Том 27 № 3 2025 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Кондратьев В.В., Гозбенко В.Е., Кононенко Р.В., Константинова М.В., Гусева Е.А. Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5....................................................................... 6 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Марченко А.А., Лавренова Т.В., Дебеева С.А. Влияние скорости резания на импульсные изменения температуры передней поверхности резца при точении жаропрочной стали 15Х2НМФА.......................................................................................................................................................................... 23 Карелин Р.Д., Комаров В.С., Черкасов В.В., Осокин А.А., Сергиенко К.В., Юсупов В.С., Андреев В.А. Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки................................................................................................................................... 37 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента................................................................................................. 50 Жуков А.С., Ардашев Д.В., Батуев В.В., Кулыгин В.Л., Шулежко Е.И. Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей....................................... 71 Нишандар С.В., Пайс А.Т., Багаде П.М. Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью....................................................................................................... 87 Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В. Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного................................................................................................................. 108 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование процесса поверхностного обезуглероживания стали 20 после цементации и термической обработки.............................................................................................. 122 Ковалевская Ж.Г., Лю Ю. Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................... 137 Сирота В.В., Прохоренков Д.С., Чуриков А.С., Подгорный Д.С., Алфимова Н.И., Коннов А.В. Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления........ 151 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Тарасов С.Ю., Семенчук Н.А. Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn.......................................................................... 166 Вахеед Ф., Каюм А., Ширази М.Ф. Изготовление, описание и оценка эффективности материала на основе нанографита, легированного оксидом цинка, в качестве датчика влажности............................................................... 183 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания..................................................... 205 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Влияние гранулометрии порошка карбида вольфрама на характеристики металлокерамических покрытий WC/Fe-Ni-Al............................................................................... 221 Патил С., Чинчаникар С. Исследование механических свойств нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6, полученных методом механического замешивания частиц в расплав, с микроструктурным и фрактографическим анализом поверхности........................................................................................................................................................ 236 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 252 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 263 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 08.09.2025. Выход в свет 15.09.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 33,0. Уч.-изд. л. 61,38. Изд. № 121. Заказ 199. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 3 2025 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 27 No. 3 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kondratiev V.V., Gozbenko V.E., Kononenko R.V., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Determination of the main parameters of resistance spot welding of Al-5 Mg aluminum alloy..................................................................................... 