Рассмотрены вопросы работоспособности впервые внедряемых в РФ тонкостенных штанговых скважинных насосов API. Проанализированы реальные случаи коррозионной усталости штоков насосных при работе в условиях циклического нагружения в агрессивных средах, приводящей к преждевременному разрушению. Высокий комплекс механических свойств, как и удовлетворительное металлургическое качество, не способны предотвратить усталостное разрушение, а лишь отложить его во времени.

Усталость и ее частный, еще более опасный вид, коррозионная усталость, весьма избирательно разрушают детали в наиболее опасных местах, являющих концентраторы напряжений, в том числе конструкционные. Даже в простых деталях напряжения в таких концентраторах, как резьба, превышают более чем пятикратный уровень номинальных напряжений, имеющих место в отдалении от опасных зон концентраций напряжения. Величина концентрации напряжений может быть рассчитана как классическим аналитическим методом по модифицированным формулам Инглиса, так и современными способами компьютеризированного расчета методом конечных элементов. Как ясно из графического вида распределения напряжений, максимально нагруженные микрообъемы материала составляют мизерную долю от всего объема детали.

Коррозионная усталость со свойственными ей коррозионными проявлениями не имеет безопасного предела выносливости за счет развития коррозионных повреждений в виде развивающихся и множащихся кратеров (питтинговая коррозия). Даже незначительные коррозионные повреждения в концентраторах напряжения существенно повышают и без того высокие напряжения.
В рассмотренном примере напряжения после коррозии возросли на 29 % за счет образования коррозионного полусферического кратера на впадине резьбы. В реальности коррозионные повреждения не имеют правильной формы и по всей видимости повышают напряжения еще больше.

Приведены рекомендации по предупреждению коррозионной усталости в виде мероприятий различного уровня сложности: от практически не нуждающихся в дополнительных затратах до требующих систематического организационного освоения и последующего поддержания.

Ключевые слова: усталостное разрушение, коррозионная усталость, питтинговая коррозия, разрушение резьбы, долговечность, штанговый тонкостенный насос, трещиностойкость, метод конечных элементов, улучшение качества, API.

Мольцен Станислав Николаевич (Пермь, Россия) – директор по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», аспирант кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: stanislav@vputehod.ru), член NACE, ORCID: 0000-0002-5269-8119.

Кравченко Андрей Владимирович (Пермь, Россия) – ведущий специалист по качеству АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», аспирант кафедры металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: andrew@vputehod.ru), член NACE, ORCID: 0000-0003-4308-2977.

Симонов Юрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металловедения и термической обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: Simonov@pstu.ru).

1. API 11AX13ed. Спецификация ШГН, сборочных узлов, компонентов и фиттингов.

2. Гарантия качества через контроль критических девиаций микроструктуры / С.Н. Мольцен, А.В. Кравченко, Ю.Н. Симонов, Р.М. Полежаев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. – Т. 23, № 1. – С. 36–45.

3. Shigley J.E., Mischke C.R. Mechanical Engineering Design. – 5th edn. – McGraw-Hill, New York, 1989. – 123 p.

4. Повышение долговечности резьбовых соединений штоков при циклической нагрузке / С.Н. Мольцен, А.В. Кравченко, Ю.Н. Симонов, Р.М. Полежаев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 27–35.

5. Heidersbach, R. Metallurgy and corrosion control in oil and gas production. – Published by John Wiley & Sons, Inc., 2011. – 293 p.

6. Симонов Ю.Н. Физика прочности и механические испытания металлов. – Пермь: Издательство ПНИПУ, 2017.

7. Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н., Симонов М.Ю. Основы физики и механики разрушения: учебное пособие для вузов. – Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2012.

8. Yokobori T. Fatigue Crack Propogation as Successive Stochastic Process // Report Research Inst. Strength Fract. Mater. Tohoku Univ. – 1971. – Vol. 6.

9. Штремель М.А. Прочность сплавов. Ч. 2: Деформация: учебник для вузов. – М.: Изд-во МИСиС, 1997. – 537 с.

10. Штремель М.А. Разрушение: в 2 кн. Кн. 1: Разрушение: моногр. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2015. – 976 с.

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

12. Дефекты и повреждения деталей и конструкций: монография / В.М. Кушнаренко. В.С. Репях,
Оренбург: ОГУ, 2011. – 402 с.

13. ГОСТ 31835–2012. Насосы скважинные штанговые. Общие технические требования. – М., 2012.

14. Tada H., Paris P.C., Irwin G.R. The Stress Analysis of Cracks Handbook. – New York: ASME. 31. NACE, 2000.

15. Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н. Трещиностойкость железоуглеродистых сплавов: монография. – Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2013.

16. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-002-86. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

17. Fatigue Strength-Load Cycle Relationships for Ferrous Material GU¨ LCAN TOKTAS¸ Department of Mechanical Engineering. – Balikesir University, Balikesir, Turkey. Springer.

18. Кунву Ли. Основы САПР (CAD, CAM, CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.

19. Справочник металлиста. Т. 1: Свойства и выбор железа и сталей / Американское общество металловедов. 9-е изд. – 1987. – С. 67.

20. Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский [и др.]; под общей ред. А.С. Зубченко. – М.: Машиностроение, 2001. – 672 с.

21. Irwin G.R. Plastic Zone near a Crack and Fracture Toughness // Proc. 7th Sagamore Conf. – 1960. – P. IV–63. 

22. Рауш, Дж., Дорман, С.Г. Фаваз, С. Методология испытаний для исследования воздействия окружающей среды на коррозионную усталость // КОРРОЗИЯ. – 2019. – Т. 75, вып. 5. – С. 525.

23. Materials Science and Engineering AN INTRODUCTION WILLIAM D. CALLISTER, JR. – Wiley,
2014. – 990 p.

24. Симонов Ю.Н., Симонов М.Ю. Физика Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та,
2020. – 199 с.

25. Atlas of Fatigue Curves, Edited by Howard E. 1990. – 534 p.

26. Анализ и выбор методов испытания сталей на стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением в H2S-содержащих средах /
А.В. Кравченко, С.Н. Мольцен, Ю.Н. Симонов, Р.М. Полежаев, Е.В. Погорелов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. –
Т. 23, № 2. – С. 43–54.

27. Комарова Т.А., Кузьмин Ю.С., Федосов В.Г.
К вопросу о концентрации напряжений в резьбовом соединении главного уплотнения реактора типа ВВЭР. – СПб., 2010.

28. ГОСТ 31825–2012. Штанги насосные, штоки устьевые и муфты к ним. Технические условия. – М., 2012.

29. Feargal Peter Brennan, Fatigue and fracture mechanics analysis of threaded connections. – Department
of Mechanical Engineering University College. – London, 1992. – 402 p.

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

Рассмотрены особенности моделирования энергоемкости пластической деформации работы боковых режущих поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб.

Абразивная разрезка материалов, с точки зрения физических процессов, происходящих в поверхностных слоях разрезаемых заготовок, является одним из самых высокотемпературных и высокопластичных процессов механической обработки. Возникающий при разрезке деформационный процесс отличается напряженным состоянием поверхностного слоя разрезаемой заготовки и может характеризоваться наличием как сжимающих, так и растягивающих напряжений, максимальное значение которых не всегда имеет место на поверхности, а смещается вглубь образованного поверхностного слоя сечения детали и приводит к его изменению.

Установлено, что причинами возникновения напряженного состояния сечения паза является неоднородность пластической деформации и локальный нагрев металла поверхностного слоя, а при наличии превращений – разность объемов возникающих структур. В зависимости от условий разрезки напряженное состояние поверхностного слоя будет определяться либо доминирующим влиянием одного из указанных факторов, либо совместным их действием.

Наблюдаемое неоднородное распределение напряженного состояния поверхностного слоя металла объясняется действием двух факторов – механического (пластической деформации), наводящего только сжимающие напряжения, и теплового (нагрева поверхностного слоя), являющегося причиной образования только растягивающих напряжений.

Приведены результаты исследования закономерностей процесса, которые определяют энергоемкость пластической деформации при абразивной разрезке. Энергоемкость процесса в свою очередь оказывает значительное влияние на ход процесса, в частности на качество и точность изделий.

Представлены аналитические зависимости энергоемкости процесса разрезки, позволяющие впоследствии разработать математические модели определения составляющих силы резания при абразивной разрезке.

Ключевые слова: абразивная разрезка, поверхностный слой, пластическая деформация, энергоемкость, нагрев, срезаемый слой, механическое воздействие, ширина срезаемого слоя, локальная зона сдвига, отрезной круг, моделирование.

Левченко Елена Александровна (Севастополь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» Севастопольского государственного университета (Россия, 299053, Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: ealev1978@mail.ru).

