Preview
№ 2 (2021)
9-17 45
Аннотация

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.

18-25 37
Аннотация

Последние годы наблюдается значительный рост интереса к магнию и его сплавам. Эти материалы обладают уникальным комплексом свойств: легкость и прочность открывает широкие перспективы использования их в качестве конструкционных материалов в авиастроении и космической отрасли, а способность растворяться в живом организме и хорошая биосовместимость позволяют изготавливать из магниевых сплавов хирургические имплантаты, способные с течением времени полностью рассасываться в теле человека без вреда для его здоровья. Материалы для изделий столь ответственного назначения нуждаются в самом детальном исследовании их свойств, в том числе коррозионных, включая кинетику изменения скорости коррозии и стадийность развития коррозионных повреждений. Поэтому для получения полной картины протекания процесса коррозии, помимо традиционных ex-situ методов, таких как оценка скорости коррозии по потере массы образца и исследование морфологии коррозионных повреждений посредством оптической или конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ), важно применять in-situ методы, позволяющие получать данные непосредственно во время эксперимента, а не по его завершении. В работе проведено комплексное исследование коррозии коммерческих магниевых сплавов ZK60 и AZ31 в условиях, имитирующих условия внутри живого организма (температура, состав коррозионной среды и ее циркуляция) с использованием in-situ методов, включающих оценку скорости коррозии по выходу водорода и видеомониторинг поверхности образца. Результаты показали, что сплав AZ31 является более коррозионно-стойким, чем ZK60. Кроме того, AZ31 оказался склонным к нитевидной поверхностной коррозии, в то время как ZK60 продемонстрировал интенсивное развитие язвенной коррозии. На основе сравнения данных, полученных in-situ и ex-situ методами, сделаны выводы об их основных различиях и особенностях.

26-34 23
Аннотация

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.

35-46 29
Аннотация

Актуальность работы определяется решением важной проблемы – совершенствования разработки технологических процессов (ТП) изготовления изделий в условиях производственных систем традиционных машиностроительных предприятий, осуществляющих переход к автоматизации и интеллектуализации своего производственного цикла. Для решения сформулированной выше задачи предложен инновационный подход, состоящий в разработке рациональных технологических процессов изготовления изделий многономенклатурной производственной системы на основе принятия эффективных проектных технологических решений. Предложенный способ проектирования рациональных технологических процессов изготовления изделий многономенклатурной производственной системы реализуется в разработанной авторами системе автоматизированного планирования многономенклатурных технологических процессов (САПлТП). САПлТП – современный инструмент автоматизации технологической подготовки производства, соответствующий актуальной концепции цифровизации производства. Разработанный авторами комплекс контрольно-измерительных процедур (ККИП), способствующий совершенствованию САПлТП, направлен на модернизацию механообрабатывающих производств с традиционным производственным циклом и обеспечение процесса их цифровой трансформации. ККИП осуществляет автоматизированное проектирование рациональных единичных технологических процессов в мелкосерийном производстве на основе информации о реальных размерных параметрах поверхностей заготовки детали на начальном этапе создания ТП и на основе включения в структуру ТП рационального комплекта контрольно-измерительных средств (СИ), сформированного на базе ККИП, для оценки заданной точности изготовления детали. Представлено методическое и алгоритмическое обеспечение реализации ККИП, включающее в себя разработку методики координатного измерения деталей, служащей структурным элементом рационального ТП, и алгоритма формирования рационального комплекта контрольно-измерительных средств при проектировании рационального ТП.

47-56 32
Аннотация

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. 

57-66 29
Аннотация

Выполнен обзор работ по исследованию эффективной мощности сварочных дуг с неплавящимся электродом в аргоне прямой и обратной полярности. Показано, что эффективный КПД дуги сложно использовать для определения эффективной мощности. В большей степени, чем к свободной дуге, это относится к сжатой дуге. На основе анализа данных по эффективным мощностям полярностей и эффективному КПД сжатой дуги, горящей на проточный калориметр из меди, рассчитаны удельные эффективные мощности полярностей и напряжения дуг. Максимальные значения на обратной полярности достигают 23,2 Вт/А, на прямой полярности – 14,2 Вт/А. Установлено, что снижение удельных эффективных мощностей полярностей с ростом тока в диапазоне 100–150 А хорошо описывается линейными зависимостями. Имеет место линейное снижение напряжения дуги прямой полярности с увеличением тока, а напряжение дуги обратной полярности остается постоянным. Разброс данных по удельным эффективным мощностям полярностей примерно в два раза меньше, чем разброс эффективных КПД. С помощью двумерной математической модели столба сжатой дуги на закрытом участке выполнен расчет мощности, поглощаемой плазмообразующим аргоном и стенками сопла. Получены зависимости мощности, переносимой аргоном от длины канала сопла и тока дуги. Удельная эффективная мощность потока аргона при исследованных плотностях тока и расхода аргона слабо зависит от тока дуги и составляет примерно 5,5 Вт/А. Вклад мощности плазмообразующего аргона в эффективную мощность сжатой дуги увеличивается с ростом тока.

67-74 28
Аннотация

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 Zr60Ti2Nb2Cu18,5Ni7,5Al10 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.

75-81 34
Аннотация

Ультразвуковая сварка (УЗС) является одним из методов получения твердофазных соединений тонких металлических листов, который в перспективе может использоваться для получения слоистых композиционных материалов, для аддитивного производства и реновации металлических изделий. Качество соединений зависит как от условий обработки, так и от свойств свариваемых металлов и сплавов. В настоящее время мало изучены условия УЗС, свойства и структура сварных соединений прочных металлов, в частности никеля. В работе исследовалось влияние величины сжимающей нагрузки на разрушающие усилия и структуру соединений отожженных листов никеля толщиной 0,5 мм, полученных точечной УЗС. УЗС проводили при частоте колебаний 20 кГц амплитудой 15 мкм, длительность обработки составляла 2 с. Величину сжимающей нагрузки варьировали от 3,5 до 7 кН. Показано, что с увеличением сжимающей нагрузки в рассмотренном диапазоне значений усилия разрушения сварных соединений возрастают, достигают максимума, а затем снижаются. Наиболее высокие разрушающие усилия – 1950 Н – демонстрировали соединения, полученные при сжимающей нагрузке 6 кН. Вблизи контакта свариваемых поверхностей наблюдается зона термомеханического влияния с градиентной микроструктурой. В слое толщиной 10–20 мкм происходит преобразование исходной крупнозернистой структуры никеля в ультрамелкозернистую с размером зерен менее 1 мкм. Ультрамелкозернистый слой граничит с кристаллитами, размеры которых составляют несколько микрометров и увеличиваются по мере удаления от поверхности контакта свариваемых листов. Результаты механических испытаний и структурных исследований сравниваются с данными, полученными после УЗС сплавов никеля, алюминия и меди.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)