Развитие методов экспериментального исследования фазовых превращений, в том числе дилатометрии высокого разрешения, позволяет фиксировать быстроидущие процессы, в каждый момент времени с достаточно высокой точностью определять параметры состояния исследуемого образца и выявлять относительно слабые эффекты от процессов в материале, что требует разработки новых подходов к анализу полученных данных. Разработанная методика анализа первой производной дилатограммы показала хорошие результаты при анализе процессов в межкритическом интервале температур, происходящих при непрерывном нагреве конструкционных сталей, что делает перспективным ее применение для исследования процессов при охлаждении. Таким образом, статья посвящена исследованию распада переохлажденного аустенита конструкционной стали 30ХГСА с использованием дилатометрии высокого разрешения и последующим анализом дилатометрических данных. Дополнительно в работе использовали калориметрический, металлографический и дюрометрический анализ. Предложенная методика анализа дилатометрических данных процесса распада переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении, заключающаяся в анализе первой производной дилатограммы с разложением на составляющие пики, позволяет разделить объемные эффекты от различных фазовых превращений и разделить выявленные процессы по температурной шкале. С использованием нового метода анализа дилатометрических данных исследованы процессы распада переохлажденного аустенита в промышленной стали 30ХГСА при охлаждении со скоростями от 0,15 до 100 °С/с и построена новая термокинетическая диаграмма распада переохлажденного аустенита, где разделены области всех выявленных превращений. Установлено хорошее соответствие результатов, полученных с использованием предложенных подходов к дилатометрическому анализу, и данных калориметрического, металлографического и дюрометрического анализа.

Ключевые слова: дилатометрия, термокинетическая диаграмма распада переохлажденного аустенита, калориметрия, феррит, феррито-карбидная смесь, бейнит, мартенсит, сталь, фазовые превращения, дюрометрический анализ.

Панов Дмитрий Олегович (Пермь, Россия) – старший научный сотрудник, кандидат технических наук, доцент кафедры металловедения, термической
и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: dimmak-panov@mail.ru.

Спивак Лев Волькович (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики конденсированного состояния Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: lspivak2@mail.ru.

1. Application of dilatometric analysis to the study of solid – solid phase transformations in steels / C. Garet’a de Andre’s, F.G. Caballero, C. Capdevila, L.F. Ivarez // Materials Characterization. – 2002. – Vol. 48. – P. 101–111.

2. In-situ determination of austenite and martensite formation in 13Cr6Ni2Mo supermartensitic stainless steel / A. Bojack, L. Zhao, P. Fr. Morris, J. Sietsma // Materials Characterization. – 2012. – Vol. 71. – P. 77–86.

3. Growth of austenite from as-quenched martensite during intercritical annealing in an Fe-0.1C-3Mn-1.5Si alloy / R. Wei, M. Enomoto, R. Hadian, HH.S. Zurob, G.R. Purdy // Acta Materialia. – 2013. – No. 61. – P. 697–707.

4. Dilatometric analysis of austenite decomposition considering the effect of non-isotropic volume change /
D.-W. Suh, C.-S. Oh, H.N. Han, S.-J. Kim // Acta Materialia. – 2007. – Vol. 55. – P. 2659–2669.

5. Романов П.В., Радченко В.П. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении стали: Атлас термохимических диаграмм. – Новосибирск: Изд-во Сиб. отд. АН СССР, 1960. – 230 с.

6. Farahat A.I.Z. Dilatometry determination of phase transformation temperatures during heating of Nb bearing low carbon steels // J. of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 204. – P. 365–369.

7. Calculation of austenite formation kinetics of copper-bearing steel during continuous heating / D. Li, Y. Min, X. Wu // J. of Iron and Steels Research. International. – 2010. – No. 1. – P. 62–66.

8. Effect of heating rate on ferrite recrystallization and austenite formation of cold-roll dual phase steel / P. Li, J. Li, Q. Meng, W. Hu, D. Xu // J. of Alloys and Compounds. – 2013. – No. 578. – P. 320–327.

9. Oliveira F.L.G., Andrade M.S., Cota A.B. Kinetics of austenite formation during continuous heating in a low carbon steel // Materials Characterization. – 2007. – No. 58. – P. 256–261.

10. Черепин В.Т. Экспериментальная техника в физическом металловедении. – Киев: Техника, 1968. – 280 с.

11. Son Y.I., Lee Y.-K., Park K.-T. Reverse transformation of ferrite and pearlite to austenite in an ultrafine-grained low-carbon steel fabricated by severe plastic deformation // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2006. – Vol. 37a. – P. 3161–3164.

12. Pawlowski B. Determination of critical points of hypoeutectoid steels // Archives of Metallurgy and Materials. – 2012. – Vol. 57, iss. 4. – P. 957–962.

13. Panov D.O., Smirnov A.1. Features of austenite formation in low-carbon steel upon heating intercritical temperature range // Physics of Metals and Metallography. 2017. – Vol. 118 (11). – P. 1081–1090.

14. Межкритическая закалка низкоуглеродистой стали с получением дисперсной многофазной структуры / Д.О. Панов, Т.Ю. Барсукова, А.И. Смирнов, Е.Н. Орлова, Ю.Н. Симонов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 4 (77). – С. 6–18.

15. Dilatometric study on the recrystallization and austenization behavior of cold-rolled steel with different heating rates / G. Liu, J. Li, S. Zhang, J. Wang, Q. Meng // J. of Alloys and Compounds. – 2016. – Vol. 666. – P. 309–316.

16. Способ оценки дилатометрических исследований фазовых превращений в сплавах железа: пат. 2639735 Рос. Федерация: МПК G01N 25/02 (2006.01)  G01N 33/20 (2006.01)  СПК G01N 25/02 (2006.01) G01N 33/206 (2006.01) / Симонов Ю.Н., Панов Д.О.; заяв. и патентообл. ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет». –
Заявл. 03.10.2016; опубл. 22.12.2017, Бюл. № 36. – 8 с.

17. Ryzhkov M.A., Popov A.A. Methodological aspects of plotting of thermokinetic diagrams of transformation of supercooled austenite in low-alloy steels // Metal Science and Heat Treatment. – 2011. – Vol. 52, no. 11–12. – P. 612–616.

18. Maisuradze M.V., Yudin Y.V., Ryzhkov M.A. Numerical simulation of pearlitic transformation in steel 45KHSMF // Metal Science and Heat Treatment. – 2015. – Vol. 56, no. 9–10. – P. 512–516.

19. Pastor A., Valles P., Medina S.F. Study of phase transformations in steel X38CrMoV5-1 using dilatometry and differential thermal analysis // Steel Research Internatoinal. – 2017. – Vol. 88, iss. 4. – P. 1–7.

20. Briki J., Ben Slima S. A new continuous cooling transformation diagram for AISI M4 high-speed tool steel // J. of Materials Engineering and Performance. – 2008. – Vol. 17, iss. 6. – P. 864–869.

21. Wojdyr M. Fityk: a general-purpose peak fitting program // J. of Applied Crystallography J. Appl. Cryst. –  2010. – Vol. 43. – P. 1126–1128.

22. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. – М.: Металлургия, 1976. – 270 с.

23. Способ определения температур фазовых превращений в металлических материалах: пат. 2561315 Рос. Федерация: МПК G01N 25/02 (2006.01)  / Симонов Ю.Н., Панов Д.О.; заяв. и патентообл. ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет». – Заявл. 22.05.2014; опубл. 27.08.2015, Бюл. № 24. – 7 с.

24. Microstructural and mechanical properties of low-carbon ultra-fine bainitic steel produced by multi-step austempering process / H. Mousalou, S. Yazdani, B. Avishan, N. Parvini Ahmadi, A. Chabok, Y. Pei // Materials Science & Engineering A. – 2018. – Vol. 734. – P. 329–337.

25. Formation of structure and properties of carbide-free bainite in steel 30KHGSA / D.O. Panov, Y.N. Simonov, P.A. Leont’ev, M.N. Georgiev, A.Y. Kaletin // Metal Science and Heat Treatment. – 2016. – Vol. 58, no. 1. – С. 71–75.

Разработка и применение ресурсосберегающих технологий, направленных на получение металлоизделий и конструкций с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками, позволяет предприятиям получить ряд конкурентных преимуществ. Достижению таких преимуществ в немалой степени способствует возможность расширения номенклатуры применяемых металлов и сплавов, а также возврат материалов в технологических цикл. На реализацию этих задач направлено использование разрабатываемой в ИМиМ ДВО РАН технологии получения прочного материала, наплавляемого на элементы конструкций, выполненные из сталей с высоким углеродным эквивалентом. Прочностные характеристики таких сталей, как правило, значительно превосходят характеристики материалов, широко применяемых для сварки и наплавки, но их использование ограничено дополнительными технологическими требованиями. Так, например, для наплавки на сталь 45 требуется использование дугового процесса с подогревом и последующей термообработкой. Кроме того, ввиду склонности этой стали к образованию трещин и пор в зоне термического влияния ее традиционное использование ограничивается слабонагруженными конструкциями.

Суть разрабатываемого процесса заключается в совмещении воздействий электрической дуги и алюмотермического процесса на стальную поверхность. Реализация технического решения осуществляется за счет использования на агрегате автоматической дуговой сварки под слоем флюса электрода, выполненного в виде порошковой проволоки с алюмотермитным наполнителем. Наполнитель представляет собой смесь восстановителя и окалины, являющейся отходом машиностроения. Совмещенный процесс создает условия для внесения дополнительного тепла экзотермической реакции, а также позволяет улучшить теплоизоляцию зоны наплавления за счет формирующегося шлака. Возможность использования потенциала углеродистых сталей для получения прочного неразъемного соединения определяет актуальность исследований, проводимых в этом направлении. Рассмотрено влияние теплового режима на формирование прочностных характеристик материала, наплавляемого на пластину из стали 45.

Ключевые слова: сталь 45, автоматическая дуговая сварка под слоем флюса, порошковая проволока, алюмотермитный наполнитель, зона термического влияния, механическая прочность, фрактограмма вязкого излома, деформация, алюмотермитный шлак, ресурсосберегающая технология.

Абашкин Евгений Евгеньевич (Комсомольск-на-Амуре, Россия) – кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории проблем создания и обработки материалов и изделий Института машиноведения и металлургии Хабаровского федерального научно-иссле­довательского центра ДВО РАН; e-mail: abashkine@mail.ru.

Жилин Сергей Геннадьевич (Комсомольск-на-Амуре, Россия) – кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории проблем создания и обработки материалов и изделий Института машиноведения и металлургии Хабаровского федерального научно-исследовательского центра ДВО РАН; e-mail: zhilin@imim.ru.

Комаров Олег Николаевич (Комсомольск-на-Амуре, Россия) – кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории проблем создания и обработки материалов и изделий Института машиноведения и металлургии Хабаровского федерального научно-исследовательского центра ДВО РАН; e-mail: olegnikolaevitsch@rambler.ru.

1. Автоматическая сварка под слоем флюса элементов конструкций сверхбольшой толщины / Г.П. Карзов, С.Н. Галяткин, А.Я. Варовин, С.Г. Литвинов, Э.И. Михалева, В.И. Костылев, А.В. Воронов, Н.И. Степаненков, Н.В. Беляев // Вопросы материаловедения. – 2009. – № 3 (59). – С. 357–371.