1. Levchenko Е., Pokintelitsa N. Investigation of Thermal Processes in Abrasive Pipe Samplin // МATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01078.
2. Богомолов Н.И. Исследование деформации металла при абразивных процессах под действием единичного зерна // Труды ВНИИАШ. – 1968. – № 7. – С. 74–87.
3. Бокучава Г.В. О влиянии скорости шлифования на стойкость абразивного инструмента // Абразивы и алмазы. – 1964. – № 1. – С.47–53.
4. Богомолов Н.И. Основные процессы при взаимодействии абрази­ва и металла: автореф. дис. … д-ра техн. наук: спец. 05.02.08 «Технология машиностроения». – Киев, 1967, – 46 с.
5. Вульф A.M., Мурдасов A.B. Геометрические параметры режущих элементов абразивных зерен шлифовального круга // Абразивы: науч. техн. реф. сб. – 1968. – Вып. 1.
6. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. – М.: Машиностроение, 1974. – 280 с.
7. Лоладзе Т.Н., Бокучава Г.В. Износ алмазов и алмазных кругов. – М.: Машиностроение, 1967. – 112 с.
8. Калинин Е.П. Теория и практика управления производительностью абразивной обработки с учетом затупления инструмента: дис. … д-ра техн. наук: спец. 05.03.01 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки». – Рыбинск, 2006. – 414 с.
9. Филимонов Л.Н. Высокоскоростное шлифование. – Л.: Машиностроение, 1979. – 248 с.
10. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. – Севастополь: Изд–во СевНТУ, 2012. – 304 с.
11. Левченко Е.А. Экспериментальные исследования радиального износа отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – 2013. – Вип. 139. – C. 148–153.
12. Левченко Е.А., Новоселов Ю.К. Экспериментальные исследования энергосиловых параметров процесса абразивной разрезки труб // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – 2013. – Вип. 140. – C. 52–57.
13. Левченко Е.А. Теплофизическая модель процесса абразивной разрезки труб отрезными кругами // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Вып. 40: Технические науки. – 2013. – С. 70–75.
14. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И., Новоселов Ю.К. Расчет боковой режущей поверхности отрезного круга с учетом износа абразивных зерен // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – 2014. – Вип. 151. – C. 74 – 80.
15. Левченко Е.А. Пути повышения эффективности процесса абразивной разрезки труб с учетом износа вершин зерен отрезного круга // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – 2014. – Вип. 152. – C. 145– 151.
16. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И. Теплофизическая модель процесса абразивной разрезки труб отрезными кругами // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. – 2016. – Вып. № 3. – C. 46–51.
17. Братан С.М., Левченко Е.А. Определение вероятности изнашивания вершины зерна отрезного круга в процессе разрезки труб // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. – 2009. – Вип. 6 (59), част. 1. – С. 40–43. 
18. Левченко Е.А. Теоретическое исследование особенностей работы боковых поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – 2010. – Вип. 107. – C. 114–117.
19. Левченко Е.А., Новоселов Ю.К. Анализ закономерностей удаления металла боковыми сторонами круга при абразивной разрезке труб // Вісник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський національний технічний університет. – 2011. – Вип. 118. – C. 57 – 61.
20. Левченко Е.А. Методика расчета параметров боковых поверхностей отрезных кругов при абразивной разрезке // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. – 2017. – Вып. № 6. – C. 39–45.
21. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И., Харченко А.О. Теория и практика абразивной разрезки труб: монография – М.: Вузовский учебник: ИНФРА-М, 2018. – 142 с.
22.  Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности. -М.: Машиностроение, 1978. – 167 с.
23. Балакин В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения. – М.: Машиностроение, 1980. – 136 с.
24. Папшева Н.Д., Александров М.К., Акушская О.М. Тепловые явления при поверхностном пластическом деформировании // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2010. - Т. 12, № 4 (3). - С. 682–685.
25. Давыдов С.В., Гуляев Ю.В., Симочкин В.В. Влияние теплофизических свойств углеродистых сталей на эвтектоидное превращение аустенита // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2008. – № 1 (17). – С. 4–9.

Изучены однокомпонентные покрытия TiN и TiAlN, полученные PVD-методом. Микроструктурный анализ покрытий проведен с использованием микроскопа Ultra 55, структурный анализ осуществлен на дифрактометре «ДРОН-4», функциональные свойства изучены на приборе Micro-combi tester и трибологической установке AE-5 по схеме «палец – диск». Ионное травление и микроструктурный анализ многослойного покрытия TiAlN–TiN–TiAlN проведены на установке Hitachi IM4000. Определены физико-механические и трибологические свойства однокомпонентных покрытий в зависимости от их фазового состава и структурных характеристик. Выявлен оптимальный фазовый состав слоя TiAlN и слоя TiN, при котором формируется высокая микротвердость, стойкость покрытия к деформациям, низкий коэффициент трения. Так, для слоя TiAlN оптимальным составом является достижение максимальной объемной доли фазы h-Ti3Al2N2, а для слоя TiN оптимальным составом является достижение наибольшей объемной доли фазы с-TiN. Установленные зависимости функциональных свойств покрытий TiN и TiAlN от их фазового состава, параметров микроструктуры послужили основой для проектирования многослойного покрытия TiAlN–TiN–TiAlN. Чередующиеся слои TiAlN и TiN обладают оптимальными фазовыми и структурными характеристиками и комплексом высоких эксплуатационных характеристик. Проведены промышленные испытания штоков запорной арматуры, упрочненных многослойными покрытиями TiAlN–TiN–TiAlN в условиях контактной нагрузки, температуры и воздействии реагентов рабочей среды. Результаты испытаний показали увеличение ресурса службы штоков, упрочненных многослойным покрытием TiAlN–TiN–TiAlN, в сравнении с неупрочненными в 3…3,5 раза.

Ключевые слова: фазовый состав, нанокристаллическая структура, физико-механические характеристики, трибологические свойства, многослойное покрытие, запорная арматура, комбинированные нагрузки.

Сошина Татьяна Олеговна (Лысьва, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технические дисциплины» Лысьвенского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 618900, Лысьва, Оборина, 65-42, e-mail: soshtanya@rambler.ru).

Сошина Ольга Ильинична (Екатеринбург, Россия) – студент Института естественных наук и математики Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Россия, 620002, Екатеринбург,
ул. Куйбышева, 48, e-mail: olga.soshina.12@gmail.com).

Плюснина Виктория Александровна (Лысьва, Россия) – студент Лысьвенского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 618900, Лысьва, ул. Ленина, 2, e-mail: vika.plyusnina2002@mail.ru).

1. Кавалейро А., де Хоссон Д. Наноструктурные покрытия: пер. с англ. – М.: Техносфера, 2011. – 752 с.

2. Microstructure evolution during the isostructural decomposition of TiAlN: a combined in-situ small angle x-ray scattering and phase field study / A. Knutsson, J. Ullb­rand, L. Rogström, N. Norrby, L. Johnson, L. Hultman,
J. Almer, M.P. Johansson, B. Jansson, M. Odén // Journal of Applied Physics. – 2013. – Vol. 113, i. 21. – Р. 1089–7550.

3. Barna P. Formation and characterization of the structure of surface coatings in protective coatings and thin films // Protective coatings and thin films. – 1997. – P. 279–297.

4. Microstructure and mechanical properties of TiN/TiAlN multilayer coatings deposited by arc ion plating with separate targets / Y. Wei, C. Lic, H. Gong, S. Yang // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. –
2011. – Vol. 21, i. 5. – P. 1068–1073.

 The corrosion study of TiN, TiAlN and CrN multilayer coatings deposit on martensitic stainless steel by arc cathodic physical vapour deposition / О. Hossein, E. Reza, A. Fakhreddin, E. Iman // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6(4). – P. 1–13.
Microstructure evolution in multilayer c-TiAlN/ TiN coatings during spinodal decomposition – A phase-field study / J. Zhou, L. Zhang, L. Chen, H. Wu, Y. Du // Journal of Micromechanics and Molecular Physics. – 2016. – Vol. 1, nо. 1. – P. 1–16.

7. Barshilia H.C., Yogesh K., Rajam K.S. Deposition of TiAlN coatings using reactive bipolar-pulsed direct current unbalanced magnetron sputtering // Vacuum. – 2009. – Vol. 83. – P. 427–434.

8. Lateral gradients of phases, residual stress and hardness in a laser heated Ti0.52Al0.48N coating on hard
metal / M. Bartosik, R. Daniel, Z. Zhang, M. Deluca,
W. Ecker, M. Stefenelli, M. Klaus, C. Genzel, C. Mitterer,
J. Keckes // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 206, i. 22. – P. 4502–4510.

9. Comparative study of corrosion and corrosion-wear behavior of TiN and CrN coatings on UNS S17400 stainless steel / O. Hossein, E. Reza, A. Fakhreddin, E. Iman // Corrosion Reviews. – 2018. – Vol. 36 (4). – P. 403–412.

10. Multilayer composition coatings for cutting tools: formation and performance properties / V.P. Tabakov,
A.S. Vereschaka, A.A. Vereschaka // Mechanics and Industry. – 2017. – Vol. 18, № 706. – P. 1–12.

11. Comparison of Laboratory Methodologies to Evaluate Corrosion Inhibitors for Oil and Gas Pipelines / S. Papavinasam, R.W. Revie, M. Attard, A. Demoz, K. Michaelian // Corrosion. – 2003. – Vol. 59 (10). – P. 897–912.

12. Нанокристаллические и нанокомпозитные покрытия, структура, свойства / В.М. Береснев, А.Д. Погребняк, Н.А. Азаренков, В.И. Фареник, Г.В. Кирик // Физическая инженерия поверхности. – 2007. – T. 5,
№ 1–2. – C. 4–28.

13. Decomposition kinetics in Ti1-xAlxN coatings as studied by in-situ X-ray diffraction during annealing / C. Wustefeld, D. Rafaja, M. Dopita, M. Motylenko, C. Baehtz, C. Michotte, M. Kathrein // Surface and Coatings Technology. – 2011. – Vol. 206. – P. 1727–1734.

14. Effect of PVD Process Parameter Interaction on the TiAlN Coating Roughness / N. Rahman, T. Swanson, Mohd. R. Muhamad, P. Briskham, J. Abdul S. Mohamad, A.S. Hasan Basari // Journal of Applied Sciences Research. – 2012. – Vol. 8, № 1. – Р. 283–289.

15. Frictional and wear behaviour of AlCrN, TiN, TiAlN single-layer coatings, and TiAlN/AlCrN, AlN/TiN nano-multilayer coatings in dry sliding / Y. Willey, H.Liew, J.L. Jie, L.Y. Yan, J. Dayou, C.S. Sipaut, M. Faizah // Procedia Engineering. – 2013. – Vol. 68. – P. 512–517.

16. Mo J.L., Zhu M.H. Sliding tribological behavior of PVD hard coatings // Tribology International. – 2008. –
Vol. 41. – P. 1161.

17. Трибомеханические свойства и структура нанокомпозитных покрытий Ti1-xAlxN / В.П. Сергеев,
М.В. Федорищева, А.В. Воронов, О.В. Сергеев, В.П. Яновский, С.Г. Псахье // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Т. 309, № 2. – C. 149–153.

18. Friction coefficient and sliding wear of AlTiN coating under various lubrication conditions / X. Wang, P.Y. Kwon,
D. Schrock, D. Kim // Wear. – 2013. – Vol. 304. – P. 1–67.

19. A new approach to improve the surface properties of H13 steel for metal forming applications by applying the TiAlN multi-layer coating / H. Elmkhah, F. Mahboubi, A.Abdollah-zadeh, A.R. Sabour // Journal of Manufacturing Processes. – 2018. – Vol. 32. – P. 873–877.
20. Tribology of multilayer coatings for wear reduction: A review / M. Khadem, O.V. Penkov, H.Yang, D. Kim // Friction. – 2017. – Vol. 5 (3). – P. 248–262.

