машиностроение, лазер, электронный луч, плазменная дуга, электрическая дуга, технологии послойного синтеза, формообразование, цифровое производство.

Войнов Павел Сергеевич (Пермь, Россия) – адъюнкт адъюнктуры (очного и заочного обучения) факультета подготовки кадров высшей квалификации и дополнительного профессионального производства образования Пермского военного института войск национальной гвардии Российской Федерации, e-mail: vounovps@rambler.ru.

Беленький Владимир Яковлевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; профессор Пермского военного института войск национальной гвардии Российской Федерации, e-mail: vladimirbelenkij@yandex.ru.

Белинин Дмитрий Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: 5ly87@mail.ru.

Варушкин Степан Владимирович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер кафедры сварочного производства, метрологии и конструкционных материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail:  stepan.varushkin@mail.ru.

1. Kovacevic R., Beardsley H. Process control of 3D welding as a droplet-based rapid prototyping technique. – URL: https://repositories.lib.utexas.edu/bitstream/handle/21 52/73429/1998-06-Kova­ce­vic.pdf (accessed 6 April 2021).

2. Schmidt J., Dorner H., Tenckhoff E. Manufacture of complex parts by shape welding // J. Nucl. Mater. – 1990. – Vol. 171, no. 1. – P. 120–127.

3. Erve M., Schmidt J. Modern manufacturing techniques in fabrication of components for advanced water cooled reactors // Atomic I., Agency E. Mater. for Advanced Water Cooled Reactors. – 1992. – P. 133–142.

4. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests / D. Ding, Z. Pan, D. Cuiuri, H. Li // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. – Vol. 81, iss. 1-4. – P. 465–481.

5. Thermo-mechanical analysis of wire and arc additive layer manufacturing process on large multi-layer parts / J. Ding, P. Colegrove, J. Mehnen, S. Ganguly, P.M. Sequeira Almeida, F. Wang, S. Williams // Computational Materials Science. – 2011. – Vol. 50, iss. 12. – P. 3315–3322.

6. Wire plus arc additive manufacturing / S.W. Williams, F. Martina, A.C. Addison, J. Ding, G. Pardal, P. Colegrove // Materials Science and Technology. – 2016. – Vol. 32, iss. 7. – P. 641–647.

7. Advanced electron beam free form fabrication methods & technology / S. Stecker, K. Lachenberg, H. Wang, R. Salo // AWS Welding Show. – Atlanta (GA), 2006. – P. 35–46.

8. Syed W.U.H., Pinkerton A.J., Li L. Combining wire and coaxial powder feeding in laser direct metal deposition for rapid prototyping // Appl. Surf. Sci. – 2006. – Vol. 252(13). – P. 4803.

9. Fabrication of inclined thin-walled parts in multi-layer single-pass GMAW-based additive manufacturing with flat position deposition / J. Xiong, Y.Y. Lei, H. Chen, G.J. Zhang // J. Mater. Process. Technol. – 2017. – Vol. 240. – P. 397–403.

10. A review on powder bed fusion technology of metal additive manufacturing / V. Bhavar, P. Kattire,
V. Patil, S. Khot, K. Gujar, R. Singh // 4th International Conference and Exhibition on Additive Manufacturing Technologies, Bangalore, India, September 1-2 2014. – Bangalore, India, 2014. – P. 1–2.

11. Additive manufacturing of steel alloys using laser powder-bed fusion / M. Jamshidinia, A. Sadek, W. Wang, S. Kelly // Adv. Mater. Process. – 2015. – Vol. 173(1). – P. 20–24.

12. Density of additively-manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400 W / C. Kamath, B. El-dasher, G.F. Gallegos, W.E. King, A. Sisto // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2014. –
Vol. 74(1–4). – P. 65–78.

13. Laser powder-bed fusion additive manufacturing: physics of complex melt flow and formation mechanisms of pores, spatter, and denudation zones / S.A. Khairallah,
A.T. Anderson, A. Rubenchik, W.E. King // Acta Mater. – 2016. – Vol. 108. – P. 36–45.

14. Mower T.M., Long M.J. Mechanical behavior of additive manufactured, powder-bed laser-fused materials // Mater. Sci. Eng. A. – 2016. – Vol. 651. – P. 198–213.

15. Overview of modelling and simulation of metal powder bed fusion process at Lawrence Livermore National Laboratory / W. King, A. Anderson, R. Ferencz, N. Hodge, C. Kamath, S. Khairallah // Material Science and Techno­logy. – 2015. – Vol. 31, no. 8. – P. 957–968.

