Изучены особенности химического и структурно-фазового состава межфазной зоны алмаз–металл, образованной в процессе термодиффузионной металлизации алмаза порошками хрома, титана, железа, никеля и кобальта при одинаковом температурно-временном режиме работы вакуумной печи, соответствующем спеканию алмазосодержащей WC–Co-матрицы c пропиткой медью. Методами растровой электронной микроскопии, рентгеноспектрального, рентгенофазового анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния показано, что в процессе термодиффузионной металлизации хромом и титаном на поверхности алмаза формируется металлизированное покрытие, состоящее из смеси фаз карбидов, металлов и графита. Незначительное содержание образований графита и их прерывистый характер расположения в межфазной зоне алмаз–металл обеспечивает прочное сцепление металлизированного покрытия с алмазом через карбиды соответствующих металлов.

При термодиффузионной металлизации алмаза железом на межфазной зоне алмаз-металл также происходит образование промежуточного слоя, прочно сцепленного с алмазом. Промежуточный слой имеет сложный структурно-фазовый состав, включающий смесь из фаз железа, твердого раствора углерода в железе и графита. Выдвинуто предположение, что промежуточный слой на поверхности алмаза может быть сформирован при застывании жидкой фазы эвтектического состава, появляющейся в результате плавления контактных пар алмаз–железо.

Образцы алмаз–никель и алмаз–кобальт при заданных в эксперименте условиях нагрева вызывают интенсивную каталитическую графитизацию алмаза с образованием на его поверхности многочисленных следов эрозии. Наблюдаемое слабое адгезионное взаимодействие этих металлов с алмазом обусловлено, вероятно, высокими значениями температуры плавления эвтектик Ni–C и Со–С, что не позволяет металлам активно реагировать с алмазом при заданных экспериментальных условиях.

Ключевые слова: алмаз, металлизация, переходные металлы, межфазная зона, покрытие, графитизация, карбиды, эвтектическое плавление, алмазный инструмент, адгезия.

Шарин Петр Петрович (Якутск, Россия) – канн­дидат  физико-математических  наук,  ведущий  научный сотрудник отдела физикохимии материалов и  технологий Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН; e-mail: psharin1960@mail.ru.

Акимова Мария Панфиловна (Якутск, Россия) – аспирант отдела физикохимии материалов и технологий Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ла­рионова СО РАН; e-mail: mar1ya_ak1mova@mail.ru.

Попов Василий Иванович (Якутск, Россия) – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник научно-технологической лаборатории «Графеновые нанотехнологии» Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова; e-mail: volts@mail.ru.

1. Направленное формирование межфазной границы алмаз–матрица с использованием нанопокрытий / М.М. Яхутлов, Б.С. Карамурзов, З.Ж. Беров, У.Д. Батыров, Р.М. Нартыжев // Изв. Кабардино-Балкар. гос. ун-та. – 2011. – № 4(1). – С. 23–25.
2. Булгаков В.И., Лаптев А.И., Поздняков А.А. Улучшение закрепления алмазного зерна в связке при изготовлении камнеразрушающего инструмента горячим прессованием // Изв. вузов. Цветная металлургия. – 2005. – № 6. – С. 69–72.
3. Artini C., Muolo M.L., Passerone A. Diamond–metal interfaces in cutting tools: a review // J. of Materials Sci. – 2012. – Vol. 47(7). – P. 3252–3264.
4. Carbon reactivity of binder metals in a diamond-metal composites – characterization by scanning electron microscopy and X-ray diffraction / W. Tillmann, M. Ferreira, A. Steffen, K. Rüster, J. Mŏller, S. Bieder, M. Paulus, M. Tolan // Diamond & Related Materials. – 2013. – Vol. 38. – P. 118–123.
5. Строение и прочность переходной зоны при твердофазном высокотемпературном взаимодействии алмаза с карбидообразующими металлами – хромом и кобальтом / П.П. Шарин, С.П. Яковлева, В.Е. Гоголев, В.И. Попов  // Перспективные материалы. – 2016. – № 7. – С. 47–60.
6. Коновалов В.А., Шатохин В.В. Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовления и применения: сб. науч. тр. ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины. – 2009. – № 12. – С. 508–513.
7. Способ получения композиционной алмазосодержащей матрицы с повышенным алмазоудержанием на основе твердосплавных порошковых смесей: пат. 2607393 Рос. Федерация / Шарин П.П., Никитин  Г.М., Лебедев М.П., Атласов В.П., Попов В.И. – Опубл. 10.01.2017, Бюл. № 1.
8. Способ металлизации алмаза при спекании с пропиткой медью алмазосодержащей твердосплавной матрицы: пат. 2633861 Рос. Федерация // Шарин П.П., Лебедев М.П., Атласов В.П., Попов В.И., Акимова М.П., Ноговицын Р.Г., Николаев Д.В. – Опубл. 18.10.2017, Бюл. № 29.
9. Шарин П.П., Акимова М.П., Попов В.И. Взаимосвязь структуры межфазной зоны алмаз–матрица с работоспособностью инструмента, полученного технологией, совмещающей металлизацию алмазов со спеканием матрицы // Вопросы материаловедения. – 2018. – № 2(94). – C.111–123.
10. Структура переходной зоны алмаз–матрица и стойкость инструмента, полученного при металлизации алмаза хромом в процессе спекания брикета WC–Co c пропиткой Cu / П.П. Шарин, М.П. Акимова, С.П. Яковлева, В.И. Попов // Изв. вузов. ПМиФП. – 2018. – № 3. – С. 64–75.
11. Исследование строения графитов и некоторых других sp2-углеродных материалов методами микро-спектроскопии КР и рентгеновской дифрактометрии / С.С. Букалов, Л.А. Михалицын, Я.В. Зубавичус, Л.А. Лей­тес,  Ю.Н. Новиков // Рос. хим. журн. – 2006. – Т. L, № 1. – C. 83–91.
12. Егорова М.Н., Капитонов А.Н. Исследование графитовой фольги, полученной прессованием // Инновационная наука. – 2006. – № 6. – С. 62–65.
13. Ножкина А.В. Влияние металлов на фазовое превращение алмаза в графит // Сверхтвердые материалы. – 1988. – № 3. – С. 11–15.
14. Семенов А.П., Поздняков В.В., Крапошина Л.Б. Трение и контактное взаимодействие графита и алмаза с металлами и сплавами. – М.: Наука, 1974. – 109 с.
15. Еременко В.Н. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита. – Киев: Наукова думка, 1967. – 86 с.
16. Локтюшин В.А., Гуревич Л.М. Получение нанотолщинных металлических покрытий на сверхтвердых материалах методом термодиффузионной металлизации // Изв. Волж. гос. техн. ун-та. – 2009. – № 3(11). – С. 50–54.
17. Influence of chromium as carbide forming doping element on the diamond retention in diamond tools / W. Tillmann, M. Tolan, N.F. Lopes-Dias, M. Zimpel, M. Ferreira, M. Paulus // Proceed. of the Int. Conf. on Stone and Concrete Mach. (ICSCM). – 2015. – Vol. 3. – P. 21–30.
18. Margaritis D.-P. Interfacial bonding in metal-matrix composites reinforced with metal-coated diamonds: PhD thesis / University of Nottingham. – Nottingham, 2003. – 345 р.
19. Properties and application of Ti-coated diamond grits / Y.H. Wang, J.B. Zang, M.Z. Wang, Y. Guan, Y.Z. Zheng // J. of Materials Proc. Techn. – 2002. – Vol. 129. – P. 369–372.
20.  Упрочнение металлической матрицы карбидом титана, полученного реакцией в системе алмаз–титан–никель / И.П. Кушталова, Л.Ф. Стасюк, Д.П. Ускокович, С.М. Радич, М.М. Ристич // Bulletin De La So­ciete Chimique Boegrad. – 1984. – No. 49(9). – Р. 555–561.
21. Реакционное спекание в системе алмаз–карбид титана–хром под высоким давлением / Л.Ф. Стасюк, И.П. Кушталова, Д.П. Ускокович, И. Крстанович, С.М. Радич, М.М. Ристич  // Bulletin De La Societe Chimique Beograd. – 1984. – No. 49(9). – P. 563–569.
22. Study of Ti-coated diamond grits prepared by spark plasma coating / R. Chang, J. Zang, Y. Wang, Y. Yu, J. Lu, X. Xu // Diamond & Related Materials. – 2017. – Vol. 77. – P. 72–78.
23. Study of the diamond-matrix interface in hot-pressed cobalt-based tools / A. Molinari, F. Marchetti, S. Cialanella, Р. Scardi, A. Tiziani  // Materials Sci. and Eng. – 1990. – Vol. A130. – P. 257–262.
24. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. – М.: Металлургиздат, 1962. – 608 c.
25. Лякишев Н.П. Диаграммы двойных металлических систем: справ.: в 3 т. / под общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – Т. 1. – 992 с.

Методом просвечивающей электронной микроскопии исследовано зеренное и структурно-фазовое состояние технически чистого титана ВТ1-0 в ультрамелкозернистом состоянии, ионно-легированного алюминием. Ультрамелкозернистое состояние (0,2 мкм) было получено методом многократного одноосного прессования (abc-прессование) с последующей многоходовой прокаткой в ручьевых валках при комнатной температуре и дорекристаллизационным отжигом при 573 К в течение 1 ч. Имплантация осуществлялась на источнике MEVVA V.RU при комнатной температуре, времени имплантации 5,25 ч и дозе облучения 1×1018 ион/см2. Для анализа химического состава имплантированных материалов использованы оже-электронный спектрометр 09ИОС. Изучение образцов проводилось в двух состояниях: 1) до имплантации (исходное состояние) и 2) после имплантации на расстоянии 70–100 нм от поверхности образца. Получен концентрационный профиль алюминия по мере удаления от поверхности имплантированного a-Ti. Установлено, что максимальная концентрация алюминия составляет 70 ат. %, толщина имплантированного слоя – 200 нм. Построены функции распределения зерен по размерам, определен средний размер зерна, рассчитан коэффициент анизотропии зерен до и после имплантации. Установлено, что после ионного воздействия наблюдается уменьшение коэффициента анизотропии более чем в 2 раза в основном за счет уменьшения продольного размера зерен. Установлено, что имплантация алюминия в титан привела к образованию целого набора фаз, обладающих различными кристаллическими решетками, а именно b-Ti, TiAl3, Ti3Al, TiC и TiO2. Определены места их локализации, размеры, плотность их распределения и объемные доли. Установлено, что фазы TiAl3 и Ti3Al являются упорядоченными и формируются в условиях ионного облучения по границам зерен a-Ti. Показано, что имплантация приводит к увеличению скалярной плотности дислокаций и внутренних напряжений, создаваемых дислокационной структурой, но не приводит к поляризации дислокационной структуры.

Ключевые слова: имплантация, технически чистый титан, УМЗ-состояние, фазовый состав, частица, кристаллическая решетка, дислокационная структура, скалярная плотность дислокаций, внутренние напряжения, зерно, предел текучести, упрочнение.