21. Tribological and mechanical properties of Ti/TiAlN/TiAlCN nanoscale multilayer PVD coatings deposited on AISI H11 hot work tool steel / M.A. Al-Bukhaiti, K.A. Al-Hatab, W. Tillmann, F. Hoffmann, T. Sprute // Applied Surface Science. – 2014. – Vol. 318. – P. 180–190.

22. Mechanical and tribological properties of TiN/Ti multilayer coating / Y. Cheng, T. Browne, B. Heckerman, C. Bowman, V. Gorokhovsky, E.I. Meletis // Surface Coatings Technology. – 2010. – Vol. 205. – P. 146–151.

23. Chauhan K.V., Rawal S.K. A Review Paper on Tribological and Mechanical Properties of Ternary Nitride based Coatings // Procedia Technology. – 2014. – Vol. 14. – P. 430–437.

24. Kot M., Major L., Lackner J. The tribological phenomena of a new type of TiN/a-C: H multilayer coatings // Materials and Design. – 2013. – Vol. 51. – P. 280–286.

25. Каменева А.Л., Караваев Д.М., Пименова Н.В. Методики изучения трибологических характеристик пленок // Технология металлов. – 2012. – № 2. – С. 34–38.

Одними из первичных измерительных приборов являются разнообразные датчики и преобразователи давления. Давление – один из важнейших параметров, контролируемых в технологических процессах практически всех отраслей экономики: предприятиях нефтедобывающего и перерабатывающего комплекса, современной энергетики, в том числе атомной, машиностроении, жилищно-коммунального хозяйства и других отраслей. Во всех этих случаях измерение давления с более высокой точностью повышает достоверность получаемых результатов измерения. Потребность в приборах измерения давления предприятиями развивающейся промышленности постоянно растет и одновременно требует совершенствования их функциональных возможностей, а также повышения точности.

Датчики давления являются одним из наиболее распространенных видов измерительного оборудования, используются для регистрации давления газовых и жидких сред и применяются в качестве одного из важнейших параметров ведения технологических процессов. В статье подробно описан расчет основных элементов датчика давления мембранного типа, а именно расчет упругой, прочностной характеристики мембраны. Представлена методика расчета деформаций пластины круговой формы переменной толщины. При проектировании мембраны использовался новый подход. Расчет датчика давления опирается на полученное техническое задание по изготовлению датчика, предназначенного для работы в определенных условиях. Это связанно с тем, что удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к материалу мембраны, достаточно сложно, поэтому выбор наиболее подходящего материала зависит от требований, предъявляемых к датчику. Зачастую выбор связан с определенными трудностями, так как немногие материалы имеют единовременно достаточную пластичность и высокую прочностно-упругую характеристику. При выборе материала мембраны приходится ограничиваться удовлетворением лишь наиболее важных требований.

Ключевые слова: деформация, напряжения, условие прочности, мембрана, условие упругости, чувствительный элемент, изгиб, контур, сжатие, растяжение.

Андреев Александр Игоревич (Саратов, Россия) – аспирант кафедры «Технология и системы управления в машиностроении» Саратовского государственного технического университета имени Ю.А. Гагарина (Россия, 410054, Саратов, ул. Политехническая 77, e-mail: aandreew2017@yandex.ru).

Жуков Андрей Владимирович (Саратов, Россия) – бакалавр кафедры «Техническая механика и мехатроника» Саратовского государственного технического
университета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Саратов, ул. Политехническая 77, e-mail: and­reizhukov_164@mail.ru).

Яковишин Александр Сергеевич (Саратов, Россия) – преподаватель кафедры «Технология и системы управления в машиностроении» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. (Россия, 410054, Саратов, ул. Политехническая 77,
e-mail: bazilhadance@mail.ru).

1. Асташенкова О.Н., Корляков А.В. Контроль физико-механических параметров тонких пленок // Нано- и микросистемная техника. – 2013. – № 2. – С. 24–29.
2. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика для средних специальных учебных заведений: учебник. – 4-е изд., испр.–М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. – С. 109.
3. Ильюшин А.А., Ленский В.С., Сопротивление материалов. – М.: Физматгиз, 1959. – 371 с.
4. Асташенкова О.Н. Физико-технологические основы управления механическими напряжениями в тонкопленочных композициях микромеханики: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.27.06. – СПб., 2015. – 12 с.
5. Tamulevicˇius, S. Stress and strain in the vacuum deposited thin films // Vacuum. – 1998. – Vol. 51. – P. 127–139.
6. Механические напряжения в тонких пленках // Обзоры по электронной технике. Серия: Полупроводниковые приборы. – 1981. – Вып. 8 (798). – 63 с.
7. Никифорова-Денисова С.Н., Любушкин Е.Н. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. Кн. 5: Термические процессы: учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1989. – 96 с.
8. Temperature-dependend optical and mechanical properties of obliquely deposited MgF2 thin films/ Chuen-Lin Tien, Tsai-Wei Lin, Hung-Da Tzeng, Yi-Jun Jen, Ming-Chung Lui // Indian Journal & Applied Physics. – 2014. – Vol. 52. – P. 117–123.
9. Палатник Л.С., Фукс М.Я., Косевич В.М. Механизм образования и структура конденсированных пленок. – М.: Наука, 1972. – 319 с.
10. Жигальский Г.П. Физические явления в тонких металлических пленках: учеб. пособие. – М.: Изд-во МГИЭТ (ТУ), 1996. – 193 с.
11. Романов С.А. Механические напряжения в тонких пленках // ЦНИИ «Электроника». – М., 1981. – Вып. 798. – 69 с.
12. Костромин С.В. Низкотемпературная технология получения эпитаксиальных структур карбид кремния на изоляторе на основе композиции ―SiC-AlN‖: дис. … канд. техн. наук: 05.27.06. – СПб., 1997. – 210 с.
13. Гетероструктуры, многослойники и сверхрешетки нелинейных диэлектриков – новая континуальная среда для микроэлектроники нового поколения / В.М. Мухортов, Ю.И. Головко, С.В. Бирюков, С.И. Масычев, В.Б. Широков, А.В. Анохин // Вестник Южного научного центра – Т. 9: Юбилейный выпуск. – 2013. – С. 37–48.
14. Плазменная технология в производстве СБИС / под ред. Н. Айнспрука и Д. Брауна. – М.: Мир, 1987. – 469 с.
15. Технология тонких пленок: справ.: пер. с англ. / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. – М: Сов. Радио, 1977. – Т. 2. – 768 с.
16. Асташенкова О.Н., Корляков А.В. Контроль физико-механических параметров тонких пленок // Нано- и микросистемная техника. – 2013. – № 2. – С. 24–29.
17. Elimination of Stress-Induced Curvature in Thin-Film Structures / Thomas G. Bifano, Harley T. Johnson, P. Bierden, R.K. Mali // Нано- и микросистемная техника. – 2001. – № 6. – С. 32–35.
18. Султонов Ш.Д., Юлдашев Н.Х. Роль внутренних механических напряжений в формировании деформационных характеристик поликристаллических пленок р-(Bi0,5Sb0,5)2Tе3 // ФИП PSE. – 2009. – Т. 7, № 1–2. – С. 123–129.
19. Принц В.Я. Нанооболочки и прецизионные наносистемы на основе напряженных гетероструктур: автореф. д-ра физ.-мат. наук: 01.04.10. – Новосибирск, 2005. – 40 с.
20. Алексеев А.Л. Наноматериалы и нанотехнологии для современной полупроводниковой электроники // Российские нанотехнологии. – 2006. – T. 1, № 1–2.
21. Пат. 2179458 Рос. Федерация, МПК A61M5/32. Микроигла в интегральном исполнении и способ ее изготовления / Принц А.В., Селезнев В.А., Принц В.Я.; заявитель и патентообладатель Институт физики полупроводников СО РАН, Принц В.Я.- № 99111533/14; заявл. 01.06.1999; опубл. 20.02.2002.
22. Сврехпроводящие пленки иттрий-бариевого купрата, выращенные на напряженных подложках / А.В. Захаров, А.Б. Муравьев, И.С. Позыгун, Г.М. Серопян, С.А. Сычев, Е.А. Яшкевич // Вестник НГУ. Серия: Физика. – 2008. – Т. 3, вып. 4. – С. 25–32.
23. A low actuation voltage electrostatic actuator for RF MEMS switch applications / Chia-Hua Chu, Wen-Pin Shih, Sheng-Yuan Chung, Hsin-Chang Tsai, Tai-Kang Shing and Pei-Zen Chang // J. Micromech. Microeng. – 2007. – Vol. 17. – P. 1649–1656.
24. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции: пер. с англ. / под ред. Дж. Поута, Дж. Мейера. – М.: Мир, 1982. – 576 с.
25. Активные и пассивные механические мембраны на основе композиций широкозонных материалов / А.Н. Кривошеева, О.Н. Асташенкова, А.М. Ефременко, А.В. Матузов // Тезисы докладов VI Международного научного семинара «Карбид кремния и родственные материалы» ISSCRM-2009. – Великий Новгород, 2009. – С. 211–213.
26. Кривошеева А.Н. Пассивные и активные мембраны для устройств микросистемной техники: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.27.01. – М., 2007. – 16 с.
27. Физико-технологические основы формирования высокочувствительных нано и микромембранных элементов. – М., 2013. – 117 с.

На основании анализа результатов экспериментальных исследований зависимости температуры резания и поперечной усадки стружки от скорости резания приводится методика назначения скорости резания при черновом точении и растачивании крупногабаритных деталей ракетной техники из титанового сплава ВТ6 с учетом обеспечения безопасных условий обработки на основании регулирования величины усадки стружки. В отличие от большинства конструкционных материалов, усадка стружки у титановых сплавов может быть «отрицательной». То есть может происходить утонение стружки. Это в некоторых случаях может быть опасным, так как образование тонкой стружки и тем более пыли в процессе стружкообразования приводит к ее воспламенению с интенсивным горением. Одним из главных факторов, влияющих на производительность механической обработки, является скорость резания, чем выше скорость, тем выше производительность. Однако при обработке крупногабаритных деталей ракетной техники на предприятии в настоящее время используются металлорежущее оборудование, не имеющее системы охлаждения. Таким образом, во избежание образования «отрицательной» стружки и ее воспламенения необходимо тщательно подбирать режимы резания. В результате исследований установлено, что в зависимости от назначаемой скорости резания необходимо выбирать подачу режущего инструмента таким образом, чтобы толщина получаемой стружки с учетом величины усадки стружки была бы больше 0,07 мм. Для достижения требуемой величины шероховатости обрабатываемой поверхности, в случае увеличения подачи режущего инструмента, необходимо геометрическим образом выбирать величину радиуса скругления при вершине резца.

