Том 26 № 3 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 № 3 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сухов А.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний.................................................................................................................................................. 6 Барабошкин К.А., Адигамов Р.Р., Юсупов В.С., Кожевникова И.А., Карлина А.И. Термомеханическая прокатка при производстве обсадных труб (обзор исследований)................................................................................. 24 Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости....................................................................................................................................... 52 Ильиных А.С., Пикалов А.С., Милорадович В.К., Галай М.С. Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода.................................................................. 66 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка возможности контактно-стыковой сварки оплавлением труб из теплоустойчивой стали 15Х5М............................................................................................................................ 79 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Шеленок Е.А. Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов.......................................................................................... 94 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов...................................................................... 114 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Особенности применения электродовинструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий............... 135 Сидоров Е.А., Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Рубцов В.Е., Утяганова В.Р., Осипович К.С., Колубаев Е.А. Закономерности износа плазмотронов при плазменной резке толстолистового проката на токе обратной полярности........................................................... 149 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Семин В.О., Панфилов А.О., Утяганова В.Р., Воронцов А.В., Зыкова А.П. Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством........................................................................................................................................................................ 163 Деванган Р., Шарма Б.П., Шарма Ш.С. Исследование характера изменения твердости композиционных материалов с алюминиевой матрицей, упрочненной золой кокосовой скорлупы и красным шламом, с использованием анализа Тагучи..................................................................................................................................................................... 179 Сапрыкина Н.А., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А. Влияние технологических параметров на микроструктуру и свойства сплава AlSiMg, полученного методом селективного лазерного плавления.............. 192 Бурдилов А.А., Довженко Г.Д., Батаев И.А., Батаев А.А. Методы монохроматизации синхротронного излучения (обзор исследований)................................................................................................................................................ 208 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Износостойкость и коррозионное поведение Cu-Ti-покрытий в растворе SBF......................................................................................................................................... 234 Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Сирош В.А., Макаров А.В. Структурные особенности и трибологические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий....................................................................... 250 Шарма Б.П., Деванган Р., Шарма Ш.С. Механические свойства экологически чистых гибридных полимерных композитов с джутовыми волокнами и волокнами сиды сердцелистной...................................................................... 267 Корниенко Е.Е., Гуляев И.П., Смирнов А.А., Плотникова Н.В., Кузьмин В.И., Головахин В., Тамбовцев А.С., Тырышкин П.А., Сергачёв Д.В. Особенности тонкой структуры Ni-Al покрытий, полученных методом HV-APS.................................................................................................................................................................. 286 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 298 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 307 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 09.09.2024. Выход в свет 17.09.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 38,5. Уч.-изд. л. 71,6. Изд. № 112. Заказ 175. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 3 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. 3 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. 