№ 2 (2025)
- Год: 2025
- Дата публикации: 30.06.2025
- Статей: 8
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/issue/view/66
Влияние импульсного тока на каплеперенос при двухэлектродной наплавке в газах
Аннотация
Применение для наплавки двумя электродными проволоками схемы с общим источником импульсного тока повышает энергоэффективность дугового процесса и технологические свойства сварочной дуги, но требует более детального изучения влияния параметров режима на ее стабильность. В связи с этим в данной работе основное внимание уделено изучению динамики формирования и переноса металлических капель при различных режимах импульсного питания сварочной дуги. С использованием скоростной видеосъемки сварочной дуги и синхронизированной записи сигналов тока и напряжения установлен режим (среднее значение тока 250 А, максимальное в импульсе 600 А, напряжение на дуге ~30 В), который обеспечивает стабильный процесс переноса электродного металла общей для двух проволок каплей без образования коротких замыканий. Обнаружено, что общая капля под действием электродинамических сил приобретает центростремительное ускорение, что способствует ее направленному переносу в сварочную ванну и позволяет максимально снизить количество брызг на поверхности основного металла. С использованием математического моделирования был подтвержден характер взаимодействия сварочных дуг на двух проволоках и установлено, что даже на стадии «горячей» фазы импульса тока (600 А, t=0,8 с) давление дуги на поверхность пластины меньше, чем при сварке одной проволокой на постоянном токе. Выявленный эффект связан с изменением направления плазменного потока на перпендикулярное к оси проволоки вследствие увеличения электродинамической силы притяжения магнитных полей вокруг двух проволочных проводников. В совокупности со снижением температуры дуги и давления на поверхность пластины в фазе «контроля тепловложения» импульса тока (180 А, t=1,4 с) это должно способствовать уменьшению тепловложения и глубины проплавления основного металла, а следовательно, уменьшить степень разбавления наплавляемого сплава металлом подложки. Последнее особенно востребовано при решении задач по созданию технологии наплавки относительно тонких слоев из коррозионностойких сплавов, в частности, на поверхности изделий нефтехимического оборудования.
9-18
Влияние экструзии на модуль Юнга и внутреннее трение в магниевых сплавах с различным содержанием длиннопериодной слоистой структуры
Аннотация
Проведение исследования обусловлено растущим прикладным интересом к получению и исследованию механических свойств новых магниевых сплавов, содержащих длиннопериодную слоистую структуру (ДПС). Исследование влияния обработки теплой экструзией на модуль Юнга и внутреннее трение позволит в большей мере понять поведение данных материалов под действием различных механических напряжений, что важно для улучшения их функциональных характеристик. Представлены результаты влияния теплой экструзии на структуру, эффективный модуль Юнга и внутреннее трение в сплавах с различным содержанием фазы ДПС. Сплавы в системе Mg–Zn–Y с содержанием ДПС 0, 50 и 100 % об. были изучены с использованием пьезоэлектрического составного вибратора на частотах, близких к 100 кГц. Полученные результаты показали увеличение модуля Юнга с ростом содержания ДПС, обусловленное большей жесткостью и сильной межатомной связью в этой структуре. Экструзия вызвала уменьшение модуля Юнга на 3 % вдоль направления обработки. Этот эффект объясняется формированием удлиненной микротекстуры, преимущественной ориентацией в фазах альфа-магния и ДПС, а также возрастанием плотности подвижных дислокаций. Нелинейная часть внутреннего трения возрастала в результате экструзии благодаря увеличению плотности вовлеченных дислокаций. В то же время критическая амплитуда деформации уменьшалась с увеличением доли ДПС. Кроме того, выявлено снижение дефекта модуля Юнга после экструзии, что объясняется преимущественно дислокационным упрочнением. Полученные данные позволяют с большим пониманием взглянуть на деформационное поведение сплавов Mg–Zn–Y с ДПС, а также на влияние на него обработки теплой экструзией.