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

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

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

Калашников Марк Петрович (Томск, Россия) – ведущий технолог лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий Института физики прочности и материаловедения СО РАН; e-mail: kmp1980@mail.ru.

Окс Ефим Михайлович (Томск, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой физики Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники; e-mail: efim.m.oks@tusur.ru.

Курзина Ирина Александровна (Томск, Россия) – доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры физической и коллоидной химии Национального исследовательского Томского государственного университета; e-mail: kurzina99@mail.ru.

1. Хирвонин Дж.К. Ионная имплантация. – М.: Металлургия, 1985. - 245 с.
2. Brown G. Advances in metal ion sources // Nucl. Instr. Meth. - 1989. - Vol. B37/38. - P. 68–73.
3. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. - М.: Металлургия, 1990. - 216 с.
4. Phase formation in aluminium implanted titanium and the correlated modification of mechanical and corrosion properties / I. Tsiganov, E. Wieser, W. Matz, A. Mücklich, H. Reuther, M.T. Pham, E. Richter // Thin Solid Films. - 2000. - Vol. 376. - P. 188–197.
5. Комаров Ф.Ф. Физические процессы при ионной имплантации в твердые тела / УП «Технопринт». - Минск, 2001. - 392 с.
6. Высокоинтенсивная имплантация ионов алюминия в титан / Э.В. Козлов, И.А. Курзина, И.А. Божко, М.П. Калашников // Металлофизика и новейшие технологии. - 2004. - Т. 26, № 12. - С. 1645–1660.
7. Формирование поверхностных слоев, содержащих интерметаллидные соединения, при высокоинтенсивной ионной имплантации в системах Ni–Al, Ti–Al, Fe–Al / И.А. Курзина, И.А. Божко, М.П. Калашников, Ю.П. Шаркеев // Перспективные материалы. - 2005. - № 1. - С. 13–23.
8. Формирование наноразмерных интерметаллидных фаз в условиях высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия в титан / И.А. Курзина, И.А. Божко, М.П. Калашников, И.Б. Степанов, А.И. Рябчиков, Ю.П. Шаркеев, Э.В. Козлов // Физика и химия стекла. – 2005. – Т. 31, № 4. – С. 605–614.
9. Нанокристаллические интерметаллидные и нитридные структуры, формирующиеся при ионно-лучевом воздействии / И.А. Курзина, Э.В. Козлов, Ю.П. Шаркеев, С.В. Фортуна, Н.А. Конева, И.А. Божко, М.П. Калашников. – Томск: Изд-во НТЛ, 2008. – 324 с.
10. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – Т. 1. – 991 с.
11. Матвеева Н.М., Козлов Э.В. Упорядоченные фазы в металлических системах. – М.: Наука, 1989. – 247 с.
12. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Нанострук­турные материалы: учеб. пособие для студ. вузов / ИЦ «Академия». – М., 2005. – 192 с.
13. Формирование наноразмерных интерметаллидных фаз в условиях имплантации ионами алюминия титановых мишеней / И.А. Курзина, Н.А. Попова, Е.Л. Никоненко, М.П. Калашников, К.П. Савкин, Ю.П. Шаркеев, Э.В. Козлов // Изв. РАН. Серия физическая. – 2012. – Т. 76, № 1. – С. 74–78.
14. Гринберг Б.А., Иванов М.А. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение. – Екатеринбург: Изд-во Уро РАН, 2002. - 538 с.
15. Курзина И.А., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В. Формирование наноинтерметаллидных фаз в условиях ионной имплантации // Структура и свойства перспективных материалов / под ред А.И. Потекаева. – Томск: Изд-во НТЛ, 2007. – С. 159–195.
16. Медицинские имплантаты из нанокомпозита на основе технически чистого титана / Р.З. Валиев, Ю.Р. Колобов, Г.П. Грабовецкая, О.А. Кашин, Е.Ф. Дударев // Конструкции из композиционных материалов. – 2004. – № 4. – С. 64–66.
17. Получение биоинертных сплавов в ультрамелкозернистом состоянии / Ю.П. Шаркеев, А.Ю. Ерошенко, В.И. Данилов, И.А. Глухов, А.И. Толмачев // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2015. – Т. 58, № 2. – С. 112–116.
18. Получение биомиметического кальций-фос­фат­ного покрытия на титановом сплаве ВТ1-0 микродуговым методом / С.А. Герк, Ю.П. Шаркеев, О.А. Го­лованова, К.С. Куляшова, Е.Г. Комарова, Т.В. Толкачева // Вестник Ом. ун-та. – 2015. – № 1(75). – С. 41–45.
19. Зацепин Д.А., Вайнштейн И.А., Чолах С.О. Ионная модификация функциональных материалов: учеб. пособие / Урал. фед. ун-т. – Екатеринбург, 2014. – 104 с.
20. Эволюция структуры и механических свойств ультрамелкозернистого титана / И.А. Курзина, И.А. Божко, А.Ю. Ерошенко, Ю.П. Шаркеев // Материаловедение. – 2010. – № 5. – С. 48–55.
21. Особенности деформации и разрушения ультрамелкозернистых сплавов на основе титана и циркония  / В.И. Данилов, А.Ю. Ерошенко, Ю.П. Шаркеев, Д.В. Орлова, Л.Б. Зуев // Физ. мезомех. – 2014. – Т. 17, № 4. – С. 77–86.
22. Микроструктура и механические свойства наноструктурированных и ультрамелкозернистых титана и циркония, сформированных методом интенсивной пластической деформации / Ю.П. Шаркеев, А.Ю. Ярошенко, В.И. Данилов, А.И. Толмачев, П.В. Уваркин, Ю.А. Абзаев // Изв. вузов. Физика. – 2013. – Т. 56, № 10. – С. 47–53.
23. Наноструктурированный титан. Применение, структура, свойства / Ю.П. Шаркеев, А.Ю. Ерошенко, В.А. Кукареко, А.В. Белый, В.А. Батаев // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2012. – № 8. – С. 60–63.
24. Модификация структурно-фазового состояния мелкозернистого титана в условиях ионного облучения / И.А. Курзина, Э.В. Козлов, Н.А. Попова, М.П. Калашников, Е.Л. Никоненко, К.П. Савкин, Е.М. Окс, Ю.П. Шаркеев // Изв. РАН. Серия физическая. – 2012. – Т. 76, № 11. – С. 1384–2392.
25. Структура и свойства объемного ультрамелкозернистого титана, полученного abc-прессованием и прокаткой / А.Ю. Ерошенко, Ю.П. Шаркеев, А.И. Толмачев, Г.П. Коробицын, В.И. Данилов // Перспективные материалы. – 2009. – № S7. – С. 107–112.
26. Структура и механические свойства наноструктурного титана после дорекристаллизационных отжигов / Ю.П. Шаркеев, А.Ю. Ерошенко, А.Д. Братчиков, Е.В. Легостаева, В.А. Кукареко // Физ. мезомех. – 2005. – Т. 8, № S. – С. 91–94.
27. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Изв. вузов. Физика. – 1990. – Т. 33, № 2. – С. 89–106.

В качестве объекта исследования в данной работе использовали двухфазный (a + b)-титановый сплав ВТ23 в состоянии поставки. Была проведена предварительная термическая обработка образцов при разных значениях температуры, включающая в себя отжиг, закалку при различных значениях температуры и последующее охлаждение в воде, с целью получения различной стабильности b-фазы. Методами оптической микроскопии, рентгенофазового анализа, механических испытаний изучена структура, фазовый состав и механические свойства образцов двухфазного титанового сплава ВТ23 с различной стабильностью β-фазы. Определены параметры кубической решетки b-фазы после различных режимов термической обработки, установлена зависимость периода решетки от температуры закалки из-за изменения системы легирования. Результаты проведенных при комнатной температуре испытаний образцов данного сплава на одноосное растяжение и ударный изгиб показали, что повышение температуры закалки с 800 до 860 °С приводит к росту характеристик прочности, пластичности, ударной вязкости и работы распространения трещины. Методами инструментированных ударных испытаний показано влияние повышения температуры закалки на вид диаграммы нагружения и характеристики значений ударной вязкости. Фрактографическое исследование поверхности изломов образцов сплава ВТ23 после ударных испытаний показало, что наблюдаемое изменение вида диаграмм нагружения хорошо согласуется со сменой механизма разрушения и, в частности, с устранением межзеренного строения излома ударных образцов после повышения температуры закалки до 860 °С, способствующего дестабилизации b-фазы по отношению к деформационному мартенситному превращению. Установлено, что рост трещины в образцах с метастабильной b-фазой происходит по границам мартенситных пластин и их пачек.

Ключевые слова: титановый сплав, фазовый состав, прочность, пластичность, ударная вязкость, работа распространения трещины, параметры решетки, деформационно-индуцированный мартенсит, строение излома, метастабильные фазы.

Гладковский Сергей Викторович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, главный научный сотрудник, завлабораторией деформирования и разрушения Института машиностроения УрО РАН; e-mail: gsv@imach.uran.ru.

Веселова Валерия Евгеньевна (Екатеринбург, Россия) – инженер лаборатории деформирования и разрушения Института машиностроения УрО РАН;
e-mail: veselova@imach.uran.ru.

Пацелов Александр Михайлович (Екатеринбург, Россия) – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики высоких давлений Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН; e-mail: patselov@imp.uran.ru.

Хотинов Владислав Альфредович (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры термообработки и физики металлов Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: v.a.khotinov@urfu.ru.

