Том 24 № 4 2022 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 Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск 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, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, 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, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. 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 за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. 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
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Дюрягин А.А., Ардашев Д.В. Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом.... 6 Улаханов Н.С., Тихонов А.С., Мишигдоржийн У.Л., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Проблемы исследования остаточных напряжений в упрочненном поверхностном слое инструментальных штамповых сталей после диффузионного бороалитирования................................................................................................... 18 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Иванов А.Н. Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью.... 33 Амиров А.И., Москвичев Е.Н., Иванов А.Н., Чумаевский А.В., Белобородов В.А. Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У.......................................................................................................... 53 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования.............................................................................. 64 Батаев Д. К-С., Гойтемиров Р.У., Батаева П.Д. Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды........................................................ 84 Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Фесенко Э.О. Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке........................................................................................ 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Новиков В.Ф., Ковенский И.М., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Чаугарова Л.З. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С................................................................................................................................................................ 113 Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение силицида титана на нержавеющую сталь AISI304........................ 127 Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Быкова Т.М., Горулева Л.С. Химический состав, структура и микротвердость многослойных высокотемпературных покрытий.................................................................................. 138 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Синтез трехкомпонентного сплава на основе алюминия методом селективного лазерного плавления......................... 151 Габец Д.А., Марков А.М., Гурьев М.А., Письменный Е.А., Насырова А.К. Влияние комплексного модифицирования на структуру и свойства серого чугуна триботехнического назначения.................................. 165 Иванов И.В., Юргин А.Б., Насенник И.Е., Купер К.Э. Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi.......................................................................... 181 Коростелева Е.Н., Николаев И.О., Коржова В.В. Особенности формирования структуры спеченных порошковых материалов с использованием отходов металлообработки стальных заготовок............................... 192 Ерошенко А.Ю. Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Лугинин Н.А., Батаев В.А., Иванов И.В., Шаркеев Ю.П. Влияние деформационной обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Ti-42Nb-7Zr......................................................................................................... 206 Кутькин О.М., Батаев И.А., Довженко Г.Д., Батаева З.Б. Использование метода синхротронной компьютерной ламинографии при изучении особенностей строения металлических сплавов (обзор исследований)...................................................................................................................................................................... 219 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 243 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 255 Корректор Л.Н. Ветчакова 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 07.12.2022. Выход в свет 15.12.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 32,0. Уч.-изд. л. 59,52. Изд. № 239. Заказ 321. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 4 2022 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. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. 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. 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