19-27
Соотношение пластичности, способности к перегибам и навивам проволок из ультрамелкозернистых сплавов Al–0,5Fe и Al–0,5Fe–0,3Cu, полученных литьем в электромагнитный кристаллизатор
Аннотация
В исследованиях таких функциональных свойств сплавов Al–Fe и Al–Fe–Cu, как способность к перегибам и навивам, а также пластичность проводов из этих сплавов, имеет место значительная степень неопределенности. Способность к перегибам и навивам определяется промышленными стандартами, однако попыток изучить связь между ними и пластичностью проводов из алюминиевых сплавов не предпринималось. Еще меньше внимания уделено проводам с ультрамелкозернистой структурой на основе алюминия, полученным электромагнитным литьем и равноканальным угловым прессованием. В данном исследовании использовались сплавы с двумя различными химическими составами (Al–0,5 вес. % Fe и Al–0,5 вес. % Fe–0,3 вес. % Cu) и двумя различными способами литья (литье в электромагнитный кристаллизатор и непрерывное литье и прокатка). Часть проводов для исследования была изготовлена методом холодного волочения (ХВ), другая – комбинацией равноканального углового прессования по схеме «Конформ» и холодного волочения (РКУП-К+ХВ) для получения крупнозернистой и ультрамелкозернистой структур соответственно. Для оценки термической стабильности проволок проводили отжиг при температуре 230 °С в течение 1 ч. Показано, что соотношение между пластичностью (удлинением до разрушения), числом навивов и числом перегибов (как до первой трещины, так и до полного разрушения образца) может различаться в зависимости от схемы деформации, типа и количества легирующих элементов в сплаве, а также способности образовывать твердые растворы.
29-38
Механическая и коррозионная анизотропия монокристалла магния
Аннотация
Магний и его сплавы относятся к перспективным материалам для применения в медицине в связи с их способностью безопасно растворяться в организме человека. Однако скорость растворения биорезорбируемых имплантатов должна находиться в достаточно узком диапазоне. Сложность обеспечения этого условия состоит в том, что на коррозионный процесс в магниевых сплавах оказывают влияние очень многие факторы, в том числе естественная (монокристальная) и технологическая (схема получения) анизотропия. Путем проведения технологических операций по термомеханической обработке можно контролировать процесс формирования текстуры полуфабриката и искусственно создавать преимущественную ориентацию кристаллитов в структуре магниевых сплавов и таким образом управлять их коррозионной стойкостью. Для этого нужны точные знания о связи коррозионных процессов с определенными кристаллографическими направлениями, которые наиболее надежно можно получить в экспериментах на монокристаллах. В настоящей работе впервые на одном и том же монокристалле магния проведены механические (на сжатие и растяжение) и коррозионные испытания на образцах, имеющих различную кристаллографическую ориентацию. В качестве количественного критерия естественной текстуры использовали коэффициенты Кернса, рассчитанные по рентгенограммам граней образцов монокристалла по методу обратных полюсных фигур. Испытания образцов на сжатие проводили в направлениях <0001>, <1−100> и <11−20>, а на растяжение – <0001>. Коррозионному испытанию подвергали поверхности образцов, близкие по ориентации к кристаллографическим плоскостям (0001), (10−10), (2−1−10) и (10−11). Установлено, что модуль Юнга и коэффициент Кернса для базисной и пирамидальной граней составляют 48,6 ГПа и 0,81; 45,3 ГПа и 0,04 соответственно. Вид кривых напряжения существенно зависит от ориентации образцов и определяется степенью вовлеченности различных механизмов в общий процесс пластической деформации. Скорость коррозии в физиологическом водном растворе состава 0,9 % NaCl на базе 72 ч для поверхностей (0001), (10−10), (2−1−10) и (10−11) составила 0,51; 0,76; 0,71 и 0,98 мм/год соответственно, при этом плоскости (2−1−10) присуща только равномерная коррозия, плоскости (0001) – равномерная с незначительной локальной; наиболее интенсивно локальная коррозия идет в направлении (10−10), а максимальная интенсивность сочетания локальной и равномерной – в направлении <10−11>.
