Том 26 № 2 2024 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, 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 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 26 № 2 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Гайквад В., Чинчаникар С. Исследования соединений AA7075, сваренных трением с перемешиванием и ультразвуковым воздействием: механические свойства и анализ разрушения.......................................................... 6 Сирота В.В., Зайцев С.В., Лимаренко М.В., Прохоренков Д.С., Лебедев М.С., Чуриков А.С., Даньшин А.Л. Получение покрытий с высокой инфракрасной излучательной способностью............................................................ 23 Бабаев А.С., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Шевчук А.С., Овчаренко В.А., Сударев Е.А. Исследование сил резания и обрабатываемости при фрезеровании порошковой коррозионно-стойкой стали, полученной по технологии прямого лазерного выращивания (LMD).......................................................................................................................... 38 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Влияние режимов лазерной наплавки на геометрические размеры стального трека......................................................................................................................... 57 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Оценка сварочно-технологических свойств электродных покрытий основного типа различных производителей электродов для сварки трубных деталей и сборочных единиц поверхностей теплообмена котлоагрегатов.................................................................... 71 Янпольский В.В., Иванова М.В., Насонова А.А., Янюшкин А.С. Определение скорости электрохимического растворения стали У10А в условиях ЭХРО с неподвижным катодом-инструментом................................................. 95 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е. Изучение отображения вибрационных возмущений в геометрии формируемой резанием поверхности при точении................................................................................................................ 107 Гасанов Б.Г., Конько Н.А., Баев С.С. Исследование кинетики формообразования деталей сферического подшипника скольжения из коррозионно-стойких сталей, полученных объемной штамповкой пористых заготовок............................................................................................................................................................................... 127 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Моисеев Д.В., Гамалеева Е.И. Влияние динамических характеристик процесса резания на шероховатость поверхности детали при токарной обработке..................................................... 143 Лобанов Д.В., Скиба В.Ю., Голюшов И.С., Смирнов В.М., Зверев Е.А. Моделирование конструкций сборного абразивного инструмента................................................................................................................................................... 158 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Ерошенко А.Ю., Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Шаркеев Ю.П. Термическая стабильность микроструктуры сплава Mg-Y-Nd в экструдированном состоянии................................................... 174 Базалеева К.О., Сафарова Д.Э., Понкратова Ю.Ю., Луговой М.Е., Цветкова Е.В., Алексеев А.В., Железный М.В., Логачев И.А., Басков Ф.А. Влияние технологических параметров процесса прямого лазерного выращивания на качество формируемого объекта из титанового сплава ВТ23............................................................ 186 Ефимович И.А., Золотухин И.С. Температуры окисления инструментальных вольфрамокобальтовых твердых сплавов.................................................................................................................................................................................. 199 Прибытков Г.А., Барановский А.В., Фирсина И.А., Акимов К.О., Кривопалов В.П. Исследование железоматричных композитов с карбидным упрочнением, полученных спеканием механоактивированных смесей титанидов железа с углеродом........................................................................................................................................... 212 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 224 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 235 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 03.06.2024. Выход в свет 14.06.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 29,5. Уч.