2. Протоковилов И.В., Порохонько В.Б. Управление формированием сварных соединений при ЭШС
(обзор) // Автоматическая сварка. – 2012. – № 10 (714). – С. 54–59.

3. Шлепаков В.Н. Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (обзор) // Автоматическая сварка. – 2011. – № 10 (702). – С. 31–35.

4. Влияние легирующих элементов на формирование свойств сварочной омедненной проволоки для сварки высокопрочных низколегированных сталей / Н.В. Токарева, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, А.Ю. Ломтева // Обработка сплошных и слоистых материалов. – 2018. – № 1 (46). – С. 50–52.

5. Штоколов С.А. Актуальность производства порошковых проволок в России // Сталь. – 2017. – № 1. – С. 50–51.

6. Исследование влияния состава шихты порошковой проволоки для подводной сварки на параметры наплавленного валика / А.О. Воропаев, А.И. Куракин, М.В. Воропаева, В.В. Мурзин // Морские интеллектуальные технологии. – 2017. – № 1–4 (38). – С. 11–15.

7. Исследование нарушения формы зоны термического влияния, вызванного отклонением от режимов электродуговой сварки, на прочность сварного соединения / Н.О. Ковалев, Л.З. Зайнагалина, Р.Р. Степанова, Д.И. Сидоркин, Л.В. Петрова // Успехи современной науки. – 2016. – Т. 3, № 4. – С. 31–35.

8. Влияние теплового режима совместного электродугового и алюмотермического воздействия на формирование структуры и свойств наплавляемого металла / Е.Е. Абашкин, С.Г. Жилин, О.Н. Комаров, А.В. Ткачева // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 2. – С. 62–74.

9. Порошковая проволока: пат. 2675876 RU: МПК В23К35/368 / Абашкин Е.Е., Комаров О.Н., Жилин С.Г., Предеин В.В., Ткачева А.В., Панченко Г.Л. – Опубл. 2018. – Бюл. № 36.

10. Новохацкий В.А., Жуков А.А., Макарычев Ю.И. Малоотходная технология производства стальных отливок с экзотермическими прибылями. – М.: Машиностроение, 1986. – 64 с.

11. Абашкин Е.Е., Жилин С.Г., Комаров О.Н. Влияние упаковки компонентов термитного наполнителя порошковой проволоки на процессы электродугового переплава // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. – 2018. – Т. 1, № 1 (33). – С. 96–104.

12. Абашкин Е.Е. Влияние гранулометрического состава компонентов смеси на заполняемость сварочной порошковой проволоки // Фундаментальная механика в качестве основы совершенствования промышленных технологий, технических устройств и конструкций: материалы II Дальневосточной шк.-сем., Комсомольск-на-Амуре, 11–15 сент. 2017 г. / под. ред. А.И. Евстигнеева (отв. ред.) [и др.]. – Комсомольск-на-Амуре, 2017. – С. 7–8.

13. Абашкин Е.Е., Каинг М., Ткачева А.В. Температурные напряжения пластины // Вестник ЧГПУ им. И.Я. Яковлева. Механика предельного состояния. – 2016. – № 4 (30). – С. 24–33.

14. Фролов В.В., Винокуров В.Г., Волченко В.Н. Теоретические основы сварки. – М.: Высшая школа, 1970. – 392 с.

15. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / под ред. Б.Е. Патона. – М.: Машиностроение, 1974. – 768 с.

16. Полетаев Ю.В., Полетаев В.Ю. Однопроходная электродуговая сварка под тонким слоем шлака толстолистовых конструкций стали 09Г2С // Вестник Донского государственного технического университета. – 2018. – Т. 18, № 1. – С. 50–58.

17. Коберник Н.В., Третьяков Е.С., Чернышов Г.Г. Сварка неплавящимся электродом труб малого диаметра из углеродистых и низколегированных сталей с применением комбинированной защиты // Известия вузов. Машиностроение. – 2012. – № 9. – С. 70–76.

18. Каржаубаев А.С. Обобщенная методика определения основных геометрических параметров зоны наплавки // Известия вузов (Кыргызстан). – 2011. – № 6. – С. 39–41.

19. Металлургия дуговой сварки: Процессы в дуге и плавление электродов / И.К. Походня, В.Н. Горпенюк, С.С. Миличенко [и др.]; под ред. И.К. Походни; АН УССР; Ин-т электросварки им. Е.О. Патона. – Киев: Наукова думка, 1990. – 224 с.

20. Формирование температурных напряжений в пластине из углеродистой стали со сварным наплавом / А.В. Ткачева, Е.Е. Абашкин, С.Г. Жилин, О.Н. Комаров // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 12. – С. 99–104.

21. Сварка в машиностроении: справочник: в 4 т. / под ред. А.И. Акулова. – М.: Машиностроение, 1978. – Т. 2. – 462 с.

22. Теория сварочных процессов / А.В. Коновалов [и др.]; под ред. В.М. Неровного. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 752 с.

23. Романов Ю.Г., Коновалов А.В. Оценка сопротивляемости сталей образованию холодных трещин при повторных нагревах в интервале температур отпуска // Известия вузов. Машиностроение. – 2011. – № 7. – С. 47–52.

24. Симонов М.Ю., Ханов А.М., Шайманов Г.С. Влияние структуры на параметры изломов и характеристики сопротивления росту трещин при ударном нагружении низкоуглеродистых конструкционных сталей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение. Материаловедение. – 2011. – Т. 13, № 1. – С. 106–116.

25. Оценка строения изломов и структур в конструкционных сталях с использованием компьютеризированных процедур / А.В. Кудря, Э.А. Соколовская, Х.Н. Ле, В.А. Траченко, С.В. Скородумов, К.Б. Папина, Х.Ч. Чинь // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2015. – № 4 (34). – С. 44–52.

26. Герасимова Л.П. Изломы конструкционных сталей. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.

Важной стратегией в достижении необходимых свойств суперсплавов является управление структурой без изменения химического состава, в том числе за счет термомеханической обработки. Искровое плазменное спекание обладает значимыми преимуществами в сравнении с традиционными методами спекания, горячего изостатического прессования и другими благодаря одноэтапному циклу ИПС с коротким временем уплотнения и низкой температурой спекания. Представлены результаты исследований влияния температуры искрового плазменного спекания на структуру жаропрочного сплава «Инконель 625». С помощью методов лазерной дифракции, металлографии, сканирующей электронной микроскопии и рентгенографии дан анализ распыленных порошков «Инконель 625» и спеченных материалов. Показано, что порошки обладают отклонением от сферичности, частицы имеют сателлиты
и в некоторых случаях «аморфный панцирь». Средний размер частиц соответствует 38 мкм, структура частиц дендритно-ячеистая. Консолидация порошков выполнена на установке Dr. Sinter SPS-1050b (SPS Syntex Inc.) при значениях температуры 800, 850, 900, 950, 1000 °С, времени выдержки 5 мин, давлении 30 МПа, скорости нагрева 100 °С/мин. Показана стадийность консолидации порошков в процессе ИПС, поровая структура сохраняется до 950 °С. Максимально плотный материал получен при Т = 1000 °С. Структура спеченных при всех вышеуказанных значениях температуры образцов представлена матричной ГЦК g-фазой, фазами выделения Ni3Nb (d-фаза) и карбидами матрицы типа (Nb, Mo) C. Температура ИПС не влияет существенным образом на элементный состав материала. Полученные результаты исследований позволят в дальнейшем оптимизировать условия ИПС при получении высокотемпературных функционально градиентных материалов.

Ключевые слова: распыленный порошок, сплав «Инконель 625», размер частиц, плотность, пористость, искровое плазменное спекание, структура, фазовый состав, g- и d-фазы, карбиды.

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

Каченюк Максим Николаевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: max@pm.pstu.ru.

Сметкин Андрей Алексеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: solid@pm.pstu.ac.ru.

Кульметьева Валентина Борисовна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: keramik@pm.pstu.ac.ru.

