Определение эффективной мощности сварочной дуги qi имеет важное значение, так как без этой величины сложно выполнять расчеты значений температуры в свариваемых изделиях. Обычно для определения qi свободной сварочной дуги используют эффективный КПД η. Однако ряд исследований по значениям этого коэффициента для дуги прямой полярности в аргоне с неплавящимся электродом дает диапазон η = 0,21…0,9, что недостаточно при современных требованиях к точности расчета термических циклов шва и зоны термического влияния, определяющих структуры сварных соединений.

Для расчета qi свободной сварочной дуги использована формула значений температуры от неподвижного точечного источника тепла на поверхности плоского слоя и опытные значения лицевых диаметров точек после наплавки на пластину их высоколегированной стали толщиной 3,7 мм. Поиск qi по диаметру точки производили путем решения уравнения с помощью компьютерной программы, реализованной на языке программирования С#. Для поиска использовали метод дихотомии. В качестве коэффициентов модели использовали усредненные значения, рекомендуемые в литературе. Экспериментальные значения эффективной мощности определялись с помощью калориметрирования нагретых неподвижной сварочной дугой образцов при токах 80 и 100 А.

Сравнение расчетных и экспериментальных удельных эффективных мощностей на 1 А тока дуги показало, что расчетные мощности на 10–12 % меньше опытных значений. Отсюда следует вывод, что расчеты размеров проплавления швов с использованием калориметрической мощности нуждаются в корректировке объемной теплоемкости металла, по сравнению с используемой усредненной объемной теплоемкостью, рекомендованной в литературе. Такой подход позволяет оценить применимость той или иной математической модели процесса для расчета значений температуры в изделии.

Ключевые слова: свободная дуга, прямая полярность, неплавящийся электрод, коррозионностойкая сталь, эффективная мощность, точечный источник, наплавка точек, калориметр, плоский слой, коэффициенты модели, средняя теплоемкость.

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

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

Мельзитдинова Анна Викторовна (Тольятти, Россия) – магистр, руководитель ОПС ЧОУ ДПО ТУЦ «Спектр»; e-mail: melzitdinova@gmail.com.

1. Кархин В.А. Тепловые процессы при сварке. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. – 572 с.

2. Столбов В.И., Сидоров В.П., Куркин И.П. Определение эффективной мощности источника нагрева при сварке плазменной трехфазной дугой // Сварочное производство. – 1988. – № 5. – C. 30–32.

3. Giedt B.W., Tfllerico L.N., Fuerschbach P.W. GTA welding efficiency: calorimetric and temperature field meausuremtnts // Welding Research Supperment. – 1989. – Vol. 96. – Р. 28–32.

4. Шоек П.А. Исследование баланса энергии на аноде сильноточных дуг, горящих в атмосфере аргона // Современные проблемы теплообмена. – М.; Л.: Энергия, 1966. – С. 110–139.

5. Лабораторные работы по сварке / под ред. Г.А. Николаева. – М.: Высш. шк., 1971. – 320 с.

6. Дудко Д.А., Корниенко А.Н. Тепловая эффективность процесса сварки плазменной дугой переменного тока // Автоматическая сварка. – 1967. – № 11. – С. 27–32.

7. Выбор состава газовой смеси для увеличения проплавляющей способности дуги / Б.Н. Бадьянов, В.А. Давыдов, В.А. Иванов, Ю.Ф. Колупаев // Сварочное производство. – 1977. – № 4. – С. 26–28.

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

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

10. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. – М.: Машиностроение, 1973. – 448 с.

11. Zacharia T., David S., Vitek J. Effect of evaporation and temperature-dependent material properties on weld pool development // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing. – 1991. – Vol. 22, no. 2. – P. 233–241.

12. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. – М.: Высш. шк., 1988. – 239 с.

13. Теория сварочных процессов / В.Н. Волченко [и др.]; под ред. В.В. Фролова. – М.: Высш. шк., 1988. – 559 с.

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

15. Ленивкин В.А., Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. – М.: Машиностроение, 1989. – 264 с.

16. Сидоров В.П., Бережко А.В., Комаров Е.Е. Определение вольтова эквивалента анодной мощности по характеристикам плавления электрода // Сварка и контроль - 2005: материалы 24-й науч.-техн. конференции, г. Челябинск, 16–18 марта 2005 г. / ЧГТУ. – Челябинск, 2005. – С. 99–106.

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

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

19. Особенности теплопередачи в изделие при работе плазмотрона на обратной полярности / Ю.Д. Щицын, Д.С. Белинин, П.С. Кучев, С.Д. Неулыбин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2014. – Т. 16, № 2. – С. 42–50.

20. Столбов В.И., Потехин В.П., Ликонен А.С. Методика определения теплового потока, поступающего к изделию от разогретого дугой газа // Автоматическая сварка. – 1981. – № 3. – C. 66–67.

21. Столбов В.И. Сварочная ванна / ТГУ. – Тольятти, 2007. – 147 с.

22. Pradip D., Yogendra C. Franche. Determination of gas tungsten arc welding efficiencies // Experimental Thermal and Fluid Science. – 1994. – Vol. 9, iss. 1. – P. 80–89.

Фактический ресурс технологической оснастки, изготовленной из алюминиевой бронзы БрАЖ 9-4, зачастую оказывается нестабильным, что приводит к росту расходов на обслуживание технологического оборудования и простоев производственных линий. Литературные данные о влиянии режимов термообработки на сопротивление абразивному изнашиванию термически неупрочняемых бронз неполны и противоречивы.

Посвящена моделированию микроструктуры, аналогичной микроструктуре образцов с высокой стойкостью к изнашиванию. Для этого был проведен сравнительный металлографический и рентгеноструктурный анализ образцов с высокой и низкой износостойкостью. Установлено, что износостойкие образцы обладают пониженной твердостью при пониженном сопротивлении ударному изгибу. Основным отличием износостойких образцов является наличие двухфазной основы a + эвтектоид (a + g2) в количестве около 7 %. Проанализирована вероятность формирования однофазной микроструктуры в зависимости от колебаний химического состава в рамках ГОСТ 18175. Исследована зависимость изменения фазового состава и твердости от температуры нагрева под закалку.
Показано, что при содержании алюминия около 8 % двухфазная микроструктура гарантированно фиксируется при охлаждении с температуры 750 °С и более. При этом увеличение доли b-фазы коррелирует с увеличением твердости. Эффективность прироста количества b-фазы с увеличением содержания алюминия снижается при нагреве свыше 850 °С. Оценено изменение фазового состава в зависимости от низкотемпературного отпуска, изменение механических свойств и фазового состава в процессе среднетемпературного отпуска. Исследовано изменение твердости при выдержке сплава в интервале a + g2, определено время, необходимое для максимального упрочнения. При этом установлено, что в процессе среднетемпературной выдержки сплава в однофазном состоянии происходит укрупнение высокодисперсной фазы. Установлено, что при наличии однофазной структуры целесообразно проводить закалку бронзы с последующим отпуском в интервале существования g2-фазы.

Ключевые слова: термически неупрочняемая алюминиевая бронза, БрАЖ 9-4, износостойкость, фазовые превращения, распад высокотемпературных фаз, стабилизация свойств, изменение твердости, дисперсионные выделения, среднетемпературное упрочнение, охрупчивание, термическая обработка, горячая деформация.

Святкин Алексей Владимирович (Тольятти, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры нанотехнологий, материаловедения и механики Тольяттинского государственного университета; e-mail: astgl@mail.ru.

Попова Лариса Ивановна (Тольятти, Россия) – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры нанотехнологий, материаловедения и механики Тольяттинского государственного университета; e-mail: Onegko@mail.ru.

Шендерей Павел Эдуардович (Тольятти, Россия) – кандидат педагогических наук, доцент Института менеджмента, маркетинга и права; e-mail: Pavel89272116756
@yandex.ru.

1. Электронное издание на основе: Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: справ. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Инновационное машиностроение, 2016. – 360 с.

2. Логинов Ю.Н. Медь и деформируемые медные сплавы: учеб. пособие / УГТУ-УПИ. – 2-е изд., стер. – Екатеринбург, 2006. – 136 с.

3. Смирнягин А.П., Смирнягина Н.А., Белова А.В. Промышленные цветные металлы и сплавы: справ. –
3-е изд. – М.: Металлургия, 1974. – 488 с.

4. Meigh H.J. Resistance to wear of aluminium bronzes. Chapter 10 of Cast and wrought aluminium bronzes properties, processes and structure / Copper Development Association (CDA). – 2000. – Pub. 126. – 25 р.

5. Thornton C.H. Aluminum bronze // Alloys Technical Data by CDA (UK). – 1986. – No. 82. – Р. 91.

6. Бараз В.Р., Филиппов М.А., Гервасьев М.А. Назначение и выбор металлических материалов: учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. – 192 с.

7. Урвачев В.П., Кочетков В.В., Горина Н.Б. Ювелирное и художественное литье по выплавляемым моделям сплавов меди. – Челябинск: Металлургия.Челябин. отд-ние, 1991. – 168 с.

8. Vin Callcut. Aluminum bronzes. Part I and II. Metallurgy of copper & copper alloys. – 37 p. – URL: https://
www.copper.org/publications/newsletters/innovations/2002/08/aluminum2.html (acceessed 22 August 2019).

9. ASM Handbook / ASM International Handbook Committee. – 2002. – 2174 p. (Vol. 4. Heat treating).

10. Способ термической обработки алюминиевых бронз: пат. 2013463 Рос. Федерация: МПК C22F1/08 / Щербакова Г.К., Ушакова Л.А., Железняк Л.В.; заяв. и патентообл. АО «Уралтрак». – № 5025927/02; заявл. 11.11.91; опубл. 30.05.94.

11. Термообработка бронзовых втулок [Электронный ресурс]. – URL: https://tsvetmet.wordpress.com/2019/03/09/ (дата обращения: 15.08.2019).

12. Розенберг В.М., Дзуцев В.Т. Диаграммы изотермического распада в сплавах на основе меди: справ. – М.: Металлургия, 1989. – 326 с.

13. Машиностроение: энциклопедия / под ред. К.В. Фролова [и др.]. – М.: Машиностроение, 1994–2015 (Т. II-3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы / И.Н. Фридляндер, О.Г. Сенаторова, О.Е. Осинцев [и др.]; под общ. ред. И.Н. Фридляндера. – М., 2001. – 880 с.)

14. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / М.Е. Дриц, Н.Р. Бочвар, Л.С. Гузей, Е.В. Лысова; Академия наук СССР им. Байкова. – М.: Наука, 1979. – 375 с.

15. Ибатуллин И.Д. Триботехнические испытания на фрикционную совместимость: монография / СНЦ РАН. – Самара, 2014. – 217 с.

16. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для техн. вузов. / А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, Н.А. Буше [и др.]; под общ. ред. А.В. Чичинадзе. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 664 с.

17. Мышкин Н.К. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 368 с.