-изд. л. 54,87. Изд. № 73. Заказ 135. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 2 2024 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. 26 No. 2 2024 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, 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. 26 No. 2 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Gaikwad V., Chinchanikar S. Investigations on ultrasonic vibration-assisted friction stir welded AA7075 joints: Mechanical properties and fracture analysis........................................................................................................................ 6 Sirota V.V., Zaitsev S.V., Limarenko M.V., Prokhorenkov D.S., Lebedev M.S., Churikov A.S., Dan'shin A.L. Preparation of coatings with high infrared emissivity.......................................................................................................... 23 Babaev A.S., Kozlov V.N., Semenov A.R., Shevchuk A.S., Ovcharenko V.A., Sudarev E.A. Investigation of cutting forces and machinability during milling of corrosion-resistant powder steel produced by laser metal deposition............. 38 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. The eff ect of laser surfacing modes on the geometrical characteristics of the single laser tracks............................................................................................................................... 57 Karlina Y.I., Kononenko R.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Assessment of welding engineering properties of basic type electrode coatings of diff erent electrode manufacturers for welding of pipe parts and assemblies of heat exchange surfaces of boiler units............................................................................................................................. 71 Yanpolskiy V.V., Ivanova M.V., Nasonova A.A., Yanyushkin A.S. Determination of the rate of electrochemical dissolution of U10A steel under ECM conditions with a stationary cathode-tool............................................................... 95 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E. The study of vibration disturbance mapping in the geometry of the surface formed by turning............................................................................................................................................................................. 107 Gasanov B.G., Konko N.A., Baev S.S. Study of the kinetics of forming of spherical sliding bearing parts made of corrosion-resistant steels by die forging of porous blanks............................................................................................... 127 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Moiseev D.V., Gamaleeva E.I. Infl uence of dynamic characteristics of the turning process on the workpiece surface roughness........................................................................................................................ 143 Lobanov D.V., Skeeba V.Yu., Golyushov I.S., Smirnov V.M., Zverev E.A. Design simulation of modular abrasive tool........................................................................................................................................................................................ 158 MATERIAL SCIENCE EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Sharkeev Yu.P. Thermal stability of extruded Mg-Y-Nd alloy structure.................................................................................................................................. 174 Bazaleeva K.O., Safarova D.E., Ponkratova Yu.Yu., Lugovoi M.E., Tsvetkova E.V., Alekseev A.V., Zhelezni M.V., Logachev I.A., Baskov F.A. The infl uence of technological parameters of the laser engineered net shaping process on the quality of the formed object from titanium alloy VT23......................................................... 186 Efi movich I.A., Zolotukhin I.S. Oxidation temperatures of WC-Co cemented tungsten carbides....................................... 199 Pribytkov G.A., Baranovskiy A.V., Firsina I.A., Akimov K.O., Krivopalov V.P. Study of Fe-matrix composites with carbide strengthening, formed by sintering of iron titanides and carbon mechanically activated mixtures................ 