1. 1.Reed R. The superalloys: fundamentals and applications. – Cambridge: Cambridge University Press, 2006. – 372 р. DOI: 10.1017/CBO9780511541285
2. 2.Pollock T.M., Tin S. Nickel-based superalloys for advanced turbine engines: chemistry, microstructure and properties // J. Propuls. Power. – 2006. – Vol. 22, no. 2. – Р. 361–374. DOI: 10.2514/1.18239
3. 3.A comparative study of oxide scales grown on stainless steel and nickel-based superalloys in ultra-high temperature supercritical water at 800 °C / Y. Behnamian, A. Mostafaei, A. Kohandehghan, B.S. Amirkhiz, D. Serate, Y. Sun [et al.] // Corros. Sci. – 2016. – Vol. 106. – Р. 188–207. DOI: 10.1016/j.corsci.2016.02.004
4. 4.Dinda G.P., Dasgupta A.K., Mazumder J. Laser aided direct metal deposition of inconel 625 superalloy: microstructural evolution and thermal stability // Mater. Sci. Eng. A. – 2009. – Vol. 509. – Р. 98–104. DOI: 10.1016/j.msea.2009.01.009
5. 5.Slebodnick P., Thomas E.D. Seawater corrosion behavior of laser surface modified Inconel 625 alloy // Mater. Sci. Eng. A. – 1996. – Vol. 206. – Р. 138–149. DOI: 10.1016/0921-5093 (95) 10013-X
6. 6.Study of the pitting corrosion at welding joints of inconel 625 alloy under high temperature and high H2S2 partial pressure / Q. Guo, Y. Li, J. Qian, H. Yu, C. Chen // Int. J. Electrochem. Sci. – 2017. – Vol. 12. – Р. 8929–8943 DOI: 10.20964/2017.10.46
7. 7.Rajani H.R.Z., Mousavi S.A.A.A. The effect of explosive welding parameters on metallurgical and mechanical interfacial features of inconel 625/plain carbon steel bimetal plate // Mater. Sci. Eng. A. – 2012. – Vol. 556. – Р. 454–464. DOI: 10.1016/j.msea.2012.07.012
8. Davies-Smith L.R., Lane J.D., Riley T. Effect of niobium on marine crevice corrosion resistance of Inconel alloy 625 // British Corrosion J. – 1987. – Vol. 22: 2. – Р. 90–94. DOI: 10.1179/000705987798271730
9. 9.Tribocorrosion behaviors of Inconel 625 alloy sliding against 316 Steel in seawater / J. Chen, J. Wang, B. Chen, F. Yan  [et al.] // J. Tribol. Transc. – 2011. – Vol. 54. – Р. 514–522. DOI: 10.1080/10402004.2011.571362
10. 10.Laser cladding of aerospace materials / L. Sexton, S. Lavin, G. Byrne, A. Kennedy // J. Mater. Process. Technol. – 2002. – Vol. 122. – Р. 63–68. DOI: 10.1016/S0924-0136 (01) 01121-9
11. Li X.Y., Lu K. Playing with defects in metals // Nat. Mater. – 2017. – Vol. 16. – Р. 700–701. DOI: 10.1038/nmat4929
12. 12.Yang L., Li X.Y., Lu K. Making materials plain: concept, principle and applications // Acta Metall. – 2017. – Vol. 53. – Р. 1413–1417. DOI: 10.11900/0412.1961.2017.00316
13. Li X.Y., Lu K. Improving sustainability with simpler alloys, Science. – 2019. – Vol. 364. – Р. 733–734. DOI: 10.1126/science.aaw9905
14. About the possibility of grain boundary engi­neering via hot-working in a nickel-base superalloy / N. Souaï, N. Bozzolo, L. Nazé, Y. Chastel, R. Logé // Scr. Mater. – 2010. – Vol. 62. – Р. 851–854. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.02.019
15. Bozzolo N., Souaï N., Logé R.E. Evolution of microstructure and twin density during thermomechanical processing in a γ-γ’ nickel-based superalloy // Acta Mater. – 2012. – No. 60. – Р. 13–14. DOI: 10.1016/j.acta­mat.2012.06.028
16. Influence of processing parameters on dynamic recrystallization and the associated annealing twin boundary evolution in a nickel base superalloy / S.K. Pradhan, S. Man­dal, C.N. Athreya, K. Arun Babu, B. de Boer, V. Subramanya Sarma // Mater. Sci. Eng. A. – 2017. – No. 700. – Р. 49–58. DOI: 10.1016/j.msea.2017.05.109
17. Effect of twin boundaries on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 alloy / Yubi Gao [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. – 2019. – No. 766. – Р. 138–147. DOI: 10.1016/j.msea.2019.138361
18. 8 - Superalloys, powders, process monitoring in additive manufacturing / K. Minet, A. Saharan, A. Loesser, N. Raitanen // ed. by F. Froes, R. Boyer // Additive Manu­fac­turing for the Aerospace Industry (Elsevier). – 2019. – Р. 163–185. DOI: 10.1016/B978-0-12-814062-8.00009-1
19. Characterization of heat affected zone liquation cracking in laser additive manufacturing of Inconel 718 / Y. Chen [et al.] // Materials and Design. – 2016. – Vol. 90. – Р. 586–594. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.10.155
20. Hosseini E., Popov V.A. A review of mechanical properties of additively manufactured Inconel 718 // Addi­tive Manufacturing. – 2019. – No. 30. – 100877. DOI: 10.1016/j.addma.2019.100877.
21. Effect of solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Inconel 625 superalloy fabricated by laser solid forming / Y.L. Hu [et al.] // J. of Alloys and Compounds. – 2018. – No. 767. – Р. 330–344. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.07.087
22. Cavaliere P., Sadeghi B., Shabani A. Spark plasma sintering: process fundamentals // Spark Plasma Sintering of Materials. – Springer, Cham, 2019. – Р. 3–20. DOI: 10.1007/978-3-030-05327-7
23. Munir Z.A., Quach D.V., Ohyanagi M. Electric current activation of sintering: a review of the pulsed electric current sintering process // J. of the American Ceramic Society. – 2011. – Vol. 94. – Р. 1–19. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2010.04210.x
24. Bordia R.K., Camacho-Montes H. Sintering: fundamentals and practice // Ceramics and Composites Pro­cessing Methods / ed. by Narottam P. Bansal, Aldo R. Boccaccini, I. Wiley and Soms. – 2012. – Р. 3–42. DOI: 10.1002/9781118176665.ch1
25. Consolidation/synthesis of materials by electric current activated/assisted sintering / R. Orru, R. Licheri, A.M. Locci, A. Cincotti, G. Cao // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2009. – Vol. 63. – Р. 127–287. DOI: 10.1016/j.mser.2008.09.003
26. Superalloys, powders, process monitoring in additive manufacturing / K. Minet, A. Saharan, A. Loesser [et al.] // Additive Manufacturing for the Aerospace Industry / eds F. Froes, R. Boyer. – Elsevier Inc., 2019. – Р. 163–185. DOI: 10.1016/B978-0-12-814062-8.00009-1
27. Influence of sintering temperature on micro­struc­tural evolution spark plasma sintered Inconel 738LC / O.F. Ogu­n­biyi [et al.] // Procedia Manufacturing. – 2019. – No. 35. – Р. 1324–1329. DOI: 10.1016/j.promfg.2019.05.022
28. Ferreira T., Rasband W.S. ImageJ user guide – IJ 1.46. – URL: imagej.nih.gov/ij/docs/guide/ (accessed 1 November 2019).
29. Diouf S., Molinari A. Densification mechanisms in spark plasma sintering: effect of particle size and pressure // Powder Technol. – 2012. – No. 221. – Р. 220–227. DOI: 10.1016/j.powtec.2012.01.005
30. Effect of sintering parameters on densification, corrosion and wear behaviour of Ni-50Fe alloy prepared by spark plasma sintering / M.I. Makena [et al.] // J. of Alloys and Compounds. – 2017. – No. 699. – Р. 1166–1179. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.12.368
31. Гегузин Я.Е. Физика спекания. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука. Глав. ред. физ.-мат. лит-ры, 1984. – 312 с.
32. Stoudt M.R. The Influence of annealing temperature and time on the formation of d-phase in additively-manufactured Inconel 625 // Metall. and Mat. Trans. A. – 2018. – No. 49 (7). – Р. 3028–3037 DOI: 10.1007/s11661-018-4643-y
33. Mechanical behavior of cryomilled Ni superalloy by spark plasma sintering / Z. Zhang, B. Han, J. Huang [et al.] // Metall. and Mat. Trans. A. – 2009. – No. 40. – Р. 2023. DOI: 10.1007/s11661-009-9914-1

Мельхиор – это сплав меди с никелем, для изменения некоторых свойств данного сплава добавляют железо и марганец в небольших количествах. Данный сплав достаточно хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии, а также имеет высокую коррозионную стойкость. Цвет мельхиора серебристый, визуально трудно отличить от серебра. Благодаря такой особенности мельхиора сплав получил широкое применение в ювелирном деле. Также используется в производстве медицинских инструментов, высококачественных деталей морских лодок и в изделиях точной механики. Увеличивается прочность и коррозионная стойкость данного сплава с увеличением содержания никеля. В нынешних условиях промышленного производства усовершенствование технологических и служебных свойств сплавов возможно при расширении фундаментальных научных исследований и разработке на их основе новых технологических заключений. Новизна исследований заключается в развитии оригинального прикладного направления материаловедения в машиностроении: разработке рекомендаций по температурно-временному режиму выплавки мельхиора МН19 на основе представлений о приведении расплава в состояние кинетического и термодинамического равновесия с целью повышения и стабилизации качества продукции. Исследованы температурные зависимости структурно-чувствительных свойств жидкого сплава на основе меди. На политермах выявлены особые точки и участки. Получены новые экспериментальные данные о физических свойствах мельхиора марки МН19. Кинематическая вязкость, поверхностное натяжение, плотность и удельное электросопротивление были измерены в диапазоне температур от ликвидуса с превышением на 300–400 oС. Построены и приведены политермы, полученные при измерении кинематической вязкости, удельного электросопротивления, поверхностного натяжения и плотности. На основании полученных экспериментальных данных предложены следующие рекомендации: минимальный нагрев до температуры 1400 ºС, выдержка ≈5 мин для гомогенизации расплава.

Ключевые слова: политерма, кинематическая вязкость, удельное электросопротивление, поверхностное натяжение, перегиб, гистерезис, структура, сплав, физические свойства сплава, мельхиор.

Кочеткова Екатерина Александровна (Екатеринбург, Россия) – аспирант Исследовательского центра физики металлических жидкостей Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: kochetkovayekaterina@mail.ru.

Цепелев Владимир Степанович (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор, директор Исследовательского центра физики металлических жидкостей Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: v.s.tsepelev@urfu.ru.

Вьюхин Владимир Викторович (Екатеринбург, Россия) – старший научный сотрудник Исследовательского центра физики металлических жидкостей Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: v.v. vyukhin@urfu.ru.

Конашков Виктор Васильевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник Исследовательского центра физики металлических жидкостей Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина;
e-mail: vvK98005@gmail.com.

Поводатор Аркадий Моисеевич (Екатеринбург, Россия) – научный сотрудник Исследовательского центра физики металлических жидкостей Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; e-mail: bandys573@gmail.com.

1. Металловедение меди и медных сплавов: сб. ст. / под ред. В.М. Розенберга. – М.: Металлургия, 1975. – Вып. 48. – 159 с.

2. Автоматизированная система определения кинематической вязкости расплавов / Д.В. Егоров, В.С. Це­пелев, Г.В. Тягунов, С.В. Пастухов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 1998. – Т. 64, № 11. – С. 46–48.

3. Бельтюков А.Л., Ладьянов В.И., Олянина Н.В. Об особенностях измерения вязкости металлических расплавов методом крутильных колебаний // Расплавы. – 2009. – № 6. – С. 919–920.

4. Поводатор А.М., Цепелев В.С., Конашков В.В. Экспресс-измерение декремента затухания при фотометрическом определении вязкости высокотемпературных металлических сплавов // Известия вузов. Черная металлургия. – 2015. – Т. 58, № 6. – С. 407–411.

5. Устройство бесконтактного определения вязкости образцов металлических расплавов: пат. 2668958 Рос. Федерация / Поводатор А.М., Вьюхин В.В., Цепелев В.С., Конашков В.В. – № 2017128061; заявл. 04.08.2017; опубл. 05.10.2018, Бюл. № 28.

6. Установка для измерения кинематической вязкости металлических расплавов / Г.В. Тягунов, В.С. Цепелев, М.Н. Кушнир, Г.Н. Яковлев // Заводская лаборатория. – 1980. – № 10. – С. 919–920.

7. Датчик устройства бесконтактного определения вязкости образцов металлических расплавов: пат. на полезную модель 176448 Рос. Федерация / Поводатор А.М., Цепелев В.С., Вьюхин В.В., Конашков В.В. – № 2017128021; заявл. 04.08.2017; опубл. 18.10.2018, Бюл. № 2.

8. Регель А.Р. Измерение электропроводности металлов во вращающемся магнитном поле // ЖФХ. – 1948. – Т. 18, № 6. – С. 1511–1520.

9. Воронков В.В., Иванова И.И., Туровский Б.М. О применении метода вращающегося магнитного поля для измерения электропроводности расплавов // Магнитная гидродинамика. – 1973. – № 2. – С. 147–149.

10. Рябина A.B., Кононенко В.И., Ражабов A.A. Безэлектродный метод измерения электросопротивления металлов в твердом и жидком состояниях и установка для его реализации // Расплавы. – 2009. – № 1. – С. 34–42.

11. Устройство для бесконтактного измерения удель­ного электрического сопротивления металлического сплава методом вращающегося магнитного поля: пат. на полезную модель 147367 Рос. Федерация / Поводатор А.М., Цепелев В.С., Вьюхин В.В. – № 2013149438; заявл. 06.11.2013; опубл. 10.11.2014, Бюл. № 31.

12. Способ определения удельного электросопротивления расплавов и устройство для его осуществления: пат. 2535525 Рос. Федерация / Вьюхин В.В., Конашков В.В., Цепелев В.С., Поводатор А.М. – № 2013118767; заявл. 23.04.2013; опубл. 10.12.2013, Бюл. № 34.

13. Измерение удельного электрического сопротивления методом вращающегося магнитного поля / Г.В. Тягунов [и др.] // Заводская лаборатория. – 2003. – Т. 69, № 2. – С. 36–38.

