Том 25 № 4 2023 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, 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, ИФПМ СО РАН, г. Томск, 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 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 Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Акинцева А.В., Переверзев П.П. Моделирование взаимосвязи силы резания с глубиной резания и объемами снимаемого металла единичными зернами при плоском шлифовании.................................................................................................................... 6 Шарма Ш.С., Йоши А., Раджпут Й.С. Систематический обзор технологий производства металлической пены...................... 22 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Иванцивский В.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Обзор современных требований к сварке трубных высокопрочных низколегированных сталей................................................................................................. 36 Старцев Е.А., Бахматов П.В. Влияние режимов дуговой автоматической сварки на геометрические параметры шва стыковых соединений из низкоуглеродистой стали, выполненных с применением экспериментального флюса.............................. 61 Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Ци М., Багинский А.Г., Хань Ц., Бовкун А.С. Фрезерование заготовок из мартенситной стали 40Х13, полученных с помощью аддитивных технологий.......................................................................................................... 74 Логинов Ю.Н., Замараева Ю.В. Оценка схемы многоканального углового прессования прутков и возможности ее применения на практике................................................................................................................................................................................. 90 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Раджпут Й.С., Шарма А.К., Мишра В.Н., Саксена К., Дипак Д., Шарма Ш.С. Влияние геометрии наконечника сварочного инструмента на характеристики растяжения соединений сплава АА8011, полученных сваркой трением с перемешиванием.... 105 Чинчаникар С., Гейдж М.Г. Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке.................................................................................................................................... 117 Гуле Г.С., Санап С., Чинчаникар С. Точение стали AISI 52100 с наложением ультразвуковых колебаний: сравнительная оценка и моделирование с использованием анализа размерностей.................................................................................................... 136 Пивкин П.М., Ершов А.А., Миронов Н.Е., Надыкто А.Б. Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла.................................................................................. 151 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Мамадалиев Р.А. Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали......................................................................................................................... 167 Клименов В.А., Колубаев Е.А., Хань Ц., Чумаевский А.В., Двилис Э.С., Стрелкова И.Л., Дробяз Е.А., Яременко О.Б., Куранов А.Е. Модуль упругости и твердость титанового сплава, сформировавшегося в условиях электронного лучевого сплавления при 3D-печати проволокой................................................................................................................................................. 180 Воронцов А.В., Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Москвичев Е.Н., Новицкая О.С., Княжев Е.О., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Денисов В.В. In situ анализ кристаллической решетки нитридных однокомпонентных и многослойных покрытий ZrN/CrN в процессе термоциклирования............................................................................................................................................... 202 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Гриненко А.В., Колубаев Е.А. Влияние высокоэнергетического воздействия при плазменной резке на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов............................................................................................... 216 Бобылёв Э.Э., Стороженко И.Д., Маторин А.А., Марченко В.Д. Особенности формирования Ni-Cr покрытий, полученных диффузионным легированием из среды легкоплавких жидкометаллических растворов.................................................................. 232 Бурков А.А., Коневцов Л.А., Дворник М.И., Николенко С.В., Кулик М.А. Формирование и исследование свойств покрытий из металлического стекла FeWCrMoBC на стали 35............................................................................................................ 244 Шарма Ш.С., Хатри Р., Йоши А. Синергетический подход к разработке легкого пористого металлического пеноматериала на основе алюминия с использованием литейно-металлургического метода.................................................................................... 255 Строкач Е.А., Кожевников Г.Д., Пожидаев А.А., Добровольский С.В. Моделирование эрозионного износа титанового сплава высокоскоростным потоком частиц........................................................................................................................................... 