39-52
Влияние ультразвуковой обработки на структурные превращения и механическое поведение аморфных сплавов (ОБЗОР)
Аннотация
Широкое применение аморфных сплавов осложнено узким диапазоном их термической стабильности, охрупчиванием при повышенных температурах, труднообрабатываемостью, низкой пластичностью при растяжении. Ультразвуковая обработка является инновационным методом для решения этих проблем. Встраивание в технологическую цепочку ультразвуковой технологии может способствовать совершенствованию эксплуатационных характеристик аморфных сплавов, изготовлению из них деталей на разных масштабных уровнях, а также качественному соединению с другими материалами. Влияние ультразвуковых вибраций на структурные превращения и механическое поведение аморфных сплавов изучено не в полной мере. Отсутствие целостного научного обоснования физических процессов и сопутствующих эффектов в аморфных сплавах при ультразвуковом возбуждении препятствует развитию соответствующей технологии и оптимизации ее режимов. За последнее десятилетие исследователи предложили различные методики ультразвуковой обработки аморфных сплавов для улучшения их формуемости, достижения баланса пластичности и прочности, консолидирования друг с другом и с металлами. Кроме того, развиты определенные представления об омоложении их структуры, о возможностях перевода в частично нанокристаллическое состояние под действием ультразвука. Чтобы подвести итог этим разработкам, приводится систематическое обсуждение особенностей, параметров и режимов ультразвуковой обработки применительно к ленточным и объемным аморфным сплавам для улучшения их структурочувствительных свойств. На этой основе рассматриваются ограничения текущих исследований. К наиболее перспективным применениям ультразвуковых технологий для быстрозакаленных сплавов в ближайшем будущем следует отнести: их аддитивное производство, создание гибридных композитов за счет ультразвуковой сварки, ультразвуковое формование для изготовления изделий сложных форм и геометрии, комплексную многоэтапную обработку для получения уникального сочетания свойств (например, закалка из расплава → лазерное облучение → ультразвуковое стимулирование). Настоящий обзор расширяет существующие знания об ультразвуковом управлении свойствами, структурой аморфных сплавов и облегчает исследователям быстрый поиск ссылок по данной тематике.
53-71
Взаимосвязь микроструктуры и ударной вязкости зоны сопряжения сварных соединений сталей 32ХГМА и 40ХН2МА, полученных ротационной сваркой трением
Аннотация
Настоящая работа посвящена оценке влияния морфологических особенностей микроструктуры среднеуглеродистых легированных сталей, сформированной при различном усилии в процессе ротационной сварки трением (РСТ), на ударную вязкость их зоны сопряжения. Приведены результаты экспериментального исследования соединения, полученного при сварке трубных заготовок из сталей 32ХГМА и 40ХН2МА с внешним диаметром 73 мм и толщиной стенки 9 мм при изменении силы на этапе трения (разогрева) заготовок. Исследования микроструктуры, микротвердости и ударной вязкости на образцах с V-образным надрезом сварных соединений были проведены в исходном состоянии после сварки и после отпуска при температуре 550 °С. Проведен макро- и микрофрактографический анализ разрушенных образцов. Показано, что сила при трении оказывает влияние на кинетику фазовых превращений, фазовый состав и однородность микроструктуры в зоне сопряжения сталей. С уменьшением данного параметра РСТ возрастает неоднородность микроструктуры, связанная с возникновением участков верхнего бейнита с неравномерными выделениями крупных карбидных частиц, что оказывает негативное влияние на вязкость зоны сопряжения сталей как в исходном состоянии, так и после отпуска; механизм разрушения – квазискол. При более высоких значениях силы при трении повышается плотность большеугловых границ и дисперсность микроструктуры бейнита, что обеспечивает более высокую вязкость и энергоемкость разрушения с формированием ямочного микрорельефа. Полученные результаты открывают возможности регулирования вязкопластических свойств сварных соединений уже на этапе сварки без последующей перекристаллизации зоны сварного шва.
