ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Компактный графитизированный чугун EN-GJV-400 широко применяется для изготовления высоконагруженных автомобильных и машиностроительных компонентов благодаря сочетанию прочности, теплопроводности, демпфирующей способности и технологичности. Однако ограниченные значения твердости и износостойкости поверхностного слоя снижают его эксплуатационные характеристики в условиях интенсивного контактного нагружения. Применение высокочастотного электромагнитного поля (ВЧЭМП) является перспективным методом управления процессами тепло- и массопереноса при поверхностной обработке, однако его влияние на формирование структуры EN-GJV-400 изучено недостаточно. Методы исследования. Проведено сравнительное исследование традиционной и ВЧЭМ-ассистированной TIG-модификации поверхности EN-GJV-400. Исследованы TIG-оплавление, поверхностное легирование фольгами Ni78Si8B14 и CuSn-4, а также наплавка проволокой UTP A DUR 600 с применением электромагнитного поля частотой 200 кГц. Формирование поверхностных слоев исследовали методами оптической и сканирующей электронной микроскопии с EDS-анализом, а также измерением микротвердости по Виккерсу. Результаты и обсуждение. Установлено, что ВЧЭМП изменяет условия тепло- и массопереноса в расплавленной зоне, способствуя повышению структурной однородности и равномерности распределения легирующих элементов. TIG-оплавление повысило твердость поверхности с 375 до 765 HV0.1 за счет растворения графита, перераспределения углерода и формирования ледебуритных структур с цементитсодержащими фазами. ВЧЭМ-оплавление обеспечило сопоставимую твердость (~760 HV0.1), но с более однородной структурой. Для наплавки UTP A DUR 600 применение ВЧЭМП повысило твердость с 771 до 800 HV0.1 вследствие более равномерного распределения хромсодержащих твердых фаз. Заключение. ВЧЭМ-ассистированная TIG-модификация EN-GJV-400 является эффективным инструментом управления формированием поверхностных слоев. Основное влияние ВЧЭМП заключается не в прямом упрочнении, а в регулировании процессов перераспределения элементов, формирования фаз и в повышении структурной однородности модифицированных слоев.
1. König M. Literature review of microstructure formation in compacted graphite iron // International Journal of Cast Metals Research. – 2010. – Vol. 23 (3). – P. 185–192. – DOI: 10.1179/136404609X12535244328378.
2. Patel M., Dave K. An insight of compacted graphite iron (CGI) characteristics and its production: A review // Recent Advances in Manufacturing Processes and Systems. – Singapore: Springer, 2022. – P. 131–148. – ISBN 978-981-16-7787-8. – DOI: 10.1007/978-981-16-7787-8_10.
3. Dawson S., Guesser W.L. Castability, product design and production of compacted graphite irons // ASM Handbook. Vol. 1A: Cast Iron Science and Technology. – Materials Park, Ohio: ASM International, 2017. – ISBN 978-1-62708-168-3. – DOI: 10.31399/asm.hb.v01a.a0006328.
4. Effect of laser surface remelting on microstructure, mechanical properties and tribological properties of metals and alloys: A review / S.M.A. Bukhari, N. Husnain, F.A. Siddiqui, M.T. Anwar, A.A. Khosa, M. Imran, T.H. Qureshi, R. Ahmad // Optics and Laser Technology. – 2023. – Vol. 165. – P. 109588. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2023.109588.
5. Wollmann D., Pintaude G. Tribological performance of high-strength cast iron in lubricated contact containing carbon black // Wear. – 2021. – Vol. 496–497. – P. 203743. – DOI: 10.1016/j.wear.2021.203743.
6. Gregorutti R.W., Grau J.E. Mechanical properties of compacted graphite cast iron with different microstructures // International Journal of Cast Metals Research. – 2014. – Vol. 27 (5). – P. 275–281. – DOI: 10.1179/1743133614Y.0000000118.
7. Damage mechanism and fatigue strength prediction of compacted graphite iron with different microstructures / Y. Chen, J.C. Pang, S.X. Li, C.L. Zou, Z.F. Zhang // International Journal of Fatigue. – 2022. – Vol. 164. – P. 107126. – DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2022.107126.
8. Ray J., Acharyya S.K., Misra D. Surface modification of engineering materials using TIG cladding technique: A review // Recent Advances in Manufacturing Engineering. – Singapore: Springer, 2025. – P. 173–183. – ISBN 978-981-96-9767-0. – DOI: 10.1007/978-981-96-9768-7_14.
9. Cavitation erosion improvement following TIG surface-remelting of gray cast iron / I. Mitelea, I. Bordeasu, E. Riemschneider, I.D. Utu, C.M. Craciunescu // Wear. – 2022. – Vol. 496–497. – P. 204282. – DOI: 10.1016/j.wear.2022.204282.
10. Formation and wear property of broad-beam laser clad Fe-based coatings / B. Sun, J. Cheng, Z. Cai, H. Zhao, Z. Zhang, H. Qu, Q. Zhang, S. Hong, X. Liang // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 405. – P. 126598. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126598.