Ключевые слова: обработка резанием титановых сплавов, сила резания, температура резания, скорость резания, черновое точение, пластическая деформация, коэффициент усадки стружки, экспериментальные исследования, методика выбора режимов резания, «отрицательная» стружка.

Ломаева Татьяна Викторовна (Ижевск, Россия) – старший преподаватель кафедры «Технология производства систем вооружения» Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова (Россия, 426069, Ижевск, ул. Студенческая, 7, e-mail: lomaeva@yandex.ru).

Кугультинов Сергей Данилович (Ижевск, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технология производства систем вооружения» Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова (Россия, 426069, Ижевск,
ул. Студенческая, 7, e-mail: kugultinov2015@mail.ru).

Попов Иван Владимирович (Воткинск, Россия) – заместитель главного технолога АО «Воткинский завод» (Россия, 427430, Воткинск, ул. Кирова, 2, e-mail: iva-popov@yandex.ru).

Свирщев Валентин Иванович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Инновационные технологии машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: svirshchev_vi@pstu.ru).

1. Корягин С.И., Пименов И.В., Худяков В.К. Способы обработки материалов: учебное пособие / Калинингр. ун-т – Калининград, 2000. – 448 с.
2. Петруха П.Г. Резание труднообрабатываемых материалов. – М.: Машиностроение, 1972. – 176 с.
3. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; под ред. А.М. Дальского. – 5-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.
4. Илларионов А.Г., Попов А.А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 137 с.
5. Кугультинов С.Д., Ковальчук А.К., Портнов И.И. Технология обработки конструкционных материалов. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2006. – 671 с.
6. Кугультинов С.Д., Ковальчук А.К., Портнов И.И. Обработка резанием материалов, применяемых в ракетостроении. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 194 с.
7. Повышение эффективности обработки резанием заготовок из титановых сплавов / Н.С. Жучков, П.Д. Беспахотный, А.Д. Чубаров [и др.]. – М.: Машиностроение, 1989. – 152 с.
8. Обработка резанием сталей, жаропрочных и титановых сплавов с учетом их физико-механических свойств. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2018. – 508 с.
9. Ezugwu E., Wang Z. Titanium alloys and their machinability – a review // J Mater Process Technol. – 1997. – Vol. 68. – P. 262–274. DOI: 10.1016 / S0924-0136 (96) 00030-1 Google Scholar
10. Ezugwu E., Bonney J., Yamane Y. An overview of the machinability of aeroengine alloys // J Mater Process Technol. – 2003. – Vol. 134. – P. 233–253. DOI: 10.1016/S0924-0136(02)01042-7
11. Rahman M., Wong Y.S., Zareena A.R. Machinability of titanium alloys // JSME Int J Ser C. – 2003. – Vol. 46. – P. 107–115. DOI: 10.1299/jsmec.46.107
12. Machinability of titanium alloys (Ti6Al4V and Ti555.3) / P.J. Arrazola, A. Garay, L.M. Iriarte, M. Armendia, S. Marya, F. Le Maître // J Mater Process Technol. – 2009. – Vol. 209. – P. 2223–2230. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.06.020
13. Обрабатываемость резанием жаропрочных и титановых сплавов / В.А. Кривоухов, С.В. Егоров, Б.Е. Бруштейн, А.И. Марков, А.Г. Червяков, П.Д. Беспахотный, А.И. Белоусов, А.Д. Чубаров; под ред. В.А. Кривоухова. – М.: Машгиз, 1961. – 244 с.
14. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов / под ред. Н.И. Резникова. – М.: Машиностроение, 1972. – 199 с.
15. Кривоухов В.А., Чубаров А.Д. Обработка резанием титановых сплавов. – М.: Машиностроение, 1970. – 180 с.
16. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов / А.М. Даниелян, П.И. Бобрик, Я.Л. Гуревич, И.С. Егоров; под ред. А.М. Даниеляна. – М.: Машиностроение, 1965. – 308 с.
17. Бармин Б.П. Технология обработки резанием деталей из труднообрабатываемых материалов // Технология, организация и механизация механосборочного производства (НИИИНФОРМТЯЖМАШ). – 1972. – № 2.
18. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов / Н.И. Резников, Е.В. Бурмистров, И.Г. Жарков, А.С. Зыкин [и др.]. – М.: Машиностроение, 1972. – 200 с.
19. Titanium [Электронный ресурс]. – URL: http://www.titanium-fiko.com.ua/EX_R/bars_and_ wire_rus. htm (дата обращения: 27.01.2022).
20. Корнилов И.И. Титан. Источники, составы, свойства, металлохимия и применение. – М.: Наука, 1975. – 310 с.
21. Солонина О.П., Глазунов С.Г. Титановые сплавы. Жаропрочные титановые сплавы. – М.: Металлургия, 1976. – 448 с.
22. Чубаров А.Д., Новиков Н.Н. Деформирование и роль температурного фактора в процессе резания титановых сплавов // Вестник машиностроения. – 1959. – № 9. – С. 55–59.
23. НПАОП 27.4-1.42-62. Правила безопасности при выплавке и обработке титана и его сплавов (утверждены Президиумом ЦК, профсоюза авиационной и оборонной промышленности 30 июля 1962 года). – М., 1962.
24. Kikuchi M. The use of cutting temperature to evaluate the machinability of titanium alloys // Acta Biomater. – 2009. – Vol. 5. – P. 770–775. DOI: 10.1016/j.actbio.2008.08.016
25. Влияние режимов резания на температуру режущей кромки токарных резцов при обработке титановых изделий / С.В. Жиляев, К.А. Копылов, С.Д. Кугультинов, И.В. Попов // Вестник Ижевского государственного технического университета. – 2011. – № 1 (49). – С. 7–10.
26. Шифрин А.Ш., Резницкий Л.М., Обработка резанием коррозионностойких, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. – М. – Л.: Машиностроение, 1964. – 447 с
27. Саломонович Е.Д. Температура резания при обработке на больших скоростях Сб. «Тепловые явления при обработке металлов резанием» / под ред. Е.А. Панкиной. – М.: НТО Машпром, 1959.
28. Lomaeva T.V., Kugultinov S.D. Investigation of cutting modes effect on cutting force while machining titanium alloy BT6 (Russian State Standard GOST 19807-91) // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 38 (4). – P. 1307–1309.

Рассмотрена возможность применения метода ИК-термографии (инфракрасная термография) для выявления скрытого дефекта в авиационной конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Актуальность проблем, рассматриваемых в статье, обусловлена тем, что для выявления скрытого дефекта в основном использовались различные источники теплового нагружения непрерывного действия с последующей поликадровой обработкой термограмм, поскольку большая трудоемкость получения результата и высокие требования к уровню подготовки персонала сдерживали их практическое применение.

Учитывая, что эффективность термографического неразрушающего контроля конструкции зависит от характера теплового воздействия на образец и методики обработки термограмм, в работе комплексно исследовались оба фактора.

Особенностью разработанной методики ИК-термографии выявления скрытого дефекта в композитной конструкции является совместное использование трехимпульсного источника теплового нагружения, позволившего варьировать параметры термического воздействия, и двумерной монокадровой обработки термограмм. В качестве экспериментального образца для отработки методики определения границы дефекта по толщине образца изделий из ПКМ был использован элемент авиационной конструкции с открытыми полостями определенной глубины.

По результатам испытаний был установлен рациональный режим теплового нагружения образца при его облучении и определена эффективная процедура преобразования термограмм для обнаружения дефекта в конструкции, при этом применение разработанной методики осуществимо на операторском уровне.

Работа по содержанию и результатам испытаний имеет особое практическое значение, поскольку позволит применять разработанную методику активного теплового неразрушающего контроля изделий из ПКМ в натурных условиях.

Ключевые слова: активный тепловой контроль, полимерные композиционные материалы, повреждение, трехимпульсный источник теплового нагружения, монокадровая обработка, температурный сигнал, термограмма, термопрофилограмма, процедура преобразования изображения, сегментация.

Корнилов Глеб Андреевич (Жуковский, Россия) – начальник научно-исследовательской лаборатории Центрального аэрогидродинамичесого института имени профессора Н.Е. Жуковского (Россия, 140180, Жуковский, ул. Жуковского, 1, e-mail: gleb.kornilov@tsagi.ru).

1. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. – М.: Спектр, 2013. – 542 с.
2. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В.В. Клюев, Ф.С. Смолин, А.В. Ковалев и др.; под ред. В.В. Клюева. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Мащиностроение, 2005. – 656 с.
3. Montanini R., Aliquo S. Nondestructive evaluation of materials using lock-in and pulse phase infrared thermography // XIX IMEKO Congress Fundamental and Applied Metrology (6-11 September, 2009, Lisbon, Portugal). – 6 p.
4. Chapter 2: Fundamentals of Infrared and Thermal Testing: Part 1. Principles of Infrared and Thermal Testing / X.P.V. Maldague, T.S. Jones, H. Kaplan, S. Marinetti, M. Prystay // Nondestructive Handbook, Infrared and Thermal Testing. – Vol. 3, X. Maldague technical ed., P.O. Moore / ed., 3rd edition. – USA, Columbus, Ohio, ASNT Press, 2001. – 718 p.
5. Фоминцева Ю.В., Нестерук Д.А. Реализация метода тепловых волн в тепловом контроле изделий из композитов // Вестник науки Сибири. – 2014. – № 2 (12). Серия: Инженерные науки. – С. 35–39.
6. Сясько В.А. Возможности применения методов активной термографии для оперативного неразрушающего контроля высокотехнологичных композиционных и металлических изделий в процессе их изготовления и эксплуатации // Сборник трудов 2-й Международной научно-технической конференции «Приборы и методы неразрушающего контроля качества изделий и конструкций из композиционных и неоднородных материалов» (НККМ-2016), Санкт-Петербург, 7–9 декабря 2016 г. – СПб.: СВЕН, 2016. – С. 132–142.
7. Тепловой контроль авиационных конструкций / А.В. Ковалев, В.И. Матвеев, В.В. Кошкин, С.А. Хижняк // MEGATECH. Новые технологии в промышленной диагностике и безопасности. – 2011. – № 2–3. – С. 16–22.
8. Вавилов В.П., Казьмин Е.А. Сравнение методов обработки термоизображений при тепловом неразрушающем контроле // Сборник трудов II Отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов КИМИЛА. – 2017. – С. 28–33.
9. Концептуальные аспекты разработки перечня стандартных образцов из полимерных композиционных материалов для развития методологии активного теплового неразрушающего контроля изделий / М.Ч. Зиченков, И.Е. Ковалев, Н.И. Ковалев, Г.А. Корнилов, А.В. Смотров, С.А. Смотрова // Авиационная промышленность. – 2021. – № 1. – С. 100–106.
10. Hensel TRIA 6000 S Generator Power Pack: руководство пользователя. – 2010.
11. ThermaCAM Researcher Pro, Версия 2.10: руководство пользователя. – FLIR SYSTEMS, 2010.
12. Research IR, Версия 4; Руководство пользователя. – FLIR SYSTEMS, 2016.
13. Vickers V.E. Plateau equalization algorithm for real-time display of high-quality infrared imagery // Opt. Eng. – 1996. – Vol. 35 (7). – P. 1921–1926.
14. Sousa M.J., Moutinho A., Almeida M. Thermal Infrared Sensing for Near Real-Time Data-Driven Fire Detection and Monitoring Systems // Sensors. – 2020. – Vol. 20 (23). – P. 6803. DOI: 10.3390/s20236803
15. Dynamic-range compression and contrast enhancement in infrared imaging systems / F. Branchitta, M. Diani, G. Corsini, A. Porta // Optical Engineering. – 2008. – Vol. 47 (7). – P. 076401: 1-14.
16. New technique for the visualization of high dynamic range infrared images / F. Branchitta, M. Diani, G. Corsini, M. Romagnoli // Optical Engineering. – 2009. – Vol. 48 (9). – P. 1–9.
17. A new adaptive contrast enhancement algorithm for infrared images based on double plateaus histogram equalization / K. Liang, Y. Ma, Y. Xie, B. Zhou, R. Wang // Infrared Physics and Technology. – 2012. – Vol. 55 (4). – P. 309–315.
18. Multi-characteristic combination based reliability enhancement of optical bidirectional thermal wave radar imaging for GFRP laminates with subsurface defects / Jinlong Gong, Junyan Liud, Yanting Yu, Yi Zheng // NDT&E International. – 2021. – P. 119.
19. Optimized Contrast Enhancement for Infrared Images Based on Global and Local Histogram Specification / C. Liu, X. Sui, X. Kuang, Y. Liu, G. Gu, Q. Chen // Remote Sens. – 2019. – Vol. 11. – P. 849.
20. Infrared image enhancement algorithm based on adaptive histogram segmentation / J. Huang, Y. Ma, Y. Zhang, F. Fan // Appl. Opt. – 2017. – Vol. 56. – P. 9686–9697.

Исследуется анизотропное одномодовое оптическое волокно типа Panda с диаметром по кварцу 80 мкм, покрытое двухслойным полимерным защитно-упрочняющим покрытием (ЗУП) диаметром 167 мкм, которое используется для изготовления чувствительного контура оптоволоконного гироскопа. Моделируется промежуточное испытание волновода после изготовления: волокно с силой натяжения 0,2 Н наматывается в один ряд на алюминиевую катушку и подвергается термоциклированию по заданному закону в диапазоне эксплуатационных температур °C. В рамках работы рассмотрено 7 вариантов соотношений внутреннего и внешнего ЗУП при сохранении общего диаметра волокна с учетом гетерогенных свойств конструктивных элементов, вязкоупругих свойств материалов ЗУП и контактного взаимодействия волокна с катушкой без учета трения по сопрягаемым поверхностям. В рассматриваемый диапазон температур частично попадают релаксационные переходы в обоих слоях ЗУП, что приводит к появлению деформации ползучести и изменению многих физико-механических характеристик материала. Поведение материалов ЗУП описывается теорией линейной вязкоупругости средствами модели Prony, для учета влияния температуры на свойства материалов ЗУП используется температурно-временная аналогия, описываемая уравнением Вильямса – Ланделла – Ферри. В результате численных экспериментов получены зависимости, описывающие эволюции напряженно-деформированного состояния в волокне, максимального контактного давления на границе и изменение показателя преломления в светопроводящей жиле. Изменение температуры во время термоцикла оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние (НДС) всего волокна и светопроводящей жилы при всех рассматриваемых соотношениях ЗУП. При увеличении процентного соотношения внутреннего слоя наблюдается более нелинейный характер деформационного поведения. Релаксационные переходы в материалах оказывают влияние не только на НДС системы, но и на контактное давление, что связано с непрерывным изменением площади контактного взаимодействия под воздействием температуры. Установлено, что оптимальной является толщина внутреннего ЗУП в диапазоне от 30 до 70 % от общей толщины ЗУП. Требуется дополнительное исследование влияния толщины на волновод вблизи стандартного соотношения толщин ЗУП.

Ключевые слова: анизотропное волокно, численное моделирование, полимерное защитно-упрочняющее покрытие, контактное воздействие, релаксация.

Лесникова Юлия Игоревна (Пермь, Россия) – ведущий инженер кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29,
e-mail: ulesig@gmail.com).

