Том 27 № 1 2025 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 в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). 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 27 № 1 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Умеров Э.Д., Скакун В.В., Джемалядинов Р.М., Егоров Ю.А. Исследование влияния масляных СОТС с улучшенными трибологическими свойствами на силы резания и шероховатость обработанных поверхностей...... 6 Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Теллапутта Г.Р. Исследование СОЖ с использованием растительного масла, усиленного добавлением наночастиц, при токарной обработке..................................................................................... 20 Шлыков Е.С., Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Муратов К.Р. Повышение качества изготовления изделий из жаропрочного никелевого сплава нового поколения с применением проволочно-вырезной электроэрозионной обработки............................................................................................................................................................................ 34 Абляз Т.Р., Осинников И.В., Шлыков Е.С., Каменских А.А., Горохов А.Ю., Кропанев Н.А., Муратов К.Р. Прогнозирование изменений поверхностного слоя в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки............................................................................................................................................................................. 48 Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Болтрушевич А.Е., Кузнецова Ю.С., Бовкун А.С. Фрезерование заготовок из инконеля 625, полученных с помощью электродуговой наплавки............................................................................ 61 Фатюхин Д.С., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Сундуков С.К., Сухов А.В. Влияние угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании......................................................................................................................................... 77 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Борисов М.А., Лобанов Д.В., Скиба В.Ю., Надеждина О.А. Разработка устройства для исследования и моделирования процесса электрохимического шлифования............................................................................................. 93 Лапшин В.П., Губанова А.А., Дудинов И.О. Прогнозирование качества получаемой при резании металлов поверхности в условиях роста изношенности инструмента........................................................................................... 106 Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Садыкин А.В., Мартюшев Н.В., Лобанов Д.В., Пелемешко А.К., Попков А.С. Проектирование механизма гомогенизации.............................................................. 129 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Усанова О.Ю., Рязанцева А.В., Вахрушева М.Ю., Модина М.А., Кузнецова Ю.С. Повышение эксплуатационных свойств деталей из серого чугуна с помощью ионной имплантации....................................................... 143 Абдельазиз Х., Сабер Д. Получение нанокомпозиционного материала с матрицей на основе алюминиевого сплава Al-7Si методом механического замешивания в стальную литейную форму с переменной толщиной стенок и исследование его характеристик..................................................................................................................................... 155 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Пал Ш., Гаиквад Й.M. Разработка и исследование композиционных материалов из акрилата с ПЭЭК для изготовления имплантатов тазобедренного сустава методом аддитивного производства (DLP 3D-печать).......................................................................................................................................................... 172 Прудников А.Н., Галачиева С.В., Абсадыков Б.Н., Шарипзянова Г.Х., Цыганко Е.Н., Иванцивский В.В. Влияние деформационной термоциклической обработки и нормализации на механические свойства листовой стали 10................................................................................................................................................................................ 192 Бханавасе В., Джоги Б.Ф., Дама Й.Б. Исследование поведения в условиях изнашивания полифениленсульфидных (PPS) композиционных материалов, армированных стекловолокном и органической глиной.................... 203 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 218 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 227 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 05.03.2025. Выход в свет 17.03.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 28,5. Уч.-изд. л. 53,01. Изд. № 25. Заказ 86. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 1 2025 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. 27 No. 1 2025 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. 27 No. 1 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Umerov E.D., Skakun V.V., Dzhemalyadinov R.M., Egorov Y.A. Investigation of the eff ect of oil-based MWFs with enhanced tribological properties on cutting forces and roughness of the processed surfaces.............................................. 6 Manikanta J.E., Ambhore N., Thellaputta G.R. Investigation of vegetable oil-based cutting fl uids enhanced with nanoparticle additions in turning operations........................................................................................................................ 