Том 22, № 2 (2020)

Введение. Ультразвуковая ударно-фрикционная обработка (УЗУФО) – новый метод поверхностного деформационного упрочнения, позволяющий изменять свойства и микроструктуру поверхностного слоя металла. В отличие от традиционной ультразвуковой ударной обработки (УЗУО) особенностью УЗУФО является приложение ударного воздействия с ультразвуковой частотой под острым углом α к обрабатываемой поверхности для активизации ротационного механизма деформации за счет дополнительного фрикционного нагружения. Для усиления фрикционного воздействия и предотвращения охрупчивания диффузионно-активного деформированного слоя УЗУФО проводится в безокислительной атмосфере аргона. Уменьшение угла α при УЗУФО приводит к смещению пластического валика, вытесненного инструментом металла в направлении удара. Следовательно, положение инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой, относительно траектории его перемещения может оказывать сильное влияние на получаемый микрорельеф поверхности. Цель работы – изучить влияние направления ударного воздействия относительно поперечной подачи инструмента в процессе УЗУФО под углом α = 50º в среде аргона на шероховатость и степень упрочнения поверхности конструкционной стали 09Г2С. Методы исследования. Проведены измерения микротвердости, атомно-силовая микроскопия, оптическая профилометрия, оптическая и сканирующая электронная микроскопия с использованием EBSD-анализа. Результаты и обсуждение. После шлифовки поверхность стали имеет микротвердость 200 HV 0,1 и среднее арифметическое отклонение профиля поверхности Ra = 0,6 мкм. УЗУО под углом α = 90º в среде индустриального масла приводит к упрочнению поверхности до 260 HV 0,1, при этом параметр Ra возрастает до 1,6 мкм. УЗУФО с отклонением направления ударного воздействия от вертикали в направлении поперечной подачи образца (обработка «углом вперед») позволяет получить относительно однородный микрорельеф с параметром Ra = 0,4 мкм и микротвердостью деформированного слоя до 500 HV 0,1. Отклонение инструмента в противоположном направлении относительно поперечной подачи образца (обработка «углом назад») увеличивает степень упрочнения поверхности (620 HV 0,1), но ведет к формированию развитого микрорельефа, состоящего из пластических валиков вытесненного инструментом металла, и росту параметра Ra до 3,5 мкм. При этом шероховатость субмикрорельефа остается приблизительно на одном уровне (Ra = 0,03…0,04 мкм) для всех трех схем упрочняющей обработки. Таким образом, угол и направление ударного воздействия при ультразвуковой поверхностной обработке можно рассматривать как важные технологические параметры, позволяющие в широких пределах управлять микрорельефом поверхности при реализации УЗУФО в качестве финишной упрочняющей обработки. УЗУФО является эффективным способом поверхностного упрочнения, позволяющим формировать поверхность даже с меньшей шероховатостью микропрофиля, чем после стандартной УЗУО с использованием смазки.