18. Schumacker W.J. Private communication to E.E. Den­hart // Manager-Stainless Steel Research and Technology, Armco. – Feb. 1980.

19. Laporte V., Mortensen A. Intermediate temperature em­bri­ttlement of copper alloys // Alcan Engineered Products, Voreppe Research Centre (CRV). International Materials Reviews. Melting and Casting Unit. – 2009. – Vol. 54, no. 2. – P. 94–116.

Приведены результаты исследования условий деагломерации углеродсодержащих суспензий на основе различных гидрофильных сред. В качестве углеродного сырья использовали многостенные углеродные нанотрубки торговой марки «Таунит» («НаноТехЦентр», г. Тамбов). Ключевая методика представленных экспериментов – жидкофазная эксфолиация углеродных структур под воздействием ультразвука. Исследования проводили методами фотонной корреляционной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Установлено, что обработка нанотрубок в ультразвуковой ванне в течение 30 мин не обеспечивает их однородной дисперсии в гидрофильной среде. Образуются агломераты различного типа в зависимости от вида стабилизирующей добавки. Наилучшей диспергационной средой для введения МУНТ в керамические матрицы является водный раствор неионогенного ПАВ Tвин-80. При выдержке суспензии диспергированных МУНТ в течение 7 сут интенсивность характерных для углеродных наноструктур пиков на КР-спектрах возрастает. Суспензия на основе поливинилового спирта может быть использована только в свежеприготовленном состоянии. Количество слоев в МУНТ соответствует исходному материалу. Ультразвуковая обработка в среде окислителя (NH4)2S2O8 в течение 30 мин приводит к образованию тонкой пленки на поверхности, а не равномерно распределенных в дисперсионной среде агломератов. По известным формулам рассчитаны размер кристаллитов, межслоевое расстояние, количество слоев в МУНТ, внутренний диаметр и средний размер нанотрубок после диспергирования в среде окислителя. Выдержка таких суспензий в течение 7 сут приводит к получению более плотной пленки из окисленных нанотрубок на поверхности.

Ключевые слова: углеродные нанотрубки, гидрофильные среды, жидкофазная эксфолиация, суспензия, агломерат, атомно-силовая микроскопия, рентгеноструктурный анализ, КР-спектроскопия, дисперсия, ультразвуковая обработка.

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

Поздеева Татьяна Юрьевна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета, инженер-ис­следователь Уральского НИИ композиционных материалов; e-mail: pozdeevatu@gmail.com.

Вохмянин Дмитрий Сергеевич (Пермь, Россия) – завлабораторией кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: dima5907@bk.ru.

Лаптева Юлия Анатольевна (Пермь, Россия) – инженер-исследователь Уральского НИИ композиционных материалов; e-mail: lapteva_ua@uniikm.ru.

1. Recent progress of reinforcement materials: a comprehensive overview of composite materials / D.R. Kumar, D.D. Pagar, R. Kumar, C.I. Pruncu // J. of Materials Research and Technology. – 2019. – Vol. 8, no. 6. – P. 6354–6374.

2. Arsecularatne J.A., Zhang L.C. Carbon nanotube reinforced ceramic composites and their performance // Recent Patents on Nanotechn. – 2007. – Vol. 1, no. 3. – P. 176 –185.

3. Hierarchical self-entangled carbon nanotube tube networks / F. Schütt, S. Signetti, H. Krüger, S. Röder, D. Smazna, S. Kaps, S.N. Gorb, Y.K. Mishra, N.M. Pugno, R. Adelung // Nature Communications. – 2017. – Vol. 8, no. 1. – P. 1–10.

4. Cho J., Boccaccini A.R., Shaffer M.S.P. Ceramic matrix composites containing carbon nanotubes // J. Materials Sci. – 2009. – Vol. 44, no. 8. – Р. 1934–1951.

5. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: учеб. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 384 с.

6. Carbon nanotube synthesis and organization / E. Joselevich, H. Dai, J. Liu, K. Hata, A.H. Windle // Carbon Nanotubes. – 2008. – Р. 101–165.

7. Carbon nanotubes agglomeration in reinforced composites: A review / R.I. Rubel, M.H. Ali, M.A. Jafor, M.M. Alam // AIMS Materials Sci. – 2019. – Vol. 6, no. 5. – P. 756–780.

8. Leonov A.A., Abdulmenova E.V. Alumina-based composites reinforced with single-walled carbon nanotubes // IOP Conf. Series Materials Sci. and Eng. – 2019. – Vol. 511. – Р. 12001. DOI: 10.1088/1757-899X/511/1/012001

9. Multi-walled carbon nanotubes reinforced Al2O3 nanocomposites: mechanical properties and interfacial investigations / I. Ahmad, M. Unwin, H. Cao, H. Chen, H. Zhao, A. Kennedy, Y.Q. Zhu // Composites Sci. and Techn. – 2010. – Vol. 70, no. 8. – P. 1199–1206.

10. Modification strategies for improving the solubility/dispersion of carbon nanotubes / S. Tayyab Raza Naqvi, T. Rasheed, D. Hussain, M. Najam ul Haq, S. Majeed, S. Shafi, N. Ahmed, R. Nawaza // J. of Molecular Liquids. – 2020. – Vol. 297, no. 111919. – P. 1–12.

11. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Романов А.В. Влияние отжига на СВЧ-характеристики углеродных нанотрубок и нанокомпозитных материалов, созданных на их основе // Журнал технической физики. – 2014. – Т. 84, № 6. – С. 86–91.

12. Кульметьева В.Б., Поносова А.А. Получение графенсодержащих суспензий диспергированием в водных растворах ПАВ [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2–2. – URL: http: //www.science-education.ru (дата обращения: 13.04.2020).

13. Коллоидно-химические свойства водных растворов неионогенных поверхностно-активных веществ группы Tween / Г.Г. Эмелло, Т.А. Шичкова, Д.Н. Дащук, Е.Л. Шендикова // Успехи в химии и химической технологии. – 2008. – Т. 22, № 3 (83). – C. 26–29.

14. Способ модифицирования углеродных нанотрубок: пат. 2528985 Рос. Федерация / Ткачев А.Г., Мележик А.В., Дьячкова Т.П., Аладинский А.А.; заяв. и патентообл. ООО «НаноТехЦентр». – № 2012127991/05; заявл. 03.07.12; опубл. 20.09.14. – 8 с.

15. Frømyr T.R., Hansen F.K., Olsen T. The optimum dispersion of carbon nanotubes for epoxy nanocomposites: evolution of the particle size distribution by ultrasonic treatment // J. of Nanotechn. – 2012. – Vol. 2012. – P. 1–14.

16. Sonication-induced modification of carbon nanotubes: effect on the rheological and thermo-oxidative behaviour of polymer-based nanocomposites / R. Arrigo, R. Teresi, C. Gambarotti, F. Parisi, G. Lazzara, N.T. Dintcheva // Materials. – 2018. – Vol. 11, no. 383. – P. 1–14.

17. Влияние ультразвуковой обработки водных суспензий «поливиниловый спирт – углеродные нанотрубки» на электропроводность полимеруглеродных композитных пленок, полученных методом «спин-коутинга» / Н.С. Ша­банов, А.К. Ахмедов, А.Э. Муслимов, В.М. Каневский, А.Ш. Асваров // Российские нанотехнологии. – 2019. – Т. 14, № 3–4. – С. 17–20.

18. Цыбуля С.В., Черепанова С.В. Введение в структурный анализ нанокристаллов: учеб. пособие / Новосиб. гос. ун-т. – Новосибирск, 2009. – 87 с.

19. Русаков А.А. Рентгенография металлов: учеб. для вузов. – М.: Атомиздат, 1977. – 480 с.

20. Удовицкий В.Г. Методы оценки чистоты и характеризации свойств углеродных нанотрубок // Физическая инженерия поверхности. – 2009. – Т. 7, № 4. – С. 351–373.

21. Рентгеновские и синхротронные исследования гетерогенных систем на основе многостенных углеродных нанотрубок / В.Н. Сивков, А.М. Объедков, О.В. Петрова, С.В. Некипелов, К.В. Кремлев, Б.С. Каверин, Н.М. Семенов, C.А. Гусев // Физика твердого тела. – 2015. – Т. 57, № 1. – С. 185–191.

22. Беленков Е.А. Закономерности структурного упорядочения многослойных углеродных нанотрубок // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. – 2001. – № 1. – С. 51–60.

23. Abdulrazzak F.H., Alkiam A.F., Hussein F.H. Behavior of X-ray analysis of carbon nanotubes // Perspective of Carbon Nanotubes / ed by H. El-Din Saleh, S.M.M. El-Sheikh, IntechOpen Limited. – London, 2019. – Р. 1–16. DOI: 10.5772/intechopen.85156

24. Purification of catalytically produced multiwall nanotubes / F. Colomer, P. Piedigrosso, I. Willems, C. Journet, P. Bernier, G. Van Tendeloo, A. Fonseca, J.B. Nagy // J. Chem. Soc., Faraday Trans. – 1998. – Vol. 94, no 24. – P. 3753–3758.

25. Мищенко С.В., Ткачев А.Г. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства, применение. – М.: Машиностроение, 2008. – 320 с.

Исследования, касающиеся обновления термодинамических расчетов при газовом азотировании, а также термодинамического анализа механизма формирования и существования некоторых активных частиц в азотирующей плазме и связанных с ней процессов фазообразования в тлеющем разряде, являются актуальными. Посвящена обогащению представлений о кинетике и механизме формирования азотируемого слоя при насыщении в азотосодержащей плазме. Проведен термодинамический анализ процессов при газовом и ионно-плазменном азотировании. Расчеты основных возможных реакций при газовом азотировании позволили заключить, что газовое азотирование с молекулярным азотом невозможно; атомами азота – возможно при наличии атомов азота в широком температурном интервале; в недиссоциированном аммиаке – возможно, но в реальных условиях маловероятно. Рассчитаны равновесные состояния при различных процессах, протекающих в азотосодержащей плазме и на границе металл–плазма. Проведены расчеты термодинамического потенциала всех наблюдаемых ионизированных атомов и групп в зависимости от температуры при постоянном давлении. Установлено, что азотирование в «азотной» плазме в целом возможно, но в кинетическом аспекте процесс происходит медленнее, а слои значительно тоньше по сравнению с азотированием в аммиачной или азотоводородной плазме. Показано, что при использовании аммиака в тлеющем разряде наиболее вероятно наличие ионизирующих групп NH3+ и N2H+. Именно они характеризуются относительно низкой энергией образования. Установлена роль водорода в азотной среде как поставщика значительного количества электронов для облегченного протекания плазменных реакций и как компонента с сильным восстановительным действием в пограничных процессах газ–металл. При использовании азотоводородной смеси показано, что во всем исследованном температурном интервале термодинамически наиболее подходящими азотосодержащими группами являются NH2+ и Н3+, так как их образование обеспечивается минимальным уровнем активизирующей (ионизирующей) энергии. Термодинамические расчеты показали, что энергетически наиболее выгодно получать нитриды трехвалентного железа в реакциях железа с атомным и молекулярным ионами азота, а также с группой N2H+, но при наличии и возможном участии водорода и электронов.

