Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

Изучено влияние термоциклической обработки по разным режимам на структуру, микротвердость и магнитные свойства тройного сплава Гейслера на основе Ni-Mn-In. Методами оптической металлографии и сканирующей электронной микроскопии была исследована микроструктура сплава Ni47Mn42In11 в отожженном состоянии и после термоциклической обработки. При охлаждении в сплаве наблюдается магнитный переход и структурное (мартенситное) превращение. Мартенситное превращение сопровождается изменением кристаллической решетки и микроструктуры. Структура исследуемого сплава после отжига двухфазная, состоящая из высокотемпературной L 21-фазы и мартенситных кристаллов. После отжига сплав находился в поликристаллическом состоянии с преимущественно ровными границами исходных крупных зерен. Термоциклическую обработку проводили после отжига по разным режимам. Варьировали температуру нагрева в однофазную область существования L 21-фазы (от 363 до 473 К), температуру охлаждения в область низких температур (233-77 К), и количество циклов нагрев-охлаждение (до 30). В результате структурных исследований было обнаружено, что после термоциклической обработки наблюдаются изменения в структуре, в отдельных случаях меняется форма границ зерен, появляются деформированные зубчатые границы. Показано, что после термоциклической обработки с увеличением числа циклов нагрева и охлаждения повышается уровень микротвердости по сравнению с величиной микротвердости в отожженном состоянии. Температурные зависимости амплитудной магнитной восприимчивости при охлаждении и нагреве измеряли после отжига и после последующей термоциклической обработки. Показано, что многократная термоциклическая обработка не вызывает существенного изменения магнитной восприимчивости исследуемого сплава.

В процессе электроэрозионной обработки материал обрабатываемой заготовки подвергается воздействию электрических импульсов. Под действием высоких температур происходит фазовый переход обрабатываемого материала из твердого состояния в парообразное. Пары металла при взаимодействии с рабочей жидкостью, заполняющей межэлектродное пространство, твердеют и формируют электроэрозионный шлам. На основе литературного анализа показано, что в результате турбулентного движения частицы шлама соударяются, что приводит к возникновению вмятин и трещин на их поверхности. При столкновении сферических частиц большего размера с более мелкими частицами возникает структура включений. Наличие вязкой рабочей жидкости ведет к формированию конгломератов из частиц электроэрозионного шлама. Влияние режимов электроэрозионной обработки на формирование конгломератов из частиц шлама не изучено в полной мере. Цель работы - металлографический анализ морфологии продуктов эрозии при обработке титанового сплава ВТ1Л. Установлено, что электроэрозионный шлам состоит не только из частиц обрабатываемого сплава, но и из частиц электрода. Значение мощности импульса определяет размер частиц электроэрозионного шлама. Показано, что при минимальной мощности размер единичной частицы минимален. Отмечена интенсивная конгломерация мелких частиц, затрудняющая удаление продуктов эрозии из зоны обработки. Измерения показали, что конгломераты, полученные при режимах с меньшей мощностью (чистовые режимы), крупнее и состоят из большего числа мелких частиц, чем при режимах с большой мощностью. Установлено, что конгломераты состоят из частиц электрода-инструмента и электрода-детали. Показано, что при увеличении энергии импульса частицы электроэрозионного шлама не конгломерируются, шлам представляет собой отдельные элементы со средним размером 14 мкм.

