Том 26 № 4 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 № 4 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Шамкувар С., Гураджала Н.К., Дакарапу С.Р. Исследование влияния гибридных наножидкостей на растительной основе на производительность обработки при токарной обработке с минимальным количеством СОЖ................................................................................................................................... 6 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Кулкарни А.П. Влияние направления печати на характер износа PLAбиоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава......................... 19 Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Сидоров Е.А., Утяганова В.Р., Амиров А.И., Колубаев Е.А. Искажение геометрии, окисление кромки, структурные изменения и морфология поверхности реза листового проката толщиной 100 мм из алюминиевых, медных и титановых сплавов при плазменной резке на токе обратной полярности........................................................................................................................................................................... 41 Соматкар А., Двиведи Р., Чинчаникар С. Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости....................................... 57 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка качества и механических свойств получаемых слоев металла из низкоуглеродистой стали методом WAAM с использованием дополнительной механической и ультразвуковой обработки............................................................................................................................................... 75 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Юсубов Н.Д., Аббасова Х.М. Систематика многоинструментных наладок на станках токарной группы............... 92 Тошов Дж.Б., Фозилов Д.М., Елемесов К.К., Рузиев У.Н., Абдуллаев Д.Н., Басканбаева Д.Д., Бекирова Л.Р. Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления.................................. 112 Поспелов И.Д. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков................................................................................................................................................................................... 125 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования.............................................................................................................................................. 138 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения.................................................................................................................................. 153 Сюсюка Е.Н., Аминева Е.Х., Кабиров Ю.В., Пруцакова Н.В. Анализ изменения микроструктуры компрессионных колец вспомогательного судового двигателя.................................................................................................... 180 Дударева А.А., Бушуева Е.Г., Тюрин А.Г., Домаров Е.В., Насенник И.Е., Шикалов В.С., Скороход К.А., Легкодымов А.А. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневауумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B...................................................................................................................................................... 192 Болтрушевич А.Е., Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Кузнецова Ю.С. Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча......................... 206 Саблина Т.Ю., Панченко М.Ю., Зятиков И.А., Пучикин А.В., Коновалов И.Н., Панченко Ю.Н. Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением........................................................................................................................................................................... 218 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 234 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 243 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 05.12.2024. Выход в свет 16.12.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 30,5. Уч.-изд. л. 56,73. Изд. № 165. Заказ 231. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 4 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. 4 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. 4 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Manikanta J.E., Ambhore N., Shamkuwar S., Gurajala N.K., Dakarapu S.R. Investigation of vegetable-based hybrid nanofl uids on machining performance in MQL turning........................................................................................... 6 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Kulkarni A.P. Impact of print orientation on wear behavior in FDM printed PLA Biomaterial: Study for hip-joint implant...................................................................................................................... 