1. Scheil E.Z. Anorg. Un Allg. Chem. – 1932. – Vol. 07, no. 1. – P. 21–31.
2. Филиппов М.А., Литвинов В.С., Немировский Ю.Р. Стали с метастабильным аустенитом. – М.: Металлургия, 1988. – 256 с.
3. Сагарадзе В.В., Уваров А.И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей / УрО РАН. – Екатеринбург, 2013. – 720 с.
4. Tamura I. Deformation-induced martensitic transfor­mation and transformation-induced plasticity in steels // Metal Sci. – 1982. – Vol. 16. – P. 245–253.
5. Formation and reversion of stress induced martensite in Ti–10V–2Fe–3Al / T.W. Duerig, J. Albrecht, D. Richter and P. Fischer // Acta metal. – 1982. – P. 2161–2172.
6. Tuning the stress induced martensitic formation in titanium alloys by alloy design / C. Li, J.H. Chen, X. Wu, W. Wang, S. van der Zwaag // J. Mater Sci. – 2012. – Vol. 47. – P. 4093–4100. DOI: 10.1007/s10853-012-6263-z
7. Дьякова М.А., Львова Е.А., Черемных В.Г. Фазовые превращения, происходящие под действием плас­тической деформации в титановых сплавах // Термическая и химико-термическая обработка сталей и титановых сплавов: межвуз. сб. науч. тр. – Пермь, 1987. – С. 73–80.
8. Влияние деформации на фазовые и структурные превращения в титановом сплаве ВТ23 / О.М. Ивасишин, В.В. Мартынов, А.В. Теруков [и др.] // ФММ. – 1994. – Т. 77, вып. 5. – С. 83–88.
9. Коллеров М.Ю., Ильин А.А., Матыцин А.В. Эффекты запоминая формы (ЭЗФ) в сплавах на основе титана // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: тез. докл. XV Урал. шк. металловедов-термистов. – Екатеринбург, 2000. – С. 241.
10. Зависимости изменения периодов орторомбической решетки мартенсита в титановом сплаве ВТ23 / С.Л. Демаков, Я.А. Семкина, С.И. Степанов, Е.Н. Попова // XVII Междунар. науч.-техн. Урал. шк.-семинара металловедов – молодых ученых, г. Екатеринбург, 5–9 декабря 2016. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. – Ч. 1. – С. 219–223.
11. Transformation induced crack deflection in a metastable titanium alloy and implications on transformation toughening / M. Song, S.Y. He, K. Du, Z.Y. Huang, T.T. Yao, Y.L. Hao, S.J. Li, R. Yang, H.Q. Ye // Acta Materialia. – 2016. – P. 120–128.
12. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы: состав, структура, свойства: справ. / ВИЛС-МАТИ. – М., 2009. – 519 с.
13. Микляев П.Г., Нешпор Г.С., Кудряшов В.Г. Кинетика разрушения. – М.: Металлургия, 1979. – 279 с.
14. Дроздовский Б.А., Проходцева Л.В., Новосильцева Н.И. Трещиностойкость титановых сплавов. – М.: Металлургия, 1983. – 192 с.
15. Томсинский В.С. Упрочняющая термическая обработка некоторых титановых сплавов // Прогрессивная технология обработки стали и титановых сплавов: межвуз. сб. науч. тр. – Пермь, 1983. – С. 90–99.
16. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов: справ. – М.: Машиностроение, 1979. – 134 с.
17. Хорев А.И. Теория легирования и термической обработки конструкционных (α + β)-титановых сплавов высокой и сверхвысокой прочности // Вестник машиностроения. – 2010. – № 7. – С. 32–39.
18. Trigger stress for stress-induced martensitic transformation during tensile deformation in ti-al-nb alloys: effect of grain size / Archana Paradkar, S.V. Kamat, A.K. Gogia, B.P. Kashyap // The Minerals, Met. & Materials Soc. and ASM Int. – 2008. – P. 551–558.
19. The effect of microalloying with chromium, hafnium and yttrium on the structure and mechanical properties of the structure and mechanical properties of the VT18U high-temperature titanium alloy / A.G. Illarionov, A.A. Po­pov, S.M. Illarionova, D.V. Gadeev, O.A. Elkina // Diagnostics, Resource and Mech. of materials and struct. – 2017. – Iss. 3. – P. 15–22.
20. Archana Paradkar, Kamat S.V. The effect of strain rate on trigger stress for stress-induced martensitic transformation and yield strength in Ti–18Al–8Nb alloy // J. of Alloys and Comp. – 2010. – P. 178–182.
21. Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. – М.: Наука, 2008. – 334 с.
22. Terlinde G.T., Duerig T.W., Williams J.C. Microstructure and fracture toughness of the aged/3–Ti alloy Ti–10V–2Fe–3AI // Metallurgical Transact. A. – 1983. – Vol. 14, iss. 10. – P. 2101–2115.
23. Фрактография и атлас фрактограмм: пер. с англ. / под ред. Дж. Феллоуза. – М.: Металлургия, 1982. – 489 с.
24. Хорев А.И. Титановые сплавы для авиакосмической техники и перспективы их развития // Авиационные материалы и технологии. Вып. Перспективные алюминиевые, магниевые и титановые сплавы для авиакосмической техники / ВИAM. – M., 2002. – P. 11–32.
25. Duerig T.W., Terlinde G.T., Williams J.C. Phase transformations and tensile properties of Ti–10V–2Fe–3AI // Metall. Transact. A. – 1980. – Vol. 11, iss. 12. – P. 87–98.

Статья посвящена исследованию влияния лазерного воздействия большой мощности на изменение твердости и микроструктуры закаленной быстрорежущей стали Р6М5 для определения возможности проведения термообработки данного материала лазерным излучением. Воздействие лазерным лучом на торцевую поверхность фрезы из закаленной быстрорежущей стали Р6М5 (63–65 HRC) производилось на установке Optomec LENS 850-R. Использовался иттербиевый волоконный лазер постоянного действия YLR-1000 (мощность 1 кВт, длина волны 1070 нм). Постоянные параметры лазерной обработки: диаметр пучка 2 мм (площадь пучка 0,0314 см2); скорость прохода 0,8 см/с. Переменные параметры лазерной обработки: 1-й режим – плотность мощности 12 кВт/см2 (мощность 376,8 Вт); 2-й режим – плотность мощности 16 кВт/см2 (мощность 502,4 Вт). Визуально на торце фрезы остались дорожки от прохода лазерного луча, имеющие четко выраженную структуру поверхности: темная полоса шириной, равной диаметру лазерного пучка 2 мм, и длиной, равной длине прохода лазерного пучка, которую окружает светлая полоса шириной 0,5 мм, которую затем окружает темная полоса шириной 0,5 мм (прижег). Зона термического воздействия лазерного луча по глубине материала на микрофотографиях имеет вид светлой округлой зоны шириной, примерно равной диаметру лазерного пучка 2 мм, и глубиной 0,5 мм. Замеры твердости внутри зоны лазерного воздействия показали, что твердость закаленного материала фрезы Р6М5 в среднем снизилась на 1–2 единицы HRC, что позволяет сделать вывод об отпуске материала. Исследование микроструктуры выявило, что снижение твердости в зоне термического воздействия произошло в результате частичного растворения карбидов вольфрама, при этом изменения структуры мартенсита не произошло. Таким образом, показана возможность проведения отпуска закаленной быстрорежущей стали Р6М5 на металлическом принтере Optomec LENS 850-R путем лазерного воздействия.

Ключевые слова: лазер, иттербиевый волоконный лазер, металлический принтер, Optomec LENS 850-R, лазерное воздействие, термообработка, отпуск, быстрорежущая сталь, Р6М5, зона термического воздействия, прижег, микроструктура, твердость, карбиды вольфрама, мартенсит.

Токарев Денис Иванович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры материалов, технологии и конструирования машин Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: den.tokarev.201@yandex.ru.

Дроздов Андрей Александрович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры материалов, технологии и конструирования машин Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: dron.perm@mail.ru.

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

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

Иванова Юлия Сергеевна (Пермь, Россия) – сту­дентка кафедры материалов, технологии  и  конструирования машин Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: yulya.ivanova.97@inbox.ru.

Полежаев Игорь Сергеевич (Пермь, Россия) – студент кафедры материалов, технологии и конструи­рования машин Пермского национального исследова­тельского политехнического университета; e-mail: no4nik03@gmail.com.

1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие для вузов / под ред. А.Г. Григорьянца. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 665 с.

2. Кулиев А.Д. Разработка процессов скоростной закалки безвольфрамовых быстрорежущих сталей с использованием лазерного нагрева: дис. … канд. техн.
наук. – М., 1983. – 223 с.

3. Девойно О.Г. Технология формирования износостойкого поверхностного слоя с использованием лазерного излучения: дис. … канд. техн. наук. – Минск, 1986. – 127 с.

4. Крапошин B.C. Структура железоуглеродистых сплавов после закалки из жидкого состояния и основы технологии их термообработки при нагреве концентрированными потоками энергии: дис. … д-ра техн. наук. – М., 1989. – 550 с.

5. Бровер Г.И. Физические и технологические основы процессов поверхностной термической обработки и легирования с лазерным нагревом: дис. … д-ра техн. наук. – Ростов н/Д, 1997. – 580 с.

6. Митрофанов A.A. Повышение эксплуатационных свойств быстрорежущих инструментов методами лазерной технологии: дис. … канд. техн. наук. –
М., 1998. – 198 с.

7. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов / B.C. Коваленко, А.Д. Верхотуров, А.Ф. Голов­ко, И.А. Подчерняева. – М.: Наука, 1986. – 276 с.

8. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. – М.: Высшая школа, 1988. – 159 с.

9. Методы и средства упрочнения поверхности деталей машин концентрированными потоками энергии / А.П. Семенов, И.М. Ковш, И.М. Петрова [и др.]. –
М.: Наука, 1992. – 404 с.

10. Бративник Е.В., Великих B.C., Картавцев B.C. Применение лазерной закалки для поверхностного упрочнения инструментальных сталей // Технология и организация производства. – 1980. – № 1. – С. 42–43.

11. Дьяченко B.C., Твердохлебов Т.Н., Коростелева A.A. Особенности лазерной термообработки инструмента из быстрорежущих сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1984. – № 9.1. –
C. 25–28.

12. Бураков В.А., Канапенас Р-М.В., Мотеюнас A.B. Структурные особенности лазерной закалки металлорежущего инструмента // Лазерная технология / Ин-т физ. АН Литовской ССР. – Вильнюс, 1985. – Вып. 1. –
С. 26–35.

13. Гуреев Д.М. Лазерная обработка быстрорежущих сталей // Механизмы динамической деформации металлов / КПтИ. – Куйбышев, 1986. – С. 102–106.

14. Повышение стойкости инструмента из быстрорежущих сталей методом лазерной обработки / А.Н. Сафонов, Н.Ф. Зеленцова, Е.А. Сиденков, A.A. Митрофанов // СТИН. – 1995. – № 6. – С. 18–20.

15. Лазерная закалка инструмента из быстрорежущих сталей с предварительной химико-термической обработкой / А.Н. Сафонов, Н.Ф. Зеленцова, A.A. Митрофанов, Е.А. Сафонова // СТИН. – 1998. – № 4. – С. 18–22.

16. Кирилина А.Н. Повышение эффективности управления процессом лазерного термического упрочнения лезвийного инструмента на основе математических моделей: дис. … канд. техн. наук. – Владимир, 2007. – 157 с.

17. Яресько С.И. Повышение работоспособности металлорежущего инструмента на основе совершенствования технологических процессов лазерного импульсного упрочнения: дис. … д-ра техн. наук. – Самара, 2010. – 490 с.

18. Завестовская И.Н. Теоретическое моделирование процессов поверхностной обработки материалов импульсами лазерного излучения: дис. … д-ра физ.-мат. наук. – М., 2012. – 221 с.

