Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

Политермы свойств многокомпонентных расплавов значительно отличаются от политерм чистых металлов. Они почти никогда не бывают монотонными, а тем более линейными. Для каждой марки сплава (стали) температурные зависимости имеют собственный характерный вид, который определяется составом, исходными материалами, применяемыми при их производстве, а также спецификой производства. Впервые в условиях АО «Выксунский металлургический завод» проведена экспериментальная работа по исследованию физических свойств и структуры трубных сталей вблизи фазового перехода. Исследованы температурные зависимости структурно-чувствительных свойств жидких сплавов на основе железа. На политерме нагрева выявлены особые точки и участки. Все построенные политермы характеризуются несовпадением ветвей нагрева и охлаждения (гистерезисом), что свидетельствует о неравновесности строения образцов после их расплавления. Нагрев системы до температур t ан обеспечивает наличие стабильного гистерезиса и свидетельствует о многоэтапном переходе ее в состояние равновесия. Получены новые экспериментальные данные о физических свойствах углеродистых расплавов на основе промышленных трубных марок стали (сталь марки 22ГЮ), произведенных в электродуговых печах. Изучено влияние шихтовых материалов на физические свойства расплавов. Измерены кинематическая вязкость и поверхностное натяжение промышленных расплавов трубных марок на основе железа в диапазоне температур от ликвидуса с превышением на 100-200 °С. Построены и приведены для наглядного сравнения политермы, полученные при измерении кинематической вязкости и поверхностного натяжения на образцах двух плавок, с применением различных видов шихтовых материалов. Для проверки полученных результатов дополнительно проанализировано еще 20 образцов от реальных плавок, выплавленных в соответствии с текущими заказами в литейно-прокатном комплексе. На основании полученных экспериментальных данных даны следующие рекомендации: максимальный нагрев в печи ДСП до температуры 1670 °С, выдержка 5-10 мин для гомогенизации расплава, выпуск плавки из печи. Даны рекомендации по дальнейшей температурной подготовке расплавов трубных марок на основе железа. При этом особую важность приобретает вопрос стойкости огнеупорной футеровки сталеразливочных ковшей в связи с более высокими значениями температуры выпуска плавки из дуговой печи.

Технологические остаточные макронапряжения, возникающие в процессе изготовления ответственных и дорогостоящих изделий машиностроения методами резания или обработки металлов давлением, определяют их качество, ресурс и надежность в процессе эксплуатации. Для ряда изделий уровень остаточных макронапряжений регламентируется в конструкторской документации, что требует разработки технологий управления их уровнем с применением неразрушающих методов. Актуальным является контроль уровня остаточных макронапряжений методами неразрушающего контроля в поверхностных слоях изделий. Описаны результаты исследования влияния режимов обработки на уровень остаточного макронапряжения с применением метода рентгеновской дифрактометрии при использовании роботизированного комплекса Xstress 3000. Цель работы - исследование влияния режимов механической обработки стали 38ХН3МФА на величину остаточных макронапряжений. Применялся метод рентгеновской дифрактометрии, позволяющий определять остаточные напряжения в поверхностном слое изделий из любых поликристаллических материалов. Использовался рентгеновский дифрактометр Xstress 3000. экспериментально получены зависимости изменения величины остаточных макронапряжений для стали 38ХН3МФА при различных режимах резания. установлена зависимость уровня остаточных макронапряжений от параметров режимов резания - подачи и скорости резания. Показано, что в выбранном диапазоне параметров режимов резания минимальный уровень остаточных макронапряжений наблюдается при использовании режима резания с минимальной скоростью и подачей. полученные данные могут послужить основой для создания базы данных технолога и позволят управлять уровнем остаточных макронапряжений с целью назначения режимов механической обработки при проектировании технологических процессов, что даст возможность повысить качество продукции, ресурс техники и надежность.

Процессы, протекающие в сырьевой композиции для получения фторфлогопита при нагревании, зависят от рода компонентов сырьевой композиции, их минерального и химического состава, структуры, размера частиц подготовленных дисперсных сырьевых материалов и ряда других специфических особенностей. Рассматриваются аналитические данные и результаты экспериментальных исследований по выявлению последовательности расплавления компонентов фторфлогопитовой шихты и происходящих при этом фазовых превращений при температуре от 100 °С до температуры полной гомогенизации (≈1400 °С). Экспериментальные результаты получены при использовании термического анализа и изучении последовательности расплавления образцов фторфлогопитовой шихты в печи сопротивления с силитовыми электродами. Подробно рассматривается последовательность процессов, предшествующих образованию расплава, их физическая суть и химизм. Аналитический обзор сведений о структурообразующих процессах позволил авторам установить, что количество фторсодержащего компонента шихты определяет количество фторфлогопита и качественный состав сопутствующих продуктов кристаллизации. Установлено, что граница раздела зерен шихты является зоной протекания реакций, а величина площади их поверхности определяет скорость процессов и реакций в этой зоне. Авторы обращают внимание на перспективу внедрения нанотехнологического подхода в модернизации технологии получения фторфлогопита, а также указывают на принципы использования механохимической обработки шихтовых компонентов и высококонцентрированной электроимпульсной энергии наносекундных электромагнитных импульсов для повышения эксплуатационных свойств изделий из фторфлогопита. Проведенными исследованиями установлена следующая последовательность процессов при нагреве и плавлении основных компонентов шихты для получения фторфлогопита: дегидратация → твердофазные реакции → термическое разложение компонентов → вторичные реакции и спекание → образование жидкой фазы → плавление → гомогенизация расплава. Полная гомогенизация расплава наступает при температуре 1380-1400 °С.

