№ 2 (2021)

Пенометаллы являются перспективными материалами, обладающими уникальным сочетанием механических и эксплуатационных свойств: малым удельным весом, низким коэффициентом теплопроводности, способностью поглощать акустические и электромагнитные колебания, возможностью деформироваться при постоянной нагрузке. В настоящее время наиболее применяемыми способами получения пеноалюминия и пеномагния являются способы, основанные на замешивании в алюминиевый расплав газа или порофора и формировании пористой структуры в процессе затвердевания расплава. Альтернативой данной технологии является формирование пористой структуры за счет использования растворимых гранул, которыми предварительно заполняют форму, а затем после пропитки гранул металлическим расплавом и затвердевания отливки их выщелачивают. Целью работы является определение влияния режимов литья и размера гранул на глубину пропитки гранульной засыпки металлическим расплавом при формировании пористых отливок из цветных металлов. Предложена методика для расчета глубины пропитки гранульной засыпки при производстве отливок из пористых цветных металлов, основанная на расчете охлаждения расплава при движении по тонкостенному каналу. Проведенные расчеты позволили определить глубину пропитки и установить допустимую толщину стенки отливки из пористого алюминия в зависимости от размера применяемых гранул, скорости движения расплава в форме, температуры формы и температуры алюминиевого расплава. Установлено, что для увеличения глубины пропитки и получения более толстостенных пористых алюминиевых отливок целесообразно увеличивать диаметр солевых гранул, а не температурные и гидродинамические режимы литья. Проведены расчеты, и установлено влияние режимов литья и диаметра гранул на глубину пропитки формы для получения пористых отливок из перспективных магниевых сплавов.

В работе рассматриваются вопросы обеспечения равномерности деформирования осесимметричных длинномерных образцов при термосиловой обработке (ТСО), которая заключается в одновременном приложении силового и температурного воздействий с целью комплексного улучшения геометрических характеристик и физико-механических параметров материала заготовки. Данная технология используется на различных стадиях технологических процессов изготовления деталей, но ее основная задача – обеспечение прямолинейности оси и заданного распределения остаточных технологических напряжений на заготовительном этапе. Недостаток ТСО – осевая деформация протекает неравномерно вдоль оси заготовки. Основной технологический параметр – деформация, контроль которой является ключевым фактором, обеспечивающим эффективность ТСО. Проведено исследование распределения пластической деформации по участкам длинномерных заготовок с различной степенью деформации. Выполнена оценка равномерности деформирования по участкам заготовки с учетом того, на каком этапе зависимости «напряжение – деформация» находились образцы в конце цикла нагружения. На основе представлений о пластической деформации как автоволновом процессе выбран диапазон технологических режимов, соответствующий максимально однородному распределению деформации вдоль оси заготовки с полной проработкой всего объема заготовки. Этот диапазон соответствует этапу параболического упрочнения кривой пластического течения с образованием максимального количества стационарных очагов локализованной пластичности. Реологическое моделирование позволяет определять контрольные точки, задающие границы этапов кривой пластического течения при различных параметрах нагружения, включая температуру. Для повышения надежности определения фактической деформации в производственных условиях предлагается модернизация способа контроля процесса ТСО за счет фиксации деформации на ограниченном участке заготовки оптическим методом. Корректность данного подхода подтверждается статистическим анализом распределения деформаций по участкам для образцов. Использование предложенного способа контроля обеспечит достижение максимально равномерного распределения пластической деформации за счет гарантированного выхода деформации заготовки в диапазон значений деформаций, соответствующий этапу параболического упрочнения кривой пластического течения.

Ультразвуковые усталостные испытания (УЗУИ) являются эффективным методом для быстрого определения усталостных свойств конструкционных материалов при высокоцикловых (≥10⁶ циклов) нагрузках. Однако процесс возникновения и накопления усталостных повреждений при этом способе испытаний остается неопределенным из-за ограничений существующих методов измерения. Используемые в настоящее время методы мониторинга усталостных испытаний позволяют детектировать усталостные трещины, однако лишь на поздних стадиях разрушения. Несмотря на рекордную чувствительность, использование метода акустической эмиссии (АЭ) при УЗУИ крайне затруднено наличием резонансных шумов. Задачей данной работы являлось подавление резонансных шумов и выделение полезного сигнала с целью раннего выявления усталостных повреждений. Образцы алюминиевого сплава AlSi9Cu3 были испытаны циклически при acимметричном нагружении (R=0,1) на резонансной частоте 19,5 кГц с беспороговой регистрацией АЭ. Поверхности разрушения были проанализированы с помощью электронной и оптической микроскопии. АЭ обрабатывалась двумя различными методами: (1) метод цифровой фильтрации заключался в детектировании резонансных шумов и удалении их из спектра; (2) метод φ-функции заключался в дифференцировании спектрограммы по времени. Обработанные спектрограммы интегрировались по частоте, и события АЭ извлекались из полученных мощностей сигналов пороговым методом. Метод цифровой фильтрации выявил корреляцию сигналов АЭ с усталостным разрушением, тогда как контрольный образец без усталостных повреждений показал нулевое количество сигналов. Метод φ-функции продемонстрировал неоднозначные результаты, показав высокую активность АЭ на контрольном образце. 

Аморфные сплавы на основе металлических компонентов демонстрируют уникальную способность реализовать пластическую деформацию под воздействием внешних механических напряжений. В результате воздействия больших степеней пластической деформации в сплавах можно наблюдать полосы сдвига (ПС) в виде грубых линий на шлифованной поверхности образца. Концепция формирования полос сдвига в аморфных металлических стеклах сильно отличается от процессов пластической деформации в кристаллических металлах и сплавах. В отличие от кристаллических металлов, аморфные металлические стекла могут существовать в спектре структурных состояний с сопутствующими механическими, термодинамическими и физическими свойствами материалов. Формирование и эволюция полос сдвига контролируют текучесть и пластичность почти всех металлических стекол при комнатной температуре, и во многих случаях образование доминирующих полос сдвига быстро приводит к разрушению. В литературе отсутствует строгое количественное описание основных параметров ПС, которое могло бы адекватно описать в аналитической форме процесс пластической деформации аморфных сплавов аналогично дислокационной и дисклинационной теориям пластической деформации кристаллов. Остается открытым вопрос, как переход от макроскопической деформации к интенсивным пластическим деформациям аморфных сплавов влияет на основные характеристики ПС. В работе с помощью метода оптической профилометрии детально изучены количественные характеристики ступенек, образованных полосами сдвига на поверхности деформированных образцов массивного аморфного сплава Zr₆₀Ti₂Nb₂Cu_18,5Ni_7,5Al₁₀ после кручения под высоким давлением (КВД), а также после прокатки. Установлено, что дизайн полос сдвига зависит от способа деформирования. Показано, что величина деформации оказывает определяющее влияние на мощность полос сдвига (высоту ступенек). Переход от деформации прокаткой (e=0,4) к пластической деформации при КВД (e=2,6) приводит к трехкратному увеличению мощности полос сдвига и среднего расстояния между ними.