212 EDITORIALMATERIALS 224 FOUNDERS MATERIALS 235 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 174 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Термическая стабильность микроструктуры сплава Mg-Y-Nd в экструдированном состоянии Анна Ерошенко 1, a,*, Елена Легостаева 1, b, Иван Глухов 1, c, Павел Уваркин 1, d, Алексей Толмачев 1, e, Юрий Шаркеев 1, 2, f 1 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия 2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия a https://orcid.org/0000-0001-8812-9287, eroshenko@ispms.ru; b https://orcid.org/0000-0003-3684-9930, lego@ispms.ru; c https://orcid.org/0000-0001-5557-5950, gia@ispms.ru; d https://orcid.org/0000-0003-1169-3765, uvarkin@ispms.ru; e https://orcid.org/0000-0003-4669-8478, tolmach@ispms.ru; f https://orcid.org/0000-0001-5037-245X, sharkeev@ispms.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 2 с. 174–185 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-174-185 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.4; 539.25 История статьи: Поступила: 19 октября 2023 Рецензирование: 16 ноября 2023 Принята к печати: 20 марта 2024 Доступно онлайн: 15 июня 2024 Ключевые слова: Сплав Mg-Y-Nd Экструдированное состояние Микроструктура Фазовый состав Термостабильность Финансирование Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных научных исследований СО РАН, проект FWRW-2021-0004. Исследования выполнены на экспериментальном оборудовании ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН. Благодарности Авторы выражают благодарность инженеру Juergen Schmid (Department of Electrochemistry, Innovent Technology Development, Germany) и н.с. Чебодевой В.В. (ИФПМ СО РАН) за помощь в проведении ряда экспериментальных работ. АННОТАЦИЯ Введение. На сегодняшний день биорезорбируемые магниевые сплавы, обладающие необходимым комплексом физико-механических, коррозионных и биологических характеристик, являются перспективными материалами в ортопедии и сердечно-сосудистой хирургии. Добавление в состав магниевых сплавов редкоземельных элементов (РЗМ), таких как иттрий, неодим и церий, приводит к улучшению характеристик сплавов. В сравнении с широко используемыми титановыми сплавами магниевые сплавы имеют ряд преимуществ: они способны резорбировать в организме, что исключает необходимость повторных хирургических операций по извлечению имплантата. Биосовместимые сплавы на основе магния характеризуются достаточно низким модулем упругости (10–40 ГПа), близким к модулю упругости кортикальной кости, что снижает контактное напряжение в системе кость-имплантат. В то же время уровень прочностных свойств магниевых сплавов, легированных РЗМ, не всегда соответствует требованиям, предъявляемым для медицинских приложений. Перспективными являются методы интенсивной пластической деформации (ИПД), например равноканальное угловое прессование, кручение под давлением, мультиосевая ковка (abc-прессование), экструзия и другие, позволяющие за счет измельчения зерненной структуры достигать высокого уровня механических свойств в металлах и сплавах. Применение методов ИПД существенно повышает конструктивную прочность магниевых сплавов в результате получения ультрамелкозернистого (УМЗ) и (или) мелкозернистого (МЗ) состояния. Актуальными являются вопросы, связанные с исследованием термической стабильности и структурно-фазового состояния сплавов на основе магния с необходимым уровнем механических свойств. Целью работы являлось установление влияния термического воздействия на микроструктуру экструдированного сплава Mg-Y-Nd. Методы исследования. В качестве объекта исследования был выбран сплав Mg-2,9Y-1,3Nd (масс. %): Mg 95,0; Y 2,9; Nd 1,3; Fe ≤ 0,2; Al ≤ 0 в экструдированном состоянии. С целью исследования термостабильности микроструктуры образцы сплава отжигали в течение одного часа в аргоне при температурах 100, 300, 350, 450, 525 °С. Микроструктуру и фазовый состав образцов исследовали с помощью оптической микроскопии, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Результаты и обсуждение. Показано, что в деформированном экструзией магниевом сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd формируется бимодальная мелкозернистая микроструктура. Установлено, что помимо стабильной основной α-фазы магния в структуре образуются также интерметаллидные частицы Mg24Y5 и выделения β-, β′- и β1-фаз. Термическое воздействие в интервале температур 100…450 °С в течение одного часа не оказывает влияния на общий характер структуры в сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd, но способствует увеличению линейных размеров выделений β-, β′- и β1-фаз. В диапазоне температур отжига 300…450 °С наблюдается изменение морфологии β-, β′- и β1-фаз при сохранении среднего размера зерна основной α-фазы. Отжиг при 525 °С приводит к заметной трансформации бимодальной микроструктуры, связанной с активным ростом зерна основной фазы и раз меров частиц Mg24Y5, а также выделений β-, β′- и β1-фаз. Отжиги в интервале температур 100…450 °С приводят к увеличению линейных размеров частиц Mg24Y5, выделений β-, β′- и β1-фаз и сохранению бимодальной структуры в сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd. Для цитирования: Термическая стабильность микроструктуры сплава Mg-Y-Nd в экструдированном состоянии / А.