3 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sukhov A.V., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Assembly of threaded and adhesive-threaded joints with the application of ultrasonic vibrations...................................................................................................................................... 6 Baraboshkin K.A., Adigamov R.R., Yusupov V.S., Kozhevnikova I.A., Karlina A.I. Thermomechanical rolling in well casing production (research review)......................................................................................................................... 24 Dwivedi R., Somatkar A., Chinchanikar S. Modeling and optimization of roller burnishing of Al6061-T6 process for minimum surface roughness, better microhardness and roundness................................................................................ 52 Ilinykh A.S., Pikalov A.S., Miloradovich V.K., Galay M.S. Experimental studies of rail grinding modes using a new high-speed electric drive...................................................................................................................................................... 66 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the possibility of resistance butt welding of pipes made of heat-resistant steel 0.15C-5Cr-Mo................................................................................................................................... 79 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Shelenok E.A. Product life cycle: machining processes monitoring and vibroacoustic signals fi lterings.................................................................................................................................................................... 94 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of frequency characteristics of dynamic cutting systems in the diagnosis of tool wear....................................................................................................................... 114 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products....................................................... 135 Sidorov E.A., GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Panfi lovA.O., Knyazhev E.O., NikolaevaA.V., CheremnovA.M., Rubtsov V.E., Utyaganova V.R., Osipovich K.S., Kolubaev E.A. Patterns of reverse-polarity plasma torches wear during cutting of thick rolled sheets..................................................................................................................................... 149 MATERIAL SCIENCE Semin V.O., Panfi lov A.O., Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Zykova A.P. Corrosion properties of CuAl9Mn2/ER 321 composites formed by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing................................ 163 Dewangan R., Sharma B.P., Sharma S.S. Investigation of hardness behavior in aluminum matrix composites reinforced with coconut shell ash and red mud using Taguchi analysis............................................................................ 179 Saprykina N.А., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А. The eff ect of technological parameters on the microstructure and properties of the AlSiMg alloy obtained by selective laser melting......................................................... 192 Burdilov A.A., Dovzhenko G.D., Bataev I.A., Bataev A.A. Methods of synchrotron radiation monochromatization (research review).................................................................................................................................................................. 208 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. Wear resistance and corrosion behavior of Cu-Ti coatings in SBF solution..................................................................................................................................................................... 234 Pugacheva N.B., Bykova T.M., Sirosh V.A., MakarovA.V. Structural features and tribological properties of multilayer high-temperature plasma coatings........................................................................................................................................ 250 Sharma B.P., Dewangan R., Sharma S.S. Characterizing the mechanical behavior of eco-friendly hybrid polymer composites with jute and Sida cordifolia fi bers.................................................................................................................... 267 Kornienko E.E., Gulyaev I.P., Smirnov A.I., Plotnikova N.V., Kuzmin V.I., Golovakhin V., Tambovtsev A.S., Tyryshkin P.A., Sergachev D.V. Fine structure features of Ni-Al coatings obtained by high velocity atmospheric plasma spraying.................................................................................................................................................................... 