268 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 284 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 295 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 01.12.2023. Выход в свет 15.12.2023. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 37,0. Уч.-изд. л. 68,82. Изд. № 209. Заказ 296. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 25 No. 4 2023 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. 25 No. 4 2023 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 Aff airs, 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. 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, 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. 25 No. 4 2023 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Akintseva A.V., Pereverzev P.P. Modeling the interrelation of the cutting force with the cutting depth and the volumes of the metal being removed by single grains in fl at grinding........................................................................................................................................ 6 Sharma S.S., Joshi A., Rajpoot Y.S. A systematic review of processing techniques for cellular metallic foam production................. 22 Karlina Yu.I., Kononenko R.V., Ivantsivsky V.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Review of modern requirements for welding of pipe high-strength low-alloy steels.......................................................................................................................................... 36 Startsev E.A., Bakhmatov P.V. The infl uence of automatic arc welding modes on the geometric parameters of the seam of butt joints made of low-carbon steel, made using experimental fl ux......................................................................................................................... 61 Martyushev N.V., Kozlov V.N., Qi M., Baginskiy A.G., Han Z., Bovkun A.S. Milling martensitic steel blanks obtained using additive technologies................................................................................................................................................................................ 74 Loginov Yu.N., Zamaraeva Yu.V. Evaluation of the bars’ multichannel angular pressing scheme and its potential application in practice................................................................................................................................................................................................... 90 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Rajpoot Y.S., SharmaA.K., Mishra V.N., Saxena K., Deepak D., Sharma S.S. Eff ect of tool pin profi le on the tensile characteristics of friction stir welded joints of AA8011.................................................................................................................................................... 105 Chinchanikar S., Gadge M.G. Performance modeling and multi-objective optimization during turning AISI 304 stainless steel using coated and coated-microblasted tools........................................................................................................................................................ 117 Ghule G.S., Sanap S., Chinchanikar S. Ultrasonic vibration-assisted hard turning of AISI 52100 steel: comparative evaluation and modeling using dimensional analysis........................................................................................................................................................ 136 Pivkin P.M., Ershov A.A., Mironov N.E., Nadykto A.B. Infl uence of the shape of the toroidal fl ank surface on the cutting wedge angles and mechanical stresses along the drill cutting edge...................................................................................................................... 151 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Venediktov A.N., Mamadaliev R.A. Infl uence of internal stresses on the intensity of corrosion processes in structural steel....................................................................................................................................................................... 167 Klimenov V.A., Kolubaev E.A., Han Z., Chumaevskii A.V., Dvilis E.S., Strelkova I.L., Drobyaz E.A., Yaremenko O.B., Kuranov A.E. Elastic modulus and hardness of Ti alloy obtained by wire-feed electron-beam additive manufacturing................... 180 Vorontsov A.V., Filippov A.V., Shamarin N.N., Moskvichev E.N., Novitskaya O.S., Knyazhev E.O., Denisova Yu.A., Leonov A.A., Denisov V.V. In situ crystal lattice analysis of nitride single-component and multilayer ZrN/CrN coatings in the process of thermal cycling.......................................................................................................................................................................................... 202 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Kniazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Grinenko A.V., Kolubaev E.A. Infl uence of high-energy impact during plasma cutting on the structure and properties of surface layers of aluminum and titanium alloys................................................................................................................... 