14. Устройство для фотометрического определения удельного электросопротивления металлических расплавов: пат. 2 629699 Рос. Федерация / Поводатор А.М., Цепелев В.С., Вьюхин В.В., Конашков В.В. – № 206109537; заявл. 16.03.2016; опубл. 31.08.2017, Бюл. № 25.

15. Иващенко Ю.Н., Еременко В.Н. Основы прецизионного измерения поверхностной энергии металлов по методу лежащей капли. – Киев: Наукова думка, 1972. – 232 с.

16. Кошевник А.Ю., Кусаков М.М., Лубман Н.М. Об изменении поверхностного натяжения жидкостей по размерам лежащей капли // ЖФХ. – 1953. – Т. 27, № 12. – С. 1886–1890.

17. Директор Л.Б., Зайченко В.М., Майков И.Л. Усовершенствованный метод лежащей капли для определения поверхностного натяжения жидкостей // Теплофизика высоких температур. – 2010. – Т. 48, № 2. – С. 193–197.

18. О высокотемпературных измерениях поверхностного натяжения металлов в условиях вакуума / В.К. Кумыков, И.Н. Сергеев, В.А. Созаев [и др.] // Известия РАН. Серия физическая. – 2007. – № 5. – С. 631–633.

19. Иващенко Ю.Н., Хиля Г.П. Установка для измерения свободной поверхностной энергии, контактного угла и плотности расплавов методом лежащей капли // Приборы и техника эксперимента. – 1972. – № 6. – С. 208–211.

20. Surface tension of molten Cu-Sn alloys under different oxygen containing atmospheres / E. Ricci, D. Giuranno, I. Grosso, T. Lanata, S. Amore, R. Novakovic, E. Arato // J. of Chem. and Eng. Data. – 2009. – Vol. 54, no. 6. – Р. 1660–1665.

21. Prasad L.C., Chatterjee S.K., Jha R.K. Atomic order and interionic pair potentials in Cu-Sn liquid alloys // J. of Alloys and Compounds. – 2007. – Vol. 441, no. 1–2. – Р. 43–51.

22. Способ и устройство для определения плотности и поверхностного натяжения металлических расплавов: пат. 2613592 Рос. Федерация / Цепелев В.С., Вьюхин В.В., Поводатор А.М. – № 2017128028; заявл. 04.08.2017; опубл. 03.08.2018, Бюл. № 8.

23. Устройство для изучения физических свойств каплеобразных образцов металлических расплавов: пат. на полезную модель 178676 Рос. Федерация / Вьюхин В.В., Поводатор А.М., Цепелев В.С., Конашков В.В. – № 2017128028; заявл. 04.08.2017; опубл. 17.04.2018, Бюл. № 11.

24. Металлические жидкости. Стали и сплавы: монография / Г.В. Тягунов, Е.Е. Барышев, В.С. Цепелев [и др.]; под ред. Г.В. Тягунова; УрФУ. – Екатеринбург, 2016. – 268 с.

25. Способ оценки равновесности металлических расплавов: пат. 2680984 Рос. Федерация / Тягунов Г.В., Цепелев В.С., Поводатор А.М., Барышев Е.Е., Тягунов А.Г., Вьюхин В.В., Мушников В.С. – № 2017146126; заявл. 26.12.2017; опубл. 01.03.2017, Бюл. № 7.

Сплав системы Al–Mg–Li достаточно широко известен как сплав, имеющий пониженный удельный вес и применяющийся в разных областях машиностроения. К системе Al–Mg–Li относится сплав 1420, характеризующийся высокой коррозионной стойкостью и термической стабильностью. Однако сплав 1420, как и другие Al–Mg–Li сплавы, недостаточно технологичен в металлургическом производстве: очень сильная окисляемость сплава при плавке (связанная с присутствием лития), пониженная пластичность в нагретом и особенно в холодном состоянии. Существует ряд особенностей, связанных с повышенной склонностью сплава 1420 к образованию пор в процессе сварки, что является одним из главных затруднений на пути получения качественных сварных соединений. Из газов и продуктов их взаимодействия наибольшее влияние на свойства сплава оказывают водород и оксиды металлов. Взаимодействие алюминия с водородом начинается при сравнительно низких температурах. Ввиду этого в качестве одной из основных мер предупреждения возникновения пористости в сварных швах системы Al–Mg–Li предложена термовакуумная обработка полуфабрикатов перед сваркой с целью изменения состава соединений и снижения концентрации водорода в основном металле, поэтому исследование влияния термовакуумной обработки на качество сварного соединения алюминиевого сплава марки 1420, полученного аргонодуговой сваркой, является актуальным. Проведенные исследования позволили установить, что сварные швы из сплава 1420, полученные аргонодуговой сваркой с применением проволоки АМг6 и предварительно подвергнутые термовакуумной обработке перед сваркой, имеют повышенное содержание включений как минимум трех видов, в отличие от сварных швов, не подвергнутых термовакуумной обработке. Дефекты преимущественно образуются в околошовной зоне, а именно по линии сплавления. Термовакуумная обработка, направленная на уменьшение концентрации водорода в сплаве 1420, практически не оказывает влияния на повышение качества сварного соединения, а, наоборот, способствует образованию и коалесценции включений разного сложного состава, а также пор, как в сварном шве, так и в околошовной зоне. 

Ключевые слова: сварной шов, алюминиевый сплав, околошовная зона, термовакуумная обработка, сварка, дефекты, включения, поры, линия сплавления, водород.

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

Федосеева Елена Михайловна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры

сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: emfedoseeva@pstu.ru.

Прохоров Павел Валерьевич (Пермь, Россия) – магистр кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета.

1. Jones W.R.D., Das P.P. The mechanical properties of aluminum-lithium alloys // J. Inst. Met. – 1959–1960. – Vol. 88. – P. 435–438.
2. Фридляндер И.Н., Шамрай В.Ф., Ширяева Н.В. Исследование сплавов Al–Al2CuMg–Al2CuLi // Изв. АН СССР. Металлы. – 1969. – № 2. – С. 153–156.
3. Алюминиевые сплавы. Промышленные, дефор­мируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы: справ. рук-во / под ред. Ф.И. Квасова, И.Н. Фридляндера. – М.: Металлургия, 1972. – 552 с.
4. Лукин В.И., Грушко О.Е. Особенности влияния металлургических факторов производства сплава 1420 на качество сварных соединений // Сварочное производство. – 1998. – № 1. – С. 8–9.
5. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. – М.: Металлургия, 1979. – 208 с.
6. Алов А.А., Виноградов В.С. Повышение качества сварных швов // Сварочное производство. – 1957. – № 7. – С. 9–10.
7. Металлургические основы литья легких сплавов / И.Н. Фридляндер, Е.Д. Захаров, Н.П. Дронова, В.В. Соловьева; Оборонгиз. – М., 1957. – С. 236–285.
8. Лигатуры для производства алюминиевых и магниевых сплавов / В.И. Напалков, Б.И. Бондарев, В.И. Тарарышкин [и др.]. – М.: Металлургия, 1983. – 160 с.
9. Мамонов И.М. Влияние термической обработки на внутренние напряжения и работоспособность сварных конструкций из листов алюминиевого сплава 1420: автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 1994. – С. 22.
10.  Способы сварки и их влияние на свойства сварных соединений алюминиевого сплава 1420 / В.И. Лукин, В.М. Лоскутов, Ю.П. Арбузов [и др.] // Автоматическая сварка. – 1993. – № 6. – С. 35–37.
11.  Влияние термообработки в вакууме на склонность сплава 1420 к образованию пор при сварке / С.З. Бок­штейн, А.Н. Каганов, Е.Н. Корнвейц, Р.С. Курочко // Автоматическая сварка. – 1975. – № 9. – С. 52–54.
12.  Особенности сварки тонколистовых конструкций из сплава 1420 / В.В. Гринин, А.И. Лопаткин, В.В. Овчинников [и др.] // Сварочное производство. – 1985. – № 8. – С. 13–15.
13.  Лукин В.И., Якушин Б.Ф., Настич С.Ю. Исследование свариваемости сверхлегких Al–Mg–Li сплавов // Сварочное производство. – 1996. – № 12. – С. 15–20.
14.  Склонность к литейным трещинам сплавов с литием / О.Е. Грушко, Л.А. Иванова, А.Е. Семенов [и др.] // Вопросы авиационной науки и техники. – 1996. – Вып. 4. – С. 5.
15.  Алюминий-литиевые сплавы. Структура и свойства / И.Н. Фридляндер, К.В. Чуисов, А.Л. Березина [и др.]. – Киев: Наукова думка, 1992. – 192 с.
16.  Металловедение алюминия и его сплавов: справ. рук-во / А.И. Беляев, О.А. Романова, О.С. Бочвар, К.С. Походаев, Н.Н. Буйнов, Н.А. Локтинова, И.Н. Фрид­ляндер. – М.: Металлургия, 1983. – 352 с.
17.  Фридляндер И.Н., Братухин А.Г., Давыдов В.Г. Алюминиево-литиевые сплавы для сварных авиационных конструкций // Металлы. – 1992. – № 3. – С. 117–119.
18.  Алюминиевые сплавы. Промышленные, дефор­мируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы: спрв. рук-во / М.Б. Альтман [и др.]. – М.: Металлургия, 1972. – 352 с.
19.  Структура и свойства металла швов на сплавах Амг6 при сварке с электромагнитным перемешиванием / В.П. Черныш, В.В. Сыровапса, А.Ф. Гриценко, Б.П. Ржа­нов // Автоматическая сварка. – 1972. – № 11. – С. 16–19.
20.  Напалков В.И., Махов С.В. Легирование и модифицирование алюминия и магния / МИСИС. – М., 2002. – 376 с.
21. Никифоров Г.Д. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов. – М.: Металлургия, 1972. – 262 с.

Немаловажной характеристикой, которая определяет эксплуатационные свойства материала, является демпфирующая характеристика. Демпфирование отвечает как за гашение шума, так и за гашение вибраций, которые возникают в том или ином оборудовании.
В то же время демпфирующие свойства можно изменять, используя как стандартные методы термической обработки, так и более перспективные методы термомагнитной обработки.

Изучено влияние температуры термомагнитной обработки на демпфирующую способность, коэрцитивную силу и структуру высокодемпфирующих сплавов системы Fe–Cr–Al с содержанием Cr = 5,2÷19,9 %, Al = 0,4÷3,8 %, подвергнутых предварительному отжигу. Термомагнитную обработку проводили в интервале температур 300–850 ºC при напряженности переменного магнитного поля 4 А/см. Демпфирующие свойства исследовали с использованием обратного крутильного маятника на цилиндрических образцах. Использованы методы: амплитудно-зависимого внутреннего трения, коэрцитивной силы, рентгеноструктурного анализа. Показано, что термомагнитная обработка может приводить как к повышению, так и к снижению демпфирующей способности, что зависит от температуры термомагнитной обработки. Определены значения температуры термомагнитной обработки, соответствующие максимальной демпфирующей способности сплава с учетом влияния двух легирующих элементов Cr и Al. Показано, что при анализе демпфирующих и магнитных свойств сплавов Fe–Cr–Al, получаемых в результате термомагнитной обработки, необходимо учитывать процессы фазовых превращений, влияющие на формирование магнитокристаллической структуры. В зависимости от химического состава сплава такими процессами могут быть процессы α«γ-превращения, образования и растворения карбидов, сегрегаций атомов хрома, фазы типа Fe3Al. Необходимо также учитывать возможность наложения упомянутых процессов друг на друга.