6 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Marchenko A.A., Lavrenova T.V., Debeeva S.A. Infl uence of cutting speed on pulse changes in the temperature of the front cutter surface during turning of heat-resistant steel 0.17 C-Cr-Ni-0.6 Mo-V................................................................................................................................................................ 23 Karelin R.D., Komarov V.S., Cherkasov V.V., OsokinA.A., Sergienko K.V., Yusupov V.S., Andreev V.A. Production of rods and sheets from TiNiHf alloy with high-temperature shape memory eff ect by longitudinal rolling and rotary forging methods.................................................................................................................................................................... 37 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of vibroacoustic emission in diagnostic systems for cutting tool wear................................................................................................................................................ 50 Zhukov A.S., Ardashev D.V., Batuev V.V., Kulygin V.L., Schuleshko E.I. Modal analysis of various grinding wheel types for the evaluation of their integral elastic parameters...................................................................................... 71 Nishandar S.V., Pise A.T., Bagade P.M. Numerical and experimental investigation of heat transfer augmentation in roughened pipes................................................................................................................................................................ 87 Nosenko V.A., Rivas Perez D.E., Alexandrov A.A., Sarazov A.V. The eff ect of the grinding method on the grain shape coeffi cient of black silicon carbide....................................................................................................................................... 108 MATERIAL SCIENCE Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Investigation of the process of surface decarburization of steel 20 after cementation and heat treatment.................................................................................................................................. 122 Kovalevskaya Z.G., Liu Y. Eff ect of heat treatment on the structure and properties of high-entropy alloy AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................. 137 Sirota V.V., Prokhorenkov D.S., Churikov A.S., Podgorny D.S., Alfi mova N.I., Konnov A.V. Corrosion properties of coatings produced from self-fl uxing powders by the detonation spraying method............................................................ 151 Filippov A.V., Shamarin N.N., Tarasov S.Yu., Semenchyuk N.A. The infl uence of structural state on the mechanical and tribological properties of Cu-Al-Si-Mn bronze............................................................................................................. 166 Waheed F., Qayoom A., Shirazi M.F. Fabrication, characterization and performance evaluation of zinc oxide doped nanographite material as a humidity sensor......................................................................................................................... 183 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. Features of the structure of gradient layers «steel - Inconel - steel», obtained by laser direct metal deposition.................................................................................................. 205 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. The infl uence of tungsten carbide particle size on the characteristics of metalloceramic WC/Fe-Ni-Al coatings.................................................................................................... 221 Patil S., Chinchanikar S. Investigation on the mechanical properties of stir-cast Al7075-T6-based nanocomposites with microstructural and fractographic surface analysis...................................................................................................... 236 EDITORIALMATERIALS 252 FOUNDERS MATERIALS 263 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 108 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного Владимир Носенко 1, a,*, Даниэль Ривас Перес 2, b, Алексей Александров 1, c, Александр Саразов 1, d 1 Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета, ул. Энгельса 42а, г. Волжский, 404120, Россия 2 ОАО «Волжский абразивный завод», ул. Ф.