Том 20, № 2 (2018)

Введение. Постоянное совершенствование методов раскроя материалов обеспечивает появление новых модификаций технологических процессов заготовительного производства, в частности, тонкоструйной плазменной резки. Однако производители оборудования сопровождают предлагаемые технологии рекомендациями режимов обработки, которые являются ориентировочными и предназначены для определенного круга обрабатываемых материалов. Целью настоящей работы является оценка технологических схем тонкоструйной плазменной резки для повышения точности реза металлических материалов, включая и биметаллические композиции. Методы. Оценка параметров точности и качества реза осуществлялась в соответствии со стандартом ISO 9013: 2002. В качестве материалов для исследований были выбраны сталь Ст3сп и биметаллическая композиция «сталь Ст3 + сталь 12Х18Н10Т», полученная сваркой взрывом. Результаты и обсуждения. Установлено, что при использовании технологии HiFocus для раскроя стали Ст3 в нижнем диапазоне толщин (3 мм) не обеспечивается регламентируемая производителем точность реза. Для повышения точности предлагается переход в рамках данной технологии на меньший типоразмер сопла. Реализация технологии HiFocusplus, отличающейся дополнительной закруткой завихряющих газов, позволяет проводить раскрой материалов в большем диапазоне толщин. Однако, при толщинах раскроя 4-6 мм наблюдается превышение регламентированного отклонения реза от перпендикулярности на обеих его кромках. Для повышения точности формообразования необходимо снижение скорости раскроя. Показана эффективность использования технологии  Hi Focusplus для раскроя биметаллической композиции «сталь Ст3 + сталь 12Х18Н10Т». Выявлена оптимальная схема раскроя с выбором в качестве лобовой стороны стали Ст3. Установлено, что максимальная точность реза данной композиции достигается при скорости обработки, равной 1,5 м/мин.

Введение. Алюминиевые сплавы специального назначения характеризуются определенным сочетанием механических, физических и химических свойств, что обусловлено эксплуатацией в строго определенных условиях. При разработке новых материалов с улучшенными технологическими свойствами большое внимание уделяется сплавам системы Al-Si заэвтектической концентрации. Известно, что комбинированные модифицирующие вещества, состоящие из 2-х и более компонентов, по эффективности превосходят каждый компонент в отдельности. Существует большое количество способов модифицирования таких сплавов с целью измельчения первичных кристаллов кремния и эвтектики. Большинство известных технологий не нашли широкого применения на практике, поэтому разработка способа модифицирования расплава водородосодержащими соединениями остается актуальной темой. Цель работы: создание технологичного способа обработки расплава, предусматривающего увеличение содержания водорода, для модифицирования структуры в литом состоянии и получения деформированных сплавов Al – 15¸30% Si с улучшенными физико-механическими свойствами. В работе исследованы параметры микроструктуры в литом состоянии и после горячей пластической деформации и механические характеристики модифицированных сплавов. Проведено изучение микроструктуры полученных сплавов. Методами исследования являются дилатометрические испытания, механические испытания на статическое растяжение, а также металлографический анализ исследуемых сплавов. Результаты и обсуждение. Разработан новый способ модифицирования, позволяющий резко уменьшить размер первичных кристаллов кремнистой фазы, вследствие чего значительно повышаются механические свойства высококремнистых сплавов и их деформируемость. Применение предложенного способа позволяет получить структуру эвтектического типа в заэвтектических сплавах Al-Si. Благодаря получению модифицированной структуры, характеризующейся повышенной степенью дисперсности составляющих, резкому уменьшению размеров первичных кристаллов хрупкой кремнистой фазы и благоприятному изменению их формы стала возможной пластическая деформация исследуемых сплавов. Установлено, что горячая деформация оказывает положительное влияние на механические свойства сплавов Al-Si, особенно на их пластичность. Показано, что комплекс физико-механических свойств деформированных полуфабрикатов превышает даже свойства спеченных алюминиевых сплавов.