1. Quantum-secured data transmission in urban fiber-optics communication lines / A.V. Duplinskiy, E.O. Kiktenko, N.O. Pozhar, M.N. Anufriev, R.P. Ermakov, A.I. Kotov, A.V. Brodskiy, R.R. Yunusov, V.L. Kurochkin, A.K. Fedorov, Y.V. Kurochkin // J. Russ. Laser Res. – 2018. – Vol. 39. – P. 113–119.
2. Renaudier J., Ghazisaeidi A. Scaling capacity growth of fiber-optic transmission systems using 100+nm ultra-wideband semiconductor optical amplifiers // J. Lightwave Technol. – 2019. – Vol. 37. – P. 1831–1838.
3. Winzer P.J., Neilson D. T., Chraplyvy A.R. Fiber-optic transmission and networking: the previous 20 and the next 20 years [Invited] // Opt. Express. – 2018. – Vol. 26. – P. 24190–24239.
4.  Recent progress of fiber shaped lighting devices for smart display applications – A fibertronic perspective / S. Kwon, Y.H. Hwang, M. Nam, H. Chae, H.S. Lee, Y. Jeon, S. Lee, C.Y. Kim, S. Choi, E.G. Jeong, K.C. Choi // Adv. Mater. – 2020. – Vol. 32 (5). – P/ 1903488.
5.  Design of a hybrid fiber optic daylighting and PV solar lighting system / L. Yuexia, X. Longyu, Y. Jinyue, B. Jin-peng // Energy Procedia. – 2018. – Vol. 145. – P. 586–591.
6.  Lawless S., Gorthala R. Design and development of a fiber-optic hybrid day-lighting system // J. Sol. Energy Eng. – 2018. – Vol. 140 (2). – P. 021012.
7. Pevec S., Donlagić D. Multiparameter fiber-optic sensors: a review // Opt. Eng. – 2019. – Vol. 58 (7). – P. 072009.
8. Alemohammad H. Opto-mechanical fiber optic sensors: Research, technology, and applications in mechanical sensing. – Butterworth-Heinemann, 2018. – 342 p.
9. Review of fiber optic sensors for structural fire engineering / Y. Bao, Y. Huang, M.S. Hoehler, G. Chen // Sensors. – 2019. – Vol. 19 (4). – P. 877.
10. New fiber optic sensor for monitoring temperatures in concrete structures during fires / B. Torres Górriz, I. Payá-Zaforteza, P.A. Calderón García, S. Sales Maicas // Sens. Actuator A Phys. – 2017. – Vol. 254. – P. 116–125.
11. Novel optical fiber SPR temperature sensor based on MMF-PCF-MMF structure and gold-PDMS film / Y. Wang, Q. Huang, W. Zhu, M. Yang, E. Lewis // Opt. Express. – 2018. – Vol. 26. – P. 1910–1917.
12. Pan’kov A.A. Piezoelectroluminescent fiber-optic sensors for temperature and deformation fields // Sens. Actuator A Phys. – 2019. – Vol. 288. – P. 171–176.
13.  Temperature and strain registration by fibre-optic strain sensor in the polymer composite materials manufacturing / V.P. Matveenko, N.A. Kosheleva, I.N. Shardakov, A.A. Voronkov // Int. J. Smart Nano Mater. – 2018. – Vol. 9 (2). – P. 99–110.
14. A miniature ultra long period fiber grating for simultaneous measurement of axial strain and temperature / S. Zhang, S. Deng, T. Geng, C. Sun, H. Niu, X. Li, Z. Wang, X. Li, Y. Ma, W. Yang, C. Tong, L. Yuan // Optics & Laser Techn. – 2020. – Vol. 126. – P. 106121.
15. Прохоров А.Е., Плехов О.А. Разработка системы мониторинга нестационарных температур и деформаций во влагонасыщенном грунте в условиях фазового перехода на базе оптоволоконных датчиков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 1. – C. 131–139.
16. Kaya M., Esenturk O. Study of strain measurement by fiber optic sensors with a sensitive fiber loop ringdown spectrometer // Opt. Fiber Technol. – 2020. – Vol. 54. – P. 102070.
17.  Hybrid MEFPI/FBG sensor for simultaneous measurement of strain and magnetic field / M. Chen, Y. Zhao, R. Lv, F. Xia // Opt. Fiber Technol. – 2017. – Vol. 39. – P. 32–36.
18.  Distributed optical fiber pressure sensors / L. Schenato, A. Galtarossa, A. Pasuto, L. Palmieri // Opt. Fiber Technol. – 2020. – Vol. 58. – P. 102239.
19. Chen W.P., Wang D.N., Xu B. Multimode fiber tip Fabry-Perot cavity for highly sensitive pressure measurement // Sci. Rep. – 2017. – Vol. 7. – P. 368.
20. Fiber in-line Mach–Zehnder interferometer for gas pressure sensing / Y. Liu, H. Lin, Y. Dai, A. Zhou, L. Yuan // IEEE Sens. J. – 2018. – Vol. 18 (19). – P. 8012–8016.
21.  A miniature SMS-LPG bending sensor with high sensitivity based on multimode fiber embedded-LPG / S. Zhang, S. Deng, Z. Wang, C. Sun, X. Chen, Y. Ma, L. Zhao, C. Lu, T. Geng, W. Yang, L. Yuan // Sens. Actuator A Phys. – 2019. – Vol. 295. – P. 31–36.
22. Temperature-independent curvature sensor based on in-fiber Mach–Zehnder interferometer using hollow-core fiber / S. Marrujo-García, I. Hernández-Romano, M. Torres-Cisneros, D. May-Arrioja, V. Minkovich, D. Monzón-Hernández // J. Lightwave Technol. – 2020. – Vol. 38. – P. 4166–4173.
23.  Янукович Т.П., Поляков А.В. Моделирование распределенного измерителя силы тока на основе деформации оптического волокна // Приборы и методы измерений. – 2019. – № 3. – C. 243–252.
24.  Su J. Portable and sensitive air pollution monitoring // Light Sci. Appl. – 2018. – Vol. 7. – P. 3.
25.  Indoor air pollution and the contribution of biosensors / E. Eltzov, A.L. De Cesarea, A.Y.K. Low, R.S. Marks // The EuroBiotech Journal. – 2019. – Vol. 3 (1). – P. 19–31.
26.  Recent development of fiber-optic chemical sensors and biosensors: Mechanisms, materials, micro/nano-fabrications and applications / M. Yin, B. Gu, Q.-F. An, C. Yang, Y.L. Guan, K.-T. Yong // Coord. Chem. Rev. – 2018. – Vol. 376. – P. 348–392.
27. Optical fiber hydrogen sensor with single Sagnac interferometer loop based on vernier effect / B. Wu, C. Zhao, B. Xu, Y. Li // Sens. Actuator B Chem. – 2018. – Vol. 255 (3). – P. 3011–3016.
28. Sun D., Ran Y., Wang G. Label-free detection of cancer biomarkers using an in-line taper fiber-optic interferometer and a fiber Bragg grating // Sensors. – 2017. – Vol. 7 (11). – P. 2559.
29. A Compact four-axis interferometric fiber optic gyroscope based on multiplexing for space application / J. Jin, J. He, N. Song, K. Ma, L. Kong // J. Lightwave Technol. – 2020. – Vol. 38 (23). – P. 6655–6663.
30. Morris T.A., Digonnet M.J.F. Broadened-laser-driven polarization-maintaining hollow-core fiber optic gyroscope // J. Lightwave Technol. – 2020. – Vol. 38 (4). – P. 905–911.
31. Chopra K.N. Optoelectronic Gyroscopes. Progress in Optical Science and Photonics. Springer. – 2021. – Vol. 11. – 138 p.
32. Hecht J. High-power fiber lasers // Opt. Photon. News. – 2018. – Vol. 29 (10). – P. 30–37.
33. Taccheo S. Fiber lasers for medical diagnostics and treatments: state of the art, challenges and future perspectives // Proc. SPIE, Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications XVII. – 2017. – P. 10058.
34. Hybrid fiber optic sensor systems in structural health monitoring in aircraft structures / K. Bednarska, P. Sobotka, T.R. Woliński, O. Zakręcka, W. Pomianek, A. Nocoń, P. Lesiak // Materials. – 2020. – Vol. 13 (10). – P. 2249.
35. Pérez-Ocón F., Pozo A.M., Rabaza O. New obstruction lighting system for aviation safety // Eng. Struct. – 2017. – Vol. 132. – P. 531–539.
36. FMCW linear cell radar interference mitigation through control of signal delay in radio-over-fiber links / T. Miura, K. Okuda, A. Kanno, P.T. Dat, N. Shibagaki, K. Kashima, Y. Sato, M. Fujii, R. Haramoto, K. Uchida, T. Hayashi, S.M. Idrus, A. Hamzah, S. Ambran, F. Iqbal, T. Kawanishi // IEICE Electronics Express. – 2020. – Vol. 17 (15). – P. 20200228.
37. Wang H., Jiang L., Xiang P. Priority design parameters of industrialized optical fiber sensors in civil engineering // Optics & Laser Techn. – 2018. – Vol. 100. – P. 119–128.
38. Bzówka J., Grygierek M., Rokitowski P. Experimental investigation using distributed optical fiber sensor measurements in unbound granular layers // Eng. Struct. – 2021. – Vol. 231. – P. 111767.
39. Zhou J., Jokerst J.V. Photoacoustic imaging with fiber optic technology: A review // Photoacoustics. – 2020. – Vol. 20. – P. 100211.
40. Оценка эффективности внутриаортальных баллонов с волоконнооптическим датчиком / Л.А. Бокерия, М.М. Алшибая, О.А. Коваленко, Л.Н. Румянцев, М.В. Махалин, З.М. Чеишвили, М.М. Амирбеков, А.И. Корольков, А.Р. Калов // Клиническая физиология кровообращения. – 2019. – Т. 16, № 3. – С. 175–182.
41. A review of photonic crystal fiber sensor applications for different physical quantities / T. Zhang, Y. Zheng, C. Wang, Z. Mu, Y. Liu, J. Lin // Appl. Spectrosc. Rev. – 2018. – Vol. 53 (6). – P. 486–502.
42. Kuruba N., Lu T. Hollow fiber coupler sensor // Sensors. – 2019. – Vol. 19 (4). – P. 806.
43. Multi-parameter sensor based on single long period grating in Panda fiber for the simultaneous measurement of SRI, temperature and strain / F. Esposito, A. Srivastava, A. Iadicicco, S. Campopiano // Opt. & Laser Technol. – 2019. – Vol. 113. – P. 198–203.
44.  Monitoring the failure forms of a composite laminate system by using panda polarization maintaining fiber Bragg gratings / X. Zhang, R. Chen, A. Wang, Y. Xu, Y. Jiang, H. Ming, W. Zhao // Opt. Exp. – 2019. – Vol. 27 (13). – P. 17571–17580.
45. Metallic structure functional sensor based on embedded Panda fiber by ultrasonic additive manufacturing / X. He, C. Ma, X. Wang, Z. Wang, F. Jiang, L. Yuan // Appl. Opt. – 2020. – Vol. 59 (16). – P. 4880-4887.
46.  High extinction ratio elliptical core Panda-type polarization-maintaining fiber coil / H. Li, X. Li, J. Wang, M. Rochette, H. Yang // Opt. Lett. – 2021. – Vol. 46(17). – P. 4276–4279.
47. Effects of composition and phase relations on mechanical properties and crystallization of silicate glasses / E. Kilinc, A.M.T. Bell, P.A. Bingham, R.J. Hand // J. Am. Ceram. Soc. – 2021. – Vol. 104. – P. 3921–3946.
48. Glass and process development for the next generation of optical fibers: A Review / J. Ballato, H. Ebendorff-Heidepriem, J. Zhao, L. Petit, J. Troles // Fibers. – 2017. – Vol. 5 (1). – P. 11.
49. Есипенко И.А., Лыков Д.А. Математическая модель теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа и ее экспериментальная верификация // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Приборостроение. – 2017. – № 5. – C. 31–46.
50. Компьютерная модель погрешностей выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа при внешних воздействиях / К.С. Галягин, М.А. Ошивалов, М.А. Савин, Ю.А. Селянинов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2015. – Т. 58, № 12. – С. 978–984.
51. Лесникова Ю.И., Труфанов А.Н., Сметанников О.Ю. Исследование оптико-механических характеристик волокна в условиях термоцикла // Известия Самарского научного центра РАН. – 2018. – Т. 20. № 6 (2). – С. 255–260.
52. Мазурин О.В., Стрельцина М.В., Швайко-Швайковская Т.П. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов: справочник. – Л.: Наука, 1973–1987. – Т. 1–5.
53. Труфанов А.Н. Идентификация определяющих соотношений полимерных материалов в широком температурном диапазоне // XXI Международная конференция по вычислительной механике и современным прикладным программным системам: материалы, Алушта, 24–31 мая 2019 г. – М.: Изд-во МАИ, 2019. – С. 355–358.
54. Trufanov A.N., Trufanov N.A., Semenov N.V. Numerical analysis of residual stresses in preforms of stress applying part for PANDA-type polarization maintaining optical fibers in view of technological imperfections of the doped zone geometry // Opt. Fiber Technol. – 2016. – Vol. 31. – P. 83–91.
55. Черненко В.Д. Оптомеханика волоконных световодов. – СПб.: Политехника, 2010. – 291 с.
56. Park Y., Paek U.C., Kim D.Y. Characterization of a stress-applied polarization-maintaining (PM) fiberthrough photoelastic tomography // J. Lightwave Technol. – 2003. – Vol. 21 (4). – P. 997–1004. 

Борьба с коррозией металлов является важнейшей задачей современной техники. Одним из методов защиты от коррозии подземных коммуникаций и техники является использование анодной защиты с помощью протекторов. В качестве анодного материала возможно использование алюминиевых сплавов с высоким отрицательным потенциалом. В работе потенциостатическим методом при скорости развертки потенциала 2 мВ/с исследовано анодное поведение алюминиевого сплава АЖ5К10, легированного висмутом, в среде электролита NaCl. Зависимость изменения потенциала свободной коррозии от времени исходного сплава АЖ5К10 и сплавов с висмутом показывают смещение потенциала в положительную область. При этом потенциал свободной коррозии у сплава с 1,0 масс.% висмутом имеет более положительное значение по сравнению с исходным сплавом. Отмечено, что рост концентрации висмута приводит к смещению потенциала свободной коррозии в область положительных значений. Добавка легирующего компонента (висмута) к сплаву АЖ5К10 в средах электролита 0,03; 0,3 и 3,0%-ного NaCl сдвигает потенциалы коррозии и питтингообразования сплавов в положительную область значений. При этом потенциал репассивации также смещается в положительную область в нейтральных средах, что свидетельствует об улучшении пассивируемости образующихся питтинговых коррозионных очагов. Показано, что с увеличением концентрации хлорид-иона в электролите NaCl наблюдается смещение в отрицательную область значений потенциалов свободной коррозии, питтингообразования и репассивации сплавов. Скорость коррозии сплавов, независимо от их состава, растет с ростом концентрации хлорид-иона. Добавки висмута снижают скорость коррозии исходного сплава на 30–40 %. Сравнение электрохимических потенциалов изученных сплавов показывают возможность использования их в качестве протектора при защите от коррозии стальных конструкций и изделий.