73-85
Влияние наноалмазов кавитационного синтеза на трибологические свойства смазывающе-охлаждающей жидкости на водомасляной основе
Аннотация
Статья посвящена изучению влияния наноразмерных алмазов, полученных методом кавитационного синтеза, на трибологические характеристики коммерческой смазывающе-охлаждающей жидкости на водомасляной основе. Исследование направлено на оценку перспектив применения наноалмазов данного типа в качестве антифрикционной и противоизносной присадки. Трибологические испытания проводились по схеме трения «индентор по диску» при постоянной нагрузке и скорости скольжения. В качестве материалов пары трения использованы быстрорежущая сталь Р18 для индентора и сталь 30ХГСА для вращающегося контртела (диска). Исследования проведены для базового смазочного материала и двух вариантов модификаций его состава коллоидной дисперсией (дистиллированная вода с диспергированными наноалмазами) с окончательной концентрацией присадки 0,5 и 2,5 %. Экспериментально установлено, что оба варианта модификации базовой водомасляной эмульсии привели к увеличению несущей способности смазочных слоев, снизив суммарный линейный износ элементов пары трения в 1,8–2,4 раза. Присутствие наноалмазов в составе также усилило экранирующий эффект смазочно-охлаждающей жидкости. Посредством оптической микроскопии было зафиксировано снижение видимых повреждений поверхностей трения. Анализ профилограмм изношенных участков в поперечном направлении показал уменьшение размеров борозды на контртеле на фоне снижения шероховатости с Ra=0,49 мкм в базовом варианте до Ra=0,29–0,34 мкм. Оценка потери массы контртел для концентраций наноалмазов 0,5 и 2,5 % показала снижение их величины в 1,3 и 1,9 раза соответственно, для индентора уменьшение этого параметра составило 1,2 и 1,5 раза. Таким образом, использование наноалмазов кавитационного синтеза в качестве присадки может стать перспективным направлением повышения противоизносных свойств смазывающе-охлаждающих жидкостей на водомасляной основе.
87-94
Влияние режимов упрочняющей термической обработки на сопротивление развитию трещины штамповой стали 5Х2СМФ
Аннотация
В литературных источниках практически отсутствуют данные о влиянии закалки с выдержками в перлитной и бейнитной областях и последующего низкого и высокого отпуска разной продолжительности на сопротивление развитию трещины штамповых сталей, а имеющиеся данные противоречивы. Между тем более «мягкая» закалка с выдержками в промежуточных областях существенно снижает риск образования закалочных трещин и деформацию штампов и штамповой оснастки. В работе образцы из штамповой стали 5Х2СМФ с острым надрезом и искусственно нанесенными трещинами были подвергнуты термической обработке, включающей в себя стандартную закалку 910 °C в масло и закалку от 910 °C со ступенями при 650 и 340 °C с разными видами отпуска (200, 560, 600 и 640 °C) и разной продолжительностью по времени – 1, 3, 5, 7 и 14 ч (для 200 °C) с целью повышения сопротивления развитию трещины. Проведенные исследования позволили установить, что данные по сопротивлению развитию трещины после ступенчатой закалки с выдержкой в области перлитного превращения и последующего высокого отпуска при 560, 600 и 640 °C сопоставимы со стандартной закалкой в масло и высоким отпуском при тех же температурах. Твердость после ступенчатой закалки в области бейнитного превращения (340 °C) во всех случаях значительно ниже при различных режимах отпуска, поэтому сравнить сопротивление развитию трещины со стандартной закалкой не представляется возможным. Установлено оптимальное с точки зрения повышения сопротивления развитию трещины время выдержки (3 и 5 ч) после стандартной закалки от 910 °C в масло и низкого отпуска при 200 °C.
95-101