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 205 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания Светлана Долгова 1, a, Александр Маликов 2, b, Александр Голышев 2, c, Аэ лита Никулина 3, d, * 1 Новосибирский завод полупроводниковых приборов «Восток», ул. Дачная, 60, г. Новосибирск, 630082, Россия 2 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, ул. Институтская, 4/1, г. Новосибирск, 630090, Россия 3 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия a https://orcid.org/0000-0003-3918-273X, svetlanadolgova99@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0003-1268-8546, smalik707@yandex.ru; c https://orcid.org/0000-0002-4243-0602, alexgol@itam.nsc.ru; d https://orcid.org/0000-0001-9249-2273, a.nikulina@corp.nstu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 205–220 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-205-220 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Никелевые сплавы используются для изготовления ответственных деталей во многих областях промышленности, таких как авиастроение, энергетическая, нефтехимическая отрасли, морская промышленность, благодаря сочетанию высоких показателей коррозионной ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.725 История статьи: Поступила: 13 июня 2025 Рецензирование: 27 июня 2025 Принята к печати: 22 июля 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Аддитивные технологии Микроструктура Градиентные слои Фазовый состав Аустенитная сталь 316L Никелевый сплав Inconel 625 Финансирование Работа выполнена в рамках государственного задания Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН № 124021500015-1. Благодарности Эксперименты по прямому лазерному выращиванию выполнены на базе ЦКП «Механика» ИТПМ СО РАН. Структурные исследования выполнены в ЦКП ССМ НГТУ и НОЦ в области машиностроения НГТУ. АННОТАЦИЯ Введение. Традиционно наиболее распространенной технологией получения деталей из никелевых сплавов является литье с последующей термической обработкой для формирования необходимого фазового состава. Существенными недостатками материала в данном случае считаются сегрегация химических элементов, наличие крупных нежелательных включений фазы Лавеса и эвтектик, а также неравномерное распределение упрочняющих фаз по сечению заготовки. При этом многие сложнопрофильные детали собираются в единую комбинированную конструкцию с использованием сварки. Анализ особенностей упрочнения никелевых сплавов и изделий, которые изготавливают из них, показывает, что перспективным способом формирования таких заготовок являются аддитивные технологии. Структура и фазовый состав объемов материала, формируемых послойным нанесением, будет существенно отличаться от материалов, получаемых традиционными способами. В случае получения комбинированных конструкций аддитивными способами выявление закономерностей формирования структуры и фазового состава материалов становится еще более сложной задачей. Поэтому цель данной работы заключается в выявлении особенностей строения градиентных слоев «сталь – никелевый сплав – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания. В работе исследованы разнородные соединения, изготовленные с использованием установки «Наплавочно-сварочный комплекс на базе многокоординатной руки и волоконного лазера» в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН и c реализацией технологии прямого лазерного выращивания. Методы исследования. Для структурных исследований полученных слоев применялись световой микроскоп Carl Zeiss A1Z и растровый электронный микроскоп Carl Zeiss EVO 50 XVP с энергодисперсионной приставкой INCAX-Act. Фазовый состав образцов определяли на рентгеновском дифрактометре ARL X’TRA. Дюрометрические испытания проводили на твердомере по Виккерсу Wolpert Group 402 MVD. Результаты и обсуждение. Установлено, что максимальная высота массивов (до 7 мм) формируется при реализации режимов 1000 Вт, скорость сканирования 35 мм/с; 1500 Вт, скорость сканирования 15 мм/с; при этом в первом случае происходит минимальное перемешивание материалов на границе сплавления. Во всех композициях присутствуют дефекты в виде не расплавившихся частиц порошка, а также трещины в первых слоях стали. При наплавке Inconel 625 на сталь 316L в переходной зоне, где по химическому составу образуются сплавы на основе железа, последовательно реализуются режимы затвердевания FА (феррит – аустенит), AF (аустенит – феррит) и A (аустенит). При наплавке стали 316L на Inconel 625 в переходной зоне реализуется режим затвердевания с образованием только фазы аустенита. Уровень микротвердости для стали 316L составляет 230 ±15 HV, для Inconel 625 он равен 298 ± 20 HV. Для цитирования: Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания / С.В. Долгова, А.Г. Маликов, А.А. Голышев, А.А. Никулина // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 205–220. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-205-220. ______ *Адрес для переписки Никулина Аэлита Александровна, д.т.н., профессор Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 346-11-71, e-mail: a.nikulina@corp.nstu.