286 EDITORIALMATERIALS 298 FOUNDERS MATERIALS 307 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 163 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством Виктор Семин a, Александр Панфилов b, Вероника Утяганова c, Андрей Воронцов d, Анна Зыкова e, * Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия a https://orcid.org/0000-0003-0410-3667, viktor.semin.tsk@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0001-8648-0743, alexpl@ispms.ru; c https://orcid.org/0000-0002-2303-8015, veronika_ru@ispms.ru; d https://orcid.org/0000-0002-4334-7616, vav@ispms.ru; e https://orcid.org/0000-0001-8779-3784, zykovaap@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 163–178 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-163-178 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.51 История статьи: Поступила: 18 апреля 2024 Рецензирование: 15 мая 2024 Принята к печати: 01 июня 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Алюминиевая бронза Нержавеющая сталь Электронно-лучевое аддитивное производство Композит Коррозия Финансирование Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, номер темы: FWRW-2024-0001. АННОТАЦИЯ Введение. Разработка новых композиционных материалов на основе медных сплавов и нержавеющей стали и определение оптимальных параметров их получения дают возможность расширить области их применения, повысить эффективность и увеличить срок службы изделий и конструкций. Силовые механизмы морского оборудования (подшипник, цилиндр-поршень, насос, клапан, шестерня, гребной винт и др.), выполненные из сталей аустенитного класса или алюминиевой бронзы, находятся в прямом контакте с морской водой, поэтому проблема повышения их коррозионной стойкости в присутствии сильных окислителей (анионов Cl–, F–) является актуальной. Одним из эффективных и активно исследуемых способов получения композиционных материалов на основе медных сплавов и стали представляются аддитивные технологии, позволяющие создавать сложные детали посредством послойного выращивания и обладающие множеством преимуществ по сравнению с традиционными технологиями производства. Так, композиты на основе алюминиевой бронзы и стали могут быть получены методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства. Для применения полученных с помощью аддитивных технологий композиционных материалов во влажном (морском) климате требуется обеспечить не только высокие прочностные, но и коррозионные свойства. Целью данной работы являлось исследование коррозионной стойкости композитов на основе алюминиевой бронзы БрАМц9-2 и нержавеющей стали 06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством. Методы исследования. Исследование поверхности композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т до и после коррозионных испытаний проводили методами вольтамперометрии и электрохимической импедансной спектроскопии с использованием потенциостата-гальваностата. Результаты и обсуждение. С помощью комплекса электрохимических методов анализа было выявлено, что композиты БрАМц9-2/06Х18Н9Т с объемной долей стали 06Х18Н9Т не менее 25 % демонстрируют значительное снижение плотности анодных токов и одновременное повышение сопротивления переноса заряда. Композиты БрАМц9-2/06Х18Н9Т с содержанием стали 75 об. % характеризуются самыми высокими коррозионными свойствами в растворе 3,5 масс. % NaCl, что отражается на снижении скорости коррозии в 9,5 раза по сравнению с алюминиевой бронзой БрАМц9-2. Показано, что основными процессами на поверхности сформированных композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т являются анодное окисление Cu и Fe, приводящее к образованию продуктов коррозии – Cu2O и FeCl2. Для цитирования: Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электроннолучевым аддитивным производством / В.О. Семин, А.О. Панфилов, В.Р. Утяганова, А.В. Воронцов, А.П. Зыкова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 163–178. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-163-178. ______ *Адрес для переписки Зыкова Анна Петровна, зав. ЛСДПМ, с.н.с. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: 8 (3822) 286-866, e-mail: zykovaap@ispms.ru Введение Хорошо известно, что алюминиевые бронзы среди медных сплавов выделяются высокими механическими, коррозионными и антифрикционными свойствами [1, 2] и широко используются в морской отрасли (клапаны, фитинги, судовые гребные винты, валы насосов, штоки клапанов, водяные камеры теплообменников и др.) [3]. Бронза, легированная ~10 вес. % Al, демонстрирует наилучшие комплексные свойства и является одним из наиболее часто используемых материалов семейства алюминиевых бронз. С увеличением содержания Al до предела растворимости (9,4 вес. %) коэффициент трения снижается, но увеличиваются потери на износ при изнашивании по стали [4, 5]. Микроструктура,