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 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 Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk 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. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; 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, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 4 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Dyuryagin A.A., Ardashev D.V. A study of the relationship between cutting force and machined surface roughness with the feed per tooth when milling EuTroLoy 16604 material produced by the DMD method...................... 6 Ulakhanov N.S., Tikhonov A.G., Mishigdorzhiyn U.L., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The features of residual stresses investigation in the hardened surface layer of die steels after diffusion boroaluminizing............... 18 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Knyazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Ivanov A.N. Development of plasma cutting technique for C1220 copper, AA2024 aluminum alloy, and Ti-1,5Al-1,0Mn titanium alloy using a plasma torch with reverse polarity................ 33 Amirov A.I., Moskvichev E.N., Ivanov A.N., Chumaevskii A.V, Beloborodov V.A. Formation features of a welding joint of alloy Ti-5Al-3Mo-1V by the friction stir welding using heat-resistant tool from ZhS6 alloy....... 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Ardashev D.V., Zhukov A.S. Investigation of the relationship between the cutting ability of the tool and the acoustic signal parameters during profi le grinding..................................................................................................... 64 Bataev D. K-S., Goitemirov R. U., Bataeva P. D. Studies of wear resistance and antifriction properties of metalpolymer pairs operating in a sea water simulator........................................................................................................ 84 Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Fesenko E.O. Application of the synergistic concept in determining the CNC program for turning............................................................................................................................................ 98 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Novikov V.F., Kovenskij I.M., Muratov K.R., Venediktov A.N., Chaugarova L.Z. The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si................................ 113 Burkov А.А., Krutikova V.O. Deposition of titanium silicide on stainless steel AISI 304 surface...................... 127 Pugacheva N.B., NikolinYu.V., BykovaT.M., Goruleva L.S. Chemical composition, structure and microhardness of multilayer high-temperature coatings..................................................................................................................... 138 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Synthesis of a three-component aluminum-based alloy by selective laser melting............................................................... 151 Gabets D.A., MarkovA.M., Guryev M.A., Pismenny E.A., NasyrovaA.K. The effect of complex modifi cation on the structure and properties of gray cast iron for tribotechnical application..................................................... 165 Ivanov I.V., Yurgin A.B., Nasennik I.E. Kuper K.E. Residual stress estimation in crystalline phases of highentropy alloys of the AlxCoCrFeNi system........................................................................................................... 181 Korosteleva E.N., Nikolaev I.O., Korzhova V.V. Features of the structure formation of sintered powder materials using waste metal processing of steel workpieces................................................................................. 192 EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Luginin N.A., Bataev V.A., Ivanov I.V., Sharkeev Yu.P. Effect of deformation processing on microstructure and mechanical properties of Ti-42Nb-7Zr alloy............................................................................................................................................. 206 Kutkin O.M., Bataev I.A., Dovzhenko G.D., Bataeva Z.B. The study of characteristics of the structure of metallic alloys using synchrotron radiation computed laminography (Research Review)................................ 219 EDITORIALMATERIALS 243 FOUNDERS MATERIALS 255 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 84 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды Дена Батаев 1, a, *, Руслан Гойтемиров 1, 2, b, Петимат Батаева 1, c 1 Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова Российской академии наук, Старопромысловское шоссе, 21а, г. Грозн ый, 364051, Чеченская Республика, Россия 2 Чеченский государственный педагогический университет, ул. С. Кишиева, 33, г. Грозный, 364037, Чеченская Республика, Россия a https://orcid.org/0000-0003-4141-9353, denabataev61@mail.ru, b https://orcid.org/0000-0003-0088-4603, groznymuh@mail.ru, c https://orcid.org/0000-0002-9628-0742, bataeva_ggntu@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 4 с. 84–97 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-84-97 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение В изделиях современных строительных, судостроительных, судоремонтных и других отраслей (портовые и палубные механизмы, технологическое оборудование, плавсредства, ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 620.22 620.178.16 История статьи: Поступила: 09 сентября 2022 Рецензирование: 06 октября 2022 Принята к печати: 25 октября 2022 Доступно онлайн: 15 декабря 2022 Ключевые слова: Полимерный Композиционный «Масляниты» Износостойкий Коэффициент трения Имитат ор морской воды Усталостный износ Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Морская вода – агрессивная среда, вызывающая коррозию, эрозию, а также кавитацию при движении с высокими скоростями стальных, чугунных, бронзовых или баббитовых деталей, работающих удовлетворительно только при наличии смазки. При этом нередко происходит выброс масляных пятен в воду, что приводит к загрязнению водного бассейна. Методы исследования. Для исследования изнашивания и коэффициента трения выбраны: чистый полиамид П-610 и антифрикционные материалы на его основе – Маслянит Д и Маслянит 12. В качестве материала контртела использовались металлы: нержавеющая сталь Х18Н9Т, бронза БрАМЦ-9–2 и сплав титана ВТ-3. Результаты и обсуждение. Установлено, что материалы группы «маслянит» имеют значительно лучшие показатели по износостойкости и антифрикционным свойствам, чем чистый полиамид П-610. Показано, что причиной таких свойств Маслянита Д и Маслянита 12 является наличие в их составах твердых и консистентных смазок, выполняющих одновременно еще и роль пластификатора. Мелкодисперсные металлические наполнители благоприятно влияют на отвод температуры из зоны трения и рост кристаллической фазы полимера. Выявлено положительное влияние железного сурика на трение Маслянита 12, обусловливающего генерирование на рабочих поверхностях пары трения защитной антифрикционной пленки. Обнаружено снижение износа и коэффициента трения по мере повышения класса чистоты металлической поверхности. Подтвержден преимущественно усталостный механизм износа полимерных материалов при трении в имитаторе морской воды. Приведенные результаты испытания Маслянита 12 в реальной морской среде подтвердили его положительные характеристики. Для цитирования: Батаев Д.К-С., Гойтемиров Р.У., Батаева П.Д. Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 84–97. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-84-97. ______ *Адрес для переписки Батаев Дена Карим-Султанович, д.т.н., профессор, директор Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова Российской академии наук, Старопромысловское шоссе, 21а, 364051, г. Грозный, Чеченская Республика, Россия Тел.: +7 (871) 222-26-28, e-mail: denabataev61@mail.ru скоростные пассажирские суда на подводных крыльях, винтодейдвудные и рулевые устройства, судовые центробежные погружные насосы, оборудование платформ нефтедобычи, ферм по разведению морских рыб, опреснительных станций и др.), которые контактируют с пресной или морской водой, все чаще применяют полимерные материалы. Морская вода – сильный электролит, имеет высокую электропроводность и аэрацию. Высокая агрессивность данной среды, содержащей в своем составе сульфаты натрия, хлориды натрия, магния, кальция и другие соли,
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 85 EQUIPMENT. INSTRUMENTS и окружающей атмосферы вызывают коррозию, эрозию, а также кавитацию от движения при высоких скоростях стальных, чугунных, бронзовых или баббитовых деталей и узлов, работающих удовлетворительно только при наличии смазки, которая при этом нередко попадает в воду и пагубно влияет на фауну и флору. В экстремальных условиях работают подшипники судовых валов (дейдвудные подшипники). Решение проблемы их надежности и работоспособности в среде воды, особенно при больших давлениях глубоководной морской среды, является одной из трудных задач материаловедения [1–3]. Полиамиды и композиции на их основе обладают высокой износостойкостью и стабильным коэффициентом трения на воздухе без смазки, в воде и в других средах, они позволяет свести к минимуму вибрационные нагрузки и шумы и обеспечивают экологическую безопасность водного бассейна. В то же время наличие жидкой среды, в том числе воды, приводит к набуханию полимерных материалов. Установлено, что при экспозиции в воде происходит стабилизация их размеров и улучшение триботехнических свойств [4, 5]. Вместе с тем в работах школы Ребиндера и других исследователей [6–9] широкое распространение получило представление об адсорбционном влиянии воды и других жидкостей на прочность твердых тел разной природы за счет понижения поверхностной энергии и «расклинивающего» воздействия жидкости на стенки трещины. В этих работах предполагается, что уменьшение прочности полимеров вызвано изменением поверхностной энергии, что приводит к уменьшению критического напряжения в вершине трещин. При таком подходе разрушение представляет собой критическое явление, которое наступает, когда напряжение в вершине наиболее опасной трещины достигает прочности материала. Подход, основанный на кинетической концепции прочности, был развит в работах Берштейна [10–12]. Он исходил из основного положения, в соответствии с которым разрушение происходит в результате накопления разрывов химических связей под действием тепловых флуктуаций, т. е. процессы зарождения и развития разрушения в присутствии молекул воды представляют собой реакцию механически стимулированного