Том 20, № 3 (2018)

Введение. Эксплуатационные свойства поверхностей деталей технических систем обеспечиваются на финишных операциях технологического процесса методами поверхностного упрочнения. Несмотря на существующее достаточно большое количество методов поверхностной упрочняющей обработки, многие из них имеют узкую область технологического применения и для своей реализации требуют специальное дорогостоящее оборудование, другие не доведены до стадии широкого практического применения или исчерпали свои технологические возможности. В связи с этим разработка инновационных методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностей деталей машин является актуальной задачей. Цель работы – повышение эффективности упрочнения на основе комплексного энергетического воздействия на поверхностный слой ферромагнитных деталей вращающимся магнитным полем и динамическим поверхностным пластическим деформированием. Гипотеза исследования – совмещенное магнитно-силовое воздействие на поверхность ферромагнитной детали способствует измельчению зерен деформируемого металла до наноразмерной величины и обеспечивает увеличение глубины модифицированного (измененного) поверхностного слоя. В работе представлен метод отделочно-упрочняющей обработки, при котором на поверхность ферромагнитной детали одновременно воздействуют концентрированным потоком энергии вращающегося магнитного поля и колеблющимися деформирующими шарами, осуществляющими многократное импульсно-ударное деформирование. При этом индукцию вращающегося магнитного поля, действующего на поверхность детали, выбирают в пределах от 0,10 до 1,20 Тл. Для осуществления метода отделочно-упрочняющей обработки разработан комбинированный инструмент, содержащий: корпус; деформирующие шары, свободно установленные в кольцевой камере; магнитную систему на основе цилиндрических постоянных магнитов из редкоземельных материалов. Магнитная система инструмента предназначена для создания вращающегося магнитного поля, действующего на поверхность ферромагнитной детали и сообщения деформирующим шарам рабочих колебательных движений. В работе исследованы характеристики дислокационных структур, образованных в поверхностном слое стальных и чугунных заготовок после упрочнения магнитно-динамическим накатыванием (МДН), совмещенной обработкой МДН и вращающимся постоянным магнитным полем, совмещенной обработкой МДН и вращающимся переменным магнитным полем. Методы исследования: рентгеноструктурные исследования поверхностного слоя; исследования микроструктуры; рентгеноспектральный микроанализ поверхностного слоя упрочненных заготовок из стали и чугуна. Результаты и обсуждение. Анализ результатов исследований позволил установить, что совмещенная упрочняющая обработка МДН и вращающимся магнитным полем позволяет сформировать в поверхностном слое стальных и чугунных заготовок наноразмерную субзеренную структуру на глубину до 3,0 мкм с размером блоков до 100 нм. При этом имеет место увеличение глубины модифицированного поверхностного слоя, плотности дислокаций, периода кристаллической решетки обрабатываемых ферромагнитных материалов и формирование в упрочненном поверхностном слое образцов остаточных напряжений сжатия. Из представленной в работе физической модели получения в поверхностном слое ферромагнитных деталей наноразмерной субзереной структуры следует, что степень дробления (измельчения) зерен упрочняемого материала определяется количеством полученных силовых импульсов со стороны деформирующих шаров инструмента. Возникающие в процессе многократного дробления зерен и субзерен частицы имеют неправильную асимметричную форму и свой магнитный момент, не совпадающий с направлением действия внешнего магнитного поля. Вследствие этого полученные в процессе дробления зерен и субзерен частицы, стремящиеся сориентироваться по направлению внешнего магнитного поля, поворачиваются в пространстве и дополнительно сглаживают разогретые локальными вихревыми токами границы в зоне их контакта с сопрягаемыми фрагментами частиц, характеризующимися накоплением несовершенств в виде дислокаций. Разработанный метод совмещенного МДН относится к нанотехнологиям поверхностной модификации и рекомендуется к внедрению на предприятиях машиностроения для повышения эксплуатационных свойств деталей технических систем.

Введение. В статье изложены результаты исследований технологических режимов высокоскоростной обработки заготовок с целью получения ювенильных поверхностей и ультрадисперсных порошков. Методы исследования. В качестве технологических факторов взяты наличие/отсутствие жидкого азота в зоне обработки, скорость вращения мелющего диска, продольная подача, характеристики абразивного инструмента и физико-механические характеристики обрабатываемых материалов. В качестве функций отклика при рассмотрении влияния технологических факторов приняты: наличие посторонних примесей на обработанной поверхности, размер частиц порошка и износ абразивного инструмента. Все исследования проводились на следующих материалах: сплав твердый спеченный ВК-8, сталь инструментальная Р-18, латунь Л63, алюминиевый сплав Д16, ферромагнетик М2500НМС1 и неодимовый магнит N45M. При проведении исследований использовался растровый электронный микроскоп Jeol JSM–5700. Для получения соотношения, связывающего размер частиц порошка с технологическими факторами, использовался метод планирования двухфакторного эксперимента. Результаты и обсуждение. Наличие жидкого азота в зоне обработки позволяет сохранить чистоту поверхности, предотвращать ее окисление и появление на ней продуктов износа абразивного инструмента. При этом обработка вязких материалов становится возможной только при использовании жидкого азота. Осуществление диспергирования заготовки при скоростях вращения мелющего диска свыше 100 м/с приводит к резкому уменьшению размеров частиц получаемого порошка. Оптимальным с точки зрения размеров частиц порошка и величины износа абразивного инструмента является использование при обработке заготовок подачи менее 1 мм/мин. Предел прочности материалов при растяжении является единственным из рассмотренных физико-механических характеристик материалов параметром, влияющим на размер частиц.