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 206 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стойкости и механических свойств при умеренно высоких температурах. Высокий уровень прочности данных сплавов обеспечивается определенным фазовым составом, что обусловливается наличием тех или иных легирующих элементов и соответствующим механизмом упрочнения [1–3]. Традиционно наиболее распространенной технологией получения деталей из никелевых сплавов является литье с последующей термической обработкой для формирования необходимого фазового состава [4]. Существенными недостатками материала в данном случае считаются сегрегация химических элементов, наличие крупных нежелательных включений фазы Лавеса и эвтектик [5, 6], а также неравномерное распределение упрочняющих фаз по сечению заготовки [7]. При этом многие сложнопрофильные детали собираются в единую комбинированную конструкцию с использованием сварки. Анализ особенностей упрочнения никелевых сплавов и изделий, которые получают из них, показывает, что перспективным способом формирования таких заготовок являются аддитивные технологии [8–12]. Во-первых, при этом решается проблема изготовления сложнопрофильных деталей. Во-вторых, более высокие скорости охлаждения по сравнению с традиционными способами позволят снизить сегрегацию химических элементов. В-третьих, послойная наплавка приводит к повтору термических циклов, что может обеспечить выделение упрочняющих фаз непосредственно в процессе выращивания. Кроме того, данная технология позволяет получать комбинированные конструкции, за счет чего снижается объем использования более дорогих материалов. Таким образом, можно утверждать, что структура и фазовый состав объемов материала, формируемых послойным нанесением, будет существенно отличаться от материалов, изготавливаемых традиционными способами. Несмотря на то что в научной литературе достаточно активно обсуждается данный вопрос, в настоящее время нет четко сформированного понимания о структурно-фазовом состоянии различных сплавов, полученных аддитивными технологиями, поскольку используемые методы и режимы выращивания могут существенно отличаться. В случае получения комбинированных конструкций аддитивными способами выявление закономерностей формирования структуры и фазового состава материалов становится еще более сложной задачей [13–15]. Целью настоящей работы является выявление особенностей строения градиентных слоев «сталь – никелевый сплав – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания. Методика исследований Материалы исследования Для формирования образцов использовались порошки никелевого сплава Inconel 625 и стали AISI 316L с размером частиц 50…70 и 15…45 мкм соответственно (рис. 1). В качестве подложки применялась пластина из стали 12Х18Н10Т с размерами 50×50×5 мм. Химический состав исходных материалов представлен в табл. 1. а б Рис. 1. Частицы порошков Inconel 625 (а) и AISI 316L (б) Fig. 1. Particles of Inconel 625 (a) and AISI 316L (б) powders
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 207 MATERIAL SCIENCE Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав исследуемых материалов Chemical composition of the materials Материал / Material Химический элемент, вес. % / Chemical element, wt. % Fe Ni Cr C Mo Nb Ti S P 316L Осн. 8,84 18,69 0,03 2,50 – 0,71 0,013 0,015 Inconel 625 3,8 Осн. 19,16 0,1 8,1 3,36 0,28 0,011 0,01 0.12 C-18 Cr-10 Ni-Ti Осн. 7,852 18,16 0,027 – – 0,002 0,002 0,027 Получение образцов Изготовление разнородных соединений проводилось с использованием установки «Наплавочно-сварочный комплекс на базе многокоординатной руки и волоконного лазера мощностью 3 кВт (IPGphotonics) и длиной волны излучения 1,07 мкм» в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН. В качестве технологии формирования образцов была выбрана методика прямого лазерного выращивания, при которой порошок подается через коаксиальное сопло в локальную ванну жидкого расплава, созданную лазерным излучением. Данный метод благодаря высокой скорости сканирования и ускоренного охлаждения позволяет уменьшить влияние градиента температур и снизить вероятность формирования вторичных фаз в зоне соединения. В качестве защитного газа использовался аргон. Режимы наплавки представлены в табл. 2 [16]. Печать образцов происходила в одном направлении. Последовательно формировали по 4 слоя каждого материала в порядке «сталь – никелевый сплав – сталь». Перекрытие предыдущего слоя последующим составляло 50 %, что предполагает обеспечение формирования плавного перехода между матер иалами. Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Режимы наплавки образцов Deposition parameters for specimens Режим / Mode Мощность излучения, Вт / Power, W Скорость сканирова ния, мм/с / Speed, mm/s Расход порошка, г/мин / Consumption, g/min. Диаметр пучка, мм / Beam diameter, mm 1 1000 35 12 4,1 2 1250 25 3 1500 15 Структурные исследования Для структурных исследований использовались световой микроскоп Carl Zeiss A1Z и растровый электронный микроскоп Carl Zeiss EVO 50 XVP. Пробоподготовка образцов выполнялась по стандартной методике с применением этапов шлифования и полирования. Для выявления микроструктуры соединений производилось электролитическое травление в 10%-м водном растворе щавелевой кислоты. Анализ химического состава образцов в зоне соединения разнородных материалов выполняли с использованием методики микрорентгеноспектрального анализа с применением энергодисперсионной приставки INCA X-Act, установленной на растровый электронный мик роскоп. Фазовый состав образцов определяли на рентгеновском дифрактометре ARL X’TRA с источником рентгеновского излучения MoKα1/α2 (λ = 0,7093 Å) с величиной шага Δ2θ = 0,03° и временем накопления 5 с на точку. Дюрометрические испытания проводили на твердомере по Виккерсу Wolpert Group 402 MVD при нагрузке 100 г на алмазный индентор и выдержке 10 с. Результаты и их обсуждение Пример полученной комбинированной конструкции представлен на рис. 2. При наплавке