Ю. Ерошенко, Е.В. Легостаева, И.А. Глухов, П.В. Уваркин, А.И. Толмачев, Ю.П. Шаркеев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 174–185. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-174-185. ______ *Адрес для переписки Ерошенко Анна Юрьевна, к.т.н., старший научный сотрудник Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: 8 (3822) 28-69-11, e-mail: eroshenko@ispms.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 175 MATERIAL SCIENCE Введение На сегодняшний день биорезорбируемые магниевые сплавы, обладающие необходимым комплексом физико-механических, коррозионных и биологических характеристик, являются перспективными материалами в ортопедии и сердечно-сосудистой хирургии [1–8]. В ведение в состав магниевых сплавов редкоземельных элементов (РЗМ), таких как иттрий, неодим и церий, приводит к улучшению их характеристик [9]. Например, иттрий способен образовывать стабильные фазы с магнием, что приводит к улучшению прочности и пластичности сплава. Неодим и церий способствуют улучшению коррозионной стойкости и повышению термической стабильности магниевых сплавов. В сравнении с широко используемыми титановыми сплавами магниевые сплавы имеют ряд преимуществ. Во-первых, магниевые сплавы способны резорбировать в организме, что исключает необходимость проведения хирургических операций по извлечению имплантата [2–4]. Во-вторых, магниевые сплавы обладают хорошей биосовместимостью, не вызывают негативных реакций со стороны организма, воспалительных процессов или реакций отторжения имплантата. В-третьих, они имеют достаточно низкий модуль упругости (10–40 ГПа), близкий к модулю упругости кортикальной кости [3, 4]. С этой точки зрения перспективными являются методы интенсивной пластическ ой деформации (ИПД), например равноканальное угловое прессование, кручение под давлением, мультиосевая ковка (abc-прессование), экструзия и другие, позволяющие за счет измельчения зерненной структуры достигать высокого уровня механических свойств в металлах и сплавах [10–16]. Применение методов ИПД в магниевых сплавах повышает в 2,5 раза конструктивную прочность в результате получения объемного ультрамелкозернистого (УМЗ) и (или) мелкозернистого (МЗ) состояния. Кроме того, деформируемые магниевые сплавы Mg-Y-Nd (промышленные сплавы WE43, WЕ54), содержащие редкоземельные металлы иттрий и неодим, также успешно используются в конструкциях деталей систем управления современных летательных аппаратов. Легированные редкоземельными металлами сплавы системы Mg-РЗМ (неодим, иттрий, кадмий, лантан и др.) используются в основном в авиации и космонавтике, так как они при относительно высоких температурах в диапазоне 250…300 °С являются жаропрочными материалами [17–19]. При получении сплавов на основе магния с необходимым уровнем прочностных свойств важными являются вопросы, связанные с исследованием термической стабильности и структурно-фазового состояния рассматриваемых сплавов. Это обусловлено многообразием формирующихся структур в магниевых сплавах как в литом состоянии, так и в состоянии после деформационного воздействия, которые в значительной степени влияют на физико-механические и функциональные свойства. Все это определяет актуальность исследований, направленных на получение высокопрочного состояния в магниевых сплавах и на решение задач, связанных с анализом их термостабильности и структурно-фазового состояния. Цель исследования − установление влияния термического воздействия на микроструктуру и фазовый состав экструдированного магниевого сплава Mg-Y-Nd. Методика исследований В качестве объекта исследования был выбран сплав Mg-2.9Y-1.3Nd (промышленный WE43). Сплав имел следующий состав (масс. %): Mg 95,0; Y 2,9; Nd 1,3; Fe ≤ 0,2; Al ≤ 0. Сплав был получен методом непрерывного литья в кокиль [20]. С целью измельчения зерна и повышения механических свойств заготовки магниевого сплава подвергались ИПД-экструзии при температуре 350 °C. Диаметр исходных прутков составил 60 мм, а после экструзии − 14 мм. Величину истинной деформации определяли как логарифм отношения начальной и конечной толщины образца. Накопленная величина логарифмической деформации в результате обработки для образцов составила 1,46. Микроструктуру и фазовый состав образцов исследовали с помощью оптической микроскопии (микроскоп Carl Zeiss Axio Observe, Germany), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) (микроскоп JEOL JEM 210 0, Akishima, Japan) и растровой электронной микроскопии (РЭМ) (микроскоп LEOEVO 50 Carl Zeiss,