Ключевые слова: сплавы Fe–Cr, сплавы Fe–Al, сплавы Fe–Cr–Al, отжиг, термомагнитная обработка, демпфирующая способность, коэрцитивная сила, рентгеноструктурный анализ, фазовые превращения, магнитомеханическое затухание, ширина рентгеновских линий, магнитокристаллическая структура, кристаллическая структура.

Мельчаков Михаил Александрович (Киров, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и основ конструирования Вятского государственного университета; e-mail: melchakov@vyatsu.ru.

Скворцов Александр Иванович (Киров, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры материаловедения и основ конструирования Вятского государственного университета; e-mail: skvorcov@vyatsu.ru.

1. Пивоварский Е. Высококачественный чугун. – М.: Металлургия, 1965. – Т. 1. – 650 с.
2. Frank R.C., Ferman J.W. Magnetomechanical damping in iron-silicon alloys // J. of Applied Physics. – 1965. – Vol. 36, no. 7. – P. 2235–2242.
3. Изучение динамики доменной структуры при деформировании и магнитоупругого затухания колебаний в монокристаллах сплава Fe–3%Si / И.Б. Кекало [и др.] // Физика металлов и металловедение. – 1970. – Т. 30, № 3. – С. 566–576.
4. Damping and tribological properties of Fe–Si–C cast iron prepared using various heat treatments / T. Murakami, T. Inoue, H. Shimura, M. Nakano, S. Sasaki // Materials Sci. and Eng. – 2006. – Vol. 432, iss. 1–2. – P. 113–119.
5. Kiyoshi M., Yoshihira O., Shinya M. The mechanism of damping characteristics of Fe–Al alloy // Science and Industry. – 1990. – Vol. 64, no. 9. – P. 417–423.
6. Удовенко B.A., Тишаев С.И., Чудаков И.Б. Осо­бенности структуры и свойств сплавов высокого демпфирования на основе α-железа // Металлы. – 1994. – № 1. – С. 98–105.
7. Grain size effects on magnetomechanical damping properties of ferromagnetic Fe–5 wt. % Al alloy / Young Ik Seo, Baek-Hee Lee, Young Do Kim, Kyu Hwan Lee // Materials Sci. and Eng. – 2006. – Vol. 431, iss. 1–2. – P. 80–85.
8. Кочард А. Магнитомеханическое затухание // Магнитные свойства металлов и сплавов. – М.: Изд-во иностр. лит., 1961. – С. 328–363.
9. Karimi A., Azcoitia Ch., Degauque J. Relationships between magnetomechanical damping and magnetic properties of Fe–Cr (Al, Mo) alloys // J. of Magnetism and Magnetic Materials. – 2000. – Vol. 215–216. – P. 601–603.
10. Скворцов А.И. Влияние структуры на демпфирующую способность и механические свойства сплавов железа с магнитомеханическим затуханием // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2004. – № 5. – С. 18–25.
11. Damping capacity, magnetic and mechanical properties of Fe–18Cr alloy / A.K. Mohameda, M.Yu. Za­do­rozhnyy, D.V. Saveliev, I.B. Chudakov, I.S. Golovin // J. of Magnetism and Magnetic Materials. – 2020. – Vol. 494. – Article 165777.
12. Демпфирующие железомарганцевые сплавы на  основе e-мартенсита / Т.Ф. Волынова, И.Б. Медов, В.М. Мнасин, И.Б. Сидорова // Демпфирующие металлические материалы: тез. докл. 6-й республ. науч.-техн. конф., г. Киров, 15–19 апреля 1991 г.; КирПИ. – Киров, 1991. – С. 17–18.
13. Effects of Cr addition and cold pre-deformation on the mechanical properties, damping capacity, and corrosion behavior of Fe-17%Mn alloys / Hongying Sun, Benjamin Giron-Palomares, Wenhong Qu, Guang Chen, Hui Wang //  J. of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 803. – P. 250–259.
14. Effect of high strain amplitude and pre-deformation on damping property of Fe–Mn alloy / Haijun Wang, Hui Wang, Ruiqian Zhang, Rui Liu, Yu Xu, Rui Tang // J. of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 770. – P. 252–256.
15. Магниевые сплавы с высокой демпфирующей способностью / М.Е. Дриц, Л.Л. Рохлин, В.В. Шередин, Ю.Н. Шульга // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1970. – № 11. – С. 48–51.
16. Effect of Zr content on damping property of Mg–Zr binary alloys / Rui-long Niu, Fang-jia Yan, Yun-si Wang, Dong-ping Duan, Xue-min Yang // Materials Sci. and Eng. – 2018. – Vol. 718. – P. 418–426.
17. Jensen J.W., Rowland J.A. Manganese-copper high-damping alloys // Production Eng. – 1956. – Vol. 27, no. 5. – Р. 135–137.
18. An investigation of stick-slip oscillation of Mn–Cu damping alloy as a friction material / X.C. Wang, J.L. Mo, H. Ouyang, B. Huang, X.D. Lu, Z.R. Zhou // Tribology International. – 2019. – Article 106024.
19. Investigation of the effect of alloying elements on damping capacity and magnetic domain structure of Fe–Cr–Al based vibration damping alloys / Lian Duan, Dong Pana, Hui Wang, JunWang // J. of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 695. – P. 1547–1554.
20. Effect of minor Zr element on microstructure and properties of Fe–16Cr–2.5Mo damping alloys / Shanghua Yan, Ning Li, Jun Wang, Jiazhen Yan, Wenbo Liu, Dong Li, Xiaoxiao Mou, Liu Ying, Xiuchen Zhao // J. of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 740. – P. 587–594.
21. Aging characteristics and properties of Fe–16Cr–2.5Mo–1.0Cu damping alloy / Xiaofeng Hu, Yuanyuan Song, Desheng Yan, Lijian Rong // Materials Sci. and Eng. – 2018. – Vol. 734. – P. 184–191.
22. Sugimoto K. Recent advances in high damping alloys // Tetsu-to-Hagane. – 1974. – Vol. 60, no. 14. – P. 2203–2220.
23. Girish B.M., Satish B.M., Mahesh K. Vibration damping of high-chromium ferromagnetic steel and its dependence on magnetic domain structure // J. Alloys Compd. – 2009. – Vol. 484. – P. 296–299.
24. Скворцов А.И., Скворцов А.А. Влияние термомагнитной обработки на демпфирующие свойства магнитомягких сплавов железа // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2006. – № 10. – С. 14–19.
25. Мельчаков М.А., Скворцов А.И., Чудаков И.Б. Влияние термической и термомагнитной обработок на свойства высокодемпфирующих сплавов железо–алю­ми­ний // Технология металлов. – 2011. – № 11. – С. 28–32.
26. Скворцов А.И., Мельчаков М.А. Демпфирующая способность и структура сплава Fe–15,4%Cr при различных температурах термомагнитной обработки и предварительного отжига // Деформация и разрушение материалов. – 2012. – № 4. – С. 22–25.
27. Скворцов А.И. Двойной отжиг демпфирующих сплавов железа с магнитомеханическим затуханием и схемы диаграмм распада α-фазы // Технология металлов. – 2004. – № 4. – С. 7–10.
28. Установка для термомагнитной обработки магнитомягких сталей и сплавов / А.А. Скворцов, В.М. Кондратов, А.И. Скворцов, А.А. Борисов // Наука – производство – технологии – экология: сб. материалов Всерос. науч.-техн. конф., г. Киров, 22–26 апреля 2002 г.; ВятГУ. – Киров, 2002. – Т. 3. – С. 66.
29. Скворцов А.И. Создание высокодемпфирующих сплавов железа, цинк–алюминий и основ технологии их термической обработки: автореф. дис. … д-ра техн. наук / УГТУ. – Екатеринбург, 1995. – 38 с.
30. Smith G.W., Birchak J.R. Internal stress distribution theory of magnetomechanical hysteresis an extension to include effects of magnetic field and applied stress // J. of Applied Physics. – 1969. – Vol. 40, no. 13. – Р. 5174–5178.
31. Скворцов А.А., Мельчаков М.А. Влияние термомагнитной обработки на магнитные свойства сплавов системы Fe–Cr–Al с малым содержанием хрома // XVI Междунар. науч.-техн. урал. шк.-сем. металловедов-молодых ученых: сб. науч. тр., г. Екатеринбург, 7–11 декабря 2015 г. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. – Ч. 2. – С. 115–117.
32. Скворцов А.И. Структурный механизм магнитомеханического затухания в ОЦК-сплавах железа // Известия АН. Серия физическая. – 1993. – Т. 57, № 11. – С. 159–162.
33. Скворцов А.И. Роль кристаллической и магнитной структур в формировании высокого магнитомеханического затухания в сплавах железа // Физика металлов и металловедение. – 1993. – Т. 75, № 6. – С. 118–124.

Необходимость замены ручного труда на механизированный и автоматизированный является актуальной проблемой для отечественного машиностроения. Рассмотрена возможность применения промышленного робота для выполнения финишной обработки кромок деталей. Исследованы зависимости показателей качества обработанной кромки по геометрической точности (отклонение месторасположения) от режимных параметров при обработке торцевыми цельнолитыми полимерно-абразивными щетками компании 3М (США). Получены эмпирические зависимости размера кромки и шероховатости обработанной поверхности от деформации щетки, скорости резания и подачи. Использование полимерно-абразивных щеток для обработки кромок обеспечивает все требования по качеству обработанных кромок. Доказано, что обработка кромок на промышленном роботе может успешно выполняться полимерно-абразивными торцевыми щетками, при этом заниженная (по сравнению с другим металлорежущим оборудованием) жесткость и повышенная чувствительность робототехнического комплекса к колебательным явлениям не оказывает существенного влияния на производительность процесса обработки и качество обработанных кромок. Установлено, что робототехнический комплекс (при соответствующей балансировке инструмента) может успешно применяться в производственных условиях. Полученные регрессионные уравнения размера и качества обработанной кромки для торцевых щеток позволяют эффективно управлять производительностью процесса и качеством обработанной кромки с помощью режимных параметров обработки. Кроме полимерно-абразивных инструментов, рассмотренных в настоящей статье, на робототехническом комплексе возможно применение и других инструментов, например инструментов из шлифовальных шкурок и абразивосодержащих полотен, кругов с абразивным покрытием, обтянутых шлифшкуркой; кругов, покрытых слоем абразива, лепестковых кругов различной конструкции, абразивосодержащих кругов.

Ключевые слова: робототехнический комплекс, промышленный робот, электрошпиндель, торцевая полимерно-абразивная щетка, обработка кромок, скругление, производительность процесса, отклонение месторасположения, шероховатость, регрессионные уравнения.