Ключевые слова: алюминиевый сплав АЖ5K10; висмут; потенциостатический метод; электролит NaCl; потенциалы питтингообразования и коррозии.

Ганиев Изатулло Наврузович (Душанбе, Таджикистан) – доктор химических наук, профессор, академик Института химии имени В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана, заведующий лабораторией «Коррозионностойкие материалы», лауреат государственной премии Республики Таджикистан в области науки и техники им. А. Сино (Таджикистан, 734063, Душанбе, пр-т Айни, 299/2, е-mail: ganievizatullo48@gmail.com).

Нуров Нурулло Раджабович (Душанбе, Таджикистан) – cтарший преподаватель кафедры «Электроэнергетика» Технического колледжа Таджикского технического университета имени М.С. Осими (Таджикистан, 734042, Душанбе, пр-т Айни, 41, е-mail: amirsho71@mail.ru).

Якубов Умарали Шералиевич (Душанбе, Тад­жикистан) – cтарший научный сотрудник лабораторией «Коррозионностойкие материалы» Института химии имени В.И. Никитина Национальной академии наук Таджикистана (Таджикистан, 734063, Душанбе, пр-т Айни, 299/2, е-mail: yakubovumarali@ gmail.com).

Ботуров Кодир (Душанбе, Таджикистан) – кан­дидат технических наук, руководитель «Центра исследования и использования возобновляемых источников энергии (ЦИИВИЭ)» Физико-технического института имени С.У. Умарова Национальной академии наук Таджикистана (Таджикистан, 734063, Душанбе, пр-т Айни, 299/1,
е-mail: amirsho71@mail.ru).

1. Дорошенко В.В. Технологичность многокомпонентных алюминиево-кальциевых сплавов при литье и обработке давлением: дис. … кан. техн. наук. – М.,
2019. – 174 с.

2. Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. Промышленные алюминиевые сплавы: справочник. – М.: Металлургия, 1984. – 528 с.

3. Kaufman J.G., Rooy E.L. Aluminum alloy castings: properties, processes, and applications. – Materials Park: ASM International, 2004. – 340 p.

4. Zolotorevsky V.S., Belov N.A., Glazoff M.V. Casting aluminum alloys. – Elsevier Science, 2007. – 530 p.

5. Белов Н.А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. – М.: МИСиС, 2010. – 511с.

6. Taylor J.A., The effect of Iron in Al-Si Casting Alloys // 35th Australian Foundry Institute National Conference. – Adelaide, Australia, 2004. – P. 148–157.

7. Belov N.A., Aksenov A.A., Iron in Aluminium Alloys. Impurity and Alloying Element. – London and New York, 2002. – P. 3–7.

8. Golovko O., Mamuzić I., Grydino O. Method for pocket die design on the basis of numerical investigations of aluminium extrusion process // Metalurgija. – 2006. –
No. 3. – P. 155–161.

9. Влияние лития на коррозионно-электрохими­ческое поведение алюминиевого сплава АЖ5К10, в среде электролита NaCl / Л.А. Бокиев, И.Н. Ганиев,
Н.И. Ганиева, А.Х. Хакимов, У.Ш. Якубов // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. – 2019. – № 3 (37). – С. 79–89.

10. О коррозионном потенциале сплава АЖ5К10, модифицированного щелочноземельными металлами, в среде электролита NаCl / У.Ш. Якубов, И.Н. Ганиев, М.М. Сангов, Н.И. Ганиева // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2018. – Т. 16, № 3. – С. 109–119.

11. Влияние добавок кальция на коррозионно-электрохимическое поведение сплава АЖ5К10 в водных растворах NaCl / У.Ш. Якубов, И.Н. Ганиев, М.М. Сангов, Р.Н. Амини // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. – 2018. – Т. 18, № 3. – С. 5–15.

12. Якубов У.Ш., Ганиев И.Н., Сангов М.М. Электрохимическая коррозия сплава АЖ5К10, модифицированного барием, в среде электролита NaCl // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). – 2018. – № 43 (69). – С. 21–25.

13. Анодное поведение сплава АЖ5К10, модифицированного стронцием, в среде электролита NaCl /
И.Н. Ганиев, У.Ш. Якубов, М.М. Сангов, А.Х. Хакимов // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2017. – № 4 (22). – С. 57–62.

14. Ганиев И.Н., Додхоев Э.С., Якубов У.Ш. Коррозионно-электрохимическое поведение сплавов системы Mg – La в среде электролита NaCl // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. – 2021. – Т. 77, № 1. – С. 19–23.

15. Анодное поведение сплавов системы Mg-Ce в среде электролита NaCl / И.Н. Ганиев, Э.С. Додхоев, А.Г. Сафаров, У.Ш. Якубов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. –
2021. – Т. 23, № 1. – С. 13–19.

16. Потенциал свободной коррозии сплавов системы Mg-Ce в среде электролита NaCl / И.Н. Ганиев,
Э.С. Додхоев, А.Г. Сафаров, У.Ш. Якубов // Химия. Экология. Урбанистика. – 2021. – Т. 2021–1. – С. 363–367.

17. Потенциодинамическое исследование сплавов свинца с теллуром, в среде электролита / С.У. Худойбердизода, И.Н. Ганиев, Н.М. Муллоева, Д.Х. Джайлоев, У.Ш. Якубов // Вестник Таджикского национального университета. Серия: Естественные науки. – 2020. –
№ 2. – С. 238–245.

18. Потенциодинамическое исследование свинцового сплава ССу3, легированного медью, в среде электролита на NaCl / С.У. Худойбердизода, И.Н. Ганиев, Н.М. Муллоева, Б.Б. Эшов, Д.Х. Джайлоев, У.Ш. Якубов // Вестник Таджикского национального университета. Серия: Естественные науки. – 2019. – № 1. – С. 206–213.

19. Повышение антикоррозионных свойств высокочистого цинка, легированием алюминием / И.Н. Ганиев, С.С. Содикова, С.Дж. Алихонова, Р.Х. Саидзода // Материаловедение. – 2021. – № 5. – С. 3–6.

20. Коррозионно-электрохимическое поведение цинкового сплава ЦАМ4-1, легированного галлия, в среде электролита NaCl / И.Н. Ганиев, П.Н. Абдухоликова, А.Э. Бердиев, С.Дж. Алихонова // Вестник Казанского технологического университета. – 2020. – Т. 23, № 11. – С. 44–48.

21. Влияние добавок меди на коррозионно-электрохимическое поведение высокочистого цинка, в среде электролита NaCl / И.Н. Ганиев, С.С. Содикова, Р.Х. Саидзода, С.Дж. Алихонова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. – 2020. – Т. 20, № 4. – С. 14–22.

22. Анодное поведение сплава Al+2.18%Fe, легированного стронцием в среде электролита NaCl / Дж.Х. Джайлоев, И.Н. Ганиев, И.Т. Амонов, У.Ш. Якубов // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2019. – № 1 (27). – С. 42–46.

23. Влияние добавок свинца на анодное поведение проводникового алюминиевого сплава E-AlMgSi («алдрей») в среде электролита NaCl / И.Н. Ганиев, А.П. Абулаков, Дж.Х. Джайлоев, Н.И. Ганиева, У.Ш. Якубов // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1: Естественные и технические науки. – 2020. – № 2. – С. 109–113.

24. Постников Н.С. Коррозионно-стойкие алюминиевые сплавы. – М.: Металлургия, 1976. – 301 с.

25. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. – М.: Металлургия,
1977. – 272 с.

Представлены результаты исследования основных закономерностей формирования структуры и свойств жаропрочного титанового сплава ВТ-20 системы Ti–Al–V–Mo–Zr в ремонтных технологиях аргонодуговой и лазерной порошковой наплавок.

Существенным недостатком технологий восстановительной наплавки являются некоторые структурные особенности формирования наплавленного материала, в частности, вероятность появления несплавлений как по границе с основным металлом, так и между наплавленными слоями, неблагоприятная структура, анизотропия и, как следствие, снижение механических свойств.

Лазерная порошковая наплавка производилась на установке MLS FL 040 на базе волоконно-оптического диодного лазера. Аргонодуговая наплавка осуществлялась на типовом оборудовании.

Были проведены структурные исследования наплавленного материала, зон сплавления между слоями с применением световой микроскопии, проведены количественный металлографический анализ и испытания прочностных свойств.

Микроструктура наплавленного металла состоит из пластинчатой α-фазы, что типично для псевдо-α-сплавов с очень невысоким коэффициентов β-стабилизации, к которым относится сплав ВТ-20.

Исследован уровень дефектности наплавленного материала, морфология структуры наплавленных слоев.

Установлено, что структура наплавленного лазерной технологией материала имеет существенно более низкий уровень дефектности наплавок: пор и трещин не выявлено, участки несплавлений незначительны по протяженности.

Показано, что лазерная порошковая наплавка способствует измельчению структуры наплавленного титанового сплава, повышению дисперсности пластин α-фазы, что сопровождается ростом микротвердости до среднего уровня 250 HV.

В качестве основной ремонтной технологии для выбранных изделий из титановых сплавов предложена технология лазерной порошковой наплавки.

Ключевые слова: титановые сплавы, аргонодуговая наплавка, лазерная порошковая наплавка, макроструктура, микроструктура, дефектность, несплавления, микротвердость.

магистрант кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29; e-mail: khomutininiliya@yandex.ru).

Акулова Светлана Николаевна (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр.-т, 29; e-mail: veta-ru@yandex.ru).

Мышкина Альбина Васильевна (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29; e-mail: albina_myshkina@mail.ru).

Кривоносова Екатерина Александровна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29; e-mail: katerinakkkkk@mail.ru).

Лямин Яков Васильевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, Пермь, Комсомольский пр-т, 29).

