№ 4 (2016)
ТЕХНОЛОГИЯ
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ И ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА
Аннотация
Рассматривается выявление дефектов в изделиях из современных композиционных материалов методом ультразвукового сигнала и представлен анализ остаточного ресурса инженерных конструкций. К основным дефектам, возникающим в структуре композиционных материалов, можно отнести следующие: смещение, поворот и коробление отдельных слоев армирующего материала; поверхностное вздутие, расслоение, коробление; повышенная пористость, трещины, раковины, неравномерность усадки материалов; снижение адгезии связующего и наполнителя и др. Своевременное выявление дефектов и прогнозирование остаточного ресурса инженерных конструкций позволит снизить вероятность разгерметизации деталей в инженерных конструкциях и даст возможность избежать экологических проблем при разрушении трубопроводов. Невыявленные внутренние дефекты могут привести не только к значительным экономическим потерям, загрязнению окружающей среды, но и к человеческим жертвам. В условиях производства пластичные материалы, в частности композиты, широко используются для замены деталей и узлов из редких материалов, цветных и черных металлов и на их основе сплавов, работающих в агрессивных средах. Это позволяет повысить надежность и долговечность конструкции в целом. Однако в современных производственных условиях для оценки качества производимой продукции по-прежнему на многих предприятиях при осуществлении контроля свойств материала приходится выборочно из партии деталей разрушать целостность исследуемого образца. С экономической точки зрения это приводит к увеличению производственного цикла и себестоимости продукции. В настоящей работе предлагается способ ультразвуковой диагностики с использованием программно-аппаратного комплекса, позволяющего выявить внутренние дефекты, наличие посторонних включений и неоднородности по структуре композиционного материала без разрушения изделия, сократить экономические, экологические и человеческие потери.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2016;(4):6-15
6-15
ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
О РАЗРУШЕНИИ АЛМАЗНЫХ ЗЕРЕН ПРИ ШЛИФОВАНИИ
Аннотация
Анализ современных трендов в области обработки металлов показывает, что в настоящее время алмазный инструмент находится на пике своей популярности, опережая по количеству поисковых запросов в Интернете инструмент из кубического нитрида бора, карбида кремния зеленого и электрокорунда. Более того, прослеживается тенденция на стабильное увеличение интереса металлообрабатывающей промышленности и машиностроительного комплекса к алмазным шлифовальным кругам. Подобная популярность объясняется тем, что производство на базе последних научных исследований научилось эффективно применять инструмент из синтетического алмаза. Однако, как показала практика, каждый алмаз имеет различные дефекты, которые оказывают характерное воздействие на его разрушение и износ, что следует учитывать при эксплуатации приборов и изделий, содержащих алмазы.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2016;(4):16-23
16-23
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ЭНЕРГИИ ДЕФОРМАЦИИ НЕСУЩИХ СИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Аннотация
Рассматриваются вопросы определения энергии деформации несущих систем технологических машин и энергетических соотношений между ними при выполнении технологических операций. Целью данной работы является выработка рекомендаций для модернизации конструкции несущих систем на примере ткацкого станка СТБ для выработки плотных тканей. Анализ научной литературы по данному направлению указывает на то, что вопросам влияния элементов несущих систем на систему заправки ткацкого станка уделено недостаточно внимания. Актуальность исследования обусловлена отсутствием единой методики, позволяющей задавать параметры несущих систем с учетом технологических требований и качества получаемого готового продукта. Для определения энергии деформации в работе рассмотрена расчетная модель ткацкого станка для выработки плотных тканей, включающая в себя неподвижное скало и подскальную трубу как опору для нитей основы. Средствами CAD системы SolidWorks и конечно-элементного CAE комплекса ANSYS определены значения энергии деформации несущей и скальной систем ткацкой машины СТБ-180, а также перемещений их конструктивных элементов в зависимости от технологического усилия, варьируемого в пределах 4000…10 000 Н. Анализ результатов проведенных расчетов показывает, что энергия деформации несущей системы и скал составляет около 25 % от полезной работы, идущей на формирование ткани, что говорит о необходимости повышения жесткостей несущей и скальной систем. В результате проведенных исследований предложена модернизированная конструкция станка для выработки плотных тканей, в которой предусмотрено введение дополнительных опор для неподвижного скало и подскальной трубы с опиранием на переднюю связь. Анализ результатов расчетов с учетом предложенной модернизации конструктивных элементов позволяет сделать вывод, что для станка модернизированной конструкции величина энергии деформации значительно уменьшается. Полученные результаты исследований позволили выработать конкретные рекомендации по модернизации конструкций несущей и скальной систем ткацких станков СТБ для выработки плотных и технических тканей.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2016;(4):24-33
24-33
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ ПОРОШКОВОГО СПЛАВА Ti-40Nb, ПОЛУЧЕННОГО МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИЕЙ
Аннотация