гидролиза. В исследованиях по изучению триботехнических свойств полимерных композиционных материалов нами было установлено [13, 14], что в условиях сухого трения при осциллирующем движении рабочей поверхности, при однонаправленном линейном перемещении, при наличии динамического нагружения, абразива или химически агрессивных сред ведущим механизмом при установившемся режиме трения износа является усталостное разрушение рабочего слоя. Состояние поверхностей трения пары характеризуется наличием определенного состава поверхностных пленок. В реальных условиях на воздухе все микровыступы и микротрещины почти мгновенно покрываются оксидными пленками и слоями адсорбированных молекул полимерного образца и наполнителей, которые прочно связываются с металлом. Обычно над ювенильной (чистой) поверхностью находятся слои оксидов. Эти пленки экранирует рабочие поверхности трибосистемы и способствуют граничному механизму трения при отсутствии смазки и «самоорганизации» процесса установившегося трения [15, 16]. Материалы, используемые для изготовления трущихся деталей, должны обладать низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, т. е. оптимальными основными информативными триботехническими характеристиками. Кроме того, при разработке композиционных материалов триботехнического назначения в качестве модификаторов используют материалы, способные при трении формировать на сопряженной поверхности пленки фрикционного переноса (графит, углерод, политетрафторэтилен, диоксид кремния, дисульфид молибдена и др.) и обеспечивать режим самосмазывания. Соответствовать этим требованиям можно путем использования полимерных композиционных материалов (ПКМ). Большинство полиамидов характеризуются хорошим сочетанием этих параметров, сохраняют свои свойства при воздействии на них агрессивных сред [3, 17–19]. Анализ исследований различных авторов показывает необходимость экспериментальной проверки поведения полимерных материалов при наличии в рабочем контакте морской воды. Целью данной работы является исследование триботехнических свойств материалов на основе полиамида в среде имитатора морской
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 86 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ воды, проведение сравнительной оценки чистого и наполненных полиамидов с точки зрения их антифрикционных свойств и сопротивления усталостному изнашиванию при различных режимах испытаний. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи: 1) на основе теоретических изысканий выбрать материалы, подлежащие испытаниям; 2) разработать методику испытаний и экспериментальное оборудование; 3) провести лабораторные испытания выбранных материалов; 4) верифицировать методы лабораторных испытаний в условиях, моделирующих реальные режимы эксплуатации изделия. Для обеспечения высокой надежности узлов трения, работающих в морской воде, большое значение имеет правильный выбор пары трения. Повышенный износ, наблюдаемый при работе функциональных узлов, привел к необходимости создания ряда новых антифрикционных материалов на полимерной основе, одним из представителей которых является группа материалов под названием группы «маслянит». Благодаря своим уникальным характеристикам при работе в водных средах материалы «маслянит» получили широкое применение в гидротехнических сооружениях, портовых и судовых механизмах взамен подшипников качения, антифрикционных бронз, баббитов, капролона. На большинстве высоконапорных гидростанций России и стран СНГ используются материалы этого типа. Материалы и методики исследований Для испытания выбраны: ненаполненный чистый полиамид П-610 и антифрикционные материалы на полимерной (полиамидной) основе – Маслянит Д и Маслянит 12. В качестве материала контртела использовались металлы: нержавеющая сталь 12Х18Н9Т, бронза БрАМц-9-2 и сплав титана ВТ-3. Испытания проводились на торцевой машине трения (рис. 1). Верхняя головка 4 с испытуемым образцом 3 вставляется в шпиндель 8 машины трения. Узел трения представляет собой чашку 2 на самоустанавливающейся опоре 11, в которую помещается фиксируемое штифтом от проворачивания металлическое контртело 9. Рис. 1. Торцевая машина трения Fig. 1. End friction machine Сила трения определялась при помощи тензобалочки 1. Нагружение производилось рычажной системой 5, 6, 7 и грузом 10. В чашку на 25…30 мм выше плоскости трения заливается имитатор морской воды, приготовленный в следующем процентном соотношении (к рабочей среде) основных компонентов: (NaCl – 2,42 %; СаCl2 – 0,12 %; NaSO4 – 0,4 %; Мg Cl2 –1,1 %) 6Н2О. Узел охлаждался от перегрева воздушным потоком при помощи вентилятора. Образцы испытуемого материала представляют собой втулки кольцевого сечения с прорезями в виде секторов для обеспечения непрерывного доступа рабочей среды (имитатора морской воды) в зону трения. Коэффициент перекрытия K = 1/3 (отношение площади контакта к полной поверхности кольцевого сечения). Форма и размеры образца показаны на рис. 2. Образцы изготовлялись методом литья под давлением с последующей термо- и механической обработкой. Чистота поверхностей трения всех испытуемых образцов и контртел соответствовала 7-му классу (Ra = 0,8 мкм).