216 Bobylyov E.E., Storojenko I.D., Matorin A.A., Marchenko V.D. Features of the formation of Ni-Cr coatings obtained by diff usion alloying from low-melting liquid metal solutions..................................................................................................................................... 232 Burkov А.А., Konevtsov L.А., Dvornik М.И., Nikolenko S.V., Kulik M.A. Formation and investigation of the properties of FeWCrMoBC metallic glass coatings on carbon steel.......................................................................................................................... 244 Sharma S.S., Khatri R., Joshi A. A synergistic approach to the development of lightweight aluminium-based porous metallic foam using stir casting method........................................................................................................................................................................... 255 Strokach E.A., Kozhevnikov G.D., Pozhidaev A.A., Dobrovolsky S.V. Numerical study of titanium alloy high-velocity solid particle erosion.......................................................................................................................................................................................... 268 EDITORIALMATERIALS 284 FOUNDERS MATERIALS 295 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 167 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали Роман Соколов a, *, Камиль Муратов b, Анатолий Венедиктов c, Расул Мамадалиев d Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия a https://orcid.org/0000-0001-5867-8170, falcon.rs@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0002-8079-2022, muratows@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0002-6899-4297, annattoliy@gmail.com; d https://orcid.org/0000-0003-0813-0961, mamadalievra@tyuiu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 167–179 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-167-179 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.24; 620.19 История статьи: Поступила: 09 августа 2023 Рецензирование: 21 августа 2023 Принята к печати: 09 сентября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: Остаточные внутренние напряжения Микроструктура Степень анизотропии зерна Конструкционная сталь Остаточная деформация Скорость коррозии АННОТАЦИЯ Введение. Поведение металла в коррозионной среде может быть неоднозначным, что связано с особенностями протекания коррозионного процесса. Влияние на процесс коррозии оказывают как внешние, так и внутренние факторы. Внешние факторы определяются температурой, влажностью, типом коррозионной среды и др. Внутренние факторы зависят от параметров системы (материала): наличия включений, фазового состава, структуры, величины внутренних остаточных напряжений. Внутренние факторы неоднозначно влияют на поведение материала в определенной агрессивной среде, что в конечном итоге сказывается на времени коррозионного разрушения материала и, как следствие, на времени эксплуатации объектов, изготовленных из данного материала. Потому дифференциация влияния различных внутренних факторов на скорость протекания коррозионного процесса в агрессивной среде является приоритетным направлением исследований. Цель настоящей работы: рассмотрение влияния величины внутренних остаточных напряжений на скорость коррозионного процесса в агрессивной среде – 5%-м растворе серной кислоты. Объектом исследования в работе является листовой прокат стали Ст3 в состоянии поставки после различной по величине пластической деформации, из которого были изготовлены исследуемые образцы. Методы исследования. Изучение микроструктуры деформированных образцов осуществлялось на оптическом микроскопе Оlympus GX53; программное обеспечение SIAMS 800 использовалось для определения балла зеренной структуры и определения анизотропии структуры после деформации материала; рентгеновский дифрактометр ДРОН-7 – для регистрации дифрактограмм и определения величины внутренних напряжений; лабораторные весы SHIMADZU UW620h – для измерения массы исследуемых образцов. Растяжение образцов производилось на универсальной испытательной машине И1185М (100 кН). Результаты и обсуждение. Полученные результаты показывают, что пластическая деформация материала в направлении проката оказывает неоднозначное воздействие на анизотропию структуры. При повышении степени пластической деформации происходит неоднозначное изменение величины анизотропии зерна, что связано с внутренними эффектами протекающих в структуре материала процессов при пластической деформации, такими как скольжение кристаллической решетки в направлениях {111} <110> и возникновение обратных остаточных внутренних напряжений из-за наличия в структуре стали включений. Однако при этом степень пластической деформации достаточно хорошо коррелирует с величиной внутренних остаточных напряжений. Рост величины внутренних остаточных напряжений приводит к возрастанию скорости коррозии конструкционной стали Ст3 в 5%-м растворе соляной кислоты. Полученная зависимость описывается линейным уравнением с высоким коэффициентом детерминации, что свидетельствует о наличии сильной связи между величиной внутренних остаточных напряжений и скоростью коррозии материала. При этом коэффициент влияния величины внутренних напряжений на скорость коррозии равен 0,72, что дополнительно доказывает наличие взаимосвязи между рассматриваемыми параметрами. Для цитирования: Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали / Р.А. Соколов, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов, Р.