Г. Логинова, 169, г. Волжский, 404119, Россия a https://orcid.org/0000-0002-5074-1099, vladim.nosenko2014@yandex.ru; b https://orcid.org/0009-0000-7733-236X, rivas-peres_de@vabz.ru; c https://orcid.org/0000-0003-1986-9139, alexalexal2011@yandex.ru; d https://orcid.org/0009-0007-3052-5691, sarazov_av@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 108–121 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-108-121 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.921:661.683.1 История статьи: Поступила: 21 апреля 2025 Рецензирование: 05 мая 2025 Принята к печати: 05 августа 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Карбид кремния черный Фракции, способы измельчения Длина Ширина Коэффициент формы Законы распределения Корреляционный и регрессионный анализ Изометричные и игольчатые зерна Финансирование Исследование выполнено при финансовой поддержке ОАО «Волжский абразивный завод», договор № 4990/02/2024-13/48-24. АННОТАЦИЯ Введение. Единственным в России и самым крупным в Европе производителем карбида кремния является ОАО «Волжский абразивный завод». Для измельчения абразивного материала на предприятии используют различные способы, оборудование и технологии, влияющие на геометрические параметры зёрен. Наиболее значимыми и распространенными методами измельчения карбида кремния в действующем производстве служат пресс-валковый и роторный. Цель работы: исследование влияния пресс-валкового и роторного методов измельчения карбида кремния черного, реализуемых в условиях ОАО «Волжский абразивный завод», на коэффициент формы, длину и ширину зёрен в выборках фракций. Методы исследования. Исходный материал, полученный в соответствии с действующим технологическим процессом, отбирали после дробления на стержневой мельнице. Одну пробу измельчали пресс-валковым методом, другую роторным. Измельченный карбид кремния рассевали на фракции ситовым анализатором Ro-Tap. Геометрические параметры и форму зерен определяли в пяти фракциях, в каждой фракции измеряли 800 зёрен. Горизонтальную проекцию профиля зерен получали на оптическом стереоскопическом микроскопе «Альтами» СМ0870-Т. Для обработки проекций и определения геометрических параметров использовали специальное программное обеспечение. Результаты и обсуждение. Установлено, что коэффициент формы и длина зёрен подчиняются закону максимального значения, а ширина – закону нормального распределения. Сила связи между геометрическими параметрами изменяется от слабой до высокой, направленность связей – от положительной до отрицательной. Приведены графические зависимости, свидетельствующие о корреляционных и регрессионных связях между геометрическими параметрами зёрен во фракциях. После роторного измельчения количество изометричных зёрен, по сравнению с пресс-валковым, возрастает в среднем на 5 %, количество игольчатых зёрен снижается в 3 раза. Результаты исследований предназначены для оптимизации рецептуры и технологии изготовления абразивных и огнеупорных изделий. Для цитирования: Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного / В.А. Носенко, Д.Э. Ривас Перес, А.А. Александров, А.В. Саразов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 108–121. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-108-121. ______ *Адрес для переписки Носенко Владимир Андреевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета, ул. Энгельса 42а, 404120, г. Волжский, Россия Тел.: +7 904 403-31-74, e-mail:vladim.nosenko2014@yandex.ru Введение Форма зерен шлифовальных порошков оказывает существенное влияние на свойства абразивного инструмента и качество обработанной поверхности деталей машин [1–3] и является одним из определяющих показателей при изготовлении огнеупорных изделий [4, 5]. Зерна изометричной формы способствуют снижению износа, повышению стойкости абразивного инструмента и производительности обработки [6–9]. Зерна получают заданные размер и форму в результате технологического процесса, включающего в себя многостадийное дробление и измельчение абразивного материала. Операции выполняют на различном оборудовании с при-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 109 EQUIPMENT. INSTRUMENTS менением разных способов дробления: щекового, шарового, конусного, стержневого, валкового (пресс-валкового), роторного и др. [10–16]. При необходимости сортировки по форме измельченные зерна подвергают дополнительной обработке [17–21]. Наиболее распространенным количественным критерием формы зерен абразивных материалов является коэффициент формы, равный отношению длины l проекции зерна на горизонтальную плоскость к ширине b. Здесь длина – наибольшее расстояние между точками периметра (максимальный