№ 3 (2017)
ТЕХНОЛОГИЯ
АНАЛИЗ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ МЕДИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ
Аннотация
В отличие от традиционных методов удаления материала технологии быстрого прототипирования направлены на создание сложных изделий путём последовательного добавления материала (материалов). К настоящему времени известно большое количество методов быстрого прототипирования, которые отличаются применяемым материалом и способом формообразования изделия. Инновационным является метод селективного лазерного плавления физической копии различных объектов из металлов, сплавов и металломатричных композитных материалов для удовлетворения требований со стороны аэрокосмической, оборонной, автомобильной и биомедицинской промышленности. Важным направлением развития технологии селективного лазерного плавления является повышение качества формируемого изделия. Это является сложным многопараметрическим процессом, в котором можно выделить порядка 130 параметров, влияющих на конечный результат. В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния защитного газа аргона, механоактивации порошка и воздействия технологических режимов плавления: мощности лазерного излучения, скорости перемещения луча лазера, шага сканирования, предварительной температуры подогрева порошкового материала на шероховатость поверхности, полученной из медного порошкового материала методом селективного лазерного плавления. Эксперименты по плавлению медного порошка реализованы на установке послойного лазерного плавления оригинальной конструкции, которая позволяет регулировать все технологические режимы плавления. Шероховатость поверхности определена на цифровом бесконтактном микроскопе Olympus LEXT OLS4100. Получена математическая зависимость шероховатости поверхностного слоя из медного порошка от технологических режимов плавления на основе теории планирования эксперимента и статической обработки результатов. Определены значимые параметры режима - мощность лазерного излучения, скорость перемещения луча лазера, шаг сканирования, влияющие на шероховатость слоя, а также пределы ее изменения с 480 до 725 мкм при увеличении мощности с 14 до 30 Вт, скорости перемещения луча лазера 1400 мм/мин, температуре подогрева порошка 114 °С, шаге сканирования 0,2 мм; с 750 до 480 мкм - при увеличении скорости перемещения луча лазера с 200 до 3000 мм/мин, мощности 22 Вт, температуре подогрева порошка 114 °С, шаге сканирования 0,2 мм. Увеличение шага сканирования с 0,1 до 0,3 мм приводит к уменьшению шероховатости с 740 до 525 мкм при скорости перемещения луча лазера 3000 мм/мин, мощности 30 Вт, температуре подогрева порошка 200 °С. Показано положительное влияние защитной атмосферы и механоактивации порошкового материала на качество поверхностного слоя.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2017;(3):6-16
6-16
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СВЯЗКЕ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация
Цель: выявление природы и предложение технологических рекомендаций по минимизации процесса засаливания абразивного инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов, позволяющие повысить эффективность использования алмазного инструмента на металлической связке при их шлифовании, снизить затраты на изготовление высокотехнологичной и конкурентоспособной продукции. В работе представлен анализ режущей способности алмазных кругов на металлической связке. Приведен краткий обзор причин потери работоспособности абразивного инструмента, дана оценка адгезионно-диффузионным процессам в зоне резания. Отмечается, что основной причиной низкой работоспособности алмазного инструмента является засаливание шлифовального круга. Методы: экспериментальные исследования проводились на станке модели 3Д642Е, модернизированном под процессы электроалмазного шлифования и отвечающем метрологическим требованиям на проверку показателей, формирующих качество изделий. Структурные исследования производили с применением оптической, растровой микроскопии, спектрального и рентгеноструктурного анализов. Образцы исследовались с использованием рентгеновского дифрактометра ARL X’TRA, растрового электронного микроскопа Carl Zeiss EVO50 со встроенным химическим анализатором EDS X-Act, оптического микроскопа Carl Zeiss Axio Observer A1m. Дополнительно поверхности образцов исследовались с применением методов оптической интерферометрии с использованием комплекса для изучения топографии поверхности Zygo NewViewTM 7300, предназначенного для определения параметров микрорельефа и структуры объектов технического и биологического происхождения. Результаты и обсуждение: приведена технология шлифования высокопрочных и наноупрочненных материалов алмазными кругами на металлической связке, при которой поддержание высоких режущих свойств круга осуществляется непрерывной электрохимической правкой. Использование технологии комбинированного шлифования позволяет значительно увеличить работоспособность и расширить область применения алмазного абразивного инструмента на металлической связке, а также повысить эффективность обработки различных марок твердых сплавов групп ВК, ТК, ТТК, а также оксидной и карбидной металлокерамики и наноструктурированного материала на основе диборида циркония.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2017;(3):17-27
17-27
ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕЛЬСОВ ПОСЛЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ПОСЛЕСВАРОЧНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
Аннотация
Исследовано влияние процесса шлифования алюминотермитных сварных соединений рельсов, выполняемое при разных значениях остаточной послесварочной температуры сварного шва на физико-механические свойства и шероховатость поверхности катания. Интервал послесварочных температур в зоне шлифования сварных швов составлял 600…850 °С. Установлено, что разные температурные режимы, при выполнении технологической операции шлифования алюминотермитных стыков приводят к формированию неидентичных механических свойств металла поверхности головки рельса в зоне сварного шва. Шлифование при остаточной послесварочной температуре поверхности сварного шва 850 или 600 °С позволяет обеспечить наиболее высокие значения твердости металла 33…36 HRC, в то время как проведение операции шлифования при остаточной температуре 800 или 700 °С приводит к снижению твердости металла шва до значений 25…30 HRC. Снижение температуры металла поверхности головки рельса перед выполнением шлифования с 850 ℃ до 600 ℃ позволяет уменьшить значения шероховатости поверхности катания с 2,5 мкм до 0,7 мкм. Наиболее высокие значения твердости и чистоты поверхности могут быть достигнуты, если производить шлифование головки рельса сварного шва после снижения температуры металла обрабатываемой поверхности до 600 °С при проведении процесса сварки.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2017;(3):28-34