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 176 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Germany). Рентгеноструктурные исследования проводили в CoKα-излучении (прибор ДРОН 7, НПП «Буревестник», Россия). Средний размер элементов структуры (зерна, субзерна, фрагменты) определяли методом секущей [21]. Образцы сплава Mg-2.9Y-1.3Nd отжигали в течение одного часа в аргоне при температурах 100, 300, 350, 450, 525 °С. Как показано в работах [22–24], в результате термической обработки для сплавов системы Mg-Y-Nd при температурах в диапазоне 100…525 °С наблюдаются различные структурно-фазовые перестройки, а также сложный характер температурной зависимости теплоемкости. Результаты и их обсуждение На рис. 1 представлены оптическое и ПЭМизображения микроструктуры сплава Mg-2.9Y- 1.3Nd в экструдированном состоянии. Микро- а б в г д е ж Рис. 1. Оптическое (а) и светлопольные ПЭМ-изображения (б, в, г, е, ж) с соответствующей микродифракицонной картиной микроструктуры; энергодисперсионные спектры и элементный состав (г, д) экструдированного сплава Mg-2.9Y-1.3Nd Fig. 1. Optical (а) and bright fi eld TEM images (б, в, г, е, ж), energy dispersive spectrums and elemental composition (г, д) of extruded Mg-2.9Y-1.3Nd alloy. Insert: selected area diff raction pattern
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 2 2024 177 MATERIAL SCIENCE структура магниевого сплава имеет бимодальный характер (рис. 1, а). Согласно данным ПЭМ, микроструктура экструдированного сплава представлена зернами на основе твердого раствора α-Mg (ГПУ-решетка, рис. 1, б) и выделениями вторичных фаз на основе Mg, Nd, Y различной морфологии, которые визуализируются внутри и по границам зерен (рис. 1, б, в, г, е, ж). Указанные фазы в сплавах системы Mg-Y-Nd в работах [25–30] идентифицируются как частицы интерметаллида Mg24Y5 (ОЦКрешетка) и выделения метастабильных фаз трех типов: β-фаза (Mg14Nd2Y, ГЦК-решетка) в виде сетки выделений, выделения глобулярной морфологии β′-фазы Mg12YNd (орторомбическая решетка) и пластинчатые выделения β1-фазы Mg3NdY (ГЦК-решетка). Выделения β- и β1-фаз считаются основными упрочнителями и, как правило, они являются метастабильными фазами в термически обработанном сплаве WE43 [25–29]. Как показано в работе [28], в деформируемом магниевом сплаве WE43 при длительном старении имеет место трансформация метастабильной β1-фазы в равновесную β-фазу. На оптических изображениях наблюдаются два различных типа структуры: крупные зерна (средний размер 17 мкм) и более мелкие зерна (средний размер 1 мкм). Более мелкие зерна образуют текстурированные полосы. Объемная доля зерен со средним размером 1 мкм составляет 50 %. Интерметаллидные частицы и выделения идентифицировали при микрорентгеноспектральном анализе элементного состава. На рис. 1, г, д приведены энергодисперсионные спектры, снятые с участка фольги. Частицы Mg24Y5 имеют повышенное содержание иттрия (до 30 масс. %) и располагаются в основном в теле зерен (рис. 1, д). В экструдированном сплаве частицы Mg24Y5 в основном представлены в форме неправильных многогранников со средним размером 0,6 мкм. Согласно данным ПЭМ объемная доля частиц фазы Mg24Y5 не превышает 2 %. В сплаве β-фаза локализуется преимущественно по границам зерен в виде сетки в ыделений толщиной до 0,3...0,4 мкм. β-фаза представлена в основном многогранниками неправильной формы и в меньшей степени правильными четырехгранниками (рис. 1, е). Средний размер глобулов β′-фазы равен 0,2 мкм. Длина и ширина пластин β1-фазы меняется в пределах 0,06...0,30 мкм и 0,03...0,04 мкм соответственно (рис. 1, ж). Отметим, что пластины β1-фазы ориентированы в одном направлении. Содержание иттрия в β-фазе составляет 3,54–7,18 масс. %, а неодима − 2,26–9,59 масс. %. β′-фаза содержит иттрий, концентрация которого меняется в пределах 3,21–5,39 масс. %, а неодима − 1,83–2,07 масс. %. В выделениях β1-фазы концентрация иттрия и н еодима находится в пределах 3,32–5,27 и 1,75–8,46 масс. % соответственно. Выделения β′-фазы в магниевых сплавах системы Mg-Y-Nd в наибольшей степени способствуют увеличению механических свойств за счет дисперсионного упрочнения [24]. На рис. 2 приведены оптические изображения микроструктуры сплава после отжигов в интервале температур 100…450 °С. После отжигов в диапазоне температур 100…450 °С об- а б в г Рис. 2. Оптические изображения микроструктуры экструдированного сплава Mg-2.9Y-1.3Nd после отжигов: а − 100 °С; б − 300 °С; в − 350 °С; г − 450 °С Fig. 2. Optical images of extruded Mg-2.9Y-1.3Nd alloy microstructure after annealing at diff erent temperatures: а – 100 °С, б – 300 °С, в – 350 °С, г – 450 °С