19. Konstantino E., Altus E. Fatigue life enhancement by laser surface treatments // Surf. Eng. – 1999. – Vol. 15. – P. 126–128. doi: 10.1179/026708499101516461

20. Weld metal microstructural characteristics in pul­sed Nd:YAG laser welding / F.M. Ghaini, M.J. Hamedi,
M.J. Torkamany, J. Sabbaghzadeh  // Scr. Materials. – 2007. – Vol. 56. – P. 955–958. doi: 10.1016/j.scriptamat.2007.02.019

21. Laser surface hardening of AISI 420 stainless steel treated by pulsed Nd:YAG laser / B. Mahmoudi, M.J. Tor­kamany, A.R. Sabour Rouh Aghdam, J. Sabbaghza­de // Mater Des. – 2010. – Vol. 31. – P. 2553–2560.
doi: 10.1016/j.matdes.2009.11.034

22. Dutta Majumdar J., Manna I. Lasermaterial processing // Int. Mater. – 2011. – Vol. 56. – P. 341–388. doi: 10.1179/1743280411Y.0000000003

23. A comparative study of high-power diode laser and CO2 laser surface hardening of AISI 1045 steel / R. Li, Y. Jin, Z. Li, K. Qi // J. Mater. Eng. Perform. – 2014. – Vol. 23. – P. 3085–3091. doi: 10.1007/s11665-014-1146-x

24. Farshidianfar M.H., Khajepour A., Gerlich A.P. Effect of realtime cooling rate on microstructure in laser additive manufacturing // J. Mater. Process. Technol. – 2016. – Vol. 231. – P. 468–478. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.01.017

25. Gautam G.D., Pandey A.K. Pulsed Nd: YAG laser beam drilling: a review // Opt. Laser. Technol. – 2018. – Vol. 100. – P. 183–215. doi: org/10.1016/j.optlastec. 2017.09.054

26. Laser surface hardening of 11 % Cr ferritic stainless steel and its sensitisation behaviour / J. Sundqvist, T. Manninen, H.P. Heikkinen, S. Anttila, A.F.H. Kaplan // Surf. Coat. Technol. – 2018. – Vol. 344. – P. 673–679. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.04.002

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

28. Структурно-фазовое состояние быстрорежущей стали Р6М5 после термической обработки / М.К. Скаков, Б.К. Рахадилов [и др.] // Вестник КазНУ. Сер. физическая. – 2014. – № 1(48). – С. 53–59.

29. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технология. Кн. 3. Методы поверхностной лазерной обработки: учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1988. – 159 с.

Описаны технологические особенности механической обработки полимерных композиционных материалов на примере распространенной и востребованной промышленностью технологической операции – сверления. Технологические особенности заключаются в затруднении получения высокого качества обработанных поверхностей полимерных композиционных материалов (отсутствие распушенности, расслоений на входе и выходе инструмента, требуемых параметров шероховатости), низкой производительности, а также в малой стойкости режущего инструмента. Рассмотрены пути повышения эффективности сверления полимерных композиционных материалов за счет искусственно накладываемых вибраций различных диапазонов: низкочастотных, высокочастотных и ультразвуковых. Приведен обзор возможных эффектов от комбинированного ультразвукового сверления полимерных композиционных материалов, когда на схему традиционного сверления накладывают колебания в ультразвуковом диапазоне. Наиболее значимым замеченным эффектом при ультразвуковом сверлении является снижение силовых факторов, т.е. существенное снижение (до 80 %) сил резания, что обусловливает высокое качество обработки полимерных композиционных материалов. Природа такого снижения сил резания до сих пор в литературе не раскрыта, кроется в вибрационной механике и переменных контактах режущего инструмента и заготовки. Записаны законы ультразвуковых колебаний в виде уравнений гармонических колебаний. Для сверления полимерных композиционных материалов выбраны амплитуды от 15 до 30 мкм в зависимости от обрабатываемых диаметров отверстий, а также рекомендованы частоты для наложения 20 и 50 кГц. Созданы предпосылки для совместного научного проекта на базе двух университетов: Пермского национального исследовательского политехнического университета и Института металлорежущих станков Штутгартского университета – для исследования ультразвукового сверления.

Ключевые слова: вибрация, колебания, ультразвук, инструмент, сверление, полимерный композиционный материал, частота, амплитуда, стойкость, резание, эффективность.

Дударев Александр Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технический наук, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета;  e-mail: ktn80@mail.ru.

Добринский Александр Глебович (Штутгарт, Германия) – кандидат технический наук, научный сотрудник Института металлорежущих станков Штутгартского университета; e-mail: alexander.dobrinski@ifw.uni-stuttgart.de.

1. Дударев А.С. Способы сверления отверстий в полимерных композиционных материалах. Разработка и исследование методов стабилизации процесса сверления отверстий в полимерных композиционных материалах: учеб. пособие для вузов. – Пермь: LAP Lambert Academic Publ., 2014. – 170 с.
2. Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. – 176 с.
3. Сироткин О.С., Гришин В.И., Литвинов В.Б. Проектирование, расчет и технология соединений авиационной техники. – М.: Машиностроение, 2006. – 331 с.
4. Мелентьев Р.Ю. Определение теплопроводности полимерных композиционных материалов // Науч. вестник Донец. гос. металлург. акад. – 2013. – № 2(12Е). – С. 123–130.
5. Мелентьев Р.Ю. Температурное поле заготовки в процессе кольцевого сверления полимерных композитов // Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении: тез. докл. междунар. науч.-практ. конф., г. Одесса, 21–23 сент. 2016 г. – Одесса, 2016. – С. 22–24.
6. Обработка отверстий в композиционных и неметаллических материалах / Н.А. Криштопа [и др.]. – Киев: Тэхника, 1980. – 126 с.
7. Лобанов Д.В., Янюшкин А.С. Технология инструментального обеспечения производства изделий из композиционных неметаллических материалов: мо­ногр. / ТНТ. – Старый Оскол, 2013. – 296 с.
8. Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием / пер. с англ. П.А. Кунина. – М.: Машиностроение, 1974. – 192 с.
9. Dudarev A., Volegov K., Kurzanov G. Rheonomic phenomenon shrinkage ofholes drilled in fibreglass and carbonfibre-reinforced polymer composites // Mech. of Adv. Materials and Modern Proc. – 2017. – Vol. 3, iss. 1, аrt. 17. – 9 p. DOI: 10.1186/s40759-017-0033-1
10. Davim Paulo J. Machining composites materials. – London: Wiley-iSTE, 2009. – 262 p.
11. Krish­na­raj V., Zitoune R., Paulo Davim J. Drilling of polymer-matrix composites. – Berlin-Heidelberg: Springer, 2013. – 110 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-38345-8
12. Обработка сигналов измерения сил резания в высокоскоростном фрезеровании на обрабатывающих центрах с ЧПУ / В.Д. Вермель, Г.А. Губанов, А.Е. Леонтьев, Л.Л. Чернышев // Автоматизация в промышленности. – 2018. – № 5. – С. 56–60.
13. Андреев М.В., Шитюк А.А. Особенности высокоскоростной обработки полимерных композицион­ных материалов // Ползуновский альманах. – 2016. – № 4. – С. 89–93.
14. Бойцов А.Г., Дудаков В.Б., Плешаков А.В. Новое в обработке композитов // РИТМ. – 2014. – № 6(94). – С. 36–38.
15. Бойцов А.Г., Дудаков В.Б., Шкарупа М.И. Алмазная обработка – инновационные пути // РИТМ. – 2014. – № 9(97). – С. 38–42.
16. Изменение механических свойств полимерного материала при воздействии ультразвуковых колебаний / Д.А. Негров, Е.Н. Еремин, В.Ю. Путинцев [и др.] // Ученые Омска – Региону: материалы I Регион. науч.-техн. конф. – Омск, 2016. – С. 81–84.
17. Схема приспособления для вибрационного сверления отверстий в композиционных материалах / С.А. Чевычелов, М.В. Снопков, И.В. Бондарцев [и др.] // Изв. Юго-Запад. гос. ун-та. – 2017. – № 6(75). – С. 76–84.
18. Проектирование приспособления для вибрационного сверления в композиционных материалах / М.В. Снопков, С.А. Чевычелов, М.Ш. Гатиев [и др.] //  Наука XXI в.: материалы междунар. науч.-практ. конф., 12 апреля 2016. – СПб., 2016. – С. 37–40.
19. Cutting forces in ultrasonically assisted drilling of carbon fibre-reinforced plastics / F. Makhdum, L.T. Jen­nings, A. Roy, V.V. Silberschmidt // J. of Phys.: Conf. IOP Publish. Modern Pract. Stres. Vibration Analysis. – 2012. – Ser. 382. – 012019.
20. Суслов А.Г. Технология машиностроения: учеб. для студ. машиностр. спец. вузов. – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 2007. – 430 с.
21. Технология машиностроения: учеб. / А.В. Яки­мов, А.А. Якимов, В.П. Ларшин, В.И. Свирщев. – Пермь, 2002. – 563 с.
22. Кумабэ Д. Вибрационное резание. – М.: Машиностроение, 1985. – 424 с.
23. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. – М.: Машиностроение, 1975. – 350 с.
24. Блехман И.И. Вибрационная механика и вибрационная реология (теория и приложения). – М.: Физ­матлит, 2017. – 865 с.
25. Киселев Е.С. Интенсификация процессов механической обработки использованием энергии ультразвукового поля / УлГТУ. – Ульяновск, 2003. – 186 с.
26. Марков А.И. Резание труднообрабатываемых материалов при помощи ультразвуковых и звуковых колебаний. – М.: Машгиз, 1968. – 331 с.
27. Ultrasonically assisted drilling: machining towards improved structural integrity in carbon / epoxy composites / Vaibhav A. Phadnis, F. Makhdum, A. Roy, V.V. Sil­berschmidt // Key Eng. Materials Online: 2013-07-31. – Switzerland: Trans. Tech. Publ., 2013. – Vol. 569–570. – P. 49–55. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.569-570.49
28. Ultrasonically assisted drilling of carbon fibre reinforced plastics / F. Makhdum, D.N.P. Norddin, A. Roy, V.V. Silberschmidt // Solid State Phenomenon. – 2012. – Vol. 188. – Р. 170–175.
29. Effect of ultrasonically-assisted drilling on carbon-fibre-reinforced plastics / F. Makhdum, V.A. Phadnis, A. Roy, V.V. Silberschmidt // J. of Sound and Vibration. – November 2014. – Vol. 333, iss. 23, 24. –  P. 5939–5952. DOI: 10.1016/j.jsv.2014.05.042
30. Guhring. Special issue of the brochure within. Ifu tagung bearbeitung von Verbundwerkstoffen Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart. – Guhring, 2016. – 22 p.
31. Helical milling of carbon fiber reinforced plastics using ultrasonic vibration and liquid nitrogen / T. Ishida, K. Noma, Y. Kakinuma [et al.] // Proc. CIRP 24 (2014) New Prod. Tech. in Aerosp. Industry – 5th Mach. Innov. Conf., MIC 2014. – 2014. – P. 13–18.
32. Ultrasonic deep hole drilling in electrolytic сooper ECu 57 / U. Heisel, J. Wallaschek, R. Eissele, C. Pot­thast // CIRP Annals – Manuf. Techn. – 2008. – Vol. 57. – P. 53–56. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2008.03.078
33. Ultrasonic-assisted machining of stone / U. Heisel, R. Eisseler, R. Eber, J. Wallaschek, J. Twiefel, M. Huang // Production Eng. – December 2011. – Vol. 5, iss. 6. – P. 587–594.
34. Kinematic model for ultrasonic-assisted manufacturing of bore holes with undefined cutting edges / U. Heisel [et al.] // Adv. Materials Res. – 2011. – Vol. 223. – P. 794–803.