Ключевые слова: ионно-плазменное азотирование, тлеющий разряд, плазма, термодинамический анализ, кинетика насыщения, энергия Гиббса, изобарный потенциал, продукты диссоциации и ионизации, азотоводородная смесь, ионные группы.

Тошков Венцеслав Цветанов (София, Болгария) – доктор технических наук, профессор кафедры материаловедения и технологии материалов Технического университета – София, руководитель научно-исследова­тельской лаборатории «ЕФТТОМ»; e-mail: vtoshkov@tu-sofia.bg.

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

Силина Ольга Валентиновна – кандидат технических наук, доцент кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов, замдекана механико-технологического факультета по методической работе; e-mail: silina-olga@mail.ru.

1. Бабад-Захряпин А.А., Кузнецов Г.Д. Химико-тер­мическая обработка в тлеющем разряде. – М.: Атомиздат, 1975. – 175 с.

2. Бокштейн Б., Бокштейн С., Жуховицкий А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. – М.: Металлургия, 1974. – 280 с.

3. Межонов А., Кольцов В. Термодинамическая модель процесса азотирования в тлеющем  разряде // Методы поверхностного упрочнения дета­лей машин и интрумента: сб. науч. тр. МАДИ. –  М., 1983.  – С. 53–59.

4. Тошков В., Мартовицкая Н., Дрангажова И. Некоторые особенности нитридных слоев при азотировании сталей в тлеющем разряде // V световен конгрес по ТЕРМО­ОБРА­БОТКА, Будапеща, 20–24 октрября 1986. – Будапешт, 1986. – С. 111–118.

5. Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка сплавов в активизированных газовых средах // Вестник машиностроения. – 1986. – № 9. – С. 49–53.

6.  Теория и технология азотирования / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Г-И. Шпис, З. Бемер. – М.: Металлургия, 1991. – 320 с.

7. Солонцев Г.С., Орлов А.И., Довженко В.А. О ме­ханизме установления функции распределения электронов по энергиям в плазме отрица­тель­ного свечения тлеющего разряда // Радиотехника и электроника. – 1970. –Кн. 9. – С. 1980–1982.

8. Бутенко О.И., Лахтин Ю.М. О механизме ускорения диффузии азота в железе при ионном азотировании // МиТОМ. – 1969. – Т. 6. – С. 21–24.

9. Босяков М.Н., Козлов А.А. Газодинамические характеристики тлеющего разряда при ионном азотировании // Наука и техника. – 2018. – Т. 17, № 5. – С. 368–376.

10. Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Сейдман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей. – М.: Техносфера, 2012. – 464 c.

11. Бучков Д., Тошков В. Йонно азотиране. – София: Техника, 1990. – 156 с.

12. Андрачников Ш.Л. Термохимический анализ процесса азотирования // Журнал физичесой химии. – 1973. – Т. ХVII. – C. 2535–2537.

13. Глушко В.П. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. – М.: Наука, 1978. – Т. I, кн. 1, 2. – 1166 с.

14. Control of ion carburizing process on the basis of analysis of optical emission spectra of glow-discharge plasma / B. Arzamasov, N. Ryzhov, A. Smirnov, A. Ro­dio­nov // Heat Treatment and Technology of Surface Coatings: Proceed. of the International Congress, Moscow, 10–14 October 1990. – Moscow, 1990. – P. 242–248.

15. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. – М.: Машиностроение, 1976. – 256 с.

16. Some observations on plasma nitriding austenitic stainless steel / P.A. Dearnley, A. Namvar, G.G.A. Hib­berd, T. Bell // Proceed. of the First International Conference on Plasma Surface Engineering, Garmisch – Partenkirchen, 15–19 September 1988 (FRG). – Garmisch – Partenkirchen, 1988. – P. 219–226.

17. Sun Y., Li X., Bel T. Low temperature plasma carburising of austenitic stainless steels for improved wear and corrosion resistance // Surf. Eng. – 1999. – Vol. 15, no. I. – P. 49–54.

18. Conditions for the Formation of a Martensitic Single-Phase Compound Layer in ion-nitrided 316L austenitic stainless steel / K. Marchev, C.V. Cooper, J.T. Blucher, B.C. Giessen // Surf. and Coat. Techn. – 1998. – Vol. 99, iss. 3. – P. 225–228.

19. The metastabile m-phase layer on ion-mitrided austenitic stainless steels. Part 2. Crystal structure and observation of its two-directional orientational anisotropy / K. Marchev, R. Hidalgo, M. Landis, R. Vallerio, C.V. Coo­per, B.C. Giessen // Surf. and Coat. Techn. – 1999. – Vol. 112, iss. 1–3. – P. 67–70.

20. The m-phase layer on ion-nitrided austenitic stainless steel (III): an epytaxial relationship between the m-phase and the γ parent phase and a review of structural identifications of this phase / K. Marchev, M. Landis, R. Val­lerio, C.V. Cooper, B.C. Giessen // Surf. and Coat. Techn. – 1999. – Vol. 184–188. – P. 116–119.

21. On low temperature ion nitriding of austenitic stainless steel AISI 316 / V. Toshkov, R. Russev, T. Madjarov, E. Ruseva // J. of Achievements in Materials and Manuf. Eng. – 2007. – Vol. 25. – P. 71–74.

22. Microstructural characterisation of a plasma carburised low carbon Co–Cr alloy / C.X. Li, N. Habibi, T. Bell, H. Dong // Surf. Eng. – 2007. – Vol. 23. – P. 45–51.

Многослойные пленки Ti1-хAlxN наносились на твердосплавные пластины с использованием электродугового испарения катодов Ti и Al. Катоды охлаждались наиболее часто используемыми промышленными методами: проточной или оборотной водой. Результаты показали, что испарение алюминия при температуре выше температуры плавления и недостаточное охлаждение катода сопровождаются фазовым превращением твердое тело → жидкость, потерей жесткости и увеличением объема катодного пятна, вытеснением расплава из кратеров с образованием микроструй и большого количества дефектных микрокапель на поверхности и в теле пленки, перераспределением фазового и элементного состава по поверхности подложки и катода. Такие явления вызваны снижением теплопроводности Al в катодном пятне в 2,5 раза, его плотности на 15 %, прочности в 30 раз, вязкости в 7 раз, ускорением кристаллографической анизотропии, резким уменьшением модуля сдвига, двойным увеличением энтропии и увеличением коэффициента теплового расширения. Повышение температуры катодного пятна Ti с низкой теплопроводностью ускоряет различную динамику коэффициента теплового расширения и модуля Юнга и приводит к появлению термических и механических напряжений. Создана модель теплофизических и физико-механических свойств катодных материалов для прогнозирования поведения катодов при их испарении.

Ключевые слова: пленки Ti1-хAlxN, катодное пятно, охлаждение катодов, электродуговое испарение, теплофизические свойства, физико-механические свойства, критическая температура, модель структурных зон, модель поведения свойств, дефекты.

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

Каменева Наталья Владимировна (Пермь, Россия) – магистр гр. ЭКМ-18-1м Пермского национального исследовательского политехнического университета;
e-mail: knv143@mail.ru.

1. Фролова В.П. Генерация многозарядных и многокомпонентных импульсных ионных пучков на основе сильноточной вакуумной дуги микросекундной длительности: дис. … канд. физ.-мат. наук / Ин-т сильноточной электроники. – Томск, 2018. – 135 с.

2. Батраков А.В. Электрическая изоляция и разряд в вакууме [Электронный ресурс] / Нац. исслед. Том.
политехн. ун-т, Ин-т физ. выс. технологий. – Томск: TPU Moodle, 2014. – URL: https://stud.lms.tpu.ru/course/info.
php?id=251 (дата обращения: 18.05.2020).

3. Lisenkov A.A., Burov I.V., Pavlova V.A. Adjustment of the plasma density in the process of coating formation // Plasma Devices and Operations. – 2002. – Vol. 10, no. 1. – P. 9–15.

4. Juttner B., Kleberg I. The retrograde motion of arc cathode spots in vacuum // J. of Physics D: Applied Physics. – 2000. – Vol. 33, no. 16. – P. 2025–2036.

5. Морфологические особенности рельефа на поверхности мишеней при бомбардировке ионами / А.Ф. Белянин,  М.И. Самойлович, Д.В. Александров, П.В. Пащенко,  М.А. Тимофеев,  А.Л. Каменева, А.Л.  Талис // Материалы 10-й Междунар. науч.-техн. конф. «Высокие тех­нологии в промышленности России (материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники)» и 14-го Междунар. симп. «Тонкие пленки в электронике», г. Москва, 9–11 сентября, 2004. – М., 2014. – C. 302–310.

6. Барченко В.Т., Ветров Н.З., Лисенков А.А. Технологические вакуумно-дуговые источники плазмы /
С-Петерб. гос. электротехн. ун-т «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). – СПб., 2013. – 242 с.

7. Гончаров В.Д., Лисенков А.А. Создание электрофизического оборудования на основе вакуумно-ду­го­вого разряда // Вакуумная техника и технология. – 2008. – Т. 18, № 2. – С. 67–74.

8. Anders A. Cathodic arcs: from fractal spots to energetic condensation. – New York: Springer Inc., 2008. – 555 p.

9. Вакуумно-дуговой разряд на интегрально-хо­лодном катоде / А.А. Лисенков, В.Т. Барченко, В.Д. Гончаров, А.С. Жеухин // Инструмент и технологии. – 2010. – Вып. 34. – С. 43–56.

10. Preparation of CuAlO2 thin films by radio frequency magnetron sputtering and the effect of sputtering on the target surface / T. Ehara, R. Iizaka, M. Abe, K. Abe, T. Sato // J. of Ceramic Sci. and Techn. – March 2017. – Vol. 8, iss. 1. – P. 7–12.

11. Белянин А.Ф., Каменева А.Л., Самойлович М.И. Изучение процесса формирования наноструктурированных покрытий на основе Ti–B–Si–N при магнетронном распылении // Высокие технологии в промышленности России: материалы XII Междунар. науч.-техн. конф., г. Москва, 6–8 сентября 2006 г. – М., 2006. – C. 211–221.

12. Mubarak A., Hamzah E., Toff M.R.M. Study of macrodroplet and growth mechanisms with and without ion etchings on the properties of TiN coatings deposited on HSS using cathodic arc physical vapour deposition technique // Materials Sci. and Eng.: A. – 2008. – Vol. 474 (1–2). – Р. 236–242.

13. Модель расплескивания жидкого металла в катодном пятне вакуумного дугового разряда / М.А. Гашков, Н.М. Зубарев, О.В. Зубарева, Г.А. Месяц, И.В. Уйманов // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики (ЖЭТФ). – 2016. – Т. 149, вып. 4. – С. 896–908.

