№ 3 (2025)

Исследование посвящено разработке технологии получения биметаллического прутка из высокопрочного сплава 7075 с плакирующим слоем из алюминия 1100, которая направлена на улучшение коррозионной стойкости при сохранении механических свойств. Особенностью предложенной технологии является применение дополнительной передней заготовки из чистого алюминия для процесса прямого прессования прутка из сплава 7075. Проведено численное моделирование процесса прямого прессования композитной заготовки в программном комплексе DEFORM с использованием метода конечных элементов. Проведен анализ влияния температурно-скоростных условий процесса на формирование плакирующего слоя. Для этого была выполнена постановка четырех задач с варьированием режимов нагрева заготовок и инструментов. Установлено, что получить тонкий плакирующий слой удается при температуре нагрева основного сплава 7075, равной 360 °C, и температуре плакирующего слоя, равной 20 °C, что обеспечивает равномерное распределение покрытия по длине прутка без признаков расслоения. Анализ напряженно-деформированного состояния материалов в ходе прессования показал, что вариант использования дополнительной заготовки в холодном состоянии позволяет сохранять достаточную сплошность для формирования непрерывного плакирующего покрытия, в то время как нагрев до 300 °C и выше приводит к его разрыву из-за локализации деформации. Разработанный подход может быть использован для снижения себестоимости изделий за счет уменьшения расхода дорогостоящего сплава 7075 при одновременном повышении коррозионной стойкости за счет применения плакировки из чистого алюминия. Перспективы развития дальнейших исследований связаны с оптимизацией режимов прессования для различных типоразмеров прутков.

В работе методом равноканального углового прессования (РКУП) (8 проходов, 200 °С) сформировано ультрамелкозернистое (УМЗ) состояние в низкоуглеродистой стали, демонстрирующее высокие механические свойства (предел текучести 1021 МПа, предел прочности 1072 МПа, пластичность 10,7 %) наряду с удовлетворительной коррозионной стойкостью (0,345 мм/год). Для объяснения причин повышения прочностных и изменения коррозионных свойств проанализирована микроструктура УМЗ стали методами электронной микроскопии и рентгеновского рассеяния. В частности, методами электронной микроскопии установлено измельчение структуры подвергнутой РКУП стали, в результате которого формируются равноосные зерна со средним размером ~240 нм. Модифицированные рентгеновские методики Вильямсона – Холла и Уоррена – Авербаха применены для получения закономерностей изменения размера областей когерентного рассеяния, плотности ρ и доли f_s дислокаций винтового типа, внешнего эффективного радиуса Re сечения дислокаций и ряда других параметров в низкоуглеродистой стали в зависимости от числа проходов (степени деформации) РКУП. Методами рентгенофазового анализа и малоуглового рентгеновского рассеяния найдены закономерности изменения массовой доли, размера и морфологии различных преципитатов от числа проходов РКУП. На основе полученных данных предложена модель трансформации микроструктуры стали при формировании в ней УМЗ состояния. Обсуждаются механизмы упрочнения крупнокристаллической и УМЗ стали. Обнаружено, что в исходном состоянии прочность стали в основном обеспечивается за счет зернограничного упрочнения и выпадения преципитатов Ме₂₃С₆ и Ме₃С₂ малого размера. Показано, что при формировании УМЗ структуры стали прочность возрастает в результате зернограничного упрочнения и роста плотности дислокаций. Вклад в упрочнение преципитатов в УМЗ состоянии понижается, и это обусловлено их ростом при обработке РКУП. Выявлено, что увеличение скорости коррозии УМЗ стали объясняется уменьшением размера ферритных зерен, повышением плотности зернограничных дислокаций и формированием ячеистой структуры.