1. Передовые технологии аддитивного производства металлических изделий / А.А. Осколков, Е.В. Матвеев, И.И. Без­укладников, Д.Н. Трушников, Е.Л. Кротова // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 3.
2. Ермолаев А.С., Иванов А.М., Василенко С.А. Лазерные технологии и процессы при изготовлении и ремонте деталей газотурбинного двигателя / Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – 2013. – № 35.
3. 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. – 2019. – Vol. 63, no. 1–2. – P. 197–205. DOI 10.1007/s11015-019-00810-1
4. Лясоцкая В.С. Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов. – М.: ЭКОМЕТ, 2003. – 351 с.
5.  Microstructural and mechanical characterization of Ti6Al4V refurbished parts obtained by laser metal deposition / R. Raju, M. Duraiselvam, V. Petley, S. Verma, R. Rajendran // Mater Sci Eng A. – 2015. – Vol. 643 (3). – P. 64–71.
6. Хорев А.И. Фундаментальные и прикладные работы по конструкционным титановым сплавам и перспективные направления их развития [Электронный ресурс] // Труды ВИАМ (электронный научн.-техн. журнал). – 2013. – № 2. – С. 4. – URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 28.08.2021).
7. Исследование влияния режимов изотермического деформирования и термической обработки на структуру и механические свойства опытного жаропрочного Ti-сплава / Н.А. Ночовная, В.Г. Анташев, А.А. Ширяев, Е.Б. Алексеев // Технология легких сплавов. – 2012. – № 4. – С. 92–98.
8. Бурнашов М.А., Степанова Е.Ю., Степанов Ю.С. Аддитивные и гибридные технологии в производстве инструмента и технологической оснастки: состояние, экономика, перспективы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2017. – № 8, ч. 1–2. – С. 141–146.
9. О влиянии схем плазменной наплавки на формирование структуры и свойств титанового сплава / С.Н. Акулова, А.В. Мышкина, С.В. Варушкин, С.Д. Неулыбин, Е.А. Кривоносова, Ю.Д. Щицын, Т.В. Ольшанская // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2021. – № 3 (Т. 23). – С. 75–83.
10. Сварка плавлением титанового сплава ВТ18У / В.И. Лукин, Е.Н. Иода, М.Д. Пантелеев, А.А. Скупов // Труды ВИАМ. – 2015. – № 5. – С. 1–13.
11. Повышение прочностных характеристик жаропрочных псевдо-α-титановых сплавов / О.С. Кашапов, Т.В. Павлова, А.Р. Истракова, В.С. Калашников // Авиационные материалы и технологии. – 2014. – № 5. – С. 73–80.
12. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / Е.А. Борисова, Г.А. Бочвар [и др.]. – М.: Металлургия, 1980.
13. Колчанов Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: МИСИС, 2005.
14. Шоршоров М.Х., Мещеряков В.Н. Фазовые превращения и изменения свойств сплавов титана при сварке: атлас. – М.: Наука, 1973. – 157 с.
15. Макквиллэн М.К. Фазовые превращения в титане и его сплавах: пер. с англ. – М.: Металлургия, 1967. – 75 с.
16. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учебник для вузов. – М.: Изд-во МИСиС, 2001.
17. Исследование механических свойств и структуры листов из титановых сплавов ВТ8, ВТ18У и ВТ25У в термоупрочненном состоянии / М.С. Калиенко, М.О. Ледер, А.В. Волков [и др.] // Технология легких сплавов. – 2017. – № 4. – С. 37–41.
18. Кондратьева О.В., Кондратьев С.Ю., Швецов О.В. Исследование режимов упрочняющей термической обработки титанового сплава ВТ23 // МиТОМ. – 2018. – № 11. – С. 28–35.
19. Гордиенко Л.К., Шипко А.А. Структура и фазовые превращения в титановых сплавах при быстром нагреве. – Минск: Наука и техника, 1983. – 335 с.
20. Микроструктура и свойства сплава Ti – 6Al – 4V, полученного по технологии послойного электронно-лучевого синтеза / Ю.А. Соколов, Л.Е. Афанасьева, И.А. Ба­рабонова [и др.] // МиТОМ. – 2015. – № 6. – С. 45–50.

Для исследования динамики сыпучих материалов используется моделирование методом дискретных элементов (Discrete element method – DEM ). Для верификации программной реализации метода, а также для выбора временного шага интегрирования требуется наличие надежных тестовых задач. В настоящей статье представлено тестовое аналитическое решение, полученное в рамках теории удара. Рассматриваются варианты соударения двух сферических частиц со скольжением и вращением. Для аналитического решения была принята гипотеза, что упругая деформация при ударе близка к нулю, пластическая деформация отсутствует, потеря нормальной скорости при ударе описывается коэффициентом восстановления, сила тяжести не учитывается. Начальная скорость движения частиц известна. Получены решения для случая идентичных частиц, а также для частиц разного диаметра. Аналитическое решение используется для верификации собственной программной реализации метода DEM. Проведена серия вычислительных экспериментов с выбором разных параметров соударяющихся частиц и параметров метода. Приводятся графики сравнения тангенциальной, нормальной скорости частиц и скорости вращения частицы после соударения для аналитического и численного решения. Показано, что после удара эти параметры имеют качественное и количественное сходство. Для исследования сходимости метода и для определения оптимального вычислительного шага по времени проведена дополнительная серия вычислительных экспериментов. В качестве параметра, характеризующего точность вычислений, выбран модуль скорости движения части после удара. Показана сходимость реализации метода при уменьшении вычислительного шага по времени. На основании этих данных можно выбрать оптимальный шаг по времени для вычислений.

Ключевые слова: гранулирование, сыпучий, математическое, моделирование, DEM, тестирование, верификация, погрешность, трение, контакт, частица.

Лобовиков Денис Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационные технологии машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета (Россия, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29, e-mail: ppk2004@inbox.ru).

Харченко Алексей Васильевич (Пермь, Россия) – кандидат физико-математических наук, специалист по математическому моделированию ООО «Конструктив-СП» (Россия, 614025, г. Пермь, ул. Хлебозаводская, 22, e-mail: hav@bk.ru).

Матыгуллина Елена Вячеславовна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры инновационные технологии машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29,
e-mail: matik68@rambler.ru).

1. 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. – Вып. 5. – Пермь, 2002. – C. 143–153; 134–142.
2. Dynamics of drag and force distributions for projectile impactin a granular medium / M.P. Ciamarra, A.H. Lara, A.T. Lee, D.I. Goldman, I. Vishik, H.L. Swinney // Phys. Rev. Lett. –2004. – Vol. 92, № 19. – P. 194301.
3. Jop P., Forterre Y., Pouliquen O. A constitutive law for dense granular flows // Nature. – 2006. – Vol. 441, № 7094. – P. 727–730.
4. Attractive particle interaction forces and packing density of fine glass powders / E.J.R. Parteli, J. Schmidt, C. Blümel, K.-E. Wirth, W. Peukert, T. Pöschel // Sci. Rep. – 2014. – Vol. 4. – P. 6227.
5. Buchholtz1 V., Freund J.A., Poschel T. Molecular dynamics of comminution in ball mills // Eur. Phys. J. B. – 2000. – Vol. 16. – P. 169–182.
6. Coefficient of restitution of colliding viscoelastic spheres / R. Ramırez, T. Poschel, N.V. Brilliantov, T. Schwager // PHYSICAL REVIEW E. – 1999. – Vol. 60 (4). – P. 4465–4472.
7.  Pöschel T.,  Buchholtz V. Complex flow of granular material in a rotating cylinder // Chaos, Solitons and Fractals. – 1995. – № 4. – P. 1901.
8.  Schwager T., Poschel T. Contact of viscoelastic spheres. “Friction, Arching, Contact Dynamics” // World Scientific. – Singapore, 1997. – P. 293–299.
9. Volkhard Buchholtz and Thorsten Poschel. A Vectorized algorithm formolecular dynamics of short range interacting particles // International Journal of Modern Physics C. – 1993. – Vol. 4. – P. 1049.
10. Poschel T., Schwager T. Computational Granular Dynamics // Springer Berlin Heidelberg. – New York, 2005.
11. Cundall P.A., Strack O.D.L. A discrete numerical model for granular assemblies // Geotechnique, 1979. – Vol. 29. – P. 47.
12. Hauger W., Schnell W., Gross D. Technische Mechanik. Bd 3: Kinetik 7. – Berlin: Springer, 2002. – 267 p.
13. Sondergaard R., Chaney K., Brennen C.E. Measurements of solid spheres bouncing off flat plates // ASME J. Appl. Mech. – 1990. – Vol. 57, № 3. – P. 694–699.
14. Stronge W.J. Impact Mechanics. – Cambridge: Cambridge University Press, 2004. – 280 p.
15. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах и задачах. Т. 2: Динамика. – М.: Наука, 1966. – 663 с.
16. Лобовиков Д.В., Ханов А.М., Храмов Б.Л. Условие адгезии упругопластических сферических тел // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. – 2002. – № 13. – C. 67–71.
17. Лобовиков Д.В. Влияние изменения параметров на процесс окатывания // Вестник ПГТУ. Механика и технология материалов и конструкций / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – C. 263–272.
18. Давление в сыпучем материале при гранулировании в планетарном грануляторе / А.М. Ханов, Д.В. Лобовиков, Л.Д. Сиротенко, Е.В. Матыгуллина // Вестник ПГТУ. Проблемы современных материалов и технологий. – 2005. – № 11. – C. 163–169.
19. Лобовиков Д.В. Образование гранул в планетарном грануляторе // Конструкции из компози­ционных материалов. – 2006. – Вып. 4. – C. 55–60.
20. Лобовиков Д.В., Матыгуллина Е.В. Получение композиционных гранулированных материалов в планетарном грануляторе. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 153 с.
21. 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 2002. – CПб.: Изд-во Института проблем машиноведения РАН, 2003. – С. 441–446.
22. Lobovikov D. Dry granulation of powder in a drum. XXXI International Summer School. Conference "Advanced Problems in Mechanics": book of abstracts. – CПб., 2003. – C. 65–66.
23. Lobovikov D. Experimental data of a granulation in a planetary granulator. XXXII International Summer School. Conference "Advanced Problems in Mechanics": book of abstracts. – CПб., 2004. – C. 68–69.