14. Boxman R.L., Goldsmith S. Macroparticle contamination in cathodic arc coatings: Generation, transport and control // Surf. Coat. Technol. – 1992. – Vol. 52. – Р. 39–50.

15. Эйзнер Б.А. Научные основы технологических процессов нанесения многокомпонентных покрытий различного функционального назначения вакуумным электродуговым методом: дис. … д-ра техн. наук / Белорус. гос. ун-т. – Минск, 1993. – 463 с.

16. Модификация поверхности катода магнетронной распылительной системы / В.В. Бобков, С.С. Алимов, В.В. Андреев, Ю.В. Слюсаренко, Р.И. Старовойтов //
Известия РАН. Серия физическая. – 2004. – Т. 68, № 3. – С.  332–335.

17. Antsiferov V.N., Kameneva A.L. Experimental study of the structure of multicomponent nanostructured coatings on the basis of Ti–Zr–N alloys formed by ionic plasma methods // Russian J. of Non-Ferrous Metals. – 2007. – Vol. 48, no. 6. – P. 485–499.

18. Kameneva A.L., Karmanov V.V., Dombrovsky I.V. Physical and mechanical properties of Ti1-хAlхN thin films prepared by different ion-plasma methods // Research J. of Pharmaceutical, Biolog. and Chem. Sci. – 2014. – Vol. 5, no. 6. – Р. 762–771.

19. Antonova N.M. Adhesion and mechanical properties of polyanionic cellulose-Al-Zr protective coatings // IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. – 2019. – Vol. 665. – Р. 012003.

20. Влияние покрытий ZrN, нанесенных магнетронным распылением, на коррозию сплава ВК8 / И.И. За­ма­летдинов, В.И. Кичигин, А.Л. Каменева, А.А. Оня­нов, А.Ю. Клочков // Коррозия: материалы, защита. – 2011. – № 10. – С. 35–41.

21. Kameneva A.L. The influence of aluminum on the texture, microstructure, physical, mechanical and tribological properties of Ti1-xAlxN thin films // Research Research J. of Pharmaceutical, Biolog. and Chem. Sci. – 2014. – Vol. 5,  no. 6. – Р. 965–975.

22. Каменева А.Л. Установление корреляционной связи процесса формирования пленок на основе Ti–Al–N методом электродугового испарения и процессами, протекающими на поверхности испаряемых катодов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2010. – Т. 12, №. 4. – С. 138–145.

23. Using Ti1-хAlхN coating to enhance corrosion resistance of tool steel in sodium chloride solution / A.L. Ka­me­neva, V.I. Кichigin, Т.O. Soshina, V.V. Karmanov // Research J. of Pharmaceutical, Biolog. and Chem. Sci. – 2014. – Vol. 5, no. 5. – Р. 1148–1156.

24. Kameneva A.L., Karmanov V.V., Dombrovsky I.V. Physical and mechanical properties of Ti1-хAlхN thin films prepared by different ion-plasma methods // Research J. of Pharmaceutical, Biolog. and Chem. Sci. – 2014. – Vol. 5, no. 6. – Р. 762–771.

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

26. Stull D.R., Prophet H. JANAF, Thermochemical Tables / U.S. Dept. of Commerce. – Washington, D.C., 1971. – URL: https://www.bestreferat.ru/referat-181584.html (accessed 18 May 2020).

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

28. Черняев В.Н. Технология производства интеграль­ных микросхем и микропроцессоров: учеб. для вузов. – М.: Радио и связь, 2007. – 464 с.

29. Aluminium – Properties and physical metallurgy american society for metals / ed by E. Hatch; Metals Park. – Ohio, 1984. – URL: https://books.google.ru/books?id=
dUgzGsEMhoUC&redir_esc=y (accessed 18 May 2020).

30. Любимов Г.А., Раховский В.И. Катодное пятно вакуумной дуги // Успехи физических наук. – 1978. – Т. 125, № 4. – С. 665–706.

31. Effect of work function and cohesive energy of the constituent phases of Ti – 50 at. % Al cathode during arc deposition of Ti–Al–N coatings / B. Syed, M.J. Jöesaar, P. Polcik, S. Kolozsvari, G. Håkansson, L. Johnson, M. Ahlgren, M. Odén // Surf. and Coat. Techn. – 2019. – Vol. 357. – Р. 393-401.

32. TALAT Lecture 1501. Aluminium: physical properties, characteristics and alloys. – URL: https://ru.scribd.
com/document/21293980/TALAT-Lecture-1501-Properties-Cha­racteristics-and-Alloys-of-Aluminium (accessed 18 May 2020).

33. Илларионов А.Г., Попов А.А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учеб. пособие / под ред. С.Л. Демакова. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 137 с.

34. Kameneva A.L., Guselnikova L.N., Soshina T.O. An influence of a substrate voltage bias and temperature conditions on structure and phase modification in single-component ion-plasmas’ films // e-J. of Surf. Sci. and Nanotechn. – 2011. – Vol. 9. – P. 34–39.

35. Kameneva A.L. Model of structural zones of the tin and tialn coatings formed by the arc evaporation of metal in an active gas medium // Russian J. of Non-Ferrous Metals. – 2013. – Vol. 54, no. 6. – P. 541–547.

36. Каmеnеvа А.L. Models of structural zones for sputtered and evaporated thin films // Research J. of Pharmaceutical, Biolog. and Chem. Sci. – 2015. – Vol. 6, no. 5. – Р. 464–474.

37. Каmеnеvа А.L. Evolution of the film structure in the various evaporation processes // Research J. of Pharmaceutical, Biolog. and Chem. – 2015. – Vol. 6, no. 1. – Р. 1381–1391.

38. Морфологические особенности рельефа на поверхности мишеней при бомбардировке ионами / А.Ф. Белянин, М.И. Самойлович, Д.В. Александров, П.В. Пащенко, М.А. Тимофеев, А.Л. Каменева, А.Л. Талис // Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники), г. Москва, 9–11 сентября 2004 г. / ОАО ЦНИТИ «Техномаш». – М., 2004. – С. 302–310.

39. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. – М.: Наука, 2000. – 424 с.

40. Эрозионные процессы в малогабаритном вакуумном разряднике с искровым поджигом / В.И. Асюнин, С.А. Бушин, С.Г. Давыдов, А.Н. Долгов, А.В. Пилюшенко, А.А. Пшеничный, В.О. Ревазов, Р.Х. Якубов // Успехи прикладной физики. – 2015. – Т. 3, № 6. – С. 542–552.

Получение плотной мелкозернистой отливки – важная задача. Определены пути получения такой отливки: ускорить процесс отведения теплоты перегрева от расплава и обеспечить принцип направленного затвердевания. Использование захолаживающих элементов – холодильников – позволяет использовать оба этих способа одновременно. В качестве альтернативы поверхностным, внутренним удаляемым и плавким холодильникам предложено использование металлической вставки в песчаный стержень. Песчаная облицовка облегчает удаление стержня, металлическая вставка более эффективно поглощает и отводит теплоту перегрева.

Показано моделирование затвердевания полой цилиндрической отливки со стержнем с металлической вставкой и цельнопесчаным стержнем, причем для моделирования использовалась одна и та же 3D-модель. Моделирование затвердевания проводилось в программном комплексе ProCAST. Использовался алюминиевый сплав АК12 при температуре 700 °С, разовая песчаная форма, чугунная и медная вставки в стержень при температуре 20 °С. Приведено время затвердевания отливок при использовании полого стержня, песчаного стержня, стержня с чугунной и медными вставками.

Приведен способ расчета металлической вставки на основе уравнения теплового баланса, где определяется такой ее объем, который позволит поглотить и отвести всю теплоту перегрева расплава, при этом не вызвав дефектов, связанных с заполнением формы.

Получено, что применение чугунной вставки в стержне позволило сократить время затвердевания на 16,78 % по сравнению с полым стержнем и на 11,97 % по сравнению с цельным песчаным стержнем, что может положительно сказаться на структуре металла и поспособствовать созданию направленного затвердевания в отливке. Степень и глубина прогрева стержня при использовании металлической вставки значительно меньше.

Ключевые слова: разовая песчаная форма, холодильник, направленное затвердевание, скорость затвердевания, стержень, структура, управление структурой, зерно, усадка, уравнение теплового баланса, метод конечных элементов, ProCAST.

Шаров Константин Владимирович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета;
e-mail: ksharov@yandex.ru.

Богомягков Алексей Васильевич (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: bogomyagkovav@yandex.ru.

Пустовалов Дмитрий Олегович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: pustovalov.dmitrii@inbox.ru.

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

Меркушева Людмила Михайловна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: detali@pstu.ru.

Никитин Никита Евгеньевич (Пермь, Россия) – магистрант кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: detali@pstu.ru.

1. Гуляев Б.Б. Расчет прибылей для стальных отливок // Бюллетень литейщика. – 1945. – № 5–6. – С. 17–19.

2. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. – Л.: Машиностроение, 1976. – 216 с.

3. Назаратин В.В. Технология изготовления стальных отливок ответственного назначения. – М.: Машиностроение, 2006. – 234 с.

4. Литье в кокиль / С.Л. Бураков, А.И. Вейник, Н.П. Дубинин [и др.]; под ред. А.И. Вейника. – М.: Машиностроение, 1980. – 415 с.

5. Шуляк В.С. Литье по газифицируемым моделям. – СПб.: Профессионал, 2007. – 405 с.

6. Sonne M., Frandsen J., Hattel J.H. Comparison of residual stresses in sand- and chill casting of ductile cast iron wind turbine main shafts // Conf. Series Materials Sci. and Eng. – June 2015. – Vol. 84 (1). DOI: 10.1088/1757-899X/84/1/012025

7. Комиссаров В.А. Силовое взаимодействие отливки с металлическими стержнями и кокилем // Кокильное литье в машиностроении. – М., 1964. – С. 1–15.

8. Анисович Г.А., Жмакин Н.П. Охлаждение отливки в комбинированной форме. – М: Машиностроение, 1969. – 136 с.

9. Василевский П.Ф. Технология стального литья. – М.: Машиностроение, 1974. – 408 с.

10. Раддл Р.У. Затвердевание отливок: пер. с англ. – М.: Машгиз, 1960. – 392 с.

11. Влияние положения в литейной форме наружного холодильника на процессы в охлаждающемся расплаве металла / А.М. Скребцов, В.И. Жук, В.А. Алексеева, В.В. Щуренко, А.О. Секачев // Вестник Приазовского государственного технического университета. – 1999. – № 8. – С. 32–36.

12. Технология литейного производства / А.П. Трухов, Ю.А. Сорокин, М.Ю. Ершов [и др.]; под ред. А.П. Трухова. – М.: Академия, 2005. – 528 с.

13. О некоторых возможностях измельчения зерна металла отливки при внешнем воздействии на затвердевающий расплав / А.М. Скребцов, Л.А. Дан, А.О. Секачев, А.А. Прокопов // Металл и литье Украины. – 1996. – № 1–2. – С. 34–37.