В планетарной шаровой мельнице АГО-2С в защитной атмосфере аргона из смеси порошков в массовом соотношении 60 % Ti и 40 % Nb получен порошковый сплав Ti-Nb. В интервале времени активации от 3 до 20 минут преобладает процесс агломерации частиц до среднего значения 66 мкм. Форма частиц меняется с чешуек на окатыши. При времени активации 25 мин происходит уравновешивание процессов агломерации и разрушения получаемых частиц, что приводит к снижению их среднего размера в два раза. С ростом времени активации в сплаве увеличивается доля общего твердого раствора компонентов Ti и Nb. При времени активации 20 мин рентгеноструктурно идентифицируется однофазный β-сплав. Таким образом, оптимальный для селективного лазерного сплавления гранулометрический и фазовый состав достигается при времени обработки 25 мин. Технологические ограничения по времени работы планетарной мельницы требуют дальнейшего поиска параметров механической активации.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2016;(4):34-42
34-42
МОРФОЛОГИЯ ИЗБЫТОЧНОЙ КАРБИДНОЙ ФАЗЫ В ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВАХ ТИПА БУЛАТ
Аннотация
Проведен анализ морфологии избыточных карбидов в нелегированных высокоуглеродистых сплавах типа булат в зависимости от степени переохлаждения расплава, термической обработки и пластической деформации материала. Показано, что процесс кристаллизации сплава с высоким содержанием углерода (2,25 % С) при больших степенях переохлаждения отличается особенностями, характерными для высокоуглеродистой стали. Показано, что при горячей деформации булатной стали со структурой видманштеттова цементита не происходит его дробления. Пластины видманштеттова цементита расщепляются на отдельные слои толщиной 0,6…1,0 мкм. Однако образование такой структуры материала не обеспечивает высоких режущих свойств инструмента. В процессе высокотемпературного отжига исходной структуры при температуре 1150 °С в течение двух часов зафиксировано образование микрообъемов со структурой ледебурита, отличающегося по строению от ледебурита, характерного для белых чугунов. Зафиксированы два конкурирующих процесса формирования избыточных карбидов при деформации булатной стали, связанные со сфероидизацией и огранкой частиц. Рассмотрены три варианта образования ограненных эвтектических карбидов призматической формы в железоуглеродистых сплавах. Один из них предполагает термическое деление пластин вторичного цементита либо цементита ледебурита на отдельные микрообъемы. Второй вариант связан с дроблением кристаллов цементита в процессе деформации материала и образованием угловатых осколков. Третий вариант основан на превращении цементита метастабильного ледебурита в стабильные карбиды призматической морфологии. Показано, что карбидная неоднородность в нелегированных высокоуглеродистых сплавах типа булат представляет собой совокупность крупных ограненных эвтектических карбидов призматической формы. Ожидается, что образование морфологии избыточного цементита в виде ограненных призматических карбидов положительным образом отразится на режущих свойствах инструмента.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2016;(4):43-51
43-51
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОПЛАВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА САМОФЛЮСУЮЩИХСЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
Аннотация
Покрытия из самофлюсующегося порошка марки ПР-Н77Х15С3Р2 (система Ni-Cr-Si-B) наносили на подложку из низкоуглеродистой стали 20 при помощи плазменного напыления. С целью изучения влияния температуры оплавления на структурные и фазовые превращения образцы с покрытиями оплавляли в печи при температурах от 1030 до 1100 ºС. Структурные исследования проводили с использованием оптической и растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного и рентгенофазового анализов. Кроме того, в статье приведены результаты измерений микротвердости, а также износостойкости в условиях трения скольжения со смазочным материалом по схеме диск-плоскость. В работе показано, что основными структурными составляющими покрытий после оплавления являются дендриты γ-Ni, включения Cr7C3 и эвтектика Ni-Ni3B. Для покрытий, оплавленных ниже 1070 ºС, характерно также наличие включений CrB и эвтектики Ni3B-Ni6Si2B, для покрытий, оплавленных при 1100 °С, включений CrB2 и эвтектики (γ-Ni)-CrB. Выявлено, что с повышением температуры оплавления объемная доля твердых фаз (эвтектики, а также карбидов и боридов хрома) увеличивается, что приводит к росту микротвердости и износостойкости.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2016;(4):52-62
52-62
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СЛОЁВ TiB-TiC-Ti, ПОЛУЧЕННЫХ НА ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА ВТ1-0 МЕТОДОМ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ
Аннотация
Исследовано влияние режимов вневакуумной электронно-лучевой обработки на структуру и свойства износостойких слоев борид титана-карбид титана-титан, полученных на заготовках из титанового сплава ВТ1-0. В качестве наплавочного материала использовали смесь титана с карбидом бора и сварочными флюсами. Структурные исследования проводили с использованием оптической и растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного и рентгенофазового анализов. В результате проведенных экспериментов были получены слои толщиной до 3,4 мм, состоящие из фаз α (α´)-Ti, карбида и моноборида титана. Структурные исследования показали, что высокая объемная доля упрочняющих фаз TiC и TiB способствует формированию трещин в наплавленных слоях. Изменение технологических режимов электронно-лучевой обработки оказывает влияние на твердость наплавленных слоев. При токе пучка 22 мА средний уровень микротвердости слоя, полученного при наплавке 20 % вес. карбида бора составляет 582 HV, что в ~3,5 раза выше твердости основного металла. Повышение тока пучка до 23 мА способствует снижению уровня микротвердости до 543 HV. Средний уровень микротвердости образцов, полученных при наплавке 12 % вес. карбида бора, составляет 436 HV. Для оценки износостойкости полученные материалы испытывались на трение в условиях нежестко закрепленных абразивных частиц. Лучшие показатели достигнуты при испытании слоев, сформированных в процессе наплавки 20 % вес. карбида бора. Интенсивность изнашивания образцов с покрытием в восемь раз меньше по сравнению с титаном ВТ1-0.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2016;(4):63-74
63-74