Представлены результаты по разработке методики расчета и проектирования металлорежущих плазмотронов. Отмечено, что среди большого числа автоматизированных исследований в сфере электроплазменных технологий очень редко предметом рассмотрения являются металлорежущие плазмотроны, а сами решаемые задачи затрагивают узкие проблемы надежности и эффективности работы плазменного оборудования, не позволяя сформулировать системную методику проектного анализа. Любая методика конструирования дуговых плазмотронов постоянного тока должна учитывать основные факторы работы электроплазменных технологий, обобщенные принципы и методы их проектирования. В основу подобной методики должны быть положены принципы функциональности, системности и оптимальности. Особое внимание при проектировании надо обращать на газодинамические факторы. В этой связи рассмотрены особенности нескольких известных методик газодинамического проектирования плазмотронов. Отмечено, что они не учитывают неизбежные потери давления, возникающие на предшествующих сопловой камере участках газовоздушного тракта (в первую очередь в завихрителе). Также не учитывается асимметрия распределения подачи газа по сечению тракта плазмотрона. Предложенная методика включает в себя расчет газодинамических потерь и коэффициента равномерности распределения скоростей по тракту плазмотрона. Результаты газодинамического анализа используются для профилирования газовоздушного тракта плазмотрона с учетом принципов проектирования. Обсуждена целесообразность применения специализированных программ для исследования процессов и проектирования плазмотронов. В качестве примера рассмотрена работа программного пакета EFD.lab при проектировании плазмотронов для резки металлов. Представлены результаты автоматизированного проектирования в электроплазменных технологиях. Рассмотренная методика применяется для разработки новых плазмотронов, в том числе использующих технологию узкоструйной плазмы.

В рамках определенной группы технологических машин изучается проблема повышения износостойкости исполнительных органов, которые, выполняя функции захвата-подачи, давления и резания, образуют с предметом труда пары трения сталь-сталь. Выдвинута гипотеза о том, что изнашивание исполнительных органов обусловлено образованием в процессе трения дисперсных вторичных микроструктур с повышенной твердостью в результате химических процессов с созданием прочных ковалентных связей. При этом исходными реагентами являются карбидообразующие химические элементы материала исполнительных органов, перенос которых в решетку сопряженного тела реализуется диффузионными и адгезионными процессами. Экспериментальное моделирование процессов массопереноса и образования изнашивающих дисперсных твердых частиц достигается воспроизведением этих явлений в условиях детерминированного трения на примере трибосистемы высоколегированная сталь Р6М5-углеродистая сталь. При этом изучается возможность снижения износа индентора путем его намагничивания в импульсном магнитном поле, с основой на использовании магнитного воздействия как энергетического фактора в управлении процессом массопереноса в зоне взаимодействия сопряженных кристаллических решеток. По результатам измерения микротвердости выявлено образование вторичных структур с высокой твердостью, недостижимой для деформационного упрочнения. Делается вывод о решающей роли в их образовании механизма твердорастворного упрочнения, инициированного эффектом самоорганизации при трении как термодинамического явления. В ходе изучения элементного содержания поверхностного слоя контртела методом спектрального анализа с использованием спектрометра Q4 TASMAN установлена принципиальная возможность переноса при трении карбидообразующих элементов из индентора в контртело посредством диффузии и адгезии. Представлены результаты оценки влияния магнитной обработки индентора на эффективность переноса этих элементов (в 7-20 раз). В результате использования экспериментальных результатов и основ материаловедения и трибологии показано, что твердыми вторичными структурами могут быть карбидные фазы и интерметаллиды с повышенной долей ковалентной связи, свойственной именно этим химическим соединениям.

Изделия с винтовыми поверхностями получили широкое распространение в автомобилестроении, станкостроении, инструментальном производстве. Обработка винтовых поверхностей, в том числе и винтовых стружечных канавок режущих инструментов, является сложной аналитической задачей в области проектирования режущего инструмента. В связи с повышением требований к качеству металлорежущих инструментов, обрабатывающих винтовые поверхности, определение параметров установки дисковых инструментов для обработки винтовых поверхностей является одним из главных и сложных вопросов в инструментальном производстве. Это обстоятельство объясняется тем, что профиль винтовой поверхности не совпадает с профилем инструмента и исходные данные на чертеже изделия зачастую задаются в разных сечениях и разными параметрами, т.е. без учета необходимости решения задач по выбору параметров установки: аw - межосевого расстояния детали и дискового инструмента; e - угла скрещивания между положительным направлением оси детали и отрицательным направлением оси инструмента (межосевой угол) и y - угла поворота торцового профиля детали относительно линии межосевого перпендикуляра. Предложен метод блокирующих линий, позволяющий точно, без переходных кривых и подрезов в зоне касания профиля винтовой поверхности с инструментом второго порядка, находить оптимальные параметры установки дисковых инструментов. Проведен анализ формы графиков блокирующих линий при нахождении параметров установки дисковых инструментов, обрабатывающих винтовые поверхности с плавным поднутренным профилем. Представлены результаты исследований, которые показывают влияние угла наклона винтовой поверхности на форму блокирующих линий и ограничений на выбор параметров установки. Установлено, что с изменением угла наклона винтовой поверхности изменяются параметры установки инструментов. С увеличением угла w параметр y увеличивается, а параметр e уменьшается. Наиболее оптимальные параметры установки можно достичь лишь при углах w в пределах от 10° до 60°. В этих пределах достигается примерное равенство углов t в узловых точках профиля винтовой поверхности.