14. Теория, компьютерный анализ и технология стального литья / В.М. Голод, В.А. Денисов; под общ. ред. В.М. Голода / ИПЦ СПГУТД. – СПб., 2007. – 610 с.

15. Гаген-Торн В.О. О кристаллизации и строении слитка // Металлург. – 1977. – № 11 (95). – С. 82–96.

16. Скребцов А.М., Секачев А.О. Влияние расплавляемого внутреннего холодильника на структуру металла затвердевшего слитка или отливки // Вестник Приазовского государственного технического университета. Технические науки. – 1997. – № 3. – С. 62–65.

17. Шишляев В.Н. Кристаллизация и литейные свойства сплавов: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 260 с.

18. Расчет и проектирование прибылей для отливок / Б.Б. Гуляев [и др.] // Улучшение качества отливок. – Горький: Волго-Вятское ЦБТИ, 1966. – С. 171–181.

19. Фокин В.И. Возможные приемы определения размеров прибыли для отливок // Прогрессивная технология литейного производства. – Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1969. – С. 53–58.

20. Есьман Р.И. Расчет прибылей для фасонного литья // Охлаждение отливки. – Минск: Наука и техника, 1969. – С. 228–235.

21. Гетьман А.А., Дворецкий В.В. Расчет размеров прибылей для отливок // Усадочные процессы в сплавах и отливках. – Киев: Наукова думка, 1970. – С. 199–209.

22. Сафаров Р.Ш., Дубицкий Г.М. Вопросы конструирования и расчета прибылей для отливок из сплавов системы алюминий – кремний // Улучшение технологии изготовления отливок. – Свердловск: Изд-во УПИ, 1966. – С. 79–92.

23. Чернышов Е.А., Евстигнеев А.И. Теоретические основы литейного производства. Теория формирования отливки: учеб. / НГТУ им. Р.Е. Алексеева, КиАГТУ. – М.: Машиностроение, 2015. – 480 с.

24. Ипатов Н.К. К вопросу о форме прибыли // Литейное производство. – 1955. – № 3. – С. 3–4.

25. Васенин В.И. Определение размеров прибыли // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2011. – № 3. – С. 23–37.

26. Васенин В.И. Экспериментальное определение размеров усадочной раковины // Литейное производство. – 2008. – № 4. – С. 24–25.

27. Шишляев В.Н. Железоуглеродистые литейные сплавы: учеб. пособие для вузов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2005. – 162 с.

28. Никитин Н.Е., Шаров К.В., Пустовалов Д.О. Влияние металлической вставки в стержень на кинетику затвердевания отливки // Электрофизические методы обработки в современной промышленности. Спец. вып. Аддитивные технологии: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов, г. Пермь, 11–12 декабря 2019 г. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2020. – С. 231–233.

29. Шишляев В.Н. Цветные сплавы: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. – 235 с.

30. Просяник Г.В. Изготовление оболочковых форм и стержней: учеб. для подготовки рабочих на производстве. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1978. – 240 с.

Посвящена осмыслению экспериментальных результатов, полученных на основе термодинамических расчетных диаграмм состояния Fe–N для выводов и прогностических оценок при изучении взаимодействия азота и чистого железа при различных значениях температуры. Рассмотренная ранее модель равновесия α–γ' плохо работает при значениях температуры ниже 200 оС. Видимо, авторы при выводе уравнений для соответствующего равновесия не смогли достаточно корректно и точно оценить некоторые особенности взаимодействия α–γ'. В данной работе термодинамическую оценку диаграммы железо–азот давали, используя модель двух подрешеток для твердых фаз. Описание твердых растворов внедрения с достаточной точностью возможно с помощью использования мольных частей занятых и незанятых мест в решетке как концентрационных единиц. Свободную энергию рассматривали как сумму свободных энергий гипотетических участков заполненных и незаполненных междоузельных мест. Проведены расчеты равновесия системы α–γ' и определена растворимость азота в a–Fe при значениях температуры 100–600 OC. Полученные данные привели к пересмотру и уточнению модели равновесия a–g'. На основании проведенных вычислений подтверждена тенденция к увеличению растворимости азота в a–Fe при понижении температуры до уровня ниже 190 °C. Выдвинуто предположение о существовании новой фазы, полученной в результате перитектоидной реакции (a–фаза + g'–фаза = b-фаза) при температуре в диапазоне 180–170 °С. Показано, что на диаграмме состояний Fe–N есть зоны, которые не описаны адекватно в существующих термодинамических моделях, и в этом направлении еще предстоит проделать большую работу.

Ключевые слова: термодинамический анализ, диаграмма состояния, система железо–азот, модели равновесия, фазы системы, эвтектоид, браунит, растворимость азота, перитектоидная реакция, концентрация азота.

Тошков Венцеслав Цветанов (София, Болгария) – доктор технических наук, профессор кафедры материаловедения и технологии материалов Технического университета – София, руководитель научно-иссле­до­ва­тельской лаборатории «ЕФТТОМ»; e-mail: vtoshkov@tu-sofia.bg.

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

Силина Ольга Валентиновна – кандидат технических наук, доцент кафедры металловедения, тер­ми­ческой и лазерной обработки металлов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: silina-olga@mail.ru.

1. Бучков Д., Тошков В. Йонно азотиране. – София: Техника, 1990. – 156 с.

2. Agren J. A thermodynamic analisys of the Fe–C and Fe–N phases diagrams // Metallurgical Trans. A. – 1979. – Vol. 10. – P. 1847–1852.

3. Hillert M., Jarl M. A thermodynamic analisys of the iron-nitrogen system // Metallurgical Trans. A. – 1975. – Vol. 6A, nо. 3. – P. 553–559.

4. Hillert M., Jarl M. A model for alloyng effects in ferromagnetic metals // CALPHAD. – 1978. – Vol. 2, no. 3. – P. 227–238.

5. Kunze J. Thermodynamic calculation of phase diagrams in the iron-nitrogen system // Steel Research. – 1986. – Vol. 57, no. 8. – P. 361–367.

6. Maldzinski L., Przyteski Z., Kunze J. Equilibrium between Ammonia-hidrogen mixtures and the e-phase of iron // Steel Research. – 1986. – Vol. 57, no. 12. – P. 645–649.

7. Kunze J. Thermodynamisch berechnete phasengrenzen in system Fe–N // Archiv für Eisenhüttenwesen. – 1986. – No. 8. – P. 361.

8. Frisk K. A new asessment of the Fe–N phase diagram // CALPHAD. – 1987. – Vol 11, no. 2. – P. 127–131.

9. Kunze J. A thermodynamical evaluation of the
Cr–N, Fe–N, Mo–N and Cr–Mo–N systems // CALPHAD. – 1991. – Vol. 15, nо. 1. – P. 79–106.

10. Bale C.W., Eriksson G. Metalurgical termochemical databases // A Rewiew Canadian Metallurgical Quarterly. – 1990. – Vol. 29, no. 2. – P. 105–132.

11. Kooi B.J., Somers M.A.J., Mittemeijer E.J. Thermodynamik der Fe–N phasen und das Fe–N zustandsdiagramm // Berichtsband der AWT-VWT-Tagung “Nitrieren und Nitrocarburieren”, Weimar, 24–26 April 1996. – Weimar, 1996. – P. 9–18.

12. Slycke J. Thermodynamics of carbonitriding and nitrocarburising atmospheres and the Fe–N–C phase diagram // der AWT-VWT-Tagung “Nitrieren und Nitrocarburieren”, Weimar, 24–26 April 1996. – Weimar, 1996. – P. 19–28.

13. Inden G. Project Meeting // CALPHAD / Max Plank Inst. für Eisenforschung, GmbH Dusseldorf, W. Germany. – 1976. – Vol. 4–1. – P. 111.

14. Gallanger R., Spencer P.J. Calculation of precipitation behavoir in an alloy steel using a thermochemical data bank and program “Solgasmix” // CALPHAD. – 1983. – Vol. 7, no. 2. – P. 148.

15. Sundman B., Jansson B., Andersson J.O. The “Thermo-calc” databank system // CALPHAD. – 1985. – Vol. 9, no. 2. – P. 153–190.

16. Тошков В., Раднева С. Считание давления азота при азотировании железа // Математическое моделирование в электротермии: междунар. семинар (Компьютерное проектирование оборудования), г. Ленинград, 20–22 июня 1989 г. – Л., 1989. – С. 1–8.

17. Тошков В. Азотиране в нискотемпературна плазма / КИНГ. – София, 2019. – 241 с.

18. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. – М.: Машиностроение, 1976. – 256 с.

19. Frisk K. A thermodynamical evaluation of the
Cr–N, Fe–N, Mo–N and Cr–Mo–N systems // CALPHAD. – 1991. – Vol. 15, nо. 1. – P. 79–106.

Рассматривается моделирование и исследование процесса сверления слоистого материала с использованием многоцелевого инженерного пакета LS-DYNA совместно с использованием препостпроцессора LS-PrePost. Программа LS-DYNA предназначена для решения трехмерных динамических нелинейных задач механики деформируемого твердого тела, а также связанных задач. Исследование процесса осуществлялось на базе метода конечных элементов. Целями исследования являлись разработка методики симуляции процесса механической обработки слоистых материалов в микрозоне и получение в результате расчетов информационных выходных характеристик процесса сверления. Построены 3D-модели режущего инструмента и заготовки с заданными геометрическими параметрами. Заготовка слоистого материала структурно представлена набором множества слоев, каждый со своими свойствами. В результате моделирования получен расчетный файл с симуляцией, в результате решения которого визуально показан процесс сверления слоистого материала, максимально приближенного к реальной ситуации, со снятием стружки. Также получены такие выходные показатели, как напряжения, возникающие в зоне резания по различным осям в зависимости от времени работы внедрения сверла в обрабатываемый материал. Задача динамическая, очень трудоемкая. Решена в России впервые. Для ее решения требуются значительные вычислительные мощности. Количество ячеек составляло 75 348 для заготовки и 35 048 ячеек для сверла. Причем сложность вычислений микрозоны резания методом МКЭ заключалась не только в количестве расчетных ячеек, но и в сложности постановки и решения связанной динамической задачи в данном пакете (задание условий, задание свойств, заполнение взаимоисключающих параметров во вкладках и картах). С некоторыми допущениями задача была решена.

Ключевые слова: моделирование, сверление, процесс, технология, стружка, метод конечных элементов, симуляция, модель, ячейка, композиты, слоистый материал, напряжение.

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

Илюшкин Максим Валерьевич (Ульяновск, Россия) – кандидат технических наук, заместитель генерального директора по науке АО «Ульяновский НИАТ»; e-mail: fzbm@mail.ru.

Николаев Иван Федорович (Пермь, Россия) – студент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета;  e-mail: ivan.Nikolaevich55@gmail.com.