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 164 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ коррозионная стойкость и износостойкость алюминиевых бронзовых сплавов сложны и сильно зависят от состава и скорости охлаждения при производстве. В этой системе сплавов возможно сформировать структуры, испытывающие упорядочение, мартенситные превращения и образующие интерметаллические соединения [6–8]. Наличие многофазной системы в сплаве сильно влияет на микроструктуру, трибологические и коррозионные характеристики сплава [3], поэтому исследованиям микроструктуры и свойств данных материалов уделяется повышенное внимание. Одним из высокотехнологических и активно исследуемых способов получения композиционных материалов на основе медных сплавов и стали являются аддитивные технологии, позволяющие создавать сложные детали посредством послойного выращивания и обладающие множеством преимуществ по сравнению с традиционными технологиями производства [1, 9–12]. В основном в литературе исследуются покрытия или биметаллические изделия из алюминиевой бронзы и стали [10–12]. Так, например, в работе [1] были исследованы трибокоррозионные свойства аддитивно выращенной нержавеющей стали 316 (316SS), пропитанной бронзой, в морской воде. Трибологические испытания показали, что полученный композит имел предел текучести и характеристики трения, сравнимые с традиционной сталью 316SS, в то время как значительное улучшение износостойкости было достигнуто при испытательных нагрузках до 80 Н и частоте возвратно-поступательных движений до 20 Гц. Предполагается, что размазанная по следам износа бронза действовала как твердая смазка, а образовавшаяся пассивная оксидная пленка действовала как трибопленка, тормозившая абразивный износ при высоких нагрузках. При этом результаты оценки коррозионных свойств бронз различного типа [1, 2] не позволяют однозначно ответить на вопрос о природе появления коррозионных повреждений, а также о механизмах формирования продуктов коррозии (CuO, Cu2O и пр.) в медных сплавах при погружении в хлоридсодержащие растворы. В настоящее время получение композитов на основе алюминиевой бронзы и стали оказывается возможным с помощью современных металлургических методов аддитивного производства, например электронно-лучевой плавкой. В частности, данная технология реализована на базе двухпроволочного электронно-лучевого метода аддитивного производства (ЭЛАП) [13–15]. Ранее авторами настоящей работы с помощью ЭЛАП были получены композиты на основе алюминиевой бронзы БрАМц9-2 и нержавеющей стали 06Х18Н9Т [13, 16]. Было установлено, что при различном соотношении БрАМц9-2 и 06Х18Н9Т изменяются структурно-фазовые состояния композитов, а также повышаются их механические характеристики. Настоящее исследование направлено на продолжение изучения эксплуатационных характеристик композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т. Кинетика переноса зарядов на границе раздела фаз и факторы, отвечающие за общее сопротивление протеканию коррозионных токов между микрогальваническими элементами – фазами на основе меди и железа, остаются малоизученными вопросами. Целью работы являлось исследование коррозионной стойкости композитов на основе алюминиевой бронзы БрАМц9-2 и нержавеющей стали 06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством. Научные задачи данного исследования включают в себя (i) комплексную оценку электрохимического поведения композитов БрА Мц9-2/06Х18Н9Т в индифферентном электролите (3,5 масс. % NaCl); (ii) определение фазового состава продуктов коррозии и типа коррозионных повреждений; (iii) выявление преимущественного механизма коррозии. Методика исследования В качестве сырья для получения композитов использовали проволоки диаметром 1,6 мм из алюминиевой бронзы БрАМц9-2 и нержавеющей стали 06Х18Н9Т. В качестве подложки была выбрана пластина из нержавеющей стали 06Х18Н9Т толщиной 10 мм. Для получения композитов «бронза-сталь» применили установку электронно-лучевой аддитивной технологии, оснащенную двумя податчиками проволоки (рис. 1). Использовали следующие параметры печати: ускоряющее напряжение пучка 30 кВ, ток пучка от 44 до 77 мА, скорость печати (перемещение стола) составляла 400 мм/мин. Необходимое процентное соотношение бронзы и стали
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 165 MATERIAL SCIENCE во время печати поддерживалось постоянным с помощью автоматического регулирования соответствующего соотношения скоростей подачи проволок. В результате были получены композиты размером 80×120×8 мм с объемным соотношением БрАМц9-2 : 06Х18Н9Т, равным 90:10, 75:25, 50:50 и 25:75 соответственно. Более подробная методика получения композитов представлена в ранних работах [13, 16]. Для металлографических исследований образцы вырезали на электроэрозионном станке согласно схеме на рис. 1. Далее образцы подвергали абразивной обработке наждачной бумагой с последующей полировкой алмазной пастой. Для оценки механических свойств образцы испытывали на одноосное статическое растяжение, а микротвердость измеряли методом Виккерса [13, 16]. Исследования электрохимических (коррозионных) свойств образцов проводили методами вольтамперометрии и электрохимической Рис. 1. Схема процесса ЭЛАП