Рассмотрено формирование геометрических характеристик наплавленного валика и структуры наплавленного металла при аддитивной дуговой наплавке проволокой 30ХГСА диаметром 3 мм под флюсами различной основности. Исследовано распределение химического состава и твердости по высоте наплавленного металла. Определены доля и распределение по размерам неметаллических включений в центре наплавленного металла. Показано, что при порядовой наплавке дугой постоянного действия на типовых режимах формируется стенка толщиной около 18 мм с волнистыми боковыми поверхностями. От предыдущего валика остается непереплавленным только слой толщиной около миллиметра, поэтому наплавленный металл подвергся полностью автотермоциклической обработке короткими циклами от значений температуры предплавления до низкого отпуска. Это приводит к образованию относительно твердого верхнего валика с дисперсной ферритно-мартенситной структурой и термоциклированных низлежащих тонких слоев с ферритно-перлитной структурой. Наибольшая доля и размеры неметаллических включений наблюдались при наплавке под кислым флюсом, наименьшие – при применении нейтрального и основного флюсов. Анализ распределения неметаллических включений по размеру показал, что наибольшая доля мелких включений до 1 мкм2 характерна для нейтрального и основного флюсов. Выявлено, что при наплавке под кислым (АН 348-А) и нейтральным (ФСА ЧТА 650‑20/80) флюсами образуется металл типа 13Г2СХ, а под основным флюсом (UF-01) – 20ГСХ при равномерном распределении химического состава по высоте наплавленного валика. Даны рекомендации по совершенствованию технологии наплавки и выбору флюса.

Ключевые слова: аддитивные технологии, наплавка под слоем флюса, формирование наплавленного слоя, неметаллические включения, химический состав наплавленного металла, автотермоциклическая обработка, структура наплавленного металла, твердость, основность сварочного флюса, металлографическое исследование, дефекты наплавленного металла.

Трекин Григорий Евгеньевич (Нижний Тагил, Россия) – кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник центра научных исследований и инноваций Нижнетагильского технологического института, филиала Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: trekin1963@yandex.ru.

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

1. Зленко М.А., Нагайцев М.В., Довбыш В.М. Аддитивные технологии в машиностроении: пособие для инженеров / НАМИ. – М., 2015. – 220 с.

2. Довбыш В.М., Забеднов П.В., Зленко М.А. Аддитивные технологии и изделия из металла // Библиотечка литейщика. – 2014. – № 9. – С. 14–71.

3. Трехмерная печать металлических объемных изделий сложной формы на основе сварочных плазменно-дуговых технологий (обзор) / В.Н. Коржик, В.Ю. Хас­кин, А.А. Гринюк [и др.] // Автоматическая сварка. – 2016. – № 5–6. – C. 127–134.

4. Григорьев С.Н., Смуров И.Ю. Перспективы развития инновационного аддитивного производства в России и за рубежом // Инновации. – 2013. – № 10(180). – C. 76–82.

5. Wire and arc additive manufacturing / S.W. Williams, F. Martina, A.C. Addison J. Ding, G. Pardal, P. Colegrove // Materials Sci. and Techn. – 2016.  – Vol. 32, no. 7. – Р. 641.

6. Colegrove P., Williams S. High deposition rate
high quality metal additive manufacture using wire + arc techno­lo­gy / Cranfield University. – 2013. – URL: https://xyzist.com/wp-content/uploads/2013/12/Paul-Colegrove- Cranfield-Additive-manufacturing.pdf (ac­cessed 01.05.2017).

7. Clark D., Bache M.R., Whittaker M.T. Shaped metal deposition of a nickel alloy for aero engine applications // J. of  materials proc. techn. – 2008. – No. 203. –
P. 439–448.

8. Передовые технологии аддитивного произ­вод­ства металлических изделий / А.А. Осколков, Е.В. Матвеев, И.И. Безукладников [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 90–104.

9. Формирование структуры и свойств стали 04Х18Н9 при аддитивном производстве заготовок / Ю.Д. Щицын, С.А. Терентьев, С.Д. Неулыбин [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение.– 2018. – Т. 20, № 3. – C. 55–62.

10. Коваленко В.С. Металлографические реактивы: справ. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1981. – 120 с.

11. Способы металлографического травления: справ. / пер. с нем. М. Беккерт, Х. Клемм. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1988. – 400 с.

12. Вашуль Х. Практическая металлография. – М.: Металлургия, 1988. – 320 с.

13. Померанцев А.С. Повышение производительности автоматической однопроходной дуговой сварки под флюсом стыковых соединений из низколегированных сталей в переменном (50 Гц) магнитном поле: автореф. дис. … канд. техн. наук / ДГТУ. – Ростов на/Д, 2003. – 17 с.

14. Шевченко О.И., Трекин Г.Е. Структура и свойства покрытий при электромагнитном воздействии на сварочную ванну // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: XIX Урал. шк. металловедов-термистов, посвященная 100-летию со дня
рождения академика В.Д. Садовского, г. Екатеринбург,
4–8 февраля 2008 г. / УГТУ-УПИ. – Екатеринбург,
2008. – С. 234.

15. Сварка с электромагнитным перемешиванием / В.П. Черныш, В.Д. Кузнецов, А.Н. Бриксман [и др.]; под общ. ред. В.П. Черныша. – Киев: Технiка, 1983. – 127 с.

16. Черныш В.П., Кухарь С.Н. Оборудование для сварки с электромагнитным перемешиванием. – Киев: Виша школа, 1984. – 56 с.

17. Меркулов Б.А., Зубченко А.С., Иванов А.М. Энергетические характеристики процесса и особенности термического цикла при сварке пульсирующей дугой под флюсом // Сварочное производство. – 1989. – № 9. – С. 18–23.

18. Технология ручной дуговой сварки покрытыми электродами с модуляцией параметров режима / Д.А. Дудко, В.С. Сидорук, С.А. Зацерковский [и др.] // Автоматическая сварка. – 1991. – № 12. – С. 59–60.

19. Шигаев Т.Г. Сварка модулированным током // Итоги науки и техники. Т. 17. Сварка. – М., 1985. – С. 91–133.

20. Дюгеров Н.Г., Сагиров Х.Н., Ленивкин В.А. Оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 80 с.

21. Сараев Ю.П. Импульсные технологические процессы сварки и наплавки. – Новосибирск: Наука, 1994. – 109 с.

22. Патон Б.Е., Потапьевский А.Г., Подола Н.В. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом с программным регулированием процесса // Автоматическая сварка. – 1964. – № 1. – С. 1–6.

23. Зависимость химического состава металла шва от параметров режима дуговой сварки модулированным током // Д.А. Дудко, С.А. Зацерковский, В.С. Сидорук
[и др.] // Автоматическая сварка. – 1989. – № 2. – С. 27–29.

24. Кривоносова Е.А., Белинин Д.С. Трансформация неметаллических включений в сталях под действием плазменного источника нагрева // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2017. – Т. 19, № 1. – С. 58–77.

25. Кривоносова Е.А. Особенности влияния неметаллических фаз на развитие деформации наплавленных слоев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 1. – С. 189–204.

Применена модифицированная методика с получением зоны внутреннего окисления для выявления действительного зерна после высокотемпературных нагревов и различного времени выдержки. Необходимость модифицирования методики выявления границ действительного зерна аустенита заключается в том, что применение методов выявления зерна аустенита по ГОСТ 5639 не всегда приносит положительный результат, особенно методов химического травления. Проведен анализ зеренной структуры сталей с системой легирования Х2Г2С2МФ после нагрева на температуры от 900 до 1200 °С. Проанализировано влияние времени выдержки (15, 30 и 60 мин) на рост аустенитного зерна при каждом значении температуры аустенитизации. Вычислены средние размеры аустенитного зерна и определены значения температуры рекристаллизации аустенита для каждой стали, что является неотъемлемой частью для назначения режимов термической обработки, связанных с непрерывным охлаждением или изотермической обработкой металлических изделий в условиях производства. После различной выдержки при каждом значении температуры аустенитизации проведен сравнительный анализ двух методик по определению среднего размера зерна: методик определения размера зерна с помощью программного обеспечения Olympus Stream Motion 1.8 и с помощью анализатора фрагментов микроструктуры твердых тел SIAMS 700. SIAMS 700 в настоящее время является довольно распространенной и востребованной программой, предназначенной для различного количественного анализа структур металлических материалов. Анализатор фрагментов микроструктуры твердых тел устанавливается в лаборатории на базе различных предприятий и университетов. Программное обеспечение Olympus Stream Motion 1.8 поставляется в связке со световым микроскопом Olympus GX-51 и также может быть задействовано при расчете среднего размера действительного зерна аустенита. Показано, что экономно-легированные среднеуглеродистые конструкционные стали системы легирования Х2Г2С2МФ являются наследственно мелкозернистыми. Определено, что только при нагреве выше 1150 °С начинается резкий рост зерна, однако средний размер действительного зерна аустенита находится в пределах 50–60 мкм.

Ключевые слова: экономно-легированные стали, система легирования, зеренная структура, средний размер зерна, действительное зерно, разнозернистость, температура рекристаллизации, склонность к перегреву, метод окисления, температура нагрева, окалина, наследственно-мелкозернистая структура, анализатор изображения, зона внутреннего окисления, высокопрочная сталь.

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

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

Надежда Сергеевна Менлышева (Пермь, Россия) – студентка кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: nadezhda.menlysheva@yandex.ru.