1. Dudarev A., Volegov K., Kurzanov G. Rheonomic phenomenon shrinkage of holes drilled in fibreglass and carbonfibre-reinforced polymer composites // Mech. of Adv. Materials and Modern Proc. – 2017. – Vol. 3, iss. 1, art. 17. – 9 p. DOI 10.1186/s40759-017-0033-1

2. Дударев А.С. Повышение эффективности и качества обработки отверстий на основе стабилизации процесса сверления изделий из полимерных композиционных материалов: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Пермь, 2009. – 20 с.

3. Особенности моделирования про­цессов механической обработки в САЕ-системах / И.В. Горбунов, И.В. Ефременков, В.Л. Леонтьев, А.Р. Гисметулин // Известия Самар. науч. центра Российской академии наук. – 2013. – Т. 15, № 4 (4). – С. 846–853.

4. Грабченко А.И. Научные основы алмазного шлифования сверхтвердых поликристаллических материалов: дис. … д-ра техн. наук. – Харьков, 1995. – 125 c.

5. Криворучко Д.В., Залога В.А. Моделирование про­цессов резания методом конечных элементов: методологические основы: монография / под общ. ред. В.А. Залоги. – Сумы: Университетская книга, 2012. – 496 с.

6. Finite element and experimental studies of the formation mechanism of edge defects during machining of SiCp/Al composites / L. Zhou, Y. Wang, Z.Y. Ma, X.L. Yu // Int. J. of Machine Tools and Manuf. – 2014. – Vol. 84. – P. 9–16.

7. Delamination in fibre reinforced plastics: A finite element approach / P.K. Rakesh, V. Sharma, I. Singh, D. Kumar // Engineering. – 2011. – Vol. 3. – P. 549–554.

8. Bagci E. 3-D numerical analysis of orthogonal cutting process via mesh-free method // Int. J. of the Physical Sci. – 2011. – Vol. 6, no. 6. – P. 1267–1282.

9. Ding H., Shin Y.C. Multi-physics modeling and simulations of surface microstructure alterationin hard turning // J. of Materials Proc. Techn. – 2013. – Vol. 213, no. 6. – P. 877–886.

10. Горбунов И.В., Ефременков И.В., Леонтьев В.Л. Моделирование процесса сверления с помощью SPH и конечно-элементного методов // Известия Самар. науч. цен­тра Российской академии наук. – 2014. – Т. 16, № 1 (5). – C. 1346–1351.

11. Isbilir O., Ghassemieh E. Finite element analysis of drilling of titanium alloy // Procedia Eng. – 2011. – Vol. 10. – Р. 1877–1882.

12. Effects of drilling parameters and aspect ratios on delamination and surface roughness of lignocellulosic HFRP composite laminates / S.O. Ismail, H.N. Dhakal, E. Dimla, J. Beaugrand, I. Popov // J. of Appl. Polymer Sci. – 2016. – Vol. 133. – P. 1–8.

13. Prediction and control of drilling-induced damage in fibre-reinforced polymers using a new hybrid force and temperature modelling approach / A. Sadek, B. Shi, M. Mesh­reki, J. Duquesne, M.H. Attia // CIRP Annals – Manuf. Techn. – 2015. – Vol. 64. – P. 89–92.

14. Recent advances in twist drill design for composites machining: A critical review / S.O. Ismail, H.N. Dhakal, E. Dimla, I. Popov // Proc. of Institution of Mech. Eng., Part B: J. of Eng. Manuf. – 2016. – P. 1–16.

15. Doomra V.K., Debnath K., Singh I. Drilling of me­tal matrix composites: Experimental and finite element analysis // Proc. of the Institution of Mech. Eng., Part B: J. of Eng. Manuf., Short Communication. – 2014. – P. 1–5.

16. Sikiru Oluwarotimi Ismail, Hom Nath Dhakal, Yousef Awwadh Alzaidi. Finite element analysis on conventional drilling of natural fibre-reinforced polymer bio-composites / University of Portsmouth, Anglesea Building, Anglesea Road, PO1 3DJ. – United Kingdom, 2017.

17. Morten Villumsen F., Torben Fauerholdt G. Simulation of metal cutting using Smooth Particle Hydrodynamics // LS-DYNA Anwenderforum. – Bamberg, 2008. – P. 1–20.

18. Hallquist J.О. LS-DYNA theory manual / Livermore software Technology Corporation. – Livermore, 2006.

19. Shah Q., Hasan A. LS-DYNA for Beginners. An insight into Ls-Prepost and Ls-Dyna. – LAP LAMBERT Academic Publish., 2012. – 144 p.

20. Singh N. Bhatnagar, Viswanath P. Drilling of uni-directional glass fiber reinforced plastics: Experimental and finite element study // Materials and Design. – 2008. – Vol. 29. – P. 546–553.

21. Virginija Gyliene, Vytautas Ostasevicius, Martynas Ubartas. Drilling process modelling using SPH / Kaunas University of Technology. – Lithuania, 2013.

22. SPH method applied to high speed cutting modeling / J. Limido, C Espinosa., n M. Salaü, J.L. Lacome // Int. J. Mech. Sci. – 2007. – Vol. 49 (7). – P. 898–908.

23. Drilling in carbon/epoxy composites: Experimental investigations and finite element implementation / V.A. Phadnis, F. Makhdum, A. Roy, V.V. Silberschmidt // Composites. Part A: Appl. Sci. and Manuf. – 2013. – Vol. 47. – P. 41–51.

24. Илюшкин М.В., Марковцев В.А., Баранов А.С. Опыт применения инженерного анализа при разработке технологий обработки давлением и механообработки на АО «Ульяновский НИАТ» // Известия Самар. науч. центра Российской академии наук. – 2016. – Т. 18, № 4 (3). – С. 557–563.

25. Моделирование процессов обработки металлов давлением в программе LS-DYNA. Теория и семинары: материалы для подготовки курса лекций по моделированию процессов ОМД / под ред. М.В. Илюшкина; АО «Ульяновский НИАТ». – Ульяновск, 2017. – 125 с.

26. Илюшкин М.В. Идентификация упруго-пласти­ческих моделей материала для задач явной динамики // Наука, теория, практика авиационно-промышленного кластера современной России: материалы IV Междунар. науч.-производств. конф., приуроченной ко Дню российской науки и 35-летию АО «Ульяновский НИАТ», г. Ульяновск, 7–8 февраля 2019 г. / УлГТУ. – Ульяновск, 2018. – С. 26–40.

Обеспечение заданной производительности электроэрозионной обработки при минимальном износе электрода-инструмента является актуальной научно-технической задачей, определяющей эффективность технологического процесса. Целью работы является изучение влияния структуры электрода-инструмента на эффективность эрозионной обработки материалов. В основе технологического процесса обработки заготовок электроэрозионными методами лежит физическое воздействие на обрабатываемую поверхность импульсов электрических разрядов. От физико-механических свойств электрода-инструмента и электрода-детали зависят выходные параметры процесса обработки. На основе проведенных литературных исследований установлено, что обеспечение равномерной структуры материала электрода-инструмента позволяет повысить его эксплуатационные характеристики. Более эффективную электроэрозионную обработку металла можно осуществлять при получении электрода-инструмента с заданной, направленной структурой. Одним из основных параметров, влияющих на электроэрозионные свойства инструмента, является электропроводность. Электрические характеристики электроэрозионного процесса обработки материалов влияют на производительность и качество обработки. Микроструктура электрода-инструмента оказывает активное влияние на изменение электрических характеристик. От исходной структуры электрода-инструмента зависит и характер его эрозионного разрушения, и характер эрозионного разрушения обрабатываемого материала, однако у этих процессов существуют принципиальные различия. При повышении энергии единичного импульса скорость эрозионного разрушения электрода носит выраженный немонотонный характер, тогда как монотонно возрастает скорость объемного съема обрабатываемого материала. Для исследования влияния микроструктуры материала электродов на процесс эрозионной обработки было получено три вида литых заготовок из латуни ЛЦ40С, два из которых были получены с применением холодильников. По результатам металлографического анализа можно заключить, что применение холодильников позволило получить микроструктуру с преобладающей столбчатой структурой. Было выполнено по три реза каждым электродом. В результате микроструктура с преобладающей столбчатой структурой, полученная с применением холодильников, позволила получить более высокие показатели по эффективности процесса эрозионной обработки. При использовании электродов, полученных по технологии, обеспечивающей более высокую электропроводность и более высокую микротвердость, технологическое время уменьшается.

Ключевые слова: электроэрозионная обработка, электрод-инструмент, эксперимент, производительность, микроструктура, точность, качество, погрешность, импульс, микротвердость.

Ширяев Владислав Витальевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: vlad2117@gmail.com.  

Абляз Тимур Ризович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: Lowrider11-13-11@mail.ru.

Шлыков Евгений Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: Lowrider11-13-11@mail.ru.

Пустовалов Дмитрий Олегович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: Lowrider11-13-11@mail.ru.

Смоленцев Евгений Владиславович (Воронеж, Россия) – доктор технических наук, профессор, заместитель завкафедрой технологий машиностроения Воронежского государственного технического университета; e-mail: smolentsev.rabota@gmail.com.

1. Саврилов М.Ю., Линеев А.С. Электроэрозионная обработка алюминиевых и титановых сплавов: учеб. пособие // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 5. – С. 67–68.

2. Елисеев Ю.С., Саушкин Б.П. Состояние и перспективы развития наукоемких технологий машиностроительного производства // Металлообработка. – 2010. – № 2. – С. 9–17.

3. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. – М.: Машиностроение, 1980. – 184 с.

4. Смоленцев В.П. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: в 2 т. – М.: Высш. шк., 1983. – Т. 1. – 247 с.

5. Никифоров В.И. Электрохимические и электрофизические технологии в машиностроении. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. – 302 с.

6. Савицкий В.В. Электроэрозионные методы обработки материалов: учеб. пособие для вузов / ВГТУ. – Витебск, 2006. – 276 с.

7. Немилов Е.Ф. Справочник по электроэрозионной обработке материалов. – Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние, 1989. – 167 с.

8. Абляз Т.Р., Ханов А.М., Хурматуллин О.Г. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 120 с.

9. Елисеев Ю.С., Савушкин Б.П. Электроэрозионная обработка изделий авиационно-космической техники / под ред. Б.П. Савушкина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 437 с.

10. Электрофизические и электрохимические методы обработки: учеб. пособие / З.И. Поляков, В.М. Исаков, Д.В. Исаков, В.Ю. Шамин / ЮУрГУ. – Челябинск, 2006. – 89 с.

11. Гришарин А.О., Абляз Т.Р., Оглезнев Н.Д. По­вышение эффективности электроэрозионной обработки деталей гидроцилиндров и изделий специального назначения путем применения электродов-инстру­ментов с повышенными электроэрозионными свойствами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2017. – Т. 19, № 3 – С. 151–162.

12. Солнцев Б.П. Материаловедение. – М.: Химиздат, 2007. – 784 с.