Статья посвящена β-затвердевающим сплавам на основе TiAl, которые являются крайне перспективными для авиационной промышленности материалами с рабочей температурой до 850 °C, обладают высокими удельными прочностными характеристиками. Исследовано влияние температуры деформации при растяжении в интервале T=25–1000 °C на механические свойства, фазовый состав и трещинообразование в литом сплаве – β-затвердевающем TNM-B1. Установлено, что литой сплав TNM-B1 характеризуется комплексной микроструктурой, включающей (α₂+γ)-пластинчатые колонии и прослойки β(B2)+ω-фаз, эволюция которых при повышенных температурах деформации определяет поведение материала. Показано, что растворение ω-фазы и выделение дисперсных частиц вторичной β-фазы при T>950 °C оказывают существенное влияние на механические характеристики. Установлена выраженная температурная зависимость прочности и пластичности: максимальная прочность наблюдается при 800 °C, в то время как наибольшее относительное удлинение в исследованном интервале температур достигается при 1000 °C. Переход от хрупкого к вязкому характеру разрушения происходит в интервале температур в области 950 °C. Кроме того, выявлена зависимость механизма распространения трещин от ориентации пластинчатых колоний относительно оси деформации: при повышении температуры различия нивелируются, а при 1000 °С наблюдается полное подавление трещинообразования с формированием пор вдоль границ колоний и скоплений частиц вторичной β-фазы. Полученные результаты демонстрируют важную роль микроструктурных превращений в формировании деформационного поведения и механических свойств сплава на основе гамма-алюминида титана TNM-B1, что имеет практическое значение для разработки технологий его термомеханической обработки.

Осложнение условий эксплуатации, заключающееся в повышении агрессивности сред за счет присутствия одновременно растворенного сероводорода, углекислого газа, хлоридов, увеличения содержания водной фазы, приводит к значительному сокращению продолжительности безаварийной работы трубопроводов. Ограниченность способов защиты вынуждает использовать одновременно несколько антикоррозионных мероприятий для трубопроводов со сложными средами. В работе предложены системы микролегирования низкоуглеродистых марок сталей 10ХБ, 10Ф, 10Б, 15ХФ с содержанием хрома до 1 % для бесшовных труб и режимы термической обработки, позволяющие достичь одновременно повышенную прочность, хладостойкость и коррозионную стойкость в средах, содержащих CO₂ и H₂S. По результатам механических испытаний сталей после термической обработки установлено, что предложенные варианты микролегирования гарантируют прочностные свойства классов прочности К52–К56 и хладостойкость одновременно. Морфология карбидной составляющей структуры зависит от микролегирующего элемента и определяет уровень прочности стали, но не оказывает влияния на коррозионную стойкость. Исследуемые стали обладают повышенной стойкостью к водородному растрескиванию и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением. После выдержки в многокомпонентной CO₂- и H₂S-содержащей среде формируется поверхностная пленка сульфида железа, свидетельствующая о протекании равномерной сульфидной коррозии. Скорость коррозии исследуемых сталей и тип коррозии определяются составом агрессивной среды и скоростью формирования поверхностной пленки сульфида железа. Полученные результаты позволяют расширить область применения предлагаемых сталей в многокомпонентных агрессивных средах независимо от вида микролегирования.

Ультразвуковая сварка (УЗС) металлов позволяет получать твердофазные соединения между тонкими заготовками и относится к энергоэффективным экологически чистым технологиям. Широкое использование этой технологии сдерживает невысокая прочность получаемых соединений и нестабильность их свойств. Одним из способов повышения прочностных характеристик является разработка сварочного инструмента, обеспечивающего стабильную передачу энергии ультразвуковых колебаний в зону соединения. Для этого на поверхность сварочного наконечника и наковальни наносят рельеф с зубцами или пирамидками разной формы и высоты. В работе представлены данные об усилиях и работе разрушения нахлесточных соединений, полученных точечной ультразвуковой сваркой пластин меди инструментом с высотой зубцов 0,1 и 0,4 мм. УЗС проводили с частотой 20 кГц и амплитудой колебаний 18–20 мкм, длительность сварки составляла 2 и 3 с, величина сжимающей нагрузки 2,5 кН. В работе рассмотрены особенности разрушения полученных соединений и распределения нормальных деформаций в сварной точке, рассчитаны коэффициенты интенсивности напряжений в ее окрестностях. Показано, что после УЗС в течение 3 с показатели прочности соединений, полученных разным инструментом, достигают наибольших значений, они близки по величине, однако разброс экспериментальных данных вдвое меньше после сварки инструментом с мелкими зубцами. Соединения, полученные таким инструментом, разрушаются по поверхности соединения, а после сварки инструментом с крупными зубцами – с отрывом сварной точки, что объясняется увеличением коэффициента интенсивности напряжений в вершине концентратора, окружающего сварную точку.