диаметр Ферета), ширина – сумма наибольших расстояний от линии длины до левой и правой сторон периметра, разделенных линией длины (ISO 9276-6–2008, ГОСТ Р 70336–2022). Фактически проекция зерна вписана в прямоугольник, в котором наибольшая сторона соответствует размеру длины зерна, а наименьшая – ширине. Способы дробления и измельчения абразивных материалов оказывают значимое влияние на форму и свойства частиц. Например, при измельчении корунда на валковой, конусной и шаровой дробилках показано, что наибольшую изометричность обеспечивает шаровая дробилка [11, 12]. Особый интерес представляет изучение влияния способов измельчения на геометрические параметры и форму зерен в действующем технологическом процессе производства абразивных материалов на ведущем предприятии отрасли ОАО «Волжский абразивный завод» (ОАО «ВАЗ»). Об актуальности исследований свидетельствует и тот факт, что ОАО «Волжский абразивный завод» является «единственным производителем карбида кремния в России и самым крупным в Европе» [22]. Из карбида кремния изготавливают шлифовальные порошки и микропорошки, широкий ассортимент абразивных инструментов и огнеупоров, а также специальные изделия. Перечисленная продукция предназначена для абразивной обработки различных деталей и изготовления широкого ассортимента изделий, поэтому единых требований к геометрическим параметрам и форме зёрен быть не может. Необходимо учитывать особенности обрабатываемой поверхности и свойства изделий. Например, на операции отрезки для повышения производительности процесса используют отрезные круги, изготовленные из шлифовальных порошков, коэффициент формы которых Kф = l/b = 2,2, где l и b – соответственно длина и ширина зерна. Если приоритетом является минимальный расход абразивного инструмента, то применяют изометричные зерна (l/b = 1,3) [23]. Для измельчения карбида кремния на предприятии используют различные способы, оборудование и режимы обработки, влияющие на геометрические параметры и свойства зёрен. Одними из наиболее распространенных способов измельчения, реализуемых на ОАО «Волжский абразивный завод», служат пресс-валковый и роторный. Размеры зерен изменяются в широких пределах. Например, ГОСТ Р 52381–2005 определяет диапазон зернистостей и фракций, в которых размеры зерен изменяются от 4750 до 45 мкм. По зерновому составу шлифовальные порошки делятся на 30 зернистостей по 5 фракций в каждой. Цель работы: исследование влияния прессвалкового и роторного способов измельчения карбида кремния черного, реализуемых в условиях ОАО «Волжский абразивный завод», на коэффициент формы зёрен в выборках фракций. Задачи: определить законы распределения коэффициентов формы зёрен карбида кремния черного и определяющих его геометрических параметров (длины и ширины зёрен); корреляционные и регрессионные связи между ними; закономерности изменения геометрических параметров зерен в выборках фракций, полученных пресс-валковым и роторным способами измельчения. Методика исследований Исходные материалы для пресс-валкового и роторного измельчения изготовлены в одинаковых условиях согласно действующему технологическому процессу. Куски карбида кремния черного последовательно обрабатывали в конусной дробилке и стержневой мельнице. После сушки часть абразивного материала измельчали пресс-валковым способом, а оставшуюся часть – роторным. Пресс-валковый измельчитель модели ПВИ 800/150, используемый на ОАО «ВАЗ», имеет следующие отличительные характеристики: ре-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 110 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ гулируемое гидравлическое давление оказывается только на один валок, что позволяет избежать переизмельчения (чрезмерного измельчения); измельчение материала происходит в регулируемом слое между валками. Режим измельчения: частота вращения – 50 Гц, давление – 28 кг/см3, зазор между валками – 2 мм. Центробежная роторная дробилка VSI Barmac 5100SE VSI работает по принципу «камень о камень», скорость вращения ротора составляет 3000 об/мин, производительность – 4 тонны в час. Футеровочные карманы помольной камеры наполнены спрессованным карбидом кремния, что позволяет существенно снизить помол металла и увеличить количество изометричных зёрен. В обычных условиях измельчение сопровождается образованием большого количества мелких частиц карбида кремния (пыль), поэтому в помольную камеру встроена система удаления пыли, что необходимо для обеспечения требуемого