28-34
ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ ТЯГИ РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА САМОЛЕТА ПРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
Аннотация
Для технологического контроля прочности тяги рулевого устройства самолета применяют выборочные разрушающие испытания готовых изделий при статической и повторно-статической осевой нагрузке. Для уменьшения времени и применения неразрушающих методов контроля тяги испытывают на установке, имеющей двухмассовую колебательную систему. Колебательная система состоит из тяги постоянного поперечного сечения с двумя одинаковыми концевыми грузами и подвешена на тонкой стальной струне в вертикальном положении. В тяге под воздействием переменной продольной силы P ( t ) = P cos Ω t создаются резонансные продольные колебания, имеющие место в реальных условиях эксплуатации. Продольные колебания тяги реализуются по второй собственной форме. Первая собственная форма колебаний соответствует движению тяги с грузами как жесткого целого и не представляет практического интереса. Эксперименты показали, что при продольных колебаниях существует потеря устойчивости тяги в форме параметрического резонанса. В этом случае кроме продольных колебаний дополнительно появляются поперечные (изгибные) колебания. Представляет интерес определение условий возникновения параметрического резонанса тяги рулевого устройства самолета в процессе технологических испытаний. Аналитическое решение задачи приводит к уравнению Матье, результаты решения которого для различных комбинаций коэффициентов уравнения представляются в виде диаграммы Айнса-Стретта. Расчет тяги с размерами D×d×l = 35×32×1200 (мм) по уравнению Матье показал, что при рабочих напряжениях 10 МПа тяга работает в зоне динамической неустойчивости. Этот факт подтвержден экспериментально. Эксперимент с короткой тягой, имеющей размеры D×d×l = 25×22×600 (мм), показал, что тяга испытывает продольные колебания без поперечных колебаний до напряжений 68 МПа. Таким образом, для коротких тяг имеется больший диапазон рабочих напряжений на данной экспериментальной установке. Уравнение Матье справедливо для всех типоразмеров тяг. Уравнение позволяет определять такие параметры колебательной системы, при которых тяга будет испытывать только продольные колебания, адекватные для работы тяги в реальных условиях.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2017;(3):35-41
35-41
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ B4C-Ni-Р
Аннотация
Рассматривается нанесение покрытия из порошка карбида бора (B4C), плакированного 30 мас. % Ni-Р на трубы из низкоуглеродистой стали при помощи воздушно-плазменного напыления с узлом кольцевого ввода. Структурные исследования покрытий проводили с использованием оптической микроскопии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, а также рентгенофазового анализа. Показано, что материал плазменных покрытий состоит из частиц В4С размерами до 30 мкм, равномерно распределенных в металлической матрице. Частицы карбида бора окружены областями с округлыми включениями размерами до 500 нм. Металлическая матрица представляет собой бориды никеля (Ni3B, NiB и Ni3B4). Кроме того, в материале покрытий были зафиксированы оксиды никеля и бора. Просвечивающей электронной микроскопией было выявлено, что между частицами карбида бора и металлической матрицей формируются тонкие прослойки, имеющие аморфно-кристаллическое строение. Металлическая матрица представляет собой участки, расположенные в объеме покрытий случайным образом, с нанокристаллической структурой и столбчатыми кристаллами.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2017;(3):42-50
42-50
МОДИФИЦИРОВАНИЕ СПЛАВА МАРКИ АК12 ЧАСТИЦАМИ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА ВОЛЬФРАМА
Аннотация
Широко распространенным методом, оказывающим влияние на равномерное формирование микроструктуры и повышение прочностных свойств Al-Si сплавов, является модифицирование ультра- и нанодисперсными частицами различного химического состава. Несмотря на значительные успехи в исследованиях влияния различных модифицирующих составов на структуру и механические свойства литых силуминов, в литературе отсутствуют данные о влиянии нанодисперсного порошка W на формирование структурно-фазового состояния и механические свойства сплава АК12. В работе исследовано влияние нанопорошка W в количестве 0,1 масс.% на структурно-фазовое состояние и механические свойства сплава АК12 при разной выдержке модифицированного расплава. Выплавку металла осуществляли в муфельной печи. Модифицирование расплава ультрадисперсным порошком производили перед разливкой. Перед введением в расплав было проведено исследование химического, фазового и гранулометрического составов используемого порошка. Для полученных образцов проводили металлографические исследования и определяли химический состав, также определялась ударная вязкость. Результаты проведенных экспериментов показали, что часть порошка не усваивается расплавом и выпадает на стенки и дно тигля. Количество порошка, не усвоенного расплавом, зависит от времени выдержки. Усвоившийся порошок значительно влияет на структуру отливок, значительно измельчаются пластины кремния, уменьшаются размеры осей первого порядка и расстояния между осями второго порядка для кристаллов матрицы отливок. Такие изменения в структуре в значительной мере сказываются на свойствах. Модифицирование сплава АК12 порошком вольфрама с выдержкой расплава в печи в течение 10 мин дает увеличение ударной вязкости на ~15%. По результатам экспериментов установлено, что добавка 0,1 масс.% W в расплав и выдержка его в нагретом состоянии перед разливкой является оптимальным режимом. Такой режим приводит к равномерному распределению эвтектики (α-Al + Si), уменьшению пластин эвтектического кремния в 1,5 раза, изменению формы грубых пластин на тонкую волокнистую форму и увеличению механических свойств на 15-20 %.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2017;(3):51-58
51-58