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

1. Абрашкевич Ю.Д., Оглоблинский В.А., Оглоб­лин­ский А.В. Щеточные инструменты на основе полимерно-абразивных материалов // Мир техники и технологий. – 2006. – № 5. – С. 50–52.
2. Абрашкевнч Ю.Д., Пелевин Л.Е., Мачишин Г.Н. Полимерно-абразивные щеточные инструменты для обра­ботки металлических и неметаллических поверх­ностей // КНУБА: сб. науч. тр. – 2006. – С. 60–65.
3. Абрашкевич Ю.Д., Мачишин Г.М. Эффективная эксплуатация полимерно-абразивной щетки // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. – 2016. – Вып. 73. – С. 59–62.
4. Абрашкевич Ю.Д., Пелевин Л.Е., Мачишин Г.М. Механизм взаимодействия полимерного абразивсодержащего волокна с обрабатываемой поверхностью // Современные информационные и инновационные технологии на транспорте (МINTT-2011): материалы III Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 т., г. Херсон, 23–25 мая 2011 г. – Херсон: Изд-во Херсон. гос. мор. ин-та, 2011. – Т. 1. – C. 104–108.
5.  Абрашкевич Ю.Д., Михайловский В.Н., Оглоблинский В.А. Особенности изготовления и работы полимерно-абразивных щеток // Технология и механизация монтажа оборудования. – 1984. – С. 99–103.
6. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Исследование качества поверхности при скруглении кромок полимерно-абра­зив­ными щетками // Вестник ИрГТУ. – 2016. – № 9. – С. 23–34.
7. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Исследование производительности процесса скругления кромок полимерно-абразивными щетками // Вестник машиностроения. – 2017. – № 3. – С. 74–78.
8. Подашев Д.Б. Финишная обработка деталей эластичными полимерно-абразивными инструментами: монография. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2018. – 246 с.
9. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Силы, действующие на кромку детали, при обработке полимерно-абразивными щетками // Вестник машиностроения. – 2016. – № 11. – С. 59–63.
10. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Силы резания при обработке кромок торцовыми щетками // Вестник ИрГТУ. – 2017. – Т. 21, № 12. – С. 22–42.
11. Димов Ю.В. Обработка деталей эластичным инструментом: справ. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. – 484 с.
12. Обоснование выбора полимерно-абразивного инструмента для выполнения отделочных операций / С.И. Дядя [и др.] // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. – 2010. – № 2. – С. 145–148.
13. Китов А.К. Определение геометрических и силовых параметров контакта ворса полимерно-абразивной щетки с поверхностью детали // Механика деформируемых сред в технологических процессах: сб. науч. тр. – 1997. – С. 23–28.
14. Китов А.К. Измерительный комплекс для определения параметров контакта ворсового инструмента с поверхностью детали // Механика деформируемых сред в технологических процессах: сб. науч. тр. – 1997. – С. 103–107.
15. Китов А.К. К вопросу о механических харак­теристиках полимерно-абразивных ворсин // Механика деформируемых сред в технологических процессах: сб. науч. тр. –1997. – С. 79–82.
16. Макаров В.Ф., Виноградов А.В. Измерение профиля скругленных кромок образцов при ­ обработке кромок дисков ГТД абразивно-полимерными щетками // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, мате­риаловедение. – 2010. – Т. 12, № 2. – С. 106–115.
17. Пини Б.Е., Яковлев Д.Р. О некоторых техно­логических возможностях щеток с абразивно-полимер­ным волокном // Известия МГТУ МАМИ. – 2009. – № 1 (7). – С. 148–151.
18. Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л. Использование полимерабразивного эластичного инструмента на операциях чистовой обработки // Вестник Харьков. нац. автомоб.-дорож. ун-та. – 2006. – № 33. – С. 106–108.
19. Степанов Д.Н. Влияние параметров полимерно-абразивного инструмента и режимов обработки на шероховатость поверхности титанового сплава ВТ8-М // Новi матерiали i технологiї в металургiї та маши­но­бу­дуваннi. – 2012. – № 2. – С. 87–90.
20. Устинович Д.Ф. Эластичный абразивный инструмент для отделочно-зачистной обработки // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: материалы II Междунар. науч.-техн. конф., г. Минск, 3–5 окт. 2007 г. / ГНУ ФТИ НАНБ. – Минск, 2007. – С. 142–146.
21. Устинович Д.Ф., Прибыльский В.И., Мочайло А.Г. Эластичный полимерно-абразивный инструмент с дискретным режущим контуром // Машиностроение и техносфера ХХI века: сб. тр. 15-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Севастополь, 15–20 сент. 2008 г.: в 4 т. / ДонНТУ. – Донецк, 2008. – Т. 3. – С. 241–244.
22. Устинович Д.Ф. Экспериментальное исследование качества плоских поверхностей при обработке дисковыми абразивными щетками // Вестник Полоц. гос. ун-та. Сер. В. Промышленность. Прикладные науки. – 2009. – № 8. – С. 130–134.
23. Устинович Д.Ф., Прибыльский В.И. Зависимости мощности от режимов шлифования полимерно-абразивными дисковыми щетками // Механика машин, механизмов и материалов. – 2012. – № 1 (18). – С. 75–79.
24. Чапышев А.П., Иванова, А.В., Крючкин А.В. Технологические возможности процессов механизированной финишной обработки деталей // Известия Самар. науч. центра РАН. – 2013. – Т. 15, № 6 (2). – С. 533–537.
25. Чапышев А.П., Старобубцева Д.А. Программный модуль назначения режимов финишной обработки с применением автоматических щеточных стационарных установок // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 2. – С. 21–37.
26. Яковлев Д.Р., Пини Б.Е. О взаимодействии во­локна абразивно-полимерной щетки с обрабатываемой по­верхностью // Известия МГТУ МАМИ. – 2009. – № 2 (8). – С. 184–187.

Описываются базовые проблемы FFF/FDM 3D-печати, связанные с поведением расплава пластика в горячей части экструдера. Представлена разработанная научным коллективом Пермского национального исследовательского политехнического университета более мобильная и легкодоступная технология печати полимерных изделий сложной геометрической формы на основе FDM-технологии 3D-печати. Приводится сравнение стандартного и разработанного авторами статьи экструдеров.

Сделан вывод о том, что технология FDM далеко не полностью раскрыла свой потенциал из-за широкого спектра технических проблем. Рассмотрен круг вопросов, которые необходимо решить для успешного изготовления полимерных изделий при помощи данной технологии. Выдвинуты гипотезы и пути решения проблем. Рассмотрены перспективы данной технологии, а также дана оценка ее полезности в производстве и для общества.

Представлена методика и результаты моделирования поведения расплава полимерного материала внутри сопла FFF/FDM
3D-принтера особой формы. В качестве среды моделирования для определения равномерности нагрева горячей части стандартного экструдера и экструдера нового типа использовался Solid Works Simulation. Для расчета максимальной скорости прохождения полимера через сопло разработанного экструдера при условии равномерного прогрева горячей части (сопла) была построена мультифизическая осесимметричная математическая модель в пакете Сomsol Multiphysics, содержащая тепловую и электромагнитную задачи.

Результаты моделирования позволяют определить соотношение скорости печати, длины и температуры прогреваемой части для двух видов полимера. Данная зависимость может быть использована для осуществления регулирования температуры сопла и скорости подачи полимерной нити непосредственно во время печати.Такое регулирование позволит обеспечить более высокое качество изготавливаемых объектов.

Ключевые слова: FFF, FDM, 3D-печать, неравномерный нагрев, экструдер, математическое моделирование, 3D-принтер, качество печати, филамент, сопло.

Матвеев Евгений Владимирович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: zhenyamatveev@yandex.ru.

Безукладников Игорь Игоревич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и телемеханики Пермского национального
исследовательского политехнического университета; e-mail: corrector@at.pstu.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@yadex.ru.

Богатырев Владислав Сергеевич (Пермь, Россия) – магистрант кафедры автоматики и телемеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: bogatyrev.vlad@gmail.com.

Осколков Александр Андреевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: oskolkov.w@yandex.ru.

1. Chennakesava P., Narayan Y.S. Fused deposition modeling-insights // International Conference on Advances in Design and Manufacturing (ICAD&M'14), Tiruchi­rappal­li, 7 December 2014. – Tiruchirappalli, 2014. – P. 1345–1350.

2. Fused deposition modelling: a technology eva­lua­tion / T. Grimm [et al.] // Time-compression Technologies. – 2003. – Vol. 11, no. 2. – P. 1–6.

3. Stratasys. – URL: https://www.stratasys.com/ (accessed 01 February 2020).

4. Structural quality of parts processed by fused depo­sition / M.K. Agarwala, V.R. Jamalabad, N.A. Langrana, A. Safari, P.J. Whalen, S.C. Danforth // Rapid Prototyping J. – 1996. – Vol. 2. – P. 4–19.

5. Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS / S.H. Ahn, M. Montero, D. Odell, S. Roun­dy, P.K. Wright // Rapid Prototyping J. – 2002. – Vol. 8. – P. 248–257.

6. Bellini A., Guceri S. Mechanical characterization of parts fabricated using fused deposition modeling // Rapid Prototyping J. – 2003. – Vol. 9. – P. 252–264.

7. Ji L.B., Zhou T.R. Finite element simulation of temperature field in fused deposition modeling // Manu­facturing Sci. and Eng. – 2010. – Vol. 97/101. – P. 2585–2588.

8. Sun Q., Rizvi G.M., Bellehumeur C.T., Gu P. Effect of processing conditions on the bonding quality of FDM polymer filaments // Rapid Prototyping J. – 2008. – Vol. 14. – P. 72–80.

9. Thomas J.P., Rodriguez J.F. Modeling the fracture strength between fused deposition extruded roads // Solid freeform Fabrication Proceedings / University of Texas at Austin. – Austin, TX, 2000. – P. 16–23.

10. Thermal analysis of fused deposition /
M.A. Yar­di­mci, T. Hattori, S.I. Guceri, S.C. Danforth //  Solid Freeform Fabrication Proceedings / eds. D.L. Bou­rell, J.J. Beaman, R.H. Crawford, H.L. Marcus, J.W. Bar­low; University of Texas at Austin. – Austin, TX, 1997. – Р. 689–698.

11. Turner B.N., Strong R., Gold S.A. A review of melt extrusion additive manufacturing processes: I. Process design and modeling // Rapid Prototyp. J. – 2014. – Vol. 20 (3). – P. 192–204.

12. Effects of extrusion speed and printing speed on the 3D printing stability of extruded PEEK filament / P. Geng [et al.] // J. of Manufacturing Processes. – 2019. – Vol. 37. – Р. 266–273.

13. Temperature analysis of nozzle in a FDM type 3D printer through computer simulation and experiment / J.H. Park [et al.] // Elastomers and Composites. – 2016. – Vol. 51, no. 4. – Р. 301–307.

14. Heating and flow computations of an amorphous polymer in the liquefier of a material extrusion 3D printer / F. Pigeonneau [et al.] // Additive Manuf. – 2020. – Vol. 32. – Р. 1–16.

15. Calibration of a numerical model for heat transfer and fluid flow in an extruder / T. Hofstätter, D.B. Pedersen, J.S. Nielsen, R. Pimentel, M. Mischkot // Int. J. of Rapid Manuf. – 2016. – Vol. 6 (1). – Р. 1–16.

16. Иродов И.Е. Основные законы электромагне­тизма: учеб. пособие для студ. вузов. – 2-e изд., стерео­тип. – М.: Высш. шк., 1991. – 288 с.

17. Comsol A.B. AC/DC Module–user’s guide // COMSOL. – 2011. – Vol. 3. – P. 151.

18. The classification of coupled field problems / K. Hameyer, J. Driesen, H. de Gersem, R. Belmans // IEEE Trans. on Magnetics. – 1999. – Vol. 35, no. 3. – P. 1618–1621.