качества абразивных зерен согласно ГОСТ Р 52381. Фракции исходных материалов получали рассевом порошков на машине Ro-Tap. Для исследований отобраны 5 фракций, номинальные размеры ячеек верхнего и нижнего контрольных сит представлены в табл. 1. В качестве базового параметра, характеризующего размер зерен фракции, принят средний номинальный размер ячеек верхнего Wui и нижнего Wli сит: Wmi = = (Wui + Wli)/2. В соответствии с ГОСТ Р 52381 Wui/Wli = 1,18…1,21. Изображения профиля зерен получали на оптическом стереоскопическом микроскопе «Альтами» СМ0870-Т. Обработку изображений зерен и вычисление геометрических параметров осуществляли с использованием программного обеспечения [24]. В каждой фракции измеряли 800 зёрен. Определяли и исследовали следующие геометрические параметры зёрен: длину l, ширину b и коэффициент формы (отношение l/b). Результаты и их обсуждение Исходя из фактической (наблюдаемой) закономерности распределения размеров зерен (рис. 1–3), для определения теоретического распределения выбраны четыре закона: нормальный, логнормальный, гамма-распределение и закон максимального значения. Нормальный закон применяется для моделирования распределений, имеющих симметричные правую и левую ветви графиков [25]. В табл. 2 жирным шрифтом выделены наблюдаемые и критические значения критериев Пирсона, удовлетворяющие условию 2 2 obs crit χ < χ , что свидетельствует о принадлежности выборки к рассматриваемому закону распределения. Распределение длины зёрен в девяти фракциях из десяти подчиняется законам гамма-распределения (90 %) и максимального значения (90 %). Логнормальному закону в большей степени подчиняются распределения длин зерен роторного дробления (в четырех фракциях из пяти). Длина зерен пресс-валкового измельчения логнормальному закону не подчиняется. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Фракции шлифовальных порошков (ГОСТ Р 52381) Grinding powder fractions (GOST R 52381) Условное обозначение фракций / Fraction designation Номинальный размер ячеек сит / Nominal size of sieve cells Верхнее сито Wu, мкм / Upper sieve Wu, μm Нижнее сито Wl, мкм / Lower sieve Wl, μm Среднее значение Wm= (Wu + Wl)/2, мкм / Average value Wmi = (Wu + Wl)/2, μm 1 2360 2000 2180 2 1700 1400 1550 3 1000 850 925 4 600 500 550 5 300 250 275
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 111 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Ширина зерен всех рассмотренных фракций подчиняется нормальному закону распределения (табл. 3). Наблюдаемые значения критерия Пирсона во фракциях меньше критических. В девяти фракциях из десяти коэффициент формы зерен подчиняется законам гамма-распределения и максимального значения (90 %). На основании полученных результатов приняты а б Рис. 1. Наблюдаемые распределения ширины b зерен фракций после прессвалкового (а) и роторного (б) способов измельчений Fig. 1. Experimental distributions of grain width b for fractions after roller-press (а) and rotary (б) grinding methods а б Рис. 2. Наблюдаемые распределения длины l зерен фракций после пресс-валкового (а) и роторного (б) способов измельчений Fig. 2. Experimental distribution of grain length l for fractions after roller-press (a) and rotary (б) milling methods а б Рис. 3. Наблюдаемые распределения коэффициента формы l/b зерен фракций после пресс-валкового (а) и роторного (б) способов измельчений Fig. 3. Experimental distribution of the aspect ratio l/b for fractions after roller-press (a) and rotary (б) milling methods
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 112 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Достоверность соответствия наблюдаемого распределения длины зерен теоретическому по критерию согласия Пирсона χ2 Reliability of the correspondence of the observed grain length distribution to the theoretical one according to Pearson’s chi-squared test χ2 Измельчение / Grinding method Фракция / Fraction Логнормальный / Lognormal Гамма-распределение / Gamma distribution Максимальное значение / Length maximum value χ2 obs χ 2 crit χ 2 obs χ 2 crit χ 2 obs χ 2 crit Прессвалковое / Roller-press 1 53,5 11,1 5,8 11,1 16,7 16,9 2 37,4 11,1 5,5 9,5 1,7 11,1 3 36,9 11,1 11,1 18,3 8,9 12,6 4 54,7 11,1 8,0 18,3 9,3 11,1 5 18,2 9,5 8,5 11,1 3,8 12,6 Роторое / Rotary 1 7,9 9,5 3,5 9,5 14,4 11,1 2 7,4 9,5 11,1 9,5 9,3 11,1 3 15,1 9,5 6,4 18,3 8,6 11,1 4 6,2 9,5 8,2 9,5 11,8 14,1 5 6,6 9,5 8,2 18,3 9,1 11,1 Достоверность, % / Reliability, % 40 90 90 