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

1. Садовский В.Д. Структурная наследственность в стали. – М.: Металлургия, 1973. – 208 с. – (Сер. Успехи современного металловедения).
2. Борисов И.А. Влияние перегрева на текстуру и зерно роторной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 7. – С. 3–9.
3. Борисов И.А., Дуб А.В. Влияние продолжительности высокого отпуска на текстуру и зерно перегретой роторной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2013. – № 3. – С. 3–9.
4. Клецова О.А., Крылова С.Е., Приймак Е.Ю. Кинетика бейнитного превращения валковой стали 75Х3МФ // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2017. – № 10. – С. 10–15.
5. Майсурадзе М.В., Рыжков М.А., Куклина А.А. Влияние технологии производства на фазовые и структурные превращения кремнийсодержащей стали // Сталь. – 2017. – № 1. – С. 52–58.
6. Kazakov A.A., Kiselev D. Industrial application of thixomet image analyser for quantitative description of steel and alloy’s microstructure // Metallography, Microstructure and Analysis. – 2016. – No. 5. – Р. 294–301.
7. Майсурадзе М.В., Рыжков М.А., Сурнаева О.А. Влияние термической обработки на микроструктуру и механические свойства высокопрочной кремнистой стали // Сталь. – 2016. – № 6. – С. 62–66.
8. Caballero F.G., Bhadeshia H.K.D.H. Very strong bainite // Current opinion in solid state and materials science. – 2004. – No. 8. – P. 251–257.
9. Влияние микроструктуры и сегрегации элементов на ударную вязкость высокопрочной низкоуглеродистой бейнитной стали / Ду Миньхиань, Пен Хуахиа, Тянь Хунбинь, Сунь Ли, Оу Лин // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2016. – № 3. – С. 13–16.
10. Особенности формирования структуры и свойств сталей с гетерогенной бейнитно-мартенситной структурой для газонефтепроводов / С.В. Беликов, К.И. Сергеева, О.Ю. Корниенко, И.Н. Ашихмина, А.И. Степанов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 12. – С. 9–14.
11. Чепрасов Д.П. Строение и условия формирования промежуточных структур зернистой морфологии в низкоуглеродистых низколегированных сталях бейнитного класса // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 1. – С. 19–24.
12. Navarro-Lopez A., Sietsma J., Santofimia M.J. Effect of prior athermal martensite on the isothermal transformation kinetics below MS in a low-C high-Si steel // Metallurgical and materials transactions. – 2016. – Vol. 47A. – P. 1028–1039.
13. М/А-составляющая в структуре высокопрочной низкоуглеродистой бейнитной стали / А.А. Кичкина, М.Ю. Матросов, Л.И. Эфрон, Д.А. Рингинен, И.В. Лясоцкий, Е.В. Шульга, А.А. Ефимов // Металлург. – 2018. – № 8, ч. 1. – С. 44–52.
14. Получение структуры нижнего бескарбидного бейнита в результате изотермической обработки сталей типа Х3Г3МФС и ХН3МФС / Ю.Н. Симонов, М.Ю. Симонов, Д.О. Панов, В.П. Вылежнев, А.Ю. Калетин // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2016. – № 2. – С. 4–13.
15. Принципы конструирования химического состава сталей для получения структуры нижнего бескарбидного бейнита при замедленном охлаждении / Ю.Н. Симонов, Д.О. Панов, М.Ю. Симонов, В.П. Вылежнев, А.С. Иванов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2015. – № 7. – С. 20–28.
16. Юрченко А.Н., Симонов Ю.Н. Структурные особенности, механические свойства и термическая обработка бейнитных сталей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение и материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 3. – С. 160–181.
17. Юрченко А.Н., Симонов Ю.Н., Микрюков М.Ю. Влияние непрерывного охлаждения и изотермической выдержки на микроструктуру и механические свойства сталей 17Х2Г2С2МФ и 29Х2Г2С2МФ // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение и материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 1. – С. 101–116.
18. Абросимова А.А., Панов Д.О., Симонов Ю.Н. Рост аустенитного зерна при нагреве сталей типа Х3Г3МФС и ХН3МФС // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение и материаловедение. – 2015. – Т. 17, № 2. – С. 78–88.
19. Борисов И.А., Дуб А.В. Устранение крупнозернистости в стали 25ХН3МФА после перегрева до разных температур // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2015. – № 12. – С. 11–16.
20. Хун-Бинь Цзя, Хун-Мэй Чжан, Чэн-Цянь Сунь. Исследование растворения частиц второй фазы и роста аустенитного зерна при нагреве мелкозернистой высокопрочной IF-стали // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2016. – № 6. – С. 14–19.
21. Исследование роста аустенитного зерна в стали, микролегированной Ti и Nb / Х.Л. Ян, Г. Сюй, Л. Ван, Ц. Янь, Б. Хэ. // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2017. – № 1. – С. 7–12.
22. Быкова П.О., Заяц Л.Ц., Панов Д.О. Выявление границ аустенитных зерен в сталях с мартенситной структурой методом окисления // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2008. – Т. 74, № 6. – С. 42–45.
23. Гольдштейн М.И., Грачев С.И., Векслер Ю.Г. Специальные стали: учеб. для вузов. – М.: Металлургия, 1985. – 408 с.
24. Александров В.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учеб. пособие. Ч. 1. Материаловедение. Стандарт 3-го поколения / Сев. (Аркт.) фед. ун-т. – Архангельск, 2015. – 327 с.
25. Металловедение и термическая обработка металлов: пособие к лаб. работам / И.Г. Сизов, Б.Д. Лыгденов, Д.М. Махаров, Ю.П. Аганаев, И.Б. Обунеев. – Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. – 238 с.
26. Панов Д.О., Юрченко А.Н., Сосновская О.Н. Исследование переохлажденного аустенита стали 44Х2Г2С2МФ в условиях непрерывного охлаждения // Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении – ИТММ-2016: сб. тез. III Междунар. науч.-практ. конф. – Пермь, 2016. – С. 108–110.
27. Юрченко А.Н., Панов Д.О., Симонов Ю.Н. Изменение микроструктуры экономно-легированной стали в зависимости от скорости непрерывного охлаждения и температуры изотермической выдержки // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2017. –  Т. 19, № 1. – С. 98–110.

Предложен новый метод оценки качества упрочненного слоя металлических электропроводных изделий после их поверхностной высокоэнергетической (магнитно-импульсное, ионно-плазменное и др.) обработки. Разработанный метод основывается на появлении скин-эффекта при использовании тока высокой частоты. Используется последовательная схема включения изделия в измерительную электрическую цепь с применением генератора сигналов высокой частоты и осциллографа.

До проведения процесса упрочнения сигнал с генератора пропускается через изделие и снимается осциллограмма амплитудного значения напряжения. В результате измерения видно, что происходит падение напряжения (прямо пропорциональная величина полного электрического сопротивления) на поверхностном слое изделия, связанное с дефектами металла (нарушение кристаллической решетки, посторонние включения, наличие крупного зерна структуры). Затем происходит упрочнение изделия одним из высокоэнергетических методов (магнитно-импульсное, ионно-плазменное и др.), которое приводит к улучшению свойств металла (однородность, мелкодисперсность, восстановление структуры кристаллической решетки), что также улучшает его электрофизические свойства (уменьшение электросопротивления). Проводится повторное снятие осциллограммы напряжения сигнала высокой частоты. В результате сравнения падения напряжения (электрического сопротивления) до упрочения и после него делается вывод о качестве проведенной обработки. Таким образом, разработанная методика исследования упрочненных слоев изделий позволяет производить оценку качества без разрушения изделия, требует малых затрат времени как на подготовку изделия к исследованию, так и на сам процесс измерения. С учетом простоты осуществления предлагаемого метода он может использоваться в качестве экспресс-метода для оценки качества упрочненного слоя металлических изделий.

 Ключевые слова: металлические образцы, упрочнение изделий, токи высокой частоты, скин-эффект, высокоэнергетические методы, магнитно-импульсная, ионно-плазменное, осциллограмма, электросопротивление, напряжение тока, измерительная электрическая цепь.

Малеронок Владимир Владимирович (Бара­новичи, Республика Беларусь) – магистр технических наук, аспирант, старший преподаватель кафедры обо­рудования и автоматизации производства Барано­вичского   государственного университета; e-mail: s-tm.v.v@mail.ru.

Алифанов Александр Викторович (Барановичи, Республика Беларусь) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры оборудования и автоматизации производства Барановичского государственного университета; e-mail: alifanov_aav@mail.ru.

1. Магнитно-импульсная упрочняющая обработка изделий из конструкционных и инструментальных сталей / А.В. Алифанов, А.В. Акулов, Ж.А. Попова, А.С. Де­мянчик // Литье и металлургия. – 2012. – № 3. – С. 77–82.

2. Алифанов А.В., Попова Ж.А., Ционенко Н.М. Механизм упрочнения легированных сталей в импульсном магнитном поле // Литье и металлургия. – 2012. – № 4. – С. 25–35.

3. Modeling of non-stationary diffusion of alloying elements on exposure of steel samples to magnetic pulses / A. Alifanov, A. Miliukova, Zh. Popova, D. Tsionenko // TRANSFER 2014: 15-th Int. Sci. Conf., Trencin Slovakija, 23–24 Oct. 2014 / Alexander Dubcek University of Trencin.  – Trencin, Slovakija, 2014. – P. 10–14.

4. Магнитострикционный механизм образования мелкодисперсной структуры в стальных изделиях при магнитно-импульсном воздействии / А.В. Алифанов, Д.А. Ционенко, А.М. Милюкова, Н.М. Ционенко // Вестник Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук. – 2016. – № 4.–  С. 31–36.

5. Чаевский В.В. Комбинированная гальваническая и ионно-плазменная обработка лезвий ножей дереворежущего инструмента // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: тр. IX междунар. евраз. симп., г. Екатеринбург, 23–25 сентября 2014 г. / под науч. ред. В.Г. Новоселова. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. лесотехн. ун-та, 2014. – С. 202–206.

6. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. – М.: Металлургия, 1990. – 216 с.

7. Белый А.В., Кукареко В.А., Лободаева О.В. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов / Физ.-техн. ин-т. – Минск, 1998. – 220 с.

8. Бертяев Б.И., Завестовская И.Н., Игошин В.И. Сравнительный анализ двух- и трехстадийных термических циклов при поверхностной лазерной закалке сталей // Физика и химия обработки материалов. – 1986. – № 5. – С. 88.

9. Бирюков В.П. Влияние распределения плотности мощности лазерного луча на повышение износостойкости поверхностей трения // Вестник машиностроения. – 2008. – № 3. – С. 33.

10. Лахтин Ю.М., Гуляева Т.В., Тарасова Т.В. Структура и свойства стали 20Х13 после лазерной обработки // МИТОМ. – 1988. – № 10. – С. 36.

11. Вологин М.Ф., Калашников В.В., Нерубай М.С. Применение ультразвука и взрыва при обработке и сборке. – М.: Машиностроение, 2002. – 264 с.

12. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. – М.: Машиностроение, 1989. – 237 с.

13. Горелик С.С. Рентгенографический и электрографический анализ. – М.: Металлургия, 1985. – 182 с.

14. Авдеев Б.Я. Основы метрологии и электрические измерения: учеб. для вузов / под общ. ред. Е.М. Ду­шина. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 480 с.

15. Кане М.М. Основы научных исследований в технологии машиностроения. – Минск: Вышэйшая школа, 1987. – 231 с.

16. Алифанов А.В., Малеронок В.В., Богданович И.А. Исследование влияния магнитно-импульсной обработки поверхностного слоя стальных образцов на их физико-механические свойства // Вестник БарГУ. Технические науки. – 2017. – № 5. – С. 18–24.

17. Алферов А.А. Анализ существующих инженерных математических моделей учета поверхностного эффекта в токопроводящих жилах силовых кабелей // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. – 2015. – № 2. – C. 62–69.

18. Алифанов А.В., Малеронок В.В., Ционенко Д.А. Исследование упрочненных магнитно-импульсной обработкой поверхностных слоев металлических изделий
с помощью токов высокой частоты // Актуальные проблемы прочности: монография: в 2 т. / под общ. ред. В.В. Рубаника. – Витебск, 2018. – Т. 2, гл. 6. –
С. 111–124.