19 GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Sidorov E.A., Utyaganova V.R.,AmirovA.I., Kolubaev E.A. Geometry distortion, edge oxidation, structural changes and cut surface morphology of 100mm thick sheet product made of aluminum, copper and titanium alloys during reverse polarity plasma cutting...................................................................................... 41 Somatkar A., Dwivedi R., Chinchanikar S. Comparative evaluation of roller burnishing of Al6061-T6 alloy under dry and nanofl uid minimum quantity lubrication conditions............................................................................................... 57 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the quality and mechanical properties of metal layers from low-carbon steel obtained by the WAAM method with the use of additional using additional mechanical and ultrasonic processing..................................................................................................................................................... 75 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Yusubov N.D., Abbasova H.M. Systematics of multi-tool setup on lathe group machines............................................... 92 Toshov J.B., Fozilov D.M., Yelemessov K.K., Ruziev U.N., Abdullayev D.N., Baskanbayeva D.D., Bekirova L.R. Increasing the durability of drill bit teeth by changing its manufacturing technology......................................................... 112 Pospelov I.D. Investigation of the distribution of normal contact stresses in deformation zone during hot rolling of strips made of structural low-alloy steels to increase the resistance of working rolls..................................................... 125 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Manufacturing of tool electrodes with optimized confi guration for copy-piercing electrical discharge machining by rapid prototyping method.......................... 138 MATERIAL SCIENCE Shubert A.V., Konovalov S.V., Panchenko I.A. A review of research on high-entropy alloys, its properties, methods of creation and application.................................................................................................................................................. 153 Syusyuka E.N., Amineva E.H., Kabirov Yu.V., Prutsakova N.V. Analysis of changes in the microstructure of compression rings of an auxiliary marine engine.......................................................................................................... 180 Dudareva A.A., Bushueva E.G., Tyurin A.G., Domarov E.V., Nasennik I.E., Shikalov V.S., Skorokhod K.A., Legkodymov A.A. The eff ect of hot plastic deformation on the structure and properties of surface-modifi ed layers after non-vacuum electron beam surfacing of a powder mixture of composition 10Cr-30B on steel 0.12 C-18 Cr-9 Ni-Ti............................................................................................................................................................................. 192 Boltrushevich A.E., Martyushev N.V., Kozlov V.N., Kuznetsova Yu.S. Structure of Inconel 625 alloy blanks obtained by electric arc surfacing and electron beam surfacing........................................................................................... 206 Sablina T.Y., Panchenko M.Yu., Zyatikov I.A., Puchikin A.V., Konovalov I.N., Panchenko Yu.N. Study of surface hydrophilicity of metallic materials modifi ed by ultraviolet laser radiation........................................................................ 218 EDITORIALMATERIALS 234 FOUNDERS MATERIALS 243 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 192 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневакуумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B Алина Дударева 1, a, *, Евдокия Бушуева 1, b, Андрей Тюрин 1, c, Евгений Домаров 2, d, Игорь Насенник 1, 4, e, Владислав Шикалов 3, f, Ксения Скороход 3, g, Александр Легкодымов 2, 4, h 1 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия 2 Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 11, г. Новосибирск, 630090, Россия 3 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Институтская улица, 4/1, г. Новосибирск, 630090, Россия 4 Федеральный исследовательский центр «Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук», Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов», пр. Никольский, 1, р.