Введение. Современные тенденции развития композиционных материалов на основе сплавов алюминия, дискретно упрочнённых SiC, нацелены на конструкционное применение, в том числе при высоких температурах. Изготовление деталей с использованием процессов ОМД позволяет минимизировать финишную обработку заготовок, при которой происходит быстрый износ режущего инструмента. Однако необходимо повышать пластичность алюмоматричных композитных материалов предварительной деформационно-термической обработкой. После такой обработки при определенных термомеханических условиях композиты могут проявлять признаки сверхпластичности. Важно также иметь возможность прогнозирования, как внешние воздействия (высокая температура и давление) будут влиять на деформационное поведение композитов в процессе эксплуатации. Поэтому неотъемлемой частью оценки деформационных свойств композитных материалов, предназначенных для продолжительной службы, является проведение испытаний на ползучесть. В то же время совместное рассмотрение результатов испытаний на одноосное растяжение в условиях ползучести и сверхпластичности расширяет картину деформационного поведения композитных материалов в широком диапазоне вариантов температурно-скоростного воздействия. Цель работы: проведение сравнительного анализа результатов опубликованных исследований о деформационном поведении алюмоматричных композитных материалов, дискретно армированных карбидом кремния при проявлении состояния сверхпластичности и в условиях высокотемпературной ползучести. В работе приводятся результаты опубликованных исследований композитных материалов с матрицами на основе следующих марок алюминиевых сплавов: Al2009, Al2014, Al2024, Al2124, Al6013, Al6061, Al6063, Al6090, Al8009, Al8090, IN9021. Рассматривается деформирование алюмоматричных композиционных материалов в состоянии сверхпластичности и в условиях высокотемпературной ползучести. Результаты и обсуждение. Литературный обзор показывает, что сверхпластическая деформация в основном проявляется при скоростях деформации более 10-2 с-1. При этом величина максимального удлинения достигает пределов от 200 до 450 %. Самое высокое значение удлинения образцов 685 % получено при скорости 5×10– с–1 для материала Al2024 /10SiCp. В ряде работ установлено, что для достижения сверхпластической деформации температура процесса должна быть равна или несколько превышать температуру частичного расплавления матрицы на границах зерен матрицы и границах матрицы с упрочняющими частицами. Наиболее хорошо изучены композитные материалы с матрицами на основе следующих систем легирования: Al-Mg-Cu (Al2124), Al-Mg-Si (Al6061), Al-Fe-V-Si (Al8009). Среди факторов, наиболее существенно влияющих на деформационное поведение алюмоматричных композитов при ползучести, можно отметить: технологию первичного получения композитного материала, предварительную деформационно-термическую обработку, химический состав матричного сплава, а также тип и размер упрочняющей фазы. Отмечены исследования по изучению влияния температурных колебаний на деформационное поведение в процессе эксплуатации в нестационарных условиях ползучести при изменении давления. Собранные данные показывают, что при определенных условиях термоциклирования и низких приложенных давлениях композиционные материалы проявляют склонность к большим степеням деформации, что может быть перспективно для разработки технологии изготовления заготовок и изделий.

Введение. В современной промышленной и научно-технической сфере проблема создания деталей из различных металлов и сплавов аддитивными методами является одной из наиболее острых и требующих своевременного решения. Связано это прежде всего, с необходимостью получения крупногабаритных деталей сложной формы с высокой производительностью и с как можно меньшим количеством отходов. Одним из наиболее применимых аддитивных методов для формирования изделий является электронно-лучевая проволочная технология. С применением проволочного филамента и электронного луча для плавления в зоне печати возможно получение деталей с высокой производительностью и приемлемыми показателями получаемой структуры и механических свойств. Однако на настоящее время недостаточно представлены в литературе взаимосвязи получаемой структуры и механических свойств от параметров процесса аддитивного электронно-лучевого производства. В связи с этим целью данной работы является проведение анализа влияния технологических параметров процесса аддитивного электронно-лучевого производства на формирование изделий из стали 12Х18Н9Т. Результаты и обсуждение. В качестве варьируемых параметров использовали ток электронного пучка, линейную скорость печати и коэффициент подачи проволоки, а за параметр оптимизации был принят предел прочности. Установлены оптимальные параметры тока электронного пучка (40 мА), скорости наплавки (180 мм/мин) и коэффициента подачи проволоки (1,3) при постоянном ускоряющем напряжении (30 кВ), которые позволяют сформировать изделие в целом без дефектов и без оплавления ранее сформированных слоев с пределом прочности 583 МПа. Показано, что использование наибольших значений скорости наплавки (320 мм/мин) и коэффициента подачи проволоки (1,3) при варьировании тока электронного пучка не позволяют осуществить процесс формирования образцов. Установлено, что при параметрах процесса электронно-лучевого аддитивного производства, обеспечивающих формирование изделия в целом, получаемые в материалах структуры обеспечивают механические свойства в пределах 558…595 МПа.