11. Rakhmonov J.U., Weiss D., Dunand D.C. Comparing evolution of precipitates and strength upon aging of cast and laser-remelted Al–8Ce–0.2Sc–0.1Zr alloys // Materials Science and Engineering: A. – 2022. – Vol. 840. – P. 142990. – DOI: 10.1016/j.msea.2022.142990.
12. Effects of electric and magnetic treatments on microstructures of solid metals: A review / Y. Song, W. Wu, Y. Yu, L. Hua // Chinese Journal of Mechanical Engineering. – 2023. – Vol. 36. – P. 139. – DOI: 10.1186/s10033-023-00961-y.
13. Effect of magnetic stirring on grain structure refinement. Part 1: Autogenous nickel alloy welds / Y.C. Lim, X. Yu, J.H. Cho, J. Sosa, D.F. Farson, S.S. Babu, S. McCracken, B. Flesner // Science and Technology of Welding and Joining. – 2010. – Vol. 15 (7). – P. 583–589. – DOI: 10.1179/136217110X12720264008277.
14. Numerical study on weld pool behaviors and keyhole dynamics in magnetic-field-assisted laser-arc hybrid welding of aluminum alloy / C. Tan, Y. Dong, H. Sun, F. Liu, X. Han, Q. Dong, B. Chen, X. Song // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 26. – P. 6446–6461. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.09.030.
15. Effects of magnetic fields in arc welding, laser welding and resistance spot welding: A review / W. Xu, Y. Shi, Y. Cui, Z. Liang // Advanced Engineering Materials. – 2022. – P. 2200682. – DOI: 10.1002/adem.202200682.
16. Effect of Lorentz force distribution on solidified microstructure and segregation of magnesium alloys under pulsed electromagnetic field / Q. Bai, T. Liu, Y. Tian, K. Zhang, Y. Liu, J. Zhang, B. Wang // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – Vol. 1039. – P. 183014. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.183014.
17. Experimental and numerical assessment of weld pool behavior and final microstructure in wire feed laser beam welding with electromagnetic stirring / X. Meng, M. Bachmann, A. Artinov, M. Rethmeier // Journal of Manufacturing Processes. – 2019. – Vol. 45. – P. 408–418. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.07.021.
18. Numerical modeling of electromagnetic field influences on fluid thermodynamic behavior and grain growth during solidification of 316L stainless steel laser-welded plates / Z. Zhang, X. Xu, P. Ge, K. Li // Metals. – 2025. – Vol. 15 (6). – P. 609. – DOI: 10.3390/met15060609.
19. The influence of magnetic field orientation on metal mixing in electromagnetic stirring enhanced wire feed laser beam welding / X. Meng, M. Bachmann, A. Artinov, M. Rethmeier // Journal of Materials Processing Technology. – 2021. – Vol. 294. – P. 117135. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117135.
20. A review of the origin of equiaxed grains during solidification under mechanical stirring, vibration, electromagnetic, electric-current and ultrasonic treatments / N. Balasubramani, J. Venezuela, D. StJohn, G. Wang, M. Dargusch // Journal of Materials Science & Technology. – 2023. – Vol. 144. – P. 243–265. – DOI: 10.1016/j.jmst.2022.09.067.
21. Dendrite fragmentation mechanism under forced convection condition by rotating magnetic field during unidirectional solidification of AlSi7 alloy / H. Zhang, M. Wu, C.M.G. Rodrigues, A. Ludwig, A. Kharicha, A. Rónaföldi, A. Roósz, Z. Veres, M. Svéda // Acta Materialia. – 2022. – Vol. 241. – P. 118391. – DOI: 10.1016/j.actamat.2022.118391.
22. Microstructural refinement and mechanical enhancement of Hastelloy X welds via electromagnetic vibration-assisted GTAW / A. Adelian, K. Ranjbar, M. Reihanian, R. Dehmolaei // Journal of Materials Research and Technology. – 2025. – Vol. 37. – P. 2750–2763. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2025.06.213.
Автор выражает признательность за то, что часть экспериментальных исследований была выполнена в Техническом университете Берлина (Германия) в рамках научного сотрудничества и исследовательской деятельности, связанной с технологиями поверхностной инженерии. Текущая институциональная принадлежность автора – Азербайджанский технический университет, где исследовательская работа была продолжена, развита и подготовлена к публикации. Автор выражает благодарность за предоставленные экспериментальные возможности и научную поддержку, оказанные во время исследовательского пребывания в Техническом университете Берлина.
Ширзадов Ф.М. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на эволюцию микроструктуры, перераспределение легирующих элементов и твердость поверхностных слоев компактного графитового чугуна EN-GJV-400, полученных TIG-модификацией // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2026. – Т. 28, № 3. – С. 83–111. – DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.3-83-111.
Shirzadov F.M. Influence of high-frequency electromagnetic field-assisted TIG surface modification on microstructural evolution, elemental redistribution and hardness of EN-GJV-400 compacted graphite iron. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2026, vol. 28, no. 3, pp. 83–111. DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.3-83-111. (In Russian).