13. Шифрин А.Ш., Резницкий Л.М. Обработка резанием корозионностойких, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. – М.; Л.: Машиностроение, 1964. – 448 с.

14. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. – М.: Высш. шк., 1974. – 590 с.

15. Кривоухов В.А., Чубаров А.Д. Обработка резанием титановых сплавов. – М.: Машиностроение, 1970. – 180 с.

16. Резников Н.И., Черемисин А.С. Физические особенности процесса резания, обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов // Исследование обрабатываемости жаропрочных титановых сплавов. – Куйбышев, 1973. – С. 5–17.

17. Бутин А.В., Ким В.А., Злыгостев А.М. Исследование эрозионной стойкости медного электрода инструмента при электроэрозионной обработке титановых сплавов // Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике: тез. докл. 3-й конкурс. конф., г. Королев, 18–21 июня, 2004 г. – Королев, 2004. – С. 27–30.

18. Temborius S., Lindmayer M., Gentsch D. Switching behavior of different contact materials for vacuum interrupters under load switching conditions // XIX Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 18–22 September 2000. – 2000. – Vol. 2. – P. 519–523.

19. Ким В.А., Бутин А.В. Роль вторичных структур на рабочих поверхностях медного электрода-инстру­мен­та при электроискровом прошивании титанового сплава // Металлообработка. – 2005. – № 5. – С. 8–9.

20. Gentsch D. Contact material for vacuum interrupters based on cucr with a specific high short circuit interruption ability // XXII Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 21–23 October 2006. – 2006. – Vol. 2. – P. 437–422.

21. Лазерное упрочнение твердого сплава / В.А. Ким, С.П. Мазур, А.В. Бутин, В.М. Воронов // Вестник Комсомольск.-на-Амуре гос. техн. ун-та. – 2004. – Сб. 2, ч. 1. – С. 39–44.

22. A novel tool design procedure for arc sweep machining technology / L. Gu, A. Farhadi, Y. Zhu, G. He, W. Zhao, K. Rajurkar // Materials and Manuf. Proc. – 2020. – Vol. 2 – P. 113–121.

23. Miao B., Zhang Ya., Guoxun Liu. Current status and developing trends of Cu–Cr contact materials for VCB // XXIth Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 26–29 January 2004. – 2004. – Vol. 2. – P. 311–314.

24. Hybrid EDM and grinding hard materials using a metal matrix composite electrode / K.M. Shu, H.R. Shih, W.F. Lin, G.C. Tu // ASME 7thBeinnial Conf. on Eng. Systems Design and Analysis. 15–19 October 2004. – 2004. – Vol. 3. – P. 247–254.

Разработана количественная модель, позволяющая строить расчетным путем диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита в умеренно легированных (до 5 % легирующих элементов) доэвтектоидных и эвтектоидных сталях, основываясь на их химическом составе. В основу был положен подход, учитывающий малую роль работы образования критического зародыша по сравнению с энергией активации роста, что позволяет значительно упростить расчетные формулы. Фактически они содержат пять параметров: показатель степени в уравнении Аврами n, показатель при степени переохлаждения m, верхняя температурная граница превращения Ts, энергия активации роста U и константа C, определяющая положение С-образной кривой на оси времени. Эти параметры были заданы исходя из теоретических моделей превращений или определены по экспериментальным диаграммам из справочной литературы (87 диаграмм для аустенит®ферритного, 59 для аустенит®перлитного и 73 для аустенит®бейнитного превращений), после чего методом множественной линейной регрессии находилась их зависимость от химического состава стали. Для бейнитного превращения была дополнительно учтена его неполнота в изотермических условиях; предельная степень превращения fm оценивалась по уравнению, аналогичному уравнению Койстинена – Марбургера для мартенсита. Показатели n и m считались постоянными (n = 3 для ферритного и перлитного превращений и n = 2 для бейнитного; m = 3 во всех трех случаях), остальные три параметра – зависящими от химического состава стали. Результаты расчета достаточно хорошо согласуются с экспериментальными диаграммами изотермического превращения аустенита в феррит, перлит и бейнит.

Ключевые слова: аустенит, феррит, перлит, бейнит, мартенсит, превращение, распад аустенита, диаграмма изотермического распада, С-образные кривые, инкубационный период, энергия активации, зарождение, рост, кинетика.

Окишев Константин Юрьевич (Челябинск, Россия) – доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры материаловедения и физико-химии материалов Южно-Уральского государственного университета; e-mail: okishevki@susu.ru.

1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1993. – 446 с.

2. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали / УрО РАН. – Екатеринбург, 1999. – 494 с.

3. Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. – М.: Металлургия. 1991. – 503 с.

4. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы. – М.: Металлургия, 1984. – 648 с.

5. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справ. изд. / под общ. ред. А.Г. Рахштадта [и др.]. – М.: Интермет инжиниринг, 2005. – Т. 2. – 528 с.

6. Йех Я. Термическая обработка стали: пер. с чеш. – М.: Металлургия, 1979. – 216 с.

7. Любов Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений. – М.: Металлургия, 1969. – 264 с.

8. Коган Л.И., Энтин Р.И. О кинетике полиморфного превращения легированного железа // Проблемы металловедения и физики металлов. – М.: Металлургиздат, 1951. – Вып. 2. – С. 204–216.

9. Любов Б.Я., Ройтбурд А.Л. О скорости зарождения центров новой фазы в однокомпонентных системах // Проблемы металловедения и физики металлов. – М.: Металлургиздат, 1958. – Вып. 5. – С. 91–124.

10. Russell K.C. Grain boundary nucleation kinetics // Acta Metallurgica. – 1969. – Vol. 17, no. 8. – P. 1123–1131. DOI: 10.1016/0001-6160 (69) 90057-1

11. Kirkaldy J.S. Prediction of alloy hardenability from thermodynamic and kinetic data // Metallurg. Trans. – 1973. – Vol. 4, no. 10. – P. 2327–2333. DOI: 10.1007/BF02669371

12. Bhadeshia H.K.D.H. Thermodynamic analysis of isothermal transformation diagrams // Metal Sci. – 1982. – Vol. 16, no. 3. – P. 159–165. DOI: 10.1179/030634582790427217

13. Зюзин В.И. Инкубационный период изотермического превращения аустенита // Труды института металлофизики и металлургии / УФАН СССР. – Свердловск, 1945. – Вып. 5. – С. 37–39.

14. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. Ч. 1. Термодинамика и общая кинетика: пер. с англ. – М.: Мир, 1978. – 808 с.

15. Кинетические закономерности образования фер­рита из аустенита сплавов Fe–9%Cr различной чистоты по примесям внедрения / Д.А. Мирзаев, К.Ю. Окишев, В.М. Счастливцев, А.А. Мирзоев, И.Л. Яковлева // Физика ме­таллов и металловедение. – 1998. – Т. 86, вып. 6. – С. 90–105.

16. Кинетика образования феррита в низкоуглеродистом сплаве Fe–9 % Cr / И.Л. Яковлева, Д.А. Мирзаев, В.М. Счастливцев, К.Ю. Окишев, В.М. Умова // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2000. – № 9. – С. 6–10.

17. Cahn J.W. The kinetics of grain boundary nucleated reactions // Acta Metall. – 1956. – Vol. 4, no. 5. – P. 449–459. DOI: 10.1016/0001-6160 (56) 90041-4

18. Austenite to ferrite transformation kinetics in
Fe–9%Cr alloys – I. General kinetic analysis / D.A. Mir­za­ev, K.Yu. Okishev, A.A. Mirzoev, A.N. Makovetskii // Materials Sci. Forum. – 2019. – Vol. 946. – P. 210–214. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.946.210

19. Окишев К.Ю. Исчерпание мест зарождения и кинетические параметры аустенит-ферритного превращения в сплавах Fe–9%Cr // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Металлургия. – 2012. – № 15, вып. 18. – С. 116–121.

20. Influence of crystallography on aspects of solid-solid nucleation theory / W.C. Johnson, C.L. White, P.E. Marth, P.K. Ruf, S.M. Tuominen, K.D. Wade, K.C. Russell, H.I. Aaro­nson // Metallurgical Trans. A. – 1975. – Vol. 6A, no. 4. – P. 911–919. DOI: 10.1007/BF02672315

21. Lange III W.F., Enomoto M., Aaronson H.I.  The kinetics of ferrite nucleation at austenite grain boundaries in Fe–C alloys // Metallurgical Trans. A. – 1988. – Vol. 19A, no. 3. – P. 427–440. DOI: 10.1007/BF02649256

22. Grain nucleation and growth during phase transformations / S.E. Offerman, N.H. van Dijk, J. Sietsma, S. Grigull, E.M. Lauridsen, L. Margulies, H.F. Poulsen, M.Th. Rekveldt, S. van der Zwaag // Science. – 2002. – Vol. 298, no. 5595. – P. 1003–1005. DOI: 10.1126/science.1076681

23. Капуткин Д.Е. Взаимосвязь термокинетических параметров диффузионного распада и энергии активации диффузии в сталях и цветных сплавах // Физика металлов и металловедение. – 2005. – Т. 99, № 4. – С. 5–9.

24. Юдин Ю.В., Гервасьев М.А., Кансафарова Т.А. Влияние хрома и никеля на устойчивость переохлажденного аустенита хромоникельмолибденовых сталей // Физика металлов и металловедение. – 1999. – Т. 87, № 4. – С. 99–102.

25. Моделирование g®a-превращения в сталях / А.А. Васильев, Д.Ф. Соколов, Н.Г. Колбасников, С.Ф. Со­колов // Физика твердого тела. – 2012. – Т. 54, вып. 8. – С. 1565–1574.

26. Kirkaldy J.S., Thomson B.A., Baganis E.A. Prediction of multicomponent equilibrium and transformation diagrams for low alloy steels // Hardenability Concepts with Applications to Steel / eds. D.V. Doane, J.S. Kirkaldy. – Warrendale, PA: TMS AIME, 1978. – P. 82–125.

27. Kirkaldy J.S. Diffusion-controlled phase transformations in steels. Theory and applications // Scan­di­nav. J. of Metallugy. – 1991. – Vol. 20, no. 1. – P. 50–61.

28. The calculation of TTT and CCT diagrams for general steels: Internal report / N. Saunders, Z. Guo, X. Li, A.P. Miodownik, J.-P. Schillé. – Sente Software, 2002. – 12 p. – URL: http://www.sentesoftware.co.uk/media/2540/
ttt_cct_steels.pdf (acceessed 1 April 2020).

29. Ануфриев Н.П., Майсурадзе М.В., Юдин Ю.В. Численное моделирование структурных превращений в доэвтектоидных низколегированных сталях // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2011. – № 4. – С. 40–45.  

30. Мирзаев Д.А., Окишев К.Ю., Мирзаева К.Д. Превращение аустенита сталей в условиях непрерывного охлаждения [Электронный ресурс] // Известия Челябинского научного центра. – 2002. – Вып. 4. – С. 28–47. – URL: http://csc.ac.ru/news/2002_4/2002_4_3_4.pdf (дата обращения: 1.05.2020).