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 208 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ происходит формирование ровной стенки без видимых трещин на поверхности образца. Высота массивов при реализации режимов 1 и 3 достигает 7 мм, режима 2 – 5 мм. Для исследования микроструктуры образцов биметаллическую конструкцию разрезали по плоскости перпендикулярно выращенным слоям. Однородные слои, полученные из порошка хромоникелевой стали или никелевого сплава, Рис. 2. Пример полученного образца Fig. 2. Example of a fabricated specimen имеют характерное дендритное строение с формированием равноосных и удлиненных дендритов. При переходе от одного слоя к другому и на границах массива, где происходил ускоренный теплоотвод, преобладают удлиненные дендриты, для которых характерно наличие осей второго порядка (рис. 3). На краях массивов независимо от режимов выращивания зафиксированы сферические чаРис. 3. Расположение удлиненных дендритов: а – граница переходных слоев; б – переход разнородных материалов; в – край массива; г – оси второго порядка в удлиненных дендритах Fig. 3. Location of elongated dendrites: а – transition layers boundary; б – dissimilar material interface; в – layer edge; г – secondary arms in elongated dendrites а б в г
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 209 MATERIAL SCIENCE стицы диаметром от 25 до 40 мкм (рис. 4, а, б), представляющие собой не расплавленные или частично расплавленные частицы исходного порошка, что является особенностью реализации технологии прямого лазерного выращивания [17, 18]. Можно также отметить появление трещин как на границе разнородных материалов (рис. 4, в, г), так и на границе сплавления однородных материалов, что связано с термическими напряжениями, возникающими при формировании разнородных градиентных материалов. Последовательное нанесение четырех слоев при смене материала обеспечило формирование плавных переходов между разнородными материалами. При этом фиксируется видимая граница раздела и зоны перемешивания для обеих комбинаций (рис. 5–7). Их появление может быть вызвано высокой скоростью плавления, что приводит к формированию нестабильной ванны расплава [17, 19, 20]. Данные зоны характерны для всех режимов наплавки, однако можно заметить, что с уменьшением мощности наплавки количество и ширина этих областей уменьшаются. При наплавке никелевого сплава Inconel 625 на сталь 316L области перемешивания имеют более четкие границы (рис. 8, а) по сравнению с областями перемешивания, образовавшимися при наплавке аустенитной стали на никелевый сплав (рис. 8, б). На рис. 9 представлено распределение химических элементов по линии, расположенной перпендикулярно переходной зоне при наплавке никелевого сплава на сталь. Во всех случаях наблюдается широкая переходная зона. Как можно заметить, при реализации режима 1 (1000 Вт, 35 мм/с) концентрации железа и никеля выравниваются через 50 мкм от видимой границы сплавления между разнородными материалами уже на первом наплавленном слое (рис. 9, а). На втором режиме (1250 Вт, 25 мм/с) концентрации никеля и железа начинают выравниваться на расстоянии 500…600 мкм от видимой границы сплавления (рис. 9, б). Этот участок практически соответствует видимой границе второго наплавленного слоя никелевого сплава. а б в г Рис. 4. Дефекты в полученных материалах: не расплавившиеся частицы на границах массива при режиме 1 (а) и режиме 2 (б), термические трещины на границе разнородных (в) и однородных (г) материалов Fig. 4. Defects in fabricated materials: unmelted particles at layer boundaries in mode 1 (а) and mode 2 (б); thermal cracks at the dissimilar material interface (в) and within the homogeneous material (г)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 210 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 5. Поперечное сечение образца, изготовленного по режиму 1: а – общий вид; б – граница «Inconel 625 – сталь 316L»; в – зоны перемешивания никелевого сплава со сталью; г – граница «сталь 316L – Inconel 625» c зоной перемешивания; д – четкая граница соединения Fig. 5. Cross-section of specimen fabricated using mode 1: а – general view; б – Inconel 625 – 316L stainless steel interface; в – mixing zones of nickel alloy and steel; г – 316L stainless steel – Inconel 625 interface with mixing zone; д – clear interface region Рис. 6. Поперечное сечение образца, изготовленного при режиме 2: а – общий вид; б – граница «Inconel 625 – сталь»; в – зоны перемешивания никелевого сплава со сталью; г – граница «сталь 316L – Inconel 625»; д – зоны перемешивания стали с никелевым сплавом Fig. 6. Cross-section of specimen fabricated using mode 2: а – general view; б – Inconel 625 – 316L stainless steel interface; в – mixing zones of nickel alloy and steel; г – 316L stainless steel – Inconel 625 interface; д – mixing zones of steel and nickel alloy На третьем режиме (1500 Вт, 15 мм/с) выравнивание концентраций происходит существенно выше границы второго наплавленного слоя никелевого сплава и соответствует расстоянию 800…900 мкм от видимой границы сплавления разнородных материалов (рис. 9, в). На этих участках перехода концентрация никеля ниже, чем в исходном никелевом сплаве, и находится на уровне 35–45 вес. %. Ниже видимой границы сплавления разнородных материалов участки стали соответствуют исходному составу с незначительно более высоким содержанием никеля (до 11 вес. %). Согласно данным количественного микрорентгеноспектрального анализа, зоны
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1