Введение. Создание защитных слоев на рабочих поверхностях деталей машин, выполненных из хромоникелевых аустенитных сталей, является эффективным способом повышения их надежности и долговечности. Самофлюсующиеся никелевые сплавы широко применяются для формирования функциональных покрытий, стойких к абразивному воздействию. Возможность повышения комплекса свойств Ni-Cr-Si-B-сплавов путем добавления упрочняющих соединений в их матрицу или синтеза упрочняющих фаз непосредственно в процессе формирования защитного слоя представляет существенный интерес для отечественных и зарубежных специалистов. В литературе не представлены сведения о формировании защитных слоев на поверхности аустенитных сталей с использованием наплавки релятивистскими электронными пучками Ni-Cr-Si-B-сплава в сочетании с упрочняющими добавками. Цель работы заключалась в повышении триботехнических свойств поверхностных слоев стальных заготовок при наплавке пучком электронов, выведенных в воздушную атмосферу Ni-Cr-Si-B-сплава в сочетании с аморфным бором, взятым в различных весовых соотношениях. Доля аморфного бора в порошковой насыпке составляла 5, 10 и 15 вес. %. Особенности строения наплавленных слоев были изучены с использованием следующих методов исследования: оптическая металлография, растровая электронная микроскопия, рентгенофазовый и микрорентгеноспектральный анализ. Уровень свойств поверхностно упрочненных материалов определяли при измерении микротвердости и износостойкости при трении о закрепленные абразивные частицы и в условиях гидроабразивного воздействия. Результаты и обсуждение. Материал, сформированный при наплавке Ni-Cr-Si-B-сплава в сочетании с 15 вес. % бора, характеризуется максимальной микротвердостью (1000 HV) и износостойкостью в различных условиях изнашивания. Основным структурным фактором, обеспечивающим эффективное повышение эксплуатационных характеристик, является формирование боридов Fe2B, (Cr, Fe)B. Показано, что при наплавке Ni-Cr-Si-B-сплава и 15 вес. % бора выделившиеся упрочняющие соединения характеризуются фазовой неоднородностью. Внутренняя часть двухфазных сложных по строению частиц представляет собой CrB2, вокруг которого происходит выделение (Fe, Cr)2B.

Введение. Развитие технологий аддитивного производства расширяет возможности изготовления (печати) изделий из разнообразных материалов. Процесс печати осуществляется путем локального высокоэнергетического нагрева филамента и подложки, за счет чего формируется ванна расплава. В таких условиях формование структуры материала происходит в условиях быстрой кристаллизации и повторного циклического нагрева. Важной проблемой печати объемных изделий из большинства конструкционных сплавов является формирование дендритной структуры. Форма и размеры дендритов, а также связанное с ними образование вторичных фаз могут оказывать влияние на прочность и эксплуатационные свойства изделий. Цель работы: исследование структуры и механических свойств алюминиевой бронзы, полученной методом электронно-лучевого аддитивного производства. В работе исследованы особенности формирования структуры алюминиевой бронзы в зависимости от участка образца. Проведены механические испытания при статическом растяжении и сжатии образцов, вырезанных в продольном и поперечном сечении относительно направления печати. Методами исследования являются механические испытания на сжатие и растяжение, оптическая металлография, растровая электронная микроскопия. Результаты и обсуждение. На основе анализа металлографических изображений были выделены четыре характерных типа микроструктур, формирующихся на разной высоте от подложки в напечатанном материале. Первый тип – небольшие дендритные зерна с интерметаллидными частицами; второй – небольшие дендритные зерна; третий – крупные столбчатые дендритные зерна; четвертый – широкие дендритные зерна с мелкими включениями вторичной фазы. Формирование этих типов микроструктур обусловлено, во-первых, использованием стальной подложки, во-вторых, изменением условий теплоотвода по мере увеличения высоты образца в процессе печати. На основе проведенных испытаний выявлена значительная анизотропия механических свойств, которая обусловлена направленным характером роста столбчатых дендритных зерен, а также изменением размеров зерна по высоте напечатанного материала. Полученные результаты расширяют фундаментальные представления о процессах структурообразования сплавов в условиях электронно-лучевого аддитивного производства и могут быть использованы при разработке технологий печати изделий из медных сплавов.