16. An experimental investigation into additive manufacturing-induced residual stresses in 316L stainless steel / A. Wu, D. Brown, M. Kumar, G. Gallegos, W. King // Metall. Mater. Trans. – 2014. – Vol. 45A. – P. 1–11.

17. Baufeld B., Van der Biest O., Gault R. Additive manufacturing of Ti–6Al–4V components by shaped metal deposition: Microstructure and mechanical properties // Materials & Design. – 2010. – Vol. 31. – P. 106–111.

18. Macroscopic modelling of the selective beam melting process / D. Riedlbauer, J. Mergheim, A. McBride, P. Steinmann // Proc. Appl. Math. Mech. – 2012. – Vol. 12, no. 1. – P. 381–382.

19. Поздеев А.А., Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения: теория и приложения. – М.: Наука, 1982. – 112 с.

20. Toward an integrated computational system for describing the additive manufacturing process for metallic materials / R. Martukanitz, P. Michaleris, T. Palmer,
T. DebRoy, Z.-K. Liu, R. Otis [et al.] // Addit. Manuf. –
2014. – Vol. 1. – P. 52–63.

21. Sciaky Inc. Electron beam additive manufacturing (EBAM) – Advantages of Wire AM vs. Powder AM. – URL: http://additivemanu­facturing.com/2015/10/14/electron-beam-ad­ditive-manu­fac­turing-ebam-advantages-of-wire-am-vs-pow­der-am/ (accessed 6 April 2021).

22. Sciaky Inc. EBAM drives innovation for many applications and industries. – URL: https://www.sciaky.com/ additive-manufactu­ring/appli­ca­tions-industries (accessed 6 April 2021).

23. Jhavar S., Jain N.K., Paul С.P. Development of micro-plasma transferred arc (p-PTA) wire deposition process for additive layer manufacturing applications // Journal of Materials Processing Technology. – 2014. – Vol. 214, no. 5. – P. 1102–1110.

24. Selective laser melting of aluminium components / E. Louvis [et. al.] // Journal of Materials Processing Technology. – 2011. – Vol. 211. – P. 275–284.

25. Capabilities and performances of the selective laser melting process / S.L. Campanelli [et al.]. – URL: http://cdn.intechopen.com/pdfs/12285/InTech-Capabilities_ and_performances_of_the_selective_laser_melting_process.pdf (accessed 6 April 2021).

26. Анализ структуры образцов, полученных DMLS- и SLM-методами быстрого прототипирования / Ю.А. Безобразов, М.А. Зленко, О.Г. Зотов [и др.] // Инновационные технологии в металлургии и машиностроении: материалы 6-й Междунар. молодеж. науч.-практ. конф., г. Екатеринбург, 29 октября – 1 ноября 2012 г. / Урал. науч.-пед. шк. им. проф. А.Ф. Головина. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2012. – С. 154–157.

27. On the role of melt flow into the surface structure and porosity development during selective laser melting / C. Qiu, C. Panwisawas, M. Ward, H.C. Basoalto,
J.W. Brooks, M.M. Attallah // Acta Materialia. – 2015. –
Vol. 96. – P. 72–79.

Известны два подхода к решению вопросов кинематики карданных передач. В первом случае карданная передача рассматривается как пространственный механизм с постоянными углами между осями карданных валов. Этот подход приемлем в случае рассмотрения карданной передачи при движении в кривых участках пути малого радиуса. При втором подходе карданная передача рассматривается как плоская карданная передача с переменными углами между осями карданных валов. Достаточно часто карданные передачи используются в случаях, когда при эксплуатации машин может изменяться угол излома либо расстояние между осями ведущего и ведомого валов передачи. В подобных условиях кинематические и динамические характеристики трансмиссии существенно зависят от режимов ее движения. При увеличении угла излома карданного вала заметно увеличивается неравномерность вращения и уменьшается среднее значение угловой скорости. Поскольку при увеличении угла излома карданной передачи увеличивается неравномерность вращения ведомого вала, из-за неравномерности угловых скоростей уменьшается область их применяемости, а снижение уровня крутильных колебаний достигается только за счет применения гасителей крутильных колебаний. Рассмотрена карданная передача, состоящая из одного карданного шарнира; получено уравнение движения карданного шарнира с учетом угла излома карданной передачи и график зависимости угла поворота карданного шарнира на один оборот от угла перекоса валов карданной передачи и угловой скорости. Разработаны расчетные динамические модели и получены значения собственных частот колебаний карданной передачи с одним карданным шарниром и карданной передачи с двумя карданными шарнирами. Получены графики зависимости углов излома карданной передачи от частоты собственных колебаний карданной передачи с одним карданным шарниром и с двумя карданными шарнирами.