Введение. Борирование и бороалитирование являются эффективными способами повышения поверхностных свойств деталей машин и инструментов. Однако, данные способы находят ограниченное применение в промышленном производстве. Одним из сдерживающих факторов является повышенная хрупкость борированных и бороалитированных слоев. Так, традиционные способы борирования и бороалитирования с печным нагревом приводят к формированию слоев с игольчатой и со слоистой структурой соответственно. При этом, на поверхности данных слоев как правило формируются наиболее твердые и хрупкие фазы, такие как FeB и Fe2Al5. Цель работы: изучение последовательности формирования фаз в борированных и бороалитированных слоев, полученных под воздействием электронного пучка в вакууме на поверхности углеродистых сталей. В статье рассмотрены результаты исследования электронно-лучевого легирования углеродистых сталей. Легирование осуществляли или одним карбидом бора, или карбидом бора совместно с алюминием. Соответственно, в первом случае имело место электронно-лучевое борирование, а во втором - электронно-лучевое бороалитирование. Методы исследования. Были апробированы различные параметры электронно-лучевой обработки: ускоряющее напряжение, сила тока и длительность облучения. После обработки исследовалась микроструктура, микротвердость, элементный и фазовый состав полученных покрытий. Результаты и обсуждения. Установлено, что формирование фаз при легировании карбидом бора преимущественно происходит согласно диаграмме состояния Fe-B. Так, моноборид железа FeB кристаллизуется в виде ромбических и призматических кристаллов, на которых зарождается Fe2B в виде округлых дендритов. Остатки жидкости при охлаждении кристаллизуются в виде эвтектики из Fe2B и твердого раствора бора в α-Fe. При этом, после электронно-лучевого бороалитирования эвтектику образуют Fe2B и твердый раствор Al и B в α-Fe. В целом, микроструктуры полученных слоев после электронно-лучевого нагрева являются более предпочтительными, по сравнению с традиционной ХТО с печным нагревом.

Введение. В современном машиностроении для реализации многих задач, связанных с модификацией структуры поверхностных слоёв металлических материалов, все чаще применяют высокотемпературные источники нагрева. Структурные преобразования, происходящие при их использовании, позволяют повысить прочностные, коррозионные и триботехнические свойства металлов. Титан и сплавы на его основе нашли широкое применение в современной промышленности, однако более широкое их распространение ограничено высоким коэффициентом трения и низкой стойкостью к изнашиванию. Проблеме упрочнения титана и его сплавов при использовании высокотемпературных источников нагрева уделяется недостаточное внимание. Анализ работ, связанных с высокоскоростным нагревом сплавов на основе титана, показал, что в качестве инструмента для поверхностного нагрева чаще всего используется лазерный луч. Функцию основного материала преимущественно выполняет титановый сплав Ti-6Al-4V.  Высокой твердостью и износостойкостью обладают образцы, полученные при наплавке порошковых смесей, содержащих диборид титана (TiB2) и карбид бора (B4C). Однако толщина сформированных таким образом покрытий не превышает 1 мм. При необходимости получения модифицированных слоев повышенной толщины рационально использовать метод электронно-лучевой обработки материалов в воздушной среде. Целью работы являлось изучение возможности наплавки порошковой смеси, содержащей карбид бора, для модифицирования поверхностных слоев технически чистого титана методом вневакуумной электронно-лучевой обработки. Методы. В качестве материала основы использовали титановый сплав ВТ1-0, пластины которого обрабатывали высококонцентрированным электронным лучом, выведенным в воздушную атмосферу. Для формирования частиц высокопрочной фазы в поверхностных слоях использовали порошковые смеси с различным содержанием порошка карбида бора (10, 20 и 30 вес. %). Модифицированные материалы анализировали методами оптической и растровой электронной микроскопии. Исследования износостойкости проводили в условиях трения о закрепленные и нежестко закрепленные частицы абразива. Результаты и обсуждение. Механические и триботехнические свойства модифицированных слоев титана в значительной мере определяются структурными преобразованиями, происходящими в поверхностных слоях материала. Обработка титанового сплава высококонцентрированным электронным лучом в воздушной среде позволяет получать модифицированные слои толщиной более 1 мм. Наплавка порошковой смеси, содержащей карбид бора, приводит к формированию в поверхностно-легированных слоях высокопрочных частиц, оказывающих существенное влияние на свойства основного материала. Введение в наплавочную смесь 10 вес. % порошка карбида бора позволяет получить качественные слои, содержащие мелкодисперсные частицы моноборида и карбида титана. Объемная доля высокопрочной фазы в этих слоях составляет ~ 20 %. Повышение концентрации карбида бора в исходной порошковой смеси до 30 вес. % приводит к образованию в структуре модифицированных слоев крупных первичных кристаллов борида титана и карбида титана дендритной морфологии. Увеличение концентрации B4C приводит также к росту объемной доли упрочняющей фазы до 40…44 %. Характерной особенностью этих образцов является присутствие конгломератов мелкодисперсных частиц в нижней зоне покрытия. Средний уровень микротвердости упрочненных слоев достигает 4250…6400 МПа. В условиях трения о закрепленные частицы абразива максимальная износостойкость, превышающая в 2,4 раза аналогичный показатель эталонного образца, зафиксирована в процессе испытания сплава, полученного при наплавке смеси с 30 вес. % B4C.  Эти же образцы показали восьмикратный рост значений износостойкости при воздействии на материал нежестко закрепленных частиц абразива.