19. Applications of coupled field formulations to elec­trical machinery / G.B. Kumbhar, S.V. Kulkarni, R. Escarela-Perez, E. Campero-Littlewood // Int. J. for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering (COMPEL). – 2007. – Vol. 26, no. 2. – P. 489–523.

Посвящена технологическим возможностям комбинированного червячного круга на операции зубошлифования сателлита с обеспечением степени точности зубчатого венца 3-3-3 при заданной степени точности 5-4-4 и шероховатости профиля зубьев Ra = 0,095 при заданной шероховатости Ra ≤ 0,16. Задачи исследования следующие: технологически обеспечить требования точности и качества на производительных режимах, установить закономерности изменения параметров точности и шероховатости, определить рациональные режимы обработки, провести лабораторные исследования качества поверхностного слоя, сделать сравнительный анализ полученных результатов. Приведены исследования характеристик червячного шлифовально-полировального круга и параметров качества поверхностного слоя – шероховатости, остаточных напряжений, микротвердости и микроструктуры зубчатого венца. Наибольшие сжимающие напряжения обнаружены на левой ножке после зубополирования и на правой ножке после зубохонингования, а наименьшие – при зубошлифовании. Наибольшие растягивающие напряжения обнаружены на левой ножке после зубохонингования. В целом распределение остаточных напряжений на образцах после зубополирования наиболее благоприятно, так как имеет минимальные растягивающие напряжения на большей глубине. Сделан вывод, что физико-механические параметры качества поверхностного слоя – остаточные напряжения, микротвердость и микроструктура – соответствуют заданным требованиям и носят благоприятный характер. Сравнительный анализ показал, что операция зубошлифования комбинированным червячным кругом по сравнению с зубохонингованием снижает погрешности изготовления зубчатого венца и шероховатость профиля; микроструктура хонингованной и полированной поверхностей не отличается, величины остаточных напряжений и микротвердости соизмеримы; применение технологии совмещенной окончательной обработки зубчатого венца обеспечивает заданную точность и качество поверхностного слоя при увеличении производительности в 1,6 раза.

Ключевые слова: зубчатый венец, сателлит, зубошлифование, зубополирование, зубохонингование, степень точности, качество поверхностного слоя, комбинированный червячный шлифовально-полировальный круг, остаточные напряжения, поверхностный слой.

Макаров Владимир Федорович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: makarovv@pstu.ru.

Ворожцова Наталья Андреевна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: makarovv@pstu.ru.

Песин Михаил Владимирович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, и.о. декана механико-технологического факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: m.pesin@mail.ru.

1. Авиационные зубчатые передачи и редукторы: справ. / под ред. Э.Б. Вулгакова. – М:. Машиностроение, 1981. – 374 с.
2. Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии / ИЦ ДГТУ. – Ростов н/Д, 2008. – 694 с.
3. Безъязычный В.Ф., Водолагин А.Л. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин и явление технологической наследственности: учеб. пособие. – Рыбинск, 2011. – 87 с.
4. Безъязычный В.Ф., Водолагин А.Л. Исследование влияния технологических условий обработки на эксплуатационные свойства деталей машин с учетом технологической наследственности // Вестник РГАТА. – 2008. – № 1. – С. 15–20.
5. Направленное формирование свойств изделий машиностроения / А.С. Васильев, А.М. Дальский, Ю.М. Золотаревский, А.И. Кондаков; под ред. А.И. Кондакова. – М.: Машиностроение, 2005. – 352 с.
6. Васильев А.С. Статистическая модель трансформации свойств изделий в технологических средах // Вестник МГТУ. Машиностроение. – 1997. – № 4. – С. 13–20.
7. Применение различных методов упрочняющей обработки деталей с целью повышения сопротивления усталостному разрушению / А.С. Горбунов, В.Ф. Макаров, С.П. Никитин, М.В. Песин // Изв. Волгоград. гос. техн. ун-та. – 2017. – № 9 (204). – С. 28–31.
8. Горбунов А.С., Макаров В.Ф. Влияние последовательности обработки спирально-конических шестерен на распределение остаточных напряжений и величину наклепа поверхностного слоя зубьев // Технология машиностроения. – 2012. – № 3. – С. 9–12.
9. Горбунов А.С., Макаров В.Ф., Ворожцова Н.А. Формирование параметров качества поверхностного слоя зубьев спирально-конических шестерен с учетом влияния технологической наследственности // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2015. – № 4 (46). – С. 40–47.
10. Горбунов А.С., Макаров В.Ф., Ворожцова Н.А. Современные методы исследования наследственных технологических остаточных напряжений зубьев спирально-конических шестерен и их взаимосвязи с усталостной прочностью // Справочник. Инженерный журнал. – 2015. – № 10 (223). – С. 56–61.
11. Макаров В.Ф., Ворожцова Н.А., Горбунов А.С. Повышение усталостной прочности спирально-конических зубьев шестерен // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2015. – № 3 (42). – С. 114–131.
12. Макаров В.Ф., Горбунов А.С. Исследование влияния технологической наследственности при обработке зубьев шестерен на качество поверхностного слоя и усталостную прочность // Надежность и качество: тр. междунар. симп. – 2013. – Т. 2. – С. 158–161.
13. Дальский А.М. Аналитическое и графическое описание механизма технологического наследования // Вестник МГТУ. Машиностроение. – 1996. – № 3. – С. 29–35.
14. Елисеев Ю.С., Крымов В.В., Нежурин И.П Производство зубчатых колес газотурбинных двигателей. – М.: Высш. шк., 2001. – 496 с.
15. Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 303 с.
16. Калашников А.С. Технология изготовления зубчатых колес. – М.: Машиностроение, 2004. – 480 с.
17. Киричек А.В., Федонин О.Н., Петрешин Д.И. Технологическое повышение эксплуатационных свойств деталей машин // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2018. – № 4 (82). – С. 43–48.
18. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Силантьев С.А. Технология комбинированного упрочнения волной деформации и цементацией конструкционных низколегированных сталей // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2017. – № 8 (74). – С. 30–35.
19. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И., Волков В.И. Технологические методы повышения надежности деталей машин: справ. – М.: Машиностроение, 1993. – 304 с.
20. Мамонтов В.А., Рубан А.Р. Влияние шероховатости впадин и переходных поверхностей зубьев колес, упрочняемых цементацией, на характеристики выносливости // Вестник АГТУ. – 2006. – № 2 (31). – С. 242–245.
21. Макаров В.Ф. Оптимизация протягивания труднообрабатываемых материалов: моногр. – Старый Оскол: ТНТ, 2014. – 440 с.
22. Макаров В.Ф. Современные методы высокоэффективной абразивной обработки жаропрочных сталей и сплавов. – СПб.: Лань, 2013. – 320 с.
23. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. – М.: Машиностроение, 1987. – 356 с.
24. Перов Э.Н., Евсин Е.А. Рациональные статистические методы обеспечения качества / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 1986. – 113 с.
25. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. – М.: Машиностроение, 2002. – 300 с.
26. Смелянский В.М., Блюменштейн В.Ю. Концепция инженерии поверхностного слоя в категориях пластичности и технологического наследования // Справочник. Инженерный журнал. – 2001. – № 4. – С. 17–20.
27. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. – М.: Машиностроение, 2007. – 688 с.
28. Сулима А.М., Носков А.А., Серебряков Г.З. Основы технологии производства газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1996. – 408 с.
29. Суслов А.Г., Безъязычный В.Ф., Памфилов Ю.В. Инженерия поверхности деталей / под ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2008. – 260 с.
30. Суслов А.Г., Михайлов А.Н. Разработка наукоемких функционально-ориентированных технологий в машиностроении // Наукоемкие технологии в машиностроении / под ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2012. – 528 с.
31. Тамаркин М.А., Тищенко Э.Э., Друппов В.В. Формирование параметров качества поверхностного слоя при центробежно-ротационной обработке в среде абразива // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2007. – № 10. – С. 19–24.
32. Тамаркин М.А., Мельников А.С. Инженерное обеспечение качества машин: монография / ДГТУ. – Ростов-н/Д, 2011. – 231 с.
33. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве / А.М. Дальский, Б.М. Базров, А.С. Васильев [и др.]; под ред. А.М. Дальского. – М.: Изд-во МАИ, 2000. – 364 с.
34. Колмогоров Г.Л., Кузнецова Е.В., Тиунов В.В. Технологические остаточные напряжения и их влияние на долговечность и надежность металлоизделий. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 226 с.
35. Шапочкин В.И., Семенова Л.М., Малыхин А.Т. Повышение долговечности деталей при высокотемпературной нитроцементации с повышенным азотным потенциалом // Двигателестроение. – 1983. – № 1. – C. 37–38.
36. Шевелева Г.И. Теория формообразования и контакта движущихся тел. – М.: Станкин, 1999. – 494 с.
37. Ящерицин П.И., Фельдштейн Б.Э., Корниевич М.А. Теория резания: учеб. – Минск: Новое знание, 2005. – 511 с.
38. David W. Application of laser peen process to turbin engine components // Air Force Researcgh Loboratory. 10th Conference HCF. – 2005.
39. Stadtfeld H.J., Rochester N.Y. The optimal high speed cutting of bevel gears. – USA, 2006. – 26 p.
40. Butler T., Kerner K. Us army researcgh laboratory // 9th conference HCF. – 2004.

Эксплуатационные свойства зубчатых передач в значительной мере определяются точностью изготовления зубчатых деталей и качеством рабочих поверхностей зубьев. В целях обеспечения эксплуатационных характеристик изделий значительное место в технологии изготовления зубчатых передач отводится чистовой (отделочной) зубообработке. Перечисленные выше требования особенно большое значение приобретают при изготовлении рабочей пары многозаходных винтовых героторных механизмов гидравлических забойных двигателей.

Для выбора оптимального процесса отделочной обработки при изготовлении сложнопрофильных валов выполнены классификация и анализ всех существующих методов и схем финишной зубообработки, а также оценка их технологических возможностей по точности и шероховатости рабочих поверхностей.

Из проведенного анализа установлено, что ни один из широкоизвестных способов отделочной обработки зубчатых поверхностей не может быть использован для реализации отделочной обработки сложнопрофильных валов, так как ряд способов, построенных по схеме обката, может быть реализован только для эвольвентных поверхностей, поскольку профиль инструмента выполнен на основе прямолинейного контура зуборезной рейки. Способы отделочной обработки, реализованные по схеме копирования, не обеспечивают высокие степени точности зубчатых поверхностей. Профиль зуба ротора винтового забойного двигателя имеет в торцевом сечении форму укороченной эпициклоиды и не может быть реализован ни по схеме кинематического обката, ни по схеме копирования из-за сложностей с точным изготовлением, правкой и контролем контура инструмента. Установлено, что наибольшей универсальностью и простотой реализации в производственном процессе обладает способ абразивного глобоидного зубохонингования, который легко реализуется как по схеме кинематического обката, так и по схеме свободного обката. Способ обладает линейным контактом в зоне обработки, что повышает производительность и точность обработки благодаря особенностям зацепления и осреднения погрешностей профиля.

При правильном выборе характеристик абразивного слоя глобоидного хона схема обработки легко реализуется с помощью кинематики существующих станков без конструирования специальных нагружающих устройств.