композитов и схема вырезки образцов: 1 – электронно-лучевая пушка; 2 – электронный луч; 3 – податчики проволоки; 4 – проволока 06Х18Н9Т; 5 – проволока БрАМц9-2; 6 – ванна расплава; 7 – образец для структурных исследований; 8 – образцы для испытаний на статическое растяжение; 9 – образец для коррозионных испытаний Fig. 1. Scheme of EBAM process for composites and test specimens cut-up sketch: 1 – electron beam gun; 2 – electron beam; 3 – wire feeders; 4 – ER 321 wire; 5 – CuAl9Mn2 wire; 6 – melt pool; 7 – specimen for structural studies; 8 – specimens for tensile test; 9 – specimen for corrosion testing импедансной спектроскопии с использованием потенциостата-гальваностата PalmSens 4. Электрохимическая ячейка представляла собой трехэлектродную систему, в которой рабочим электродом выступал исследуемый образец. В качестве электрода сравнения использовали хлоридсеребряный электрод, заполненный 1 М KCl. Вспомогательным электродом был графитовый электрод. Для измерений методом линейной поляризации устанавливали следующие параметры: диапазон потенциалов от –0,5 до 0 В, скорость развертки 1 мВ/с. В методе циклической вольтамперометрии (ЦВА) скорость развертки составляла 20 В/с, а потенциал изменялся в пределах от –1,2 В до +1,2 В. С помощью метода электрохимической импедансной спектроскопии (ЭИС) были выявлены электрохимические процессы, связанные с переносом зарядов (ионов, электронов) и их диффузией в двойном электрическом слое – на границе раздела между поверхностью композитов БрАМц92/06Х18Н9Т и электролитом. Обработку результатов ЭИС проводили путем построения эквивалентных электрических схем, моделирующих общий импеданс системы «электролит/ композит». При измерениях импеданса напряжение постоянного тока Edc устанавливали равным потенциалу разомкнутой цепи. Амплитуда синусоидального сигнала Eac составляла 0,01 В. Диапазон частот изменяли в пределах от 0,1 до 105 Гц. Все измерения проводились в растворе 3,5 масс. % NaCl. Критерий согласия Пирсона (χ2), используемый для выбора эквивалентных схем, находился в пределе от 10–4 до 10–3, а ошибки в определении элементов электрических схем не превышали 10 %. Для расчета коррозионных параметров применялось программное обеспечение PSTrace 5.8. Количественная оценка коррозионной стойкости композитов включала в себя расчет поляризационного сопротивления Rp из уравнения Штерна – Гири: ( ) ( ) / 2,303 ( ) , p a c corr a c R i = β β β + β где βa – наклон анодной ветви; βc – наклон катодной ветви; icorr – плотность тока коррозии. Морфологию поверхности образцов после вольтамперометрических измерений анализировали с помощью растрового электронного микроскопа LEO EVO 50 (Zeiss, Германия),
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 166 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ оснащенного приставкой для энергодисперсионного анализа INCA Energy (Oxford instruments, Великобритания). Результаты и их обсуждение Структурно-фазовое состояние и механические характеристики композитов БрАМц92/06Х18Н9Т Ранее авторами были получены сведения об особенностях формирования структурно-фазовых состояний алюминиевой бронзы, нержавеющей стали и композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных методом ЭЛАП. Установлено, что алюминиевая бронза, полученная методом ЭЛАП, характеризуется столбчатой дендритной структурой [8]. По границам ячеек α-Cu располагается мартенситная β′-фаза (рис. 2, а). Микроструктура аддитивно изготовленной нержавеющей стали 06Х18Н9Т характеризуется вытянутыми аустенитными зернами с длинными и прямыми дендритными колониями (рис. 2, б) [17]. По границам γ-Fe наблюдается δ-Fe (рис. 2, б). При соотношении БрАМц9-2 : 06Х18Н9Т = 90:10 в структуре композита по сравнению с алюминиевой бронзой происходит уменьшение размеров зерен α-Cu, объемная доля β′-фазы значительно уменьшается, наблюдается выделение глобулярных частиц α-Fe(Cr) и дисперсных частиц κiv-фазы (Fe3Al) (рис. 2, в) [13]. В α-Cu-твердом растворе содержится ~1 ат. % Ni. Увеличение концентрации стали 06Х18Н9Т до 25 и 50 об. % приводит к полному подавлению β′-фазы, формируются зерна α-Fe(Cr), внутри которых наблюдаются мелкодисперсные частицы, имеющие структуру ядро/оболочка β’/AlNi (рис. 2, г, д). При этом в твердом растворе на основе α-Fe(Cr) наблюдаются выделения дисперсных частиц κiv-фазы, средний размер которых растет с увеличением концентрации стали в алюминиевой бронзе [13]. При соотношении БрАМц9-2 : 06Х18Н9Т = = 25:75 формируется трехфазная структура, состоящая из 44 об. % γ-Fe, 32 об. % α-Fe и 24 об. % α-Сu (рис. 2, е). Неравновесные условия охлаждения приводят к выделению втоРис. 2. Микроструктура БрАМц9-2 (а), 06Х18Н9Т (б) и композитов с соотношением БрАМц9-2 : 06Х18Н9Т = 90:10 (в), 25:75 (г), 50:50 (д) и 25:75 (е) Fig. 2. Microstructure of CuAl9Mn2 (а), ER 321 (б) and composites with a ratio of CuAl9Mn2 : ER 321 = 90:10 (в), 25:75 (г), 50:50 (д) and 25:75 (е)
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1