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 2 2024 178 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ щий характер микроструктуры сплава практически не меняется (рис. 2, а–г). На оптических изображениях после отжигов сформированная в результате экструзии бимодальная структура сплава сохраняется. Средний размер более крупных α-зерен для всех образцов, подвергнутых отжигам, составляет 17 мкм. Более мелкие α-зерна имеют размеры в диапазоне 0,2…5,0 мкм. При этом их средний размер после отжигов не меняется и составляет 1 мкм. УМЗ-состояние в сплаве Mg-2.9Y-1.3Nd после экструзии приводит к значительному повышению пределов текучести до σ02 = 150 МПа и прочности до σв = 230 MПа. Согласно данным работы [22] для крупнокристаллического рекристаллизованного состояния, которое получали отжигом экструдированного сплава при температуре 525 °С в течение 6 часов, предел текучести σ02 и предел прочности σв составили 220 и 340 МПа соответственно. Величина пластичности уменьшилась с 21 до 12 % при переходе от крупнокриста ллического к УМЗ-состоянию. На рис. 3 представлены ПЭМ-изображения микроструктуры магниевого сплава после отжи- гов при различной температуре. В результате отжига сплава при температуре 100 °С на светлопольных изображениях выделяются четыре типа интерметаллидных включений: частицы Mg24Y5 (рис. 3, а) и выделения β-, β′ - и β1-фаз (рис. 3, б), как и в состоянии после экструзии. При этом в отличие от экструдированного сплава средний размер частиц Mg24Y5 увеличивается до 0,9 мкм и отмечается некоторое увеличение ширины субзеренной β-границы, которая варьируется в переделах 0,4…0,5 мкм (рис. 3, а, б). Линейные размеры интерметаллидных выделений β′- и β1фаз не изменялись. Рост температуры до 300 °С приводит к дальнейшему увеличению среднего размера частиц Mg24Y5, от 0,9 до 1,2 мкм, а также к трансформации морфологии некоторых частиц из неправильных многоугольников в правильные четырехгранники (рис. 3, в), что свидетельствует о протекании рекристаллизации. В микроструктуре присутствуют все типы вторичных фаз, перечисленные выше (рис. 3, г–е). Происходит увеличение ширины сетки зеренной границы до 1,2–1,7 мкм, содержащей выделения β-фазы (рис. 3, г). На светлопольном ПЭМ-изображении (рис. 3 д, е) в изуализируются глобулярные выделения β′-фазы и β1-пластины. Одновременно с укрупнением частиц Mg24Y5 отмечается также значительное увеличение линейных размеров пластин β1-фазы: длины от 0,3 до 0,8 мкм и ширины от 0,04 до 0,07 мкм (рис. 3, д). Выделения β′-фазы имеют средний размер в поперечном сечении, равный 0,2 мкм (рис. 3, е). Отметим, что рядом с границами зерен были локализованы более мелкие β1-пластины (рис. 3, е), длина которых менялась в диапазоне 0,3…0,8 мкм, а ширина – 0,02…0,08 мкм. Согласно исследованиям авторов в работе [24], формирование пластинчатых β1-выделений связано с присутствием глобулярной β′-фазы. В работе [23] с помощью ПЭМ-исследований было установлено выделение β′- и β1-фаз в сплаве на основе системы Mg-Y-Nd при температуре 250 °С. Термическая обработка при указанной температуре приводит к формированию метастабильных β′- и β1-фаз, предшествующих образованию равновесной β-фазы. Показано, что β1-фаза представляет собой зародыши в β′-фазе и способна генерировать значительную энергию деформации сдвига. При отжиге 350 °С происходит значительное увеличение ширины непрерывной субзеренной границы до диапазона 0,8…1,7 мкм (рис. 3, ж). Средний размер длины пластин β1-фазы составил 0,6 мкм, ширины – 0,03 мкм, а выделений β′-фазы − 0,2 мкм (рис. 3, з). При температуре 350 °С происходит дальнейшее укрупнение интерметаллидных частиц Mg24Y5. Отжиг при 450 °С приводит к увеличению ширины сетки выделений β-фазы до 2 мкм. В данном случае большинство частиц Mg24Y5 имеют форму четырехгранников со средним размером 1,3 мкм. В локальных областях также присутствуют типичные области, состоящие из глобулярных выделений β′-фазы со средним поперечным размером ~ 0,2 мкм и β1-фазы, длина и ширина которых находились в диапазонах 0,6…0,7 и 0,02…0,05 мкм соответственно (рис. 3, и). Сами выделения β-фазы приобретали более выраженную форму ромбов (рис. 3, к). Отжиг при 450 °С способствует дальнейшему росту размеров частиц интерметаллидов Mg24Y5. Отметим, что при более высоких температурах термообработки эти выделения β1- и β′-фаз укрупняются или заменяются стабильной β-фазой согласно превращениям β′→ β или β1→ β [24, 27–30].
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1