31. Mirzaev D.A., Okishev K.Yu., Mirzaeva K.D. Analytical solution of the problem of diffusional transformation under continuous cooling condition based on isothermal transformation diagram data // Materials Performance and Characterization. – 2013. – Vol. 2, no. 1. – P. 134–152. DOI: 10.1520/MPC20120023

32. Миркин И.Л. Исследование эвтектоидной кристаллизации стали // Структура и свойства сталей и сплавов: XVIII сб. тр. Москов. ин-та стали им. И.В. Сталина. – М.: Оборонгиз, 1941. – С. 5–158.

33. Über die Kinetik der perlitischen Umwandlung eines eutektoiden Stahles bei kontinuierlicher Abkühlung / K. Russev, S. Budurov, D. Danailov, T. Lazarowa // Zeitschrift für Metallkunde. – 1974. – Bd. 65, H. 11. – S. 686–691.

34. Умэмото М., Комацубара Н., Тамура И. Влияние размера зерна аустенита на прокаливаемость эвтектоидной стали // Тэцу то хаганэ. – 1980. – Т. 66, № 3. – С. 400–409. DOI: 10.2355/tetsutohagane1955.66.3_400

35. Turnbull D. Theory of cellular precipitation // Acta Metallurgica. – 1955. – Vol. 3, no. 1. – P. 55–63. DOI: 10.1016/0001-6160 (55) 90012-2

36. Перлит в углеродистых сталях / В.М. Счастливцев, Д.А. Мирзаев, И.Л. Яковлева, К.Ю. Окишев, Т.И. Табатчикова, Ю.В. Хлебникова; УрО РАН. – Екатеринбург, 2006. – 312 с.

37. Whiting M.J. A reappraisal of kinetic data for the growth of pearlite in high purity Fe–C eutectoid alloys // Scripta Materialia. – 2000. – Vol. 47, no. 11. – P. 969–975. DOI: 10.1016/S1359-6462 (00) 00464-4

38. Zener C. Kinetics of the decomposition of austenite // Trans. AIME. – 1946. – Vol. 167. – P. 550–583.

39. Hillert M. Solid state phase transformations // Jern­kontorets Annaler. – 1957. – Vol. 141, no. 11. – P. 757–790.

40. Кинетика образования бейнита и пакетного мартенсита. III. Бейнитное превращение в сплаве Fe–9%Cr / Д.А. Мирзаев, К.Ю. Окишев, В.М. Счастливцев, И.Л. Яковлева // Физика металлов и металловедение. – 2000. – Т. 90, вып. 6. – С. 72–82.

41. Koistinen D.P., Marburger R.E. A general equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels // Acta Metallurgica. – 1959. – Vol. 7, no. 1. – P. 59–60. DOI: 10.1016/0001-6160 (59) 90170-1

42. Попов А.А. Фазовые превращения в металлических сплавах. – М.: Металлургиздат, 1963. – 312 с.

43. Krainer H., Kroneis M., Gattringer R. Umwandlungsverhalten und Schlagzähigkeit von Einsatzstählen  // Archiv für das Eisenhüttenwesen. – 1955. – Jg. 26, H. 3. – S. 131–140.

44. Томсинский В.С., Лыгин Э.Н. Изотермический распад переохлажденного аустенита в сталях, легированных кремнием // Металловедение и металлокерамические материалы: сб. науч. тр.  / Перм. политехн. ин-т. – Пермь, 1969. – № 51. – С. 47–53.

45. Приданцев М.В., Давыдова Л.Н., Тамарина И.А. Конструкционные стали: справ. – М.: Металлургия, 1980. – 288 с.

Актуальность исследования обусловлена современными тенденциями в области высшего образования и постоянно растущей конкуренцией среди национальных исследовательских университетов России. Вопросы оценки качества высшего образования представлены в положениях государственных программ и требуют постоянной проработки на уровне вузов. В настоящее время не существует единой (рекомендуемой) методики оценки образовательной деятельности вуза по ряду причин. Следовательно, возникает необходимость разработки методики внутренней оценки образовательной деятельности в рамках конкретного университета с учетом особенностей его организационной и процессной структур. Для более тщательной проработки данного вопроса рассмотрено понятие качества с позиций образовательной организации высшего образования. Применялись методы анализа, в том числе контент-анализ сайтов, систематизации, проектирования и моделирования, а также визуального представления данных. Выявлены составляющие качества образовательной деятельности вуза по уровням: технический, технологический, производственный, управленческий, этический и мировой. Проанализированы основные элементы, определяющие качество образовательной услуги в вузе. Определены особенности образовательной услуги с точки зрения потребителей. Разработаны элементы внутренней системы оценки качества образовательной деятельности, характеризующей образовательные услуги университета для потребителей и других заинтересованных сторон. На основе проведенных исследований была смоделирована схема внутренних и внешних факторов и элементов, определяющих качество образовательной услуги в вузе. Предложена система оценки качества образовательных услуг вуза на основе процессного подхода в системе менеджмента качества университета, которая представляет собой совокупность критериальных элементов: система менеджмента качества вуза; результативность процессов, образовательная программа, компетенции обучающихся, показатели кафедры, удовлетворенность потребителей образовательных услуг и заинтересованных сторон, успешность выпускников. Определены объекты и уровни оценивания. Разработана алгоритмическая блок-схема проведения оценки качества образовательных услуг.

Ключевые слова: высшее образование, качество образования, образовательная деятельность, образовательная услуга, система оценки качества, уровни качества, положение университета, элементы, критерии, контент-анализ, моделирование, методика, алгоритм.

Селезнева Алевтина Владимировна (Пермь, Россия) – аспирант, старший преподаватель кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: selezneva@pstu.ru.

Лобов Николай Владимирович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент кафедры автомобилей и технологических машин Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: lobov@pstu.ru.

1. Щетинин В.П. Рынок образовательных услуг в современной России // Школа. – 1997. – № 3. – С. 29–35.

2. Navodnov V. The balance of stakeholder interests in the procedures of HE quality evaluation // Globalization and Diversification of Quality Assurance of Higher Education: Academic Proc. of 2015 APQN Conf., 17–19 April 2015. – 2015. – P. 389–391.

3. Поташник М.М. Управление качеством образования: практикоориентированная монография и метод. пособие / под ред. М.М. Поташника. – М.: Педагогическое общество России, 2000. – 448 с.

4. Вискова Т.А. Оценка качества образования в вузе как элемент мониторинга // Вестник Череповец. гос. ун-та. – 2013. – Т. 1, № 2. – С. 93–98.

5. Селезнева А.В. Процедурный и компетентностный подходы к выработке систем менеджмента качества в услуговых предприятиях // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2014. – Т. 16, № 3. – С. 75–80.

6. Ратнер Ф.Л., Тихонова Н.В. Качество образования: педагогический аспект // Высшее образование в России. – 2019. – № 12. – С. 87–96.

7. Капелюк З.А., Донецкая С.С., Струминская Л.М. Потребительский мониторинг удовлетворенности качеством образовательных услуг // Стандарты и качество. – 2006. – № 1. – С. 62–66.

8. Дмитриев В.Я., Борисова Т.А. Особенности применения стандарта ГОСТ Р ИСО для построения систем менеджмента качества образовательных услуг // Экономика и управление. – 2017. – № 6 (140). – C. 47–54.

9. Марка Д.А., Макгоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования SADT. – М.: Метатехнология, 1993. – 243 с.

10. Аржанова И.В., Ширяев М.В., Митяков С.Н. О подходах к оценке вклада вузов России в реализацию национальных проектов // Высшее образование в России. – 2019. – № 12. – С. 23–35.

11. Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта высшего образования – бакалавриат по направлению подготовки 27.03.02 «Управление качеством» [Электронный ресурс]: Приказ Минобрнауки России от 09.01.2016 № 886 (зарег. в Минюсте России 01.03.2016 № 41273). – URL: http://www.consultant.ru/docu­ment/
cons_doc_LAW_194835/ (дата обращения: 20.04.2020).

12. Об образовании в Российской Федерации [Электронный ресурс]: Федер. закон от 29 декабря 2012 г. № 273-ФЗ. – URL: http://www.consultant.ru/document/
cons_doc_LAW_140174/ (дата обращения: 20.04.2020).

13. Левшина В.В., Бука Э.С. Формирование системы менеджмента качества вуза: монография / СибГТУ. – Красноярск, 2004. – 328 с.

14. Багаутдинова Н.Г. Менеджмент качества в вузе // Стандарты и качество. – 2003. – № 1. – С. 86–88.

15. Борисова Е.Р. Система менеджмента качества вуза: оценка удовлетворенности // Технологии качества жизни. – 2002. – Т. 2, № 1. – С. 33–38.

16. Занина А.В., Грибашов Д.Ю. Менеджмент качества как инструмент улучшения деятельности образовательной организации // Технологии качества жизни. – 2003. – Т. 3, № 3–4. – С. 47–50.

17. Качалов В.А. Проблемы управления качеством в вузах // Стандарты и качество. – 2000. – № 11. – С. 82–91.

18. Стрекалова Н.Б. Качество образования как фактор его конкурентоспособности в условиях глобализации общества // Профессиональное образование в современном мире. – 2017. – Т. 7, № 1. – С. 800–808.

19. Заика И.Т., Данилин В.Н. Реализация процессного подхода при документировании системы менеджмента качества // Стандарты и качество. – 2004. – № 2. – С. 82–85.

20. Селезнева А.В. Менеджмент качества высшего образования // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2014. – № 16, № 1. – С. 115–119.

21. Марухина О.В., Берестнева О.Г. Системный подход к оценке качества образования // Стандарты и качество. – 2002. – № 4. – С. 35–36.

22. Селезнева Н.А. Качество высшего образования как объект системного исследования: лекция-доклад / Исслед. центр проблем качества подготовки спец. – М., 2003. – 68 с.

23. Басюк А.С. Оценка качества образовательных услуг вуза // Научный вестник Юж. ин-та менеджмента. – 2019. – № 4 (28). – С. 117–123.

24. Азгальдов Г.Г. Квалиметрия для всех: учеб. пособие. – М.: ИнформЗнание, 2012. – 165 с.

25. Азарьева В.В., Звездова А.Б., Мартюкова Е.С. Разработка комплексного подхода к оценке качества образования // Качество. Инновации. Образование. – 2016. – № 8–10 (135–137). – С. 5–10.

26. Сергеева С.Ю., Обревко Е.Д. Современные подходы и методы оценки качества образования // Молодой ученый. – 2019. – № 37. – С. 162–165.

27. Уровневое профессионально-педагогическое об­разование: теоретико-методологические основы стандартизации: монография / Г.М. Романцев, В.А. Федоров, И.В. Осипова, О.В. Тарасюк. – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2011. – 545 с.