Т а б л и ц а 3 Ta b l e 3 Достоверность соответствия наблюдаемых распределений ширины и коэффициента формы зерен по критерию Пирсона Reliability of the correspondence of the observed distributions of grain width and shape factor according to Pearson’s test Способ / Method Фракция / Fraction Ширина / Width Коэффициент формы / Shape coeffi cient Нормальный / Normal Логнормальный / Lognormal Максимальное значение / Maximum value χ2 obs χ 2 crit χ 2 obs χ 2 crit χ 2 obs χ 2 crit Прессвалковый / Roller-press 1 5,8 5,8 34,0 7,8 6,0 11,1 2 5,5 5,5 68,9 11,1 7,6 7,8 3 11,1 11,1 40,1 7,8 3,1 7,8 4 8,0 8,0 54,6 11,1 9,4 11,1 5 8,5 8,5 66,9 14,1 8,3 11,1 Роторный / Rotor 1 3,5 3,5 30,2 12,6 4,6 12,6 2 11,1 11,1 52,4 12,6 11,3 12,6 3 6,4 6,4 30,4 9,5 5,4 12,6 4 8,2 8,2 29,9 9,5 4,3 9,5 5 8,2 8,2 62,5 12,6 3,3 9,5 Достоверность, % / Reliability, % 100 0 100
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 113 EQUIPMENT. INSTRUMENTS следующие законы распределения: ширина зёрен подчиняется нормальному закону распределения, а длина и коэффициент формы – закону максимального значения. Одним из самых популярных в статистке критериев корреляции, характеризующим силу линейной связи между параметрами, считается критерий Пирсона. Условиями применения критерия являются одинаковый объем выборки и нормальный закон распределения анализируемых параметров. Учитывая, что ширина зерен подчиняется нормальному закону распределения, а длина и коэффициент формы – закону максимального значения, любые выбранные пары геометрических параметров зёрен не будут удовлетворять условию нормального закона распределения. В связи с этим оценку силы связи между параметрами осуществляли по ранговому критерию Спирмена [25]. Для этого натуральные значения геометрических параметров преобразовали в ранговые. Числовые геометрические параметры ранжировали в порядке возрастания и каждому последующему числовому значению присваивали порядковый номер (ранг). Графическая интерпретация корреляционных связей между геометрическими параметрами зерен, полученных пресс-валковым и роторным измельчением, представлена на рис. 4. По оси абсцисс отложена полусумма номинальных размеров ячеек верхнего и нижнего сит фракций Wm (см. табл. 1). Для оценки силы связи коэффициентов корреляции использовали шкалу Чеддока. Ранговый коэффициент корреляции ρ длины l и ширины b зерен не превышает 0,3. Среднее значение ρ между параметрами b–l для пресс-валкового способа измельчения составляет 0,21, для роторного – 0,25. Значительно возрастает сила связи коэффициента формы зерен l/b c параметром длины l, среднее значение ρ более 0,7. Сила связи коэффициента изометричности l/b с шириной зерен для выбранных фракций изменяется в интервале от –0,35 до –0,50 и свидетельствует о том, что с увеличением ширины коэффициент формы зерен снижается. В соответствии с абсолютными значениями коэффициентов корреляции сила связи между параметрами b–l относится к категории «слабая», b–l/b – к категории «умеренная». Значение коэффициентов ранговой корреляции между паРис. 4. Коэффициент корреляции Спирмена ρ между геометрическими параметрами зерен различных фракций: – пресс-валковое измельчение; – роторное измельчение Fig. 4. Spearman’s rank correlation coeffi cient ρ between geometric parameters of grains in diff erent fractions: – roller-press grinding; – rotary grinding раметрами l–l/b располагается в нижней части категории «связь сильная». Диапазон изменения значений ρ – от 0,69 до 0,84, среднее значение 0,76. В соответствии с принятой градацией коэффициента ρ связь считаем сильной. Способ измельчения существенного влияния на силу связи не оказывает. Возможность моделирования взаимосвязи между геометрическими параметрами стандартным набором функциональных зависимостей рассматривали в программе MS Excel. В табл. 4 приведены значения постоянных коэффициентов и коэффициентов достоверности аппроксимации R2 взаимосвязи между геометрическими параметрами зерен следующими зависимостями: l = a1b; (1) l/b = a2b + c1; (2) l/b = a3l; (3) l/b = a4l+ c2. (4) Для зёрен, полученных пресс-валковым и роторным способами измельчения, достоверность аппроксимации зависимостью l = a1b (1) не превышает 0,25 и свидетельствует о низком уровне связи. Низкая достоверность аппроксимации получена при моделировании зависимостью (2) коэффициента формы l/b от ширины зерна b. Значимое увеличение R2 обеспечивает прямая
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1