Ключевые слова: зубошлифование, шевингование, глобоидное зубохонингование, обкатка, притирка, электрохимическая обработка, ультразвуковая обработка, суперфиниш, шероховатость поверхности, точность обработки.

Спирин Владимир Алексеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук; e-mail: tms@pstu.ru.

Макаров Владимир Федорович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заместитель завкафедрой инновационных технологий в машиностроении Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: makarovv@pstu.ru.

Халтурин Олег Александрович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: oleg-x@pstu.ru.

1. Серебренник Ю.Б., Спирин В.А. Финишные методы обработки цилиндрических зубчатых колес: метод. указания к курс. и диплом. проектированию для студ. машиностр. спец. / Перм. политех. ин-т. – Пермь, 1985. – 32 с.

2. Бабичев А.П., Лебедев В.А. Методы обработки деталей абразивно-алмазным инструментом и свободным абразивом / Ин-т с.-х. маш-я. – Ростов н/Д, 1980. – 53 с.

3. Валиков E.H., Белякова В.А. Комбинированные методы финишной обработки зубчатых колес // Тр. ВНТК. Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии / Липец. гос. техн. ун-т. – Липецк, 2006. – Ч. 1. – С. 52–55.

4. Березин Б.П., Думченко Н.И., Мосолов К.В. Зубошлифовальные работы: учеб. пособие для проф.-техн. училищ. – М.: Высш. шк., 1972. – 261 с.

5. Спирин В.А. Повышение качества обработки сложнопрофильных зубчатых деталей: дис. … канд. техн. наук / Перм. политехн. ин-т. – Пермь, 1988. – 216 с.

6. Ханукаев И.Н. Зубошлифование червячными абразивными кругами: учеб. пособие для студ. II–VI курсов мех. спец. / Всесоюз. заоч. инж.-строит. ин-т. – М., 1975. – 57 с.

7. Пейсахович И.В. Зубохонигование закаленных цилиндрических колес алмазно-абразивными рейками // Алмазы и сверхтвердые материалы. – 1980. – № 2. – С. 70–74.

8. Цепков А.В., Спирин В.А., Серебренник Ю.Б. Финишная обработка роторов винтовых забойных двигателей // Пути повышения производительности и качества механообработки деталей на машиностроительных предприятиях Урала: тез. докл. зональной науч.-техн. конф., г. Свердловск, 3–5 апр. 1984 г. – Свердловск, 1984. – С. 74–75.

9. Рыжов М.А., Рыжов Н.М. Влияние способов зубошлифования на качество поверхности слоя зубьев колес. Надежность и качество зубчатых колес. – М., 1969. – 143 с.

10. Беляев А.Н. Экспериментальные исследования процесса зубохонингования // Станки и инструмент. – 1981. – № I. – С. 22–24.

11. Бунтов В.Н., Завин В.В., Курищук А.В. Алмазное зубохонингование в производстве зубчатых колес. – Киев: [б. и.], 1974. – 6 с.

12. Журавлев В.Л. Технология изготовления глобоидных передач. – М.: Машиностроение, 1965. – 152 с.

13. Деформирующее шевингование зубчатых колес / E.H. Валиков [и др.] // СТИН. – 2002. – Вып. 3. – С. 16.

14. Калашников С.Н., Калашников A.C. Шевингование зубчатых колес. – М.: Высш. шк., 1985. – 224 с.

15. Маликов A.A., Сидоркин A.B. Шевингование-прикатывание цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2008. – Вып. 2. – С. 69–76.

16. Коганов И.А. Прогрессивная обработка зубчатых профилей и фасонных поверхностей. – Тула, 1970. – 181 с.

17. Гулида Э.Н. Технология отделочных операций зубообработки цилиндрических колес. – Львов: Вища школа, 1977. – 168 с.

18. Производство зубчатых колес: справ. / С.Н. Калашников [и др.]; под общ. ред. Б.А. Тайца. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 464 с.

19. Сухоруков Ю.Н., Евстигнеев Р.И. Инструменты для обработки зубчатых колес методом свободного обката. – Киев: Техника, 1983. – 120 с.

20. Юликов М.И. Отделочные методы обработки зубьев зубчатых колес // Станки и инструмент. – 1986. – № 1. – С. 15–16.

21. Гинзбург Е.Г., Халебский Н.Т. Производство зубчатых колес. – Ленинград: Машиностроение, 1978. – 134 с.

22. Якимов А.В. Абразивно-алмазная обработка фасонных поверхностей. – М.: Машиностроение, 1984. – 311 с.

23. Борисов Б.Я. Электроконтактное нарезание зубьев методом обкатки // Станки и инструменты. – 1967. – № 2. – С. 19–21.

24. Валиков E.H., Татаринов И.В. Чистовая алмазно-электрохимическая обработка цементированных цилиндрических зубчатых колес // СТИН. – 2004. – № 2. – С. 19–22.

25. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. – М.: Наука, 1968. – 584 с.

В настоящее время в производственных процессах литья широко используются фильтрующие элементы для борьбы с пленообразованием в отливках. В качестве фильтрующих элементов применяются пенокерамические фильтры. Структура фильтров представляет собой неупорядоченные и замкнутые каналы произвольной формы, что затрудняет оценку ключевых параметров заливки металла в форму. Снижение турбулентности и степень очистки металла при использовании пенокерамического фильтра оцениваются опытным путем. Стабильность процесса фильтрации достаточно низкая. Моделирование процессов заливки через пенокерамические фильтры затруднительно, что не позволяет прогнозировать результаты эксперимента.

Рассмотрены геометрические параметры матриц материала, которые используются при производстве высокопористых пенокерамических фильтров методом дублирования. Описана геометрическая структура ячеек пенополиуретана ППУ ОСТ 6-05-407–75, ППУ-ЭО-100. Приведена методика натурного эксперимента для оценки влияния фильтра на поток при заливке расплава в формы. Показаны результаты расчета параметров структуры ячейки высокопористых проницаемых ячеистых материалов. Проведено моделирование процесса заливки металла через спроектированный фильтр с регулярной структурой, состоящий из массива ячеек тетракисдодекаэдра. По результатам моделирования установлено, что при использовании фильтра с ячейками типа тетракисдодекаэдра, скорость потока снижается с 2,13 м/с на выходе из литникового канала до 0,21 м/с на выходе из тела фильтрующего элемента. Движение металла происходит через нижнюю часть фильтра и оказывает постепенное заполнение формы, исключая эрозию песчано-глинистой формы. Определено, что снижение скорости потока расплава возникает из-за столкновения отдельных потоков при прохождении через ячеистый массив фильтра, что подтверждается изменением векторов движения.

Ключевые слова: пенокерамический фильтр, метод конечных элементов, вектор движения, турбулентность потока, сетчатая структура, открытая пористость, литье по выплавляемым моделям, включения, огнеупорная футеровка, регулярная ячейка, отливка, скорость потока.

Безденежных Иван Сергеевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: FearFrag@icloud.com.

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

Шумков Алексей Александрович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: shumkov_89@mail.ru.

1. Кульметьева В.Б., Порозова С.Е., Сметкин А.А. Перспективные композиционные и керамические материалы. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 276 с.

2. Оглезнева С.А. Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 307 с.

3. Реологические свойства корундового шликера / В.В. Игнатенкова, А.В. Беспалов, В.Н. Грунский [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. ‒ 2009. ‒
Т. XXIII, № 2. ‒ С. 77–80.

4. Системы компьютерного моделирования ProCAST компании ESI GROUP в образовательной и научной деятельности кафедры САПР И ТЛП / Д.В. Бережной, М.С. Варфоломеев, К.В. Моисеев [и др.] // Высшее образование в России. – 2001. – № 1. – С.103–106.

5. Соколова О.О., Сметанников О.Ю. Численное моделирование затвердевания и структуры металлического слитка // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2012. – № 1. – С. 152–167.

6. Албу А.Ф., Зубов В.И. Математическое моделирование и исследование процесса кристаллизации металла в литейном деле // Журнал вычислительной математики и математической физики. ‒ 2007. ‒ Т. 47, № 5.‒ С. 882–902.

7. Турищев В.В. Моделирование литейных процессов: что выбрать? // САПР и графика. ‒ 2005. ‒ № 11. – С. 30–35.

8. Матвиенко О.В., Ушаков В.М., Евтюшкин Е.В. Математическое моделирование турбулентного переноса дисперсной фазы в турбулентном потоке // Вестник Том. гос. пед. ун-та. ‒ 2004. ‒ Вып. 6 (43). ‒ С. 50–54.

9. Сугак Е.В. Имитационное моделирование турбулентных закрученных потоков газа // Фундаментальные основы механики. – 2018. – № 3. – С. 78–83.

10. Модели и свойства высокопористых ячеистых материалов / В.Н. Анциферов, А.А. Макаров, А.М. Ханов [и др.] // Перспективные материалы. – 2010. – № 3. – С. 5.

11. Коротков В.Г. Рафинирование литейных алюминиевых сплавов. – М.: Машгиз, 1963.‒ 127 с.

12. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 126 с.

13. Макаров Г.С. Слитки из алюминиевых сплавов с магнием и кремнием для прессования. Основы производства. – М.: Интермет Инжиринг, 2011. ‒ 528 с.

14. Напалков В.И. Непрерывное литье алюминиевых сплавов: справ. – М.: Интермет Инжиринг, 2005. ‒ 512 с.

15. Анализ процесса блокирования фильтров неметаллическими включениями // IV чтения Ш. Шокина: сб. тр. междунар. науч.-техн. конф. / ПГУ им. С. Торайгырова. ‒ Павлодар, 2010. – Т. 2, № 5. ‒ C. 173–177.

16. Суюндиков М.М. Фильтрование металла в литейной форме // Сб. материалов по фильтрам, эффективности применения, опыту использования в отечественной и зарубежной практике. ‒ М., 2005. ‒ С. 11.

17. Цаплин А.И. Теплофизика в металлургии: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. ‒ Пермь, 2008. – 230 с.

18. Введение в математическое моделирование: учеб. пособие / П.В. Трусов [и др.]. – М.: Логос, 2004. – 440 с.

19. Ловцов Д.П. Влияние неметаллических включений на образование газовой пористости // Литейное производство. – 1955. ‒ № 12. ‒ С. 18–20.

20. Фильтрующая пенокерамика для расплавов цветных металлов / Е.Н. Веричев, Б.С. Черепанов, Л.С. Опалейчук [и др.] // Труды НИИ стройкерамика. – 2008. ‒ № 5. ‒ С. 85–91.

21. Беркман А.С. Пористая проницаемая керамика. – М.: Госстройиздат, 1959. ‒ 170 с.

22. Гузман И.Я. Высокоогнеупорная пористая керамика. – М.: Металлургия, 1971. ‒ 208 с.

23. Бесфосфатные пенокерамические фильтры для очистки алюминиевого расплава в заготовительном литье / С. Аубрей, Р. Олсон, А. Кучменко, Д.Д. Смит // SELEE Corporation, США. – 1974. – № 3. – С. 55–69.

24. Степанова Т.Н., Гильманшина Т.Р., Падалка В.А. Основы получения отливок из сплавов цветных металлов. – Красноярск, 2012. ‒ 201 с.

25. Смирнова К.А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. – М.: Госстройиздат, 1968. ‒ 171 с.