п. Кольцово, Новосибирская область, 1630559, Россия a https://orcid.org/0009-0001-5649-7090, dudareva-alina@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0001-7608-734X, bushueva@corp.nstu.ru; c https://orcid.org/0000-0003-4757-424X, a.tyurin@corp.nstu.ru; d https://orcid.org/0000-0003-2422-1513, domarov88@mail.ru; e https://orcid.org/0000-0003-0937-5004, nasennik.2017@corp.nstu.ru; f https://orcid.org/0000-0002-0491-2803, v.shikalov@gmail.com; g https://orcid.org/0000-0003-0210-8405, k.skorokhod@itam.nsc.ru; h https://orcid.org/0000-0001-7405-7454, a_legkodymov@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 192–205 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-192-205 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.374.2 История статьи: Поступила: 06 сентября 2024 Рецензирование: 20 сентября 2024 Принята к печати: 08 октября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Хромоникелевая аустенитная сталь Электронно-лучевая наплавка Горячая пластическая деформация Синхротронное излучение Бор Финансирование Исследование выполнено в соответствии с государственным заданием Минобрнауки России (проект FSUN-2023-0009). АННОТАЦИЯ Введение. В настоящее время хромоникелевые аустенитные стали широко используются в нефтегазовой промышленности для бурения скважин благодаря высокой коррозионной стойкости, немагнитным свойствам, высокой ударной вязкости, пластичности и свариваемости. Однако для увеличения срока эксплуатации изделий необходимо повышение абразивной стойкости поверхностных слоев с сохранением химической стойкости, что является сложной технологической задачей. Решение такой задачи может заключаться в создании листовых заготовок «хромоникелевая аустенитная сталь – модифицированный слой», подвергнутых горячей пластической деформации. Цель работы: исследование влияния горячей пластической деформации на структуру и фазовый состав композиций «модифицированный слой – основной металл», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковой смеси бора и хрома на хромоникелевую аустенитную сталь 12Х18Н9Т. В работе исследованы образцы из стали 12Х18Н9Т с модифицированным слоем 10Cr-30B, сформированным вневакуумной электронно-лучевой наплавкой порошковой смеси хрома и бора и последующей горячей пластической деформацией при температуре 950 °С. Методами исследования являются механические испытания на микротвердость, рентгеноспектральный анализ модифицированного слоя, металлографические исследования, профильный анализ и расчет параметров решетки. Результаты и обсуждение. Выявлено, что после деформации получены бездефектные композиции, поверхностный слой которых представляет собой матричный композиционный материал, содержащий ориентированные частицы карбида хрома с измененными параметрами кристаллической решетки. После пластической деформации не было зафиксировано трещин и расслоений, что позволяет говорить о высоком качестве композиций «модифицированный слой – основной металл» с увеличенными показателями твердости, превышающими в 6,5 раза (13…11 ГПа) соответствующие показатели стали 12Х18Н9Т в состоянии поставки (2 ГПа). В модифицированном слое образуются сложные бориды типа (FexCry)B, расположенные в γ-твердом растворе железа. Параметр решетки уменьшается для γ-железа с 3,588 до 3,580 Å, для борида параметр а – с 5,126 до 5,111 Å, параметр с – с 4,228 до 4,199 Å. Для цитирования: Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневакуумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B / А.А. Дударева, Е.Г. Бушуева, А.Г. Тюрин, Е.В. Домаров, И.Е. Насенник, В.С. Шикалов, К.А. Скороход, А.А. Легкодымов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 192–205. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-192-205. ______ *Адрес для переписки Дударева Алина Алексеевна, аспирант, м.н.с. Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: +7 913 707-63-44, e-mail: dudareva-alina@mail.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 193 MATERIAL SCIENCE Введение Вневакуумная электронно-лучевая наплавка позволяет получать композиции, которые состоят из основного металла и поверхностно-модифицированного упрочняющего слоя различной толщины, содержащего боридные частицы. Толщина слоя регулируется параметрами [1–12]. В процессе вневакуумной электронно-лучевой наплавки необходимо использовать в качестве основного материала плоские заготовки толщиной не менее 9 мм с целью исключения коробления при наплавке порошковой смеси. Большая толщина и форма упрочняемой поверхности ограничивают возможности различных вариантов наплавки. Например, для бурения скважин в нефтегазовой отрасли применяются телеметрические системы контроля состояния и направления движения бурового инструмента, детали которых имеют сложную конструкцию с цилиндрическими и фасонными поверхностями. В качестве материала для этих деталей, эксплуатируемых в условиях коррозионных сред и абразивного воздействия частиц породы, используется хромоникелевая аустенитная сталь, обладающая немагнитными свойствами. Повышение гидроабразивной износостойкости поверхностных слоев таких изделий (внутренние поверхности корпусных деталей, труб и клапанов телеметрических систем) при сохранении химической стойкости и отсутствия намагничивания – важная техническая задача [13–15]. Использование горячей пластической деформации композиций, состоящих из относительно пластичной аустенитной стали и износостойкого модифицированного слоя, позволяет получать тонколистовые изделия и изделия с фасонными поверхностями, которые будут сочетать в себе высокие коррозионные и износостойкостойкие свойства [16–20]. Цель настоящей работы: исследование влияния горячей пластической деформации на структуру и фазовый состав композиций «модифицированный слой – основной металл», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковой смеси бора и хрома на хромоникелевую аустенитную сталь 12Х18Н9Т. Для поставленной цели требуется решить следующие задачи: – получить заготовки из аустенитной нержавеющей стали, упрочненной методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых смесей 10Cr-30B; – оценить влияние степени пластической деформации на структуру и свойства боридных слоев; – исследовать влияние горячей пластической деформации на фазовый состав и параметры решетки модифицированного слоя. Методика исследований Для создания модифицированного слоя на стали 12Х18Н9Т, упрочненного боридными частицами, применяли наплавку порошковой смеси (табл. 1) пучком релятивистских электронов, выведенным в воздушную атмосферу на ускорителе электронов промышленного типа ЭЛВ-6 в ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН. Параметры вневакуумной электронно-лучевой наплавки представлены в табл. 2. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Состав порошковой смеси Composition of the powder mixture Наименование порошковой системы Состав порошковой смеси, масс. % Cr B MgF2 * 10Cr-30B 10 30 60 Размеры частиц порошка, мкм 5…20 40…80 200…300 * Поскольку наплавка осуществляется без применения вакуума и защитных газов, то MgF2 используется в качестве флюса.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 194 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Следует отметить, что аустенитная сталь применялась в качестве эталонного материала при дюраметрических исследованиях. Образцы после вневакуумной электроннолучевой наплавки подвергали горячей пластической деформации при 950 °С на прокатном стане «Кварто» с диаметром рабочих валков 330 мм, скоростью 60 мм/с и шагом деформации 5 %. Минимальная степень деформации составила 30 %, максимальная – 80 %. При деформации менее 30 % существенных изменений в структуре и внешнем виде заготовок не наблюдается. При 80 % наблюдается максимально возможная степень пластической деформации для образцов «модифицированный слой – основной металл». Основываясь на научной литературе, температура для пластической деформации была выбрана 950 °С как минимальная температура для обеспечения пластичности подложки (12Х18Н9Т) и относительной пластичности модифицированного слоя. Кроме того, деформация при 950 °С позволяет избежать перегрева материала и укрупнения зерна в основном металле. Металлографические исследования проводили на микроскопе Axio Observer Z1m Carl Zeiss. Определение фазового состава и структуры выполнялось на станции «Жесткая рентгеноскопия» Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения в ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН. Дифракционный анализ проводили при комнатной температуре в просвечивающем режиме. Энергия излучения – 56,35 кэВ, размер пучка – 500×500 мкм, расстояние до исследуемого материала – 353 мм. Детектор Mar345 применялся для регистрации дифрагированного Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Режимы вневакуумной электронно-лучевой обработки Modes of non-vacuum electron beam surfacing Параметр Значение Энергия электронного пучка, E 1,4 МэВ Удельная энергия, Eуд 6,44 кДж/см 2 Масса порошка на единицу площади, m 0,33 г/см2 Частота сканирования электронного пучка, ν 50 Гц Расстояние от выпускного отверстия до заготовки, h 90 мм Скорость перемещения столика с образцом, V 10 мм/с излучения. После проведения исследования двумерные дифракционные картины интегрировались посредством программного обеспечения pyFAI с открытым исходным кодом [21]. Профильный анализ дифракционных максимумов проводился с использованием функции псевдо-Войта и дальнейшим расчетом параметра кристаллической решетки матричным методом. Для выявления особенностей расположения боридных частиц в структуре модифицированного слоя применяли растровый микроскоп Carl Zeiss EVO50 XVP. Исследования были проведены в режиме дифракции обратно рассеянных электронов, химический состав определялся с использованием энергодисперсионного анализатора EDX X-Act. Микротвердость полученных модифицированных слоев измеряли по методу Виккерса в соответствии с ГОСТ 9450–76 при нагрузке 0,98 Н на микротвердомере Wolpert Group 402MVD. На каждый образец наносили не менее пяти дорожек с уколами по 10 отпечатков. Результаты и их обсуждение Наиболее эффективным для деформирования хромоникелевой стали является диапазон температур 950…1100 °С, в котором успевают пройти процессы динамического возврата и рекристаллизаци и, а также отсутствуют локальные области оплавления с дефектами, приводящими к разрушению. На рис. 1 представлена структура поперечных шлифов модифицированных слоев, полученных