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 87 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рис. 2. Форма и размеры образца Fig. 2. Sample shape and dimensions Методика испытаний. Перед началом эксперимента образцы выдерживались в течение 24 часов в имитаторе морской воды для исключения влияния на показания замеров фактора набухания полимерной матрицы в жидкой среде, затем обезжиривались бензином и ацетоном. Для всех вариантов пар трения сравнительные испытания проводились при следующих режимах: удельной нагрузке Руд =4,5 МПа; линейной скорости по среднему радиусу образца V = 0,14 м/c. Длительность одного эксперимента составляла 11 часов. Текущие замеры производились через каждый час во время приработки образцов с целью определения точки перехода режима приработки в режим стационарного (установившегося) износа и через 6 часов – после стабилизации процесса. Перед замером образцы обезжиривались. Линейный износ материала замерялся по результатам трех опытов на вертикальном оптиметре с точностью 0,001 мм на трех площадках трения (А, В, С) отдельно и усреднялся. Все опыты проводились трижды, результаты усреднялись. Результаты и обсуждение Полученные результаты износа во времени представлены в табл. 1 и по усредненным значениям трех испытаний (опытов) выполнено их графическое изображение в виде гистограмм (рис. 3). Из табл. 1 и гистограмм (рис. 3) видно, что материалы группы «маслянит» с наполнителями имеют значительно лучшие показатели по износостойкости, чем чистый полиамид П-610. Надо полагать, что причиной высокой износостойкости Маслянита Д и Маслянита 12, имеющих одну и ту же полиамидную основу (матрицу), является наличие в их составах как твердых, так и консистентных смазок, выполняющих одновременно и роль пластификатора. Наполнителями этих композиций также являются мелкодисперсные металлические порошки, повышающие теплопроводность материала и снижающие локальные температуры в зоне трения [18]. Кроме того, частицы указанных порошков, являясь центрами кристаллообразования, повышают кристаллическую фазу материала, положительно влияющую на его износостойкость [18, 19]. Сравнивая «масляниты» между собой, следует отметить, что у Маслянита Д скорость Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Результаты исследования износостойкости металлополимерных пар трения в имитаторе морской воды (скорость изнашивания, мкм/ч) The results of wear resistance of metal-polymer friction pair in the sea water simulator (wear rate, μm/h) Материал образца Эксперимнет Сталь 12Х18Н9Т Бронза БрАМц-9-2 Сплав титана ВТ-3 Полиамид П-610 Опыт 1 25 11,6 90,3 Опыт 2 69 35,6 210 Опыт 3 21,4 5,9 223 Маслянит Д Опыт 1 5,2 9,6 26,5 Опыт 2 5,2 1,5 10,2 Опыт 3 0,5 3,1 8,8 Маслянит 12 Опыт 1 0 0,72 8,0 Опыт 2 3,3 17,2 42,4 Опыт 3 174 0,055 3,7
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 88 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ 38,4 17,7 178 3,6 4,7 15,2 59,1 6 144,7 0 50 100 150 200 12 Х18Н9Т БрАМц-9-2 ВТ-3 Скорость изнашивания, мкмч Материалы контртел Полиамид П-610 Маслянит Д Маслянит 12 Рис. 3. Скорости изнашивания металлополимерных пар в имитаторе морской воды, мкм/ч Fig. 3. Wear rates of metal-polymer friction pairs in a sea water simulator, μm/h изнашивания после приработки поверхностей стабилизируется, в то время как у Маслянита 12 даже по истечении принятого экспериментального времени (11 часов) наблюдается достаточно большой разброс этого параметра оценки: нулевой износ при работе в паре со сталью в одном из опытов и высокий (174 мкм/ч) – в другом. Объяснить эту «ложную безызносность» можно наличием в его составе железного сурика. Как известно, железный сурик – окись железа Fe2O3 – используется для создания антикоррозионного и влагонепроницаемого покрытия конструкций. В случае трения в соленой воде на трущейся рабочей поверхности генерируется тонкая антизадирная пленка. Следует полагать, что в процессе формирования пленки фрикционного переноса в поверхностном слое полимерного тела происходят сложные физико-химические изменения, связанные с развитием конкурирующих процессов деструкции и структурирования. С позиций термодинамики и структурно-энергетической самоорганизации начальный этап трения (приработка) характеризуется интенсивным разрушением исходных структур и формированием новых, так называемых трибоструктур, обладающих более высокими антифрикционными свойствами. При этом происходит своего рода самоорганизация трибосистемы [18–22]. Все три испытываемых материала (рис. 3) имеют значительно худшие результаты при трении с титаном, чем при трении со сталью и бронзой, что характерно для титановых сплавов [21, 23]. Антифрикционные свойства у «маслянитов» при трении со всеми металлическими контртелами значительно выше, чем у полиамида П-610 (рис. 4–6), причем у последнего в пределах всего ресурса экспериментального времени (11 часов) Рис. 4. Динамика значений коэффициентов трения пары: нержавеющая сталь 12Х18Н9Т – полимерный материал в период завершения процесса приработки Fig. 4. Dynamics of friction coeffi cients values of a pair: stainless steel 12Cr18Ni9Ti and polymeric material during the completion of the running-in process 0,1 0,12 0,24 0,13 0,16 0,07 0,08 0,06 0,06 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 1 час 2 час 3 часа Коэффициент трения Продолжительность испытания Полиамид П-610 Маслянит Д Маслянит 12
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1