Изучены особенности формирования структуры стальных и алюминиевых прослоек слоистого композита 09Г2С-АМц, полученного методом пакетной прокатки при температуре 600 °С. Объектами исследования являлись 11-слойный композит, состоящий из низкоуглеродистой стали 09Г2С и алюминиевого сплава АМц, и указанные материалы в исходном состоянии. Структурные исследования композиционного материала и его исходных составляющих выполнены с применением сканирующей (TESCAN VEGA II XMU) и просвечивающей электронной микроскопии (JEM 200ЕX). С использованием методики инструментированных ударных испытаний проведена оценка характеристик ударной вязкости и динамической трещиностойкости композита. Реконструкция микроструктуры с определением кристаллографической ориентировки и среднего размера зерна композита и его исходных составляющих реализована с помощью метода дифракции отраженных электронов (EBSD-анализ). Процесс трансформации тонкой структуры стальных и алюминиевых слоев композита в ходе прокатки определен по результатам анализа электронно-микроскопических изображений, полученных методом просвечивающей электронной микроскопии. Оценку способности композиционного материала сопротивляться динамическим нагрузкам проводили по результатам инструментированных ударных испытаний на маятниковом копре Tinius Olsen IT542 при температурах: 20, -40 и -196 °С. Определены значения ударной вязкости, динамической трещиностойкости, а также работа зарождения и распространения трещины в слоистом композите при различной ориентации слоев по отношению к линии надреза. Сохранение высокого сопротивления разрушению в условиях динамического нагружения изученного слоистого композита 09Г2С-АМц при ориентации фронта трещины поперек плоскостей соединения слоев связано с введением пластичных прослоек алюминиевого сплава АМц, диспергированием структуры стальных слоев и созданием межслойных границ раздела в процессе получения композита, способствующих диссипации энергии разрушения за счет отклонения фронта роста трещины вдоль границ слоев.

В процессе металлообработки неизбежно возникают вынужденные и автоколебания в системе «станок - приспособление - инструмент - деталь». Эти колебания ухудшают качество обрабатываемой поверхности и увеличивают износ инструмента. Особенно актуальной обозначенная проблема является для станков с ЧПУ, где суппорты или столы перемещаются неравномерно при использовании шагового механизма перемещения, а скорость резания может постоянно изменяться при непрерывном характере обработки деталей. В связи с этим требуется обеспечить контроль неравномерности движения и контроль технического состояния систем автоматического управления. В представленной статье предлагается способ решения данной проблемы на примере контроля технического состояния систем автоматического регулирования частоты вращения, который был реализован ранее применительно к системам автоматического регулирования дизельных двигателей внутреннего сгорания. Совместное движение любого объекта регулирования и регулятора можно представить в виде системы уравнений. Характер переходных процессов при использовании электронных, электромеханических и электрогидравлических систем регулирования можно описать зависимостью амплитудных значений углового ускорения от времени запаздывания управляющего сигнала. Качество переходных процессов предлагается оценивать по величине заброса углового ускорения. Приведенные в статье теоретические положения доказывают влияние технического состояния регулятора частоты вращения на характер временной зависимости углового ускорения при изменении внешней нагрузки или частоты вращения вала привода. Таким образом, амплитудные значения углового ускорения в затухающем колебательном процессе содержат достоверную информацию о техническом состоянии системы автоматического регулирования. Предложенные принципы контроля параметров систем регулирования могут применяться и к электроприводам металлорежущего оборудования. Для оценки неравномерности вращения и контроля технического состояния систем автоматического регулирования предлагается использовать разработанный в Сибирском государственном университете путей сообщения программно-измерительный комплекс. Данный комплекс позволяет фиксировать параметры переходных процессов в графическом и табличном виде, обеспечивать вывод на экран персонального компьютера величины параметра в конкретной точке графика, а также с высокой точностью оценивать характеристики нестабильности установившейся частоты вращения. Изменение технического состояния систем автоматического регулирования в процессе эксплуатации оценивается по отклонению величины амплитудных значений углового ускорения от эталонных, измеренных при исправном состоянии системы.