Актуальность. Титановый сплав Ti6Al4V широко используется в аэрокосмической и медицинской отраслях промышленности благодаря высокой удельной прочности, пластичности и коррозионной устойчивости. Однако использование сплава Ti6Al4V в некоторых важных конструкционных элементах ограничено из-за его сравнительно низкой жаростойкости и высокой вязкости при изнашивании. Цель работы: исследование повышения сопротивляемости титанового сплава Ti6Al4V к воздействию высоких температур и износу при сухом скольжении посредством нанесения композиционных Ti-Al-Si-C защитных слоев. В работе исследованы покрытия, полученные методом электроискрового легирования с использованием электродов-анодов, изготовленных в форме стержней путем спекания порошков алюминида титана Ti3Al с 5…15 вес.% добавками карбида кремния SiC. Методы исследования. Фазовый состав покрытий изучали методом рентгеновского дифракционного анализа. Коррозионные испытания покрытий включали в себя исследование жаростойкости при температуре 900 °С в течение ~62 часов и потенциодинамические тесты в 3,5 %-м растворе NaCl; микротвердость осажденных слоев определялась индентированием по методу Виккерса при нагрузке 0,5 Н. Износоустойчивость и коэффициент трения покрытий определяли в режиме сухого скольжения относительно быстрорежущей стали Р6М5 при скорости 12 м/с и нагрузке 25 Н. Результаты и обсуждение. Электродные материалы помимо интерметаллида Ti3Al содержали карбид титана TiС, силицид титана TiSi2 и комплексный карбид Ti4Al2C2. Согласно анализу кинетических кривых массопереноса оптимальное время осаждения электроискровых Ti-Al-Si-C покрытий на сплав Ti6Al4V составляет 4 мин/см2. Установлено, что в основу покрытий входят интерметаллиды Ti3Al и TiAl. Кроме того, в их составе имеются карбид TiC и силицид титана Ti5Si3, содержание которых увеличивается с ростом концентрации добавки SiC в исходном составе порошковой смеси. Жаростойкость сплава Ti6Al4V с композиционным покрытием, полученным из Ti3Al с добавкой 5 вес.% карбида кремния, была в 2,7 раз выше, чем без покрытия. По результатам потенциодинамических испытаний был сделан вывод о том, что наилучшими антикоррозионными характеристиками обладает покрытие из Ti3Al с 15 вес.% добавкой SiC. Данное покрытие позволяет понизить скорость износа титанового сплава Ti6Al4V с 1,9 × 10-4 до 1,2 × 10-6 мм3/(Нм). Твердость покрытий находилась в диапазоне 10…22 ГПа.

Введение. Тугоплавкие материалы являются привлекательными для высокотемпературных применений в аэрокосмической, ядерной и военной промышленности, поскольку они обладают высокой температурой плавления (> 2000 °C). Молибден (Мо) относится к числу таких материалов, представляющих большой интерес для эксплуатации при высоких температурах благодаря своим уникальным свойствам, таким как хорошая теплопроводность, высокая жесткость и ударная вязкость. Производство молибдена затруднено ввиду его высокой температуры плавления и температуры вязкохрупкого перехода, поэтому при производстве этого металла в основном применяются методы порошковой металлургии. Для этой технологии, необходимо иметь порошки молибдена высокого качества, особенно высокую степень чистоты и гомогенность распределения частиц по размеру. Одним из способов обработки, позволяющим получить частицы нано- и микроразмеров, является высококинетическое энергетическое измельчение порошков. Данная экономически эффективная технология основана на трении и высокоэнергетическом столкновении частиц и измельчительных шаров. Поэтому целью текущей работы является оптимизация параметров высокоэнергетического кинетического размола порошка молибдена. Оптимизация параметров обработки имеет значительное влияние на ускорение процесса формирования продукта, на последующее спекание и достижение наилучших механических свойств конечного продукта. Оптимизация режимов размола порошка молибдена была достигнута путем изменения параметров обработки: скорости вращения шпинделя, соотношения массы шаров к массе порошка (BPR) и времени измельчения. В первую очередь была определена скорость вращения шпинделя. Эта величина варьировалась в диапазоне от 600 до 1200 об/мин. После этого была произведена оценка влияния времени измельчения и отношения массы шаров к массе порошка. В ходе проведения исследований время измельчения составляло от 2 до 60 мин, соотношение массы шаров к массе порошка 100:3 и 200:3. После этого было проведено исследование влияния измененных параметров обработки на морфологию частиц порошка и их распределение по размеру. В работе был использован порошок молибдена с фракцией ~100 мкм. Методы исследования: для оценки распределения частиц по размеру были использованы методы растровой электронной микроскопии и лазерной дифракции. Результаты и обсуждение. В результате было выявлено, что размер частиц понизился со 100 до 4 мкм с увеличением времени измельчения с двух до 60 мин. Однако в каждой партии было обнаружено некоторое количество холодносваренных частиц размером 200…400 мкм. Как результат, оптимальными режимами размола были: скорость вращения шпинделя 900 об/мин, BPR (200:3) и время размола 60 мин.