А. Мамадалиев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 167–179. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-167-179. ______ *Адрес для переписки Соколов Роман Александрович, аспирант, ассистент Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, 625000, г. Тюмень, Россия Тел.: +7 (919) 925-88-47, e-mail: falcon.rs@mail.ru Введение Наличие в изделии из стали остаточных напряжений может привести к короблению поверхности, образованию трещин при механических воздействиях, изменению поведения конструкций при различных по характеру нагрузках и способствует ускоренному коррозион-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 168 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ному процессу [1–3]. Ввиду того что на площадках промышленных предприятий в большинстве случаев оборудование работает с ускоряющими процесс коррозии агрессивными средами, наличие внутренних напряжений, влияющих на этот процесс, становится значительным фактором. Однако не стоит забывать, что в процессе коррозионного разрушения имеют место различные механизмы [8–11], связанные с наличием включений, величиной внутренних напряжений, дисперсностью материала и др. Влияние этих механизмов на коррозионный процесс неоднозначно, именно по этой причине необходимо четко дифференцировать оказываемое на коррозионные процессы воздействие со стороны напряжений второго рода. Существуют термические методы обработки изделий, уменьшающие внутренние напряжения, например отжиг, отпуск и обработка холодом [7]. Применение термических методов может снизить прочность материала или даже привести к повышенной коррозионной восприимчивости. Для уменьшения внутренних остаточных напряжений могут использоваться и механические методы. Наибольшее распространение получил метод, основанный на растяжении материала при комнатной температуре. Сущность метода заключается в пластической деформации материала, не превышающей 0,5–2%. [4] Следует уточнить, что под пластической деформацией понимается остающееся после прекращения действия внешних напряжений изменение геометрических размеров [5]. Уменьшение величины внутренних напряжений при подобного рода пластической деформации связано с незначительным искажением кристаллической решетки металла под действием касательных напряжений, в результате чего наблюдается необратимое перемещение атомов. После снятия внешних растягивающих напряжений происходит устранение упругой составляющей деформации [17, 18]. Незначительная часть деформации, остается, а материал почти полностью освобождается от остаточных напряжений [6]. Пластическая деформация происходит за счет процессов скольжения и двойникования, в результате чего наблюдается увеличение числа линейных дефектов в виде дислокаций [3, 7]. Проанализированные литературные источники показывают, что влияние остаточного напряженного состояния материала на скорость протекания коррозии изучено не в полной мере [1–3]. В литературных источниках в основном рассматривается зависимость электрохимической коррозии металла от величины растягивающего напряжения, прикладываемого к объекту [3], но отсутствуют данные, отражающие начальное состояние материала и его влияние на скорость коррозионного процесса. Исходя из вышеизложенного, в настоящей работе рассматривается влияние, оказываемое пластической деформацией материала на скорость коррозии низколегированной малоуглеродистой стали Ст3. Методика исследований Результаты, приведенные в данной работе, получены на образцах, которые изготовлены из листового проката стали Ст3, находящегося в состоянии поставки. Сталь Ст3 широко применяется при изготовлении различных металлоконструкций, труб и оборудования. Образцы были вырезаны поперек направления проката. Размеры образцов: 4,0×70,0×25,0 мм. Определение внутренних напряжений производилось на рентгеновском дифрактометре ДРОН-7 по методике С.С. Горелика [3]. Методика основана на сравнении данных, полученных на исследуемом образце, с данными, полученными на эталонном образце, в качестве которого использовался отожженный материал с минимальной величиной внутренних остаточных напряжений. Коррозионные испытания образцов выполнялись в лабораторных условиях в течение 72 часов при температуре 20 °С. В качестве агрессивной среды использовался 5%-й раствор соляной кислоты. Контейнер с исследуемыми образцами и агрессивной средой находился в термостате, прямой контакт между исследуемыми образцами отсутствовал. Масса образцов определялась при помощи лабораторных весов SHIMADZU UW620h как среднее значение по трем проведенным измерениям. Геометрические размеры образцов определялись при помощи штангенциркуля. Коррозионные испытания проводились согласно методике [6]. Критерием оценки коррозионного воздействия выбрана скорость коррозии, которая рассчитывается по формуле