Институт ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, успешно использовал электронно-лучевую сварку при производстве вакуумных камер в течение длительного времени. Установка электронно-лучевой сварки оборудована системой перемещения свариваемого образца, обеспечивающей максимальную длину швов до 2 м, свариваемых в два этапа. Электронная пушка разработана в институте, ускоряющее напряжение составляет 60 кВ, мощность достигает 60 кВт. В настоящее время институт производит дипольные вакуумные камеры для проекта HEBT, FAIR (Германия). Камеры для дипольных магнитов этого проекта предназначены либо «для поворота пучка», либо «для разветвления пучка». Первые состоят из двух продольно сваренных U -образных профилей из нержавеющей стали 316 LN различной длины, с толщиной стенки 4 мм. После сварки камера загибается на требуемый угол. Камеры для разветвления пучка состоят из трех частей: двух небольших прямых выходов пучка, сваренных также из двух U -образных профилей, и одного разветвляющего участка с переменной площадью сечения, с толщиной стенки 6 мм. Три заготовки свариваются между собой с использованием аргонно-дуговой сварки. После сварки изделия дополняются фланцами для стыковки с другими вакуумными камерами. Для исключения «виртуальных» течей сварка выполняется с полным проваром. Установка электронно-лучевой сварки модернизируется для обеспечения выполнения шва длиной 2 м за один цикл работы установки. В настоящее время прототипы вакуумных камер прошли вакуумные тесты в Институте ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук и в FAIR.

Представлен анализ научных литературных источников по промежуточному превращению. Обобщен материал различных периодов исследования бейнитного превращения в разных странах. Выявлены основные различия между нижним и верхним бейнитом, а также показаны преимущества одной морфологии бейнита над другой. Проиллюстрированы некоторые виды бейнитной структуры при различных методах исследования структуры. Проведен терминологический анализ использования термина «бескарбидный бейнит». Выявлено использование различных названий структуры, которая получается в результате промежуточного превращения без образования карбидов. В различных литературных источниках подтверждается то, что бейнит может быть бескарбидным. Стремление получить бескарбидный бейнит связано с повышенным комплексом механических свойств у данной структуры. Образование такой структуры возможно при строгом соблюдении технологии термической обработки, именно поэтому в статье проанализированы способы термической обработки. Бескарбидный бейнит можно получить в результате непрерывного охлаждения и изотермической выдержки при добавлении в сталь элементов, которые позволяют исключить карбидообразование. Среди таких элементов выделяют кремний и алюминий. Последнее десятилетие перспективным направлением является Q&P-обработка, в результате которой происходит образование бейнито-мартенситной структуры с различным содержанием той или иной составляющей. В статье также рассмотрено проведение режимов термической обработки на традиционном печном оборудовании. Стало известно, что некоторые ученые занимаются исследованиями структуры, полученной при охлаждении из межкритического интервала. Такая обработка позволяет повысить характеристики надежности, однако до конца она еще не изучена.

Технологии быстрого прототипирования получили широкое применение в литейном производстве при изготовлении точных электродов-инструментов для электроэрозионной обработки. Точность прототипов, изготовленных по технологии быстрого прототипирования, зависит от многих параметров процесса, таких как ориентация модели на рабочей плоскости построения, толщина слоев, материал построения, режимы засветки, постобработка. В настоящее время в качестве материала используются эпоксидные и акриловые смолы, обладающие усадкой материала и наличием остаточных напряжений в процессе послойного отверждения и постобработки, что приводит к потере размерной точности. В работе представлен анализ размерной точности образцов, изготовленных по технологии масочной стереолитографии из фотополимерного материала на акриловой основе SI500, в зависимости от ориентации модели. Для оценки точности смоделированы образцы прямоугольной формы, экспериментально подобран режим построения на установке Envisiontec Perfactory Xede и углы наклона модели к рабочей поверхности построения. Измерения образцов после построения проводились по трем сечениям между параллельными плоскостями. В результате исследования установлено, что ориентация модели под минимальными углами в 5, 10, 15º оказывает влияние на размерную точность прототипов. Максимальные отклонения размеров по сечениям между плоскостями образца наблюдаются при ориентации модели под углом 5 и 15º и составляют 0,26 и 0,14 мм соответственно. Наиболее точный образец получен при ориентации модели под углом 10º, максимальное отклонение его размеров составляет 0,09 мм. В качестве второго показателя точности определена неплоскостность плоскостей образцов. Минимальная неплоскостность поверхностей сохраняется при ориентации образца к поверхности построения в 10º и составляет 0,02 мм.