19. Шпиганович А.Н., Довженко С.В. Анализ влияния высших гармонических составляющих на безотказность электроизоляционных покрытий [Электронный ресурс] // Журн. науч. публ. аспирантов и докторантов. – 2008. – URL: http://www.jurnal.org/articles/2008/elect7.html (дата обращения: 27.03.2019).

20. Основы электродинамики // Подготовка к ЦТ (ЕГЭ), задачи по физике и математике: сайт. – 2014. – URL: http://fizmat.by/kursy/jelektricheskij_tok/Om_cepi (дата обращения: 27.03.2019).

Исследована динамика циркуляционного переводника, применяющегося для укрепления стенок скважины в процессе бурения. Рассмотрена конструкция и принцип функционирования переводников в процессе их эксплуатации. Выделены основные этапы работы переводника. Дано описание каждого этапа и представлены соответствующие расчетные схемы, в которых учтены геометрические, силовые и эксплуатационные параметры системы.

С учетом принятых допущений построены математические модели, представленные в виде совокупности соотношений, характеризующих механические и гидродинамические процессы функционирования переводника. В расчет введены условия, накладывающие эксплуатационные, технологические и конструктивные ограничения на режимы каждого из этапов его работы. При принятых допущениях определено значение критического давления, необходимого для продавливания шара через седло втулки конструкции. Установлены соотношения, связывающие это давление с геометрическими характеристиками шара. Приведен порядок расчета режима циркуляции тампонирующей жидкости или бурового раствора при открытии боковых отверстий. Представлена методика получения соотношений для определения давления на стояке, необходимого для обеспечения требуемого расхода бурового насоса.

Для каждого этапа работы циркуляционного переводника приведена характеристика алгоритмов и порядок численного моделирования динамики рассмотренной конструкции. Сформирован программный модуль для реализации решения полученных уравнений.
По результатам проведенного математического моделирования выявлены особенности динамических явлений в процессе работы циркуляционного переводника. Получены числовые значения характеристик системы, влияющих на ее динамику путем варьирования конструкторско-технологическими параметрами переводника. Результаты расчетов сформированы в виде таблиц и графиков. Ряд из них представлен в статье в виде соответствующих диаграмм.

Ключевые слова: циркуляционный переводник, математическая модель, расчетная схема, численное моделирование, бурильная колонна, полимерный шар, продавливание, скорость жидкости, тампонирование, втулка, циркуляционные порты, клапан.

Кобитянский Алексей Ефимович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательскоого политехнического университета; e-mail: allania00@mail.ru.

Мульков Александр Николаевич (Пермь, Россия) – магистр кафедры материалов, технологий и конструирования машин Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: alexandermulkov@gmail.com.

Белобородов Владимир Сергеевич (Пермь,
Россия) – аспирант кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: beloborodovvova@mail.ru.

1. Ваталева М.В. Методы и модели управления рецептурой при производстве тампонажных смесей для крепления скважин с учетом особенностей нефтяных и газовых месторождений: дис. … канд. техн. наук: 05.13.06 / Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. – Пермь, 2019. – 192 с.
2. Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин: учеб. для вузов / ООО «Недра-Биз­нес­центр». – М., 2003. – 1007 с.
3. Ивачев Л.М. Промывка и тампонирование гео­ло­горазведочных скважин: справ. пособие. – М.: Недра, 1989. – 247 с.
4. Циркуляционный переводник: пат. 2658851 Рос. Федерация: МПК Е 21В 34/14, Е 21В 21/10 / Фуфачев О.И., Осипов Д.А. – Заявка № 2017128977; заявл. 14.08.2017; опубл. 25.06.2018, Бюл. № 18.
5. Циркуляционный переводник бурильной колонны: пат. 155225 Рос. Федерация: МПК Е 21В 21/10 / Сударев Р.П., Мялицин Н.Ю., Караваев В.М. – Заявка № 2014144890; заявл. 06.11.2014; опубл. 27.09.2015, Бюл. № 27.
6. Циркуляционный переводник [Электронный ресурс]. – URL: http://тмс-групп.рф/netcat_files/9/4/ Tsirkulyatsionnyy_ perevodnik.pdf  (дата обращения: 14.07.2019).
7. Циркуляционный переводник бурильной колонны ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент» / Р.П. Суда­рев, Ю.А. Коротаев, Н.Ю. Мялицин, В.М. Караваев // Бурение и нефть. – 2018. – № 6. – С. 45–47.
8. Циркуляционные переводники PBL [Электронный ресурс]. – URL: http://sbdr.ru/catalog/2 (дата обращения: 14.07.2019).
9. Экспериментально-расчетные исследования эффективности различных способов демпфирования колебаний деталей газотурбинных двигателей / Б.Ф. Шорр, Н.Н. Серебряков, А.Н. Стадников, Д.В. Шадрин, Е.С. Ру­денок, А.В. Каначкин, А.Д. Бортников // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. – 2015. – № 3. – С. 171–182.
10. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, 1976. – 320 с.
11. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов / под ред. Г.С. Писаренко. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Наукова думка, 1988. – 736 с.
12. Банникова О.Ю. Совершенствование технологии приготовления и применения буровых растворов на основе сухих полимерных смесей: дис. … канд. техн. наук: 25.00.15. – Уфа, 2015. – 210 с.
13. Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин: учеб. пособие / С.В. Каменских [и др.]; Ухтин. гос. техн. ун-т. – Ухта, 2014. – 231 с.
14. Слезкин Н.А. Динамика несжимаемой жидкости / под ред. Е.И. Обросковой. – М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит., 1955. – 520 с.
15. Рабиа Х. Технология бурения нефтяных скважин / пер. с анг. В.Г. Григулецкого и Ю.М. Кисельмана; под ред. В.Г. Григулецкого. – М.: Недра, 1989. – 413 с.
16. Осипов П.Ф. Гидравлические и гидродинамические расчеты при бурении скважин: учеб. пособие / Ухтин. гос. техн. ун-т. – Ухта, 2004. – 71 с.
17. Дьяконов В.П. MATLAB. Полный самоучитель. – М.: ДМК-Пресс, 2012. – 768 с.
18. Shampine L.F., Reichelt M.W. The MATLAB ODE suite // SIAM J. on Sci. Comp. – 1997. – No. 18. – Р. 1–22.
19. Мироновский Л.А., Петрова К.Ю. Введение в MATLAB: учеб. пособие / СПбГУАП. – 2005. – 122 с.
20. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: справ. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1993. – 640 с.
21. Одельский Э.Х. Гидравлический расчет трубо­про­водов разного назначения. – Минск: Вышэйшая школа, 1967. – 103 с.
22. Балденко Ф.Д. Расчеты бурового оборудова­ния / РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. – М., 2012. – 428 с.
23. Анурьев В.И. Справочник конструктора-маши­но­строителя: в 3 т. / под ред. И.Н. Жестковой. – 9-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2006. – Т. 1. – 928 с.
24. Анурьев В.И. Справочник конструктора-маши­но­строителя: в 3 т. / под ред. И.Н. Жестковой. – 9-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2006. – Т. 2. – 960 с.
25. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров: учеб. посо­бие. – М.: Высш. шк., 1994. – 544 с.

Показана область использования мультифазных насосных установок. Рассмотрены особенности конструкции и технологии изготовления основного узла – винтового героторного механизма, который представляет собой цилиндрическую планетарную зубчатую передачу внутреннего зацепления с разницей в числах зубьев статора и ротора, равной единице. Показано, что статор является наиболее важной и наиболее слабой деталью винтового героторного механизма. Отмечено, что стандартный статор имеет недостаточную изгибную жесткость резиновых зубьев и низкую долговечность в связи с тем, что в процессе эксплуатации происходит разогрев и разрушение резиновых зубьев. Показано, что повысить напорные характеристики мультифазной насосной установки можно за счет армирования резиновых зубьев статора, увеличения длины героторного механизма и использования в мультифазной насосной установке нескольких винтовых героторных механизмов, расположенных на одной раме и соединенных последовательно между собой при помощи трубопровода. Описаны два варианта схем мультифазных насосных установок с двумя винтовыми героторными механизмами. По первому варианту винтовые героторные механизмы имеют общий привод, включающий редуктор с двумя выходными валами и электродвигатель. По второму варианту каждый винтовой героторный механизм имеет свой собственный привод, при этом согласование частоты вращения винтовых героторных механизмов обеспечивается управляющим устройством. В обоих вариантах схем нагнетательная полость одного героторного механизма при помощи трубопровода соединяется с всасывающей полостью другого героторного механизма.

Ключевые слова: мультифазная насосная установка, насосная секция, винтовой героторный механизм, армированный статор, резина, изгибная жесткость, ротор, напорная характеристика, давление, технология.

Коротаев Юрий Арсеньевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, академик РАЕН, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследо­вательского политехнического университета; e-mail: ykor1946@yandex.ru.

Голдобин Дмитрий Анатольевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, ведущий инженер-конструктор ООО «Биттехника»; e-mail:dimural@mail.ru.

Субботин Анатолий Юрьевич (Пермь, Россия) – руководитель проектов, ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»; e-mail: asubbotin@integra.ru.

Мялицин Николай Юрьевич (Пермь, Россия) – главный конструктор, ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент», e-mail:nmyalitsin@integra.ru.

Вишняков Сергей Георгиевич (Пермь, Россия) – начальник отдела разработки мультифазных насосных установок, ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»; e-mail: svishnyakov@integra.ru.

1. Балденко Д.Ф., Балденко Ф,Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины: в 2 т. /
ООО «ИРЦ Газпром». – М., 2005–2007. – 858 с.

2. Коротаев Ю.А., Чудаков Г.Ф., Николаев В.Ю. Винтовые насосные секции и насосные установки Пермского филиала ВНИИБТ // Строительство нефтяных скважин на суше и на море / ВНИИОЭНГ. – М., 2003. –№ 9. – С. 17–19.

3. Мультифазные насосные установки повышенной производительности для перекачки нефтегазовых смесей / Ю.А. Коротаев, Д.А. Голдобин, Н.Ю. Мялицин, А.Ю. Субботин // Oil &Gaz Eurasia. – 2014. – No. 6–7. –
Р. 64–65.

4. Компоновка винтового героторного насоса: пат. 132504 Рос. Федерация: МПК F04C2/107 / Коротаев Ю.А., Голдобин Д.А. – № 2013116558/06; заявл. 11.04.2013; опубл. 20.09.2013, Бюл. № 29.

5. Установка для перекачки мультифазных жидкостей с большим содержанием газа: пат. 145326 Рос. Федерация: F04B47/00 / Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А., Субботин А.Ю. – № 2014112127/06; заявл. 28.03.2014; опубл. 20.09.2014, Бюл. 26.

6. Устройство защиты мультифазного насоса: пат. 2539214 Рос. Федерация: МПК F04C 2/16 / Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А., Мялицин Н.Ю. – № 2013151483/06;
заявл. 19.11.2013; опубл. 20.01.2015, Бюл. № 2.

7. Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины: пат. 2194880 Рос. Федерация / Коротаев Ю.А., Цепков А.В., Кочнев А.М., Бобров М.Г.,  Суслов В.Ф. – № 2001103176/06; заявл. 02.02.2001; опубл. 20.12.2002, Бюл. № 35.

8. Коротаев Ю.А., Голдобин Д.А. Особенности проектирования и расчета многозаходных героторных механизмов мультифазных насосов // Изв. ТулГУ. Технические науки. – 2016. – Вып. 8,  ч. 2. – С. 175–183.

9. Новые направления в развитии винтовых мультифазных насосов / Д.А. Голдобин, Ю.А. Коротаев, Н.Ю. Мялицин, А. Субботин // ЭкспозицияНефтьГаз. – 2015. – № 6. – С. 67–71.

10. Коротаев Ю.А., Пьянков А.Ю. Новая конструкция многозаходного героторного механизма мультифазного насоса // MASTER JORNAL. – 2015. – № 1. – С. 37–42

11. Коротаев Ю.А. Технологическое обеспечение долговечности многозаходных винтовых героторных механизмов гидравлических забойных двигателей /
ОАО «ВНИИОЭНГ». – М., 2003. – 260 с.

12. Зотин В.Н., Кочнев А.М. Исследование напряженного состояния обкладки статора винтового забойного двигателя // Химическое и нефтяное машиностроение. – 1986. – № 5. – С. 20–24.

13. Коротких Н.И., Коротаев Ю.А., Хохлов В.В. Повышение надежности резинометаллических статоров винтовых забойных двигателей // Вестник Ассоциации буровых подрядчиков. – 2001. – № 4. – С. 8–11.

14. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов / под ред. Г.С. Писаренко. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Наукова думка, 1988. – 736 с.

15. Плотников В.М., Фуфачев О.И. Тепловой расчет резиновой обкладки статоров винтовых забойных двигателей // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2010. – № 9. – С. 3–6.  

16. Кочнев А.М., Голдобин В.Б. Винтовой забойный двигатель с облегченным ротором // Нефтяное хоз-во. – 1989. – № 9. – С. 14–16.

17. Коротаев Ю.А., Иванов В.А., Голдобин Д.А. Технология изготовления  рабочих органов винтовых забойных двигателей с облегченными роторами и армированными статорами // Вестник Ижев. гос. техн. ун-та. – 2011. – № 3.

18. Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А. Особенности конструкции и технологии изготовления статоров винтовых забойных двигателей ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент», армированных стальной тонкостенной винтовой оболочкой // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2010. – № 11.

19. Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А., Фуфачев О.И. Повышение точности изготовления гидроштампованных облегченных роторов и энергетических характеристик винтовых забойных двигателей // Вестник ассоциации буровых подрядчиков. – 2010. – № 2. – С. 35–37.

20. Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А., Плотников ВМ. Компьютерное моделирование процесса формообразования тонкостенных винтовых оболочек для роторов и статоров винтовых забойных двигателей // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2012. – № 8. – С. 4–8.

21. Плотников В.М., Голдобин Д.А., Фуфачев О.И. Совершенствование технологии изготовления облегченных роторов винтовых забойных двигателей // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2007. – № 2. – С. 13–15.

22. Способ изготовления трубчатой оболочки ротора винтового забойного двигателя: пат. 2187616 Рос. Федерация / Кочнев А.М., Коротаев Ю.А., Дмитриев В.П. – № 2001104270/03; завл. 14.02.01; опубл. в БИ, Бюл. № 23.

23. Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А., Фуфачев О.И. Повышение точности изготовления гидроштампованных облегченных роторов и энергетических характеристик винтовых забойных двигателей // Вестник Ассоциации буровых подрядчиков. – 2010. – № 2. – С. 35–37.

24. Коротаев Ю.А., Голдобин Д.А., Алпатов А.Н. Особенности технологии гидроштамповки зубчатых оболочек для роторов и статоров винтовых двигателей и насосов // Изв. ТулГУ. Технические науки. – 2013. – Вып. 8. – С. 48–55.

Описаны экспериментальные исследования многослойной электронно-лучевой наплавки проволочного материала. Был произведен экспериментальный подбор режимов электронно-лучевой наплавки проволочного материала. Оценка режимов производилась путем визуального контроля процесса и результата наплавки. Были исследованы режимы электронно-лучевой наплавки со следующими технологическими приемами: кольцевая осцилляция электронного луча и различные режимы фокусировки при статичном положении электронного луча, подача присадочной проволоки в расплавленную ванну, подача присадочной проволоки над зоной наплавки. Посредством изменения режимов фокусировки было исследовано несколько характерных положений фокуса электронного луча: ниже поверхности подложки, на поверхности подложки, между уровнем присадочной проволоки и поверхностью подложки, на уровне присадочной проволоки, выше уровня присадочной проволоки. Кроме того, было исследовано влияние позиционирования присадочной проволоки на качество наплавляемого валика. Была исследована подача проволоки в зону наплавки под углом 45°–60° к поверхности и горизонтальная подача проволоки над зоной наплавки. В ходе эксперимента были использованы различные варианты горизонтальной подачи проволоки: спереди, сбоку, сзади. В заключительной части экспериментальных исследований была выполнена многослойная наплавка с использованием присадочной проволоки ER308LSi диаметром 0,8 мм на пластину из нержавеющей стали толщиной 13 мм. Был получен образец кольцевой наплавки, состоящий из четырех слоев, высотой 3 мм. При этом два слоя были получены с точным позиционированием присадочной проволоки, один слой со смещением проволоки относительно оси наплавляемого валика в одну сторону и один слой со смещением в другую сторону.

Ключевые слова: электронно-лучевая наплавка, многослойная, присадочная проволока, аддитивные технологии, фокусировка, осцилляция, статичный луч, нержавеющая сталь, положение присадочной проволоки, параметры режима.

Варушкин Степан Владимирович (Пермь,
Россия) – младший научный сотрудник научно-исследо­вательской лаборатории «Обработка материалов высококонцентрированными источниками энергии» Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: stepan.varushkin@mail.ru.

Трушников Дмитрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: trdimitr@yandex.ru.

Саломатова Екатерина Сергеевна (Пермь, Рос­сия) – кандидат технических наук, доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материа­лов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: weld-katy@mail.ru.

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

Пермяков Глеб Львович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Обработка материалов высококонцентрированными источниками энергии» Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: gleb.permyakov@yandex.ru.

1. Powder bed charging during electron-beam additive manufacturing / Z.C. Cordero, H.M. Meyer, P. Nandwana, R.R. Dehoff  // Acta Materialia. – 2018. – Vol. 124. –
P. 437–445.

2. Frazier W.E. Metal additive manufacturing: a review // J. of Materials Eng. and Perfor­mance. – 2014. – Vol. 23(6). – P. 1917–1928.

3. Gokuldoss P.K., Kolla S., Eckert J. additive manufacturing processes: selective laser melting, electron beam melting and binder jetting–selection guidelines // Materials. – 2017. – Vol. 10(672). – P. 1–12.

4. Directed light fabrication of a solid metal hemisphere using 5-axis powder deposition / J.O. Milewski, G.K. Lewis, D.J. Thoma, G.I. Keel, R.B. Nemec, R.A. Rei­nert // J. of Materials Proc. Techn. – 1998. – Vol. 75,
no. 1–3. – P. 165–172.

5. Mumtaz K., Hopkinson N. Top surface and side roughness of Inconel 625 parts processed using selective laser melting // Rapid Prototyping J. – 2009. – Vol. 15, no. 2. – P. 96–103.

6. Zhu H.H., Lu L., Fuh J.Y.H. Development and characterisation of direct laser sintering Cu-based metal powder // J. of Materials Proc. Techn. – 2003. – Vol. 140, no. 1–3. – P. 314–317.

7. Milewski J.O. Additive manufacturing of me­tals. – Cham: springer international publishing, 2017. – 343 р.

8. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing / W.J. Sames, F.A. List, S. Pannala, R.R. Dehoff, S.S. Babu // Int. Materials Rev. – 2016. – Vol. 61, no. 5. – P. 315–360.

9. Additive manufacturing of metals / D. Herzog, V. Seyda, E. Wycisk, C. Emmelmann // Acta Materialia. – 2016. – Vol. 117. – С. 371–392.

10. Bourell D.L. Perspectives on additive manufacturing // Annual Rev. of Materials Res. – 2016. – Vol. 46. – P. 1–18.

11. Microstructural Control of Additively Manufactured Metallic Materials / P.C. Collins, D.A. Brice, P. Samimi, I. Ghamarian, H.L. Fraser // Annual Rev. of Mate­rials Res. – 2016. – Vol. 46. – P. 63–91.

12. Fuchs J., Schneider C., Enzinger N. Wire-based additive manufacturing using an electron beam as heat source // Weld. in the World. – 2018. – Vol. 62, no. 2. –
P. 267–275.

13. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests / D. Ding, Z. Pan, D. Cuiuri, H. Li // The Int. J. of Adv. Manuf. Techn. – 2015. – Vol. 81, no. 1–4. – P. 465–481.

14.  Electron beam additive manufacturing with wire – analysis of the process / M.St. Węglowski, S. Błacha, J. Pilarczyk, J. Dutkiewicz, Ł. Rogal // AIP Conf. Proc. – 2018. – Vol. 1960. – P. 140015.

15. Гуденко А.В., Драгунов В.К., Слива А.П. Методика определения режимов послойной электронно-лучевой наплавки проволоки для аддитивных технологий // Вестник Моск. энергет. ин-та. – 2017. – № 5. – С. 8–14.

16. Суходоев С.С., Суходоева А.А. Электронно-лучевая наплавка проволоки // Современные проблемы студенческого образования: материалы межвуз. науч.-практ. конф. – Пермь, 2018. – С. 84–87.

17. Установка электронно-лучевого выращивания металлических изделий / И.Ю. Бакеев, Ю.А. Бурачев­ский, В.А. Бурдовицин, И.В. Осипов, А.Г. Рау, Г.В. Семенов // Доклады Томс. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. – 2017. – Vol. 20, no. 3. – С. 76–78.

18.  Контроль параметров процесса электронно-лучевой наплавки с использованием сигналов токов проволоки и изделия / А.В. Щербаков, В.Н. Мартынов, И.А. Харитонов, Д.А. Гапонова, Р.В. Родякина, В.К. Драгунов // Электротехника. – 2018. – № 4. – С. 37–42.

19. Process control of electron beam wire additive manufacturing: пат. 0297140 США / Tamin­ger K.M.,  Hafley R.A., Zalameda J.N., Domack C.S., Taminger B.L., Burke E.R., Martin R.E., Seufzer W.J., Butler T.A.; заяв. и патентообл. National Aeronautics and Space Administration (NASA). – № 15/489247; заявл. 17.04.17, опубл. 19.10.2017. – 28 с.

20. Electron beam layer manufacturing using scanning electron monitored closed loop control: пат. 8598523 США / Stecker S., Wollenhaupt P.; заяв. и патентообл. SCIAKY Inc. – № 12/902,520; заявл. 12.10.10; опубл. 06.03.2014. – 19 с.