Введение. Созданию низкоуглеродистых мартенситных сталей (НМС) предшествовала разработка мало или бесперлитных и бейнитных сталей. Обеим группам сталей для термообработки не требовалось жидких охлаждающих сред, а прочность была на уровне 400-600 МПа. Более высокой прочности соответствовала структура бейнита, но бейнитные стали имеют существенные недостатки, связанные с технологичностью и относительно невысокой вязкостью, т.к. сложно избежать при термообработке появления верхнего бейнита. Современные бейнитные стали имеют прочность на уровне 1500 МПа, но проблемы достижения требуемых характеристик надежности остаются. При отношении Cr/C больше 35 в вес. % (8 ат. %) бейнитное превращение в низкоуглеродистых сталях (0,04-0,1 % С) не наблюдают, и такие стали относят к НМС. В работе изучены стали, обозначенные 07Х3ГНМ, 15Х2Г2НМФБ, 27Х2Г2НМФБ. Цель работы. Определить состав, морфологию и механические свойства НМС с неметаллическими включениями. Оценить влияние структуры мартенсита на механические свойства НМС с сильными карбидообразующими элементами после полной закалки и из межкритического интервала (МКИ). Методы исследований. Для изучения структуры применяли микроскоп Olympus GX-51, растровый электронный микроскоп Tescan MIRA3 с приставкой, позволяющей проводить энергодисперсионный анализ. Тонкую структуру и морфологию фаз изучали просвечивающей и растровой электронной микроскопией. Для просвечивающей электронной микроскопии использовали фольги, полученные методом электрополировки. Образцы предварительно нарезали электроэрозионным станком на пластины размером 10 х 4 мм толщиной 0,2 - 0,3 мм. Далее проводили двухстороннее утонение на наждачных бумагах до толщины 0,05-0,06 мм. Электрополировку проводили при температурах близких к 0 оС, в электролите состава 80 % ледяной уксусной кислоты, 20 % хлорной кислоты. Тонкую структуру просматривали на микроскопах JEM 200CX и СМ 30 при ускоряющем напряжении до 200 кВ. Значение параметра IС определяли в соответствии с ГОСТ 25. 506 - 85, по результатам испытаний на статический изгиб образцов с трещиной, тип 4, размерами 5х10х60 мм. Механические свойства при испытаниях на растяжение определяли по ГОСТ 1497-84, ударную вязкость – по ГОСТ 9454-78. Критические точки были установлены с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии и подтверждены дилатометрическими исследованиями. Термообработка сталей включала закалку 950 °С, отпуск 250 °С в первом случае, и закалку из МКИ во втором. Результаты и обсуждение. Основными включениями НМС были оксиды алюминия, близкие к глобулярной форме оксиды FeO, MnO, SiО2, и продолговатой формы сульфиды (FeS, MnS). В сталях с сильными карбидообразующими элементами карбиды содержали повышенное количество ниобия и ванадия. Исследования разрушения образцов со структурой низкоуглеродистого мартенсита, содержащего неметаллические включения показали, что основной причиной уменьшения вязкости при увеличении содержания углерода является рост доли пластинчатой составляющей. При построении модели разрушения сталей с реечно-пластинчатой структурой мартенсита исходили из аддитивного вклада в прочность различных морфологических форм мартенсита и ведущей роли в инициировании разрушения непроницаемых для дислокаций границ раздела пластинчатой составляющей.