Ключевые слова: уравнение движения, карданный шарнир, карданная передача, кинематика, динамика, собственные частоты колебаний, динамическая модель, нерезонансные условия работы, шарниры неравных угловых скоростей, дифференциальные уравнения Лагранжа, угол поворота карданной передачи.

Кукушкин Евгений Владимирович (Красноярск, Россия) – старший преподаватель кафедры основ конструирования машин Сибирского государственного университета им. академика М.Ф. Решетнева, e-mail: ironjeck@mail.ru.

1. Чудаков Е.А. Расчет автомобиля. – М.: Машгиз, 1947. – 450 с.

2. Лысов М.И. Карданные механизмы. – М.: ОНТИ, 1945. – 280 с.

3. Лысов М.И. Карданные передачи автомобиля. – М.: Машгиз, 1961. – 320 с.

4. Малаховский Н.Э. Карданные передачи. – М.: Машгиз, 1952. – 220 с.

5. Цитович И.С. Исследование кинематики и динамики карданной передачи автомобиля: дис. ... канд. техн. наук. – М., 1948. – 147 с.

6. Цитович И.С., Альгин В.Б. Динамика автомобиля. – Минск: Наука и техника, 1981. – 107 с.

7. Лапшин С.А. Некоторые нагрузки в трансмиссии автомобиля, вызванные работой карданной передачи // Труды НАМИ. – 1965. – Вып. 72. – С. 60.

8. Лапшин С.А. Основные направления повышения долговечности карданных передач тракторов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. – М., 1976. – 33 с.

9. Лапшин С.А., Борисов С.Г. Пути повышения долговечности карданных передач тракторов // Тракторы и сельхозмашины. – 1971. – № 4. – С. 15–17.

10. Кручек Д.Н., Курилкин В.В. Кинематика карданных передач локомотивов // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2006. – № 3 (8). –
С. 37–44.

11. Кожевников С.Н., Перфильев П.Д. Карданные передачи. – Киев: Техника, 1978. – 264 с.

12. Павленко А.П. Кинематика карданной передачи с упругими сочленениями и переменными углами излома валов // Известия вузов. Машиностроение. – 1968. – № 9. – С. 16–20.

13. Кинематика и динамика карданной передачи / А.В. Индейкин, В.А. Кручек, В.C. Доев, Ф.А. Доронин // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2004. – № 2. – С. 61–66.

14. Грудинин В.Г. Анализ кинематики привода с карданной передачей // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2011. –
№ 11 (58). – С. 20–27.

15. Грудинин В.Г. Исследование влияния дополнительных связей в колебательных механических системах вращательного типа // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2011. – № 2. – С. 34–40.

16. Грудинин В.Г. Способ динамического гашения крутильных колебаний, основанный на введении дополнительных связей второго порядка, взаимодействующих с полем инерционных сил // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2011. –
№ 5. – С. 6–15.

17. Козлов Ю.Ю. Кинематика шарнира Гука // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 7. – С. 264–266.

18. Щербинин Ю.П. Снижение уровня крутильных колебаний валопроводов силовых трансмиссий универсальных тягово-энергетических модулей: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07. – М., 2004. – 184 с.

19. Кукушкин Е.В. Математическая модель карданного шарнира для расчета собственных частот колебаний // Решетневские чтения: материалы XXIV Междунар. науч. конф., г. Красноярск, 10–13 ноября 2020 г. / СибГУ науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева. – Красноярск, 2020. – С. 420–422.

20. Кукушкин Е.В. Математическая модель карданной передачи для расчета собственных частот колебаний // Решетневские чтения: материалы XXIV Междунар. науч. конф., г. Красноярск, 10–13 ноября 2020 г. / СибГУ науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева. – Красноярск, 2020. – С. 417–419.

21. Вульфсон И.И. Краткий курс теории механических колебаний / ВНТР. – М., 2017. – 241 с.

22. Ванин В.А., Колодин А.Н., Однолько В.Г. Расчет и исследование динамических характеристик приводов металлорежущих станков / Тамбов. гос. техн. ун-т. – Тамбов, 2012. – 120 с

23. Кукушкин Е.В. Создание унифицированного параметрического ряда типоразмеров карданных шарниров неравных угловых скоростей // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2019. – № 4. –
С. 36–42. DOI 10.15593/24111678/2019.04.04

24. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями. – Киев: Изд-во АН УССР, 1961. – 160 с.

25. Терских В.П. Крутильные колебания валопровода силовых установок. – М.: Высш. шк., 1980. – 408 с.