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 195 MATERIAL SCIENCE после наплавки порошковой смеси состава 10Cr30B и представляющих собой композиционный материал с плотным расположением боридных частиц. Под матричным композиционным материалом понимается образец «модифицированный слой – основной металл» (рис. 1, а). Бориды выступают в качестве упрочняющей фазы в модифицированном слое. Плотность расположения боридных частиц оценивалась визуально (рис. 1, б). Модифицированный поверхностный слой толщиной до 2,5 мм связан с основным материалом переходной зоной толщиной 100…150 мкм. В структуре модифицированного слоя присутствуют бориды, не имеющие правильной геометрической формы, что может быть объяснено столкновением кристаллов в процессе их роста. Переходный слой представляет собой эвтектику, компонентами которой являются аустенит и кристаллы боридов. Согласно экспериментальным данным, при увеличении степени пластической деформации композиций наблюдается формирование трещин и расслоений в относительно крупных боридных частицах, что может способствовать их выкрашиванию и образованию дефектов в виде несплошностей, хотя до деформации дефектов в структуре не наблюдается (рис. 2). При увеличении степени пластической деформации происходит измельчение боридных частиц с их выстраиванием в направлении прокатки (рис. 2, а, в, д). Хаотическое расположение боридных частиц после вневакуумной электронно-лучевой наплавки (рис. 2, а) и текстура прокатки с ориентацией боридов (рис. 2, в, д) подтверждают предположение, высказанное выше. Под воздействием высоких температур (950 °С) и больших деформаций (80 %) измельченные бориды, не контактирующие с матричным материалом, становятся источниками дефектов структуры в виде сетки трещин и выкрашивания при приготовлении шлифов (рис. 2, б, г, е). Кроме того, после горячей пластической деформации с увеличением степени деформации бориды неправильной геометрической формы (рис. 2, б) становятся более сглаженными за счет высоких температур и частичной диффузии элементов (рис. 2, д, е). В соответствии с данными растровой электронной микроскопии (рис. 3, а, б) поверхность образца после максимальной пластической деформации характеризуется четко выраженными следами пластического течения и разрушением высокопрочных частиц боридов (рис. 3, в). Наблюдается также продольное уширение образцов (рис. 3, г) и текстура основного металла 12Х18Н9Т (рис. 3, а), которая является результатом высокой пластичности стали и подтверждается в дальнейшем рентгенофазовым анализом. Анализ изображений при максимальной пластической деформации показывает присутствие а б Рис. 1. Структура образцов до пластической деформации: а – поперечный шлиф; б – фронтальный шлиф Fig. 1. Structure of the specimens before plastic deformation: a – transverse section; б – frontal section
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 196 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 2. Изменение формы боридных частиц в зависимости от степени пластической деформации: а, б – до пластической деформации; в, г – 30 %; д, е – 80 %. Красным овалом выделены места трещин, расслоений и несплошностей в боридных частицах Fig. 2. Change in the shape of boride particles depending on the degree of plastic deformation: a, б – before plastic deformation; в, г – 30 %; д, е – 80 %. The places of cracks, delamination and discontinuities in boride particles are highlighted in a red oval а б в г д е
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 197 MATERIAL SCIENCE небольших трещин между модифицированным слоем и основным металлом в переходной зоне (рис. 2, б). При более детальном рассмотрении переходной зоны (рис. 3, б) наблюдается текстура деформации, видны множественные бороздки и ямки травления. В модифицированном слое заметно частичное растрескивание высокопрочных частиц одновременно с их измельчением (рис. 3, в). Можно предположить, что такая структура образуется вследствие критических напряжений и сопутствующих им деформаций. а б в г Рис. 3. Структура композиции после 80 % деформации и травления смесью кислот HNO3 и HCl в соотношении 1:3 по объему, где 1 – модифицированный слой, 2 – основной металл: а, б – поперечный шлиф композиции после прокатки; в – структура модифицированного слоя с выделенными разрушенными боридами после пластической деформации; г – морфология боковой поверхности основного материала 12Х18Н9Т вдоль прокатки Fig. 3. The structure of the composition after 80 % deformation after etching with a mixture of HNO3 and HCl acids in a ratio of 1:3 by volume, where 1 is the modifi ed layer, 2 is the base metal: a, б – the transverse section of the composition after rolling; в – the structure of the modifi ed layer, with isolated destroyed borides after plastic deformation; г – morphology of the side surface of the base material 0.12 C-18 Cr-9 Ni-Ti along the rolling direction Толщина модифицированного слоя уменьшается от 2,5 мм (рис. 1, а) до 0,5 мм (рис. 3, а). Композиция в процессе деформации приобретает сложную слоистую морфологию и уменьшается по толщине в 7–8 раз (рис. 3, а). Анализ результатов исследования показал, что пластическая деформация композиции начинается с основного материала, а затем продолжается в модифицированном слое. С увеличением степени обжатия бориды измельчаются по хрупкому механизму, а основной металл и матрица модифицированного слоя – преимущественно по
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1