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 169 MATERIAL SCIENCE , m v St Δ = (1) где Δm – относительная убыль массы (гр); S – площадь поверхности образца, находящаяся в контакте с агрессивной средой (м2); t – время контакта образца с агрессивной средой (сутки). Растяжение образцов производилось на универсальной испытательной машине И1185М (100 кН). Погрешность измерения нагрузки не более ±1 %. Структура материала анализировалась в программном комплексе SIAMS 800. Некоторые полученные результаты отражены в работах [10, 11, 15, 16]. Результаты и их обсуждение Вырезанные поперек проката образцы деформировались при медленном нагруженнии со скоростью не более 0,1 мм/с. Образец № 2 был деформирован на 1,5 %, № 3 – на 3,0 %, № 4 – на 4,5 %, № 5 – на 6,6 %. Образец № 1 не был деформирован, он имеет наименьшие значения величины внутренних напряжений. Это отличие от теории связано с тем, в каком направлении был вырезан образец из пластины металла, изготовленного прокаткой. Под деформацией подразумевается изменение длины образца, выраженное в процентах относительно первоначального размера. Микроструктура исследуемых образцов показана на рис. 1. При анализе микрошлифа установлено, что структура представляет собой феррито-перлитную смесь в соотношении 81,7 % феррита и 18,3 % перлита. Балл структуры – 8 согласно ГОСТ 8233, минимальное значение балла зерна – 8, максимальное значение балла зерна – 13, наибольшее по занимаемой на микрошлифе области – 11. При прокатке металла происходит вытягивание зерен в направлении прокатки и, следовательно, перераспределение внутренних напряжений; максимальная их величина будет наблюдаться также в указанном направлении. Об этом можно судить по дифрактограммам (рис. 2). Образцы растягивались со скоростью 0,1 мм/мин. В табл. 1 представлены результаты определения основных механических свойств для образца № 5, а на рис. 3 – диаграмма растяжения для образца № 5. Поскольку образцы были вырезаны поперек направления проката, то закономерно предположить, что наименьшие значения величины внутренних напряжений будут наблюдаться в исходном состоянии в продольном направлении относительно внешней нагрузки. При деформации может происходить перераспределение напряжений, и их величина может увеличиться (рис. 4). a б Рис. 1. Микроструктура образца № 1 (а) и образца № 3 (б) при увеличении ×500 Fig. 1. Microstructure of the specimens at magnifi cation of 500X: а – specimen No.1; б – specimen No.3
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 170 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 2. Дифрактограммы, полученные на исследуемых образцах стали Ст3 Fig. 2. Diff raction patterns obtained on the specimens being studied Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Механические характеристики образца № 5 Mechanical characteristics of specimen No.5 Предел текучести верхний 1220 Н Предел текучести нижний 1210 Н Предел текучести условный 1130 Н Деформация [мм] 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 Усилие [Н] 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 Рис. 3. Диаграмма растяжения для образца № 5 Fig. 3. Tensile diagram for specimen No.5
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 171 MATERIAL SCIENCE Рис. 4. Изменение величины внутренних напряжений при увеличении степени остаточной деформации материала Fig. 4. Change in the values of internal stresses with increasing degree of residual deformation of the material Из рис. 4 видно, что при увеличении пластической деформации образцов происходит рост величины внутренних остаточных напряжений в направлении проката. После деформирования образцов были проведены коррозионные испытания, результаты которых приведены на рис. 5. Испытания проводились в термостате при постоянной температуре. Для уточнения полученных данных эксперимент был проведен два раза. Предварительно образцы были подготовлены путем электрохимического травления. Рис. 5. Зависимость величины скорости коррозии от величины деформации образца Fig. 5. Dependence of the corrosion rate on the specimen deformation
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 172 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Видно, что скорость коррозии возрастает с увеличением деформации материала, что также обусловлено увеличением величины внутренних напряжений (рис. 6). Как можно видеть из рис. 6, скорость коррозии имеет линейную зависимость от величины внутренних напряжений. Стоит отметить, что изменение размеров зерен в данном эксперименте в максимальной величине составляло 20 % от исходных (табл. 2). На рис. 7 представлено обработанное в программе SIAMS 800 изображение структуры материала образца № 3 при увеличении в 500 раз. Красным цветом выделены границы зерен. Максимальное изменение наблюдалось при деформации материала, равной 3 %, затем в структуре происходили релаксационные процессы и величины зерна в двух направлениях выравнивались, что приводило к уменьшению средних значений. Для сопоставления используются средние значения максимальных размеров зерна в продольном и поперечном направлении относительно внешней растягивающей силы (рис. 8). О протекании данного процесса говорит и изменение продольных и поперечных размеров зерна, выраженное в степени его анизотропии (рис. 9). Степень анизотропии определяется Рис. 6. Зависимость величины внутренних напряжений от средней скорости коррозии (по результатам двух экспериментов) Fig. 6. Dependence of the internal stresses on the average corrosion rate (based on the results of 2 experiments) Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Некоторые параметры исследуемых образцов Some parameters of the specimen being investigated Dmin, мкм 2,56 2,82 3,04 2,95 2,87 L, мм 0 0,370 0,760 1,130 1,590 Ψ, % 0 1,48 3,04 4,52 6,63 Δd, % 0 10,07 18,71 15,33 12,09 Dmin – минимальные размеры зерна; L – удлинение образца; Ψ – остаточная деформация образца; Δd – среднее изменение величины зерна при деформации материала.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1