20 Shlykov E.S., Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Muratov K.R. Improvement the manufacturing quality of new generation heat-resistant nickel alloy products using wire electrical discharge machining................................................................... 34 Ablyaz T.R., Osinnikov I.V., Shlykov E.S., Kamenskikh A.A., Gorohov A.Yu., Kropanev N.A., Muratov K.R. Prediction of changes in the surface layer during copy-piercing electrical discharge machining....................................... 48 Martyushev N.V., Kozlov V.N., Boltrushevich A.E., Kuznetsova Yu.S., Bovkun A.S. Milling of Inconel 625 blanks fabricated by wire arc additive manufacturing (WAAM)..................................................................................................... 61 Fatyukhin D.S., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Sundukov S.K., Sukhov A.V. Infl uence of the oscillating systems inclination angle on the surface properties of steel 45 during ultrasonic surface plastic deformation................... 77 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Borisov M.A., Lobanov D.V., Skeeba V.Y., Nadezhdina O.A. Development of a device for studying and simulating the electrochemical grinding process................................................................................................................................... 93 Lapshin V.P., Gubanova A.A., Dudinov I.O. Predicting machined surface quality under conditions of increasing tool wear............................................................................................................................................................................... 106 Podgornyj Y.I., Skeeba V.Y., Martynova T.G., Sadykin A.V., Martyushev N.V., Lobanov D.V., Pelemeshko A.K., Popkov A.S. Designing the homogenization mechanism.................................................................................................... 129 MATERIAL SCIENCE Usanova O.Yu., Ryazantseva A.V., Vakhrusheva M.Yu., Modina M.A., Kuznetsova Yu.S. Improving the performance characteristics of grey cast iron parts via ion implantation.......................................................................... 143 Abdelaziz K., Saber D. Fabrication and characterization of Al-7Si alloy matrix nanocomposite by stir casting technique using multi-wall thickness steel mold................................................................................................................ 155 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Pal S., Gaikwad Y.M. DLP 3D printing and characterization of PEEK-acrylate composite biomaterials for hip-joint implants....................................................................................................................... 172 Prudnikov A.N., Galachieva S.V., Absadykov B.N., Sharipzyanova G.Kh., Tsyganko E.N., Ivancivsky V.V. Eff ect of deformation thermocyclic treatment and normalizing on the mechanical properties of sheet Steel 10.......................... 192 Bhanavase V., Jogi B.F., Dama Y.B. Wear behavior study of glass fi ber and organic clay reinforced poly-phenylenesulfi de (PPS) composites material........................................................................................................................................ 203 EDITORIALMATERIALS 218 FOUNDERS MATERIALS 227 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 192 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние деформационной термоциклической обработки и нормализации на механические свойства листовой стали 10 Александр Прудников 1, a, *, Светлана Галачиева 2, b, Бахыт Абсадыков 3, c, Гузель Шарипзянова 4, d, Елена Цыганко 5, e, Владимир Иванцивский 6, f 1 Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, г. Новокузнецк, 654007, Россия 2 Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет), ул. Николаева, 44, г. Владикавказ, 362021, Россия 3 Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева, ул. Сатпаева, 22, г. Алматы, 050013, Республика Казахстан 4 Московский политехнический университет, ул. Большая Семеновская, 38, г. Москва, 107023, Россия 5 Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, пр. Ленина, 93, г. Новороссийск, 353924, Российская Федерация 6 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4150-7428, a.prudnikov@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0002-7193-0454, info@skgmi-gtu.ru; c https://orcid.org/0000-0001-7829-0958, absadykov@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0002-0863-7490, guzel@mtw.ru; e https://orcid.org/0000-0002-5920-8688, lena_tsyganko@mail.ru; f https://orcid.org/0000-0001-9244-225X, ivancivskij@corp.nstu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 192–202 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-192-202 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.785.6:669.14.018.24:620.17 История статьи: Поступила: 06 декабря 2024 Рецензирование: 30 декабря 2024 Принята к печати: 23 января 2025 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Сталь 10 Деформационная термоциклическая обработка (ДТЦО) Нормализация Механические свойства Прочность Пластичность Горячекатаная сталь Относительное удлинение Относительное сужение Оптимальный режим Термомеханическая обработка Феррито-перлитная структура Ковка Благодарности Исследования выполнены на оборудовании ИЦ «Проектирование и производство высокотехнологичного оборудования» и ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов». АННОТАЦИЯ Введение. В данной статье исследуется влияние деформационной термоциклической обработки (ДТЦО) и последующей нормализации на механические свойства и микроструктуру низкоуглеродистой стали марки 10. Низкоуглеродистые стали широко применяются в машиностроении благодаря высокой пластичности, однако традиционные методы термической обработки слабо влияют на их прочность. Сталь марки 10, с несколько повышенным содержанием углерода, более восприимчива к термообработке, что позволяет оптимизировать соотношение прочности и пластичности. Цель работы: определить оптимальные параметры ДТЦО и нормализации для достижения наилучшего сочетания механических свойств листовой стали марки 10. В работе исследованы образцы стали 10, произведенной на ОАО «НКМК». Методы исследования. Анализ химического состава выполнялся с использованием эмиссионного спектрометра ARL 4460. Образцы подвергались циклической ковке (ДТЦО) на гидравлическом прессе, а затем прокатке до толщины 3 мм. Механические свойства (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и сужение) определялись на испытательной машине Instron 3369. Результаты и обсуждение. Результаты показали, что ДТЦО приводит к измельчению зерна и снижению текстуры, что улучшает пластичность. Оптимальная температура нормализации составляет 900 °С, она обеспечивает наилучшее соотношение прочности и пластичности как для традиционно обработанной, так и для обработанной ДТЦО стали. При этом ДТЦО незначительно повышает прочность, но существенно увеличивает относительное удлинение (на 15 %) и относительное сужение (на 11 %). Последующая нормализация стали, подвергнутой ДТЦО, значительно повышает пластичность (более чем на 50 %) при умеренном снижении прочности. Полученные данные позволяют оптимизировать технологический процесс для достижения желаемого баланса свойств. Для цитирования: Влияние деформационной термоциклической обработки и нормализации на механические свойства листовой стали 10 / А.Н. Прудников, С.В. Галачиева, Б.Н. Абсадыков, Г.Х. Шарипзянова, Е.Н. Цыганко, В.В. Иванцивский // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 192–202. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-192-202. ______ *Адрес для переписки Прудников Александр Николаевич, д.т.н., профессор Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, г. Новокузнецк, Россия Тел.: +7 3843 74-89-93, e-mail: a.prudnikov@mail.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 193 MATERIAL SCIENCE Введение Низкоуглеродистые стали, например марок 05, 08 и 10 по ГОСТ 1050, являются предпочтительным конструкционным материалом в широком диапазоне температур от –40 до +450 °C благодаря своим превосходным пластическим свойствам. Эта группа сталей характеризуется отличной свариваемостью, устойчивостью к образованию флокенов и отсутствием отпускной хрупкости в процессе эксплуатации. Высокая пластичность делает эти стали незаменимыми при изготовлении деталей и узлов машин, требующих значительных пластических деформаций (например, при холодной штамповке, высадке, гибке и других видах обработки давлением). При этом следует отметить, что указанные стали обычно применяются для деталей и узлов с умеренными статическими нагрузками в условиях эксплуатации [1–3]. В обычной металлообработке низкоуглеродистые стали из-за низкого содержания в них углерода традиционно не подвергаются интенсивной термической обработке для повышения прочности. Это связано с тем, что стандартные методы термической обработки, такие как закалка и отпуск, оказывают незначительный эффект на прочностные характеристики таких сталей. Причина этого заключается в ограниченных возможностях изменения микроструктуры стали с низким содержанием легирующих элементов и углерода. Повышение прочности зачастую сопровождается существенным снижением пластичности, что делает подобный подход нецелесообразным для большинства применений. Низкоуглеродистые стали ценятся прежде всего за свою высокую пластичность и свариваемость, необходимые для различных методов обработки давлением [4, 5]. Однако сталь 10, содержащая немного больше углерода (0,07–0,14 %), представляет собой исключение из этого правила. Небольшое, но достаточное повышение содержания углерода открывает возможности для применения более эффективных методов термической обработки. Нормализация, закалка с высоким отпуском и отжиг оказывают заметное влияние на микроструктуру стали 10, приводя к более тонкому и равномерному распределению карбидов и, как следствие, к улучшению механических свойств [6]. Эти методы позволяют регулировать баланс между прочностью и пластичностью, подбирая оптимальный режим обработки для конкретных условий эксплуатации. Применение этих методов позволяет получить сталь с улучшенными характеристиками прочности, не жертвуя существенно ее пластичностью [7–9]. Для дальнейшего улучшения эксплуатационных характеристик стали 10, в частности для достижения более высокого уровня прочности и устойчивости к усталостному разрушению, перспективным направлением является применение деформационной термоциклической обработки (ДТЦО) в сочетании с последующей термической обработкой. ДТЦО, представляющая собой циклическое воздействие высоких температур и пластической деформации, позволяет добиться более тонкой и измельченной микроструктуры, уменьшить внутренние напряжения и улучшить равномерность свойств по сечению изделия [11–14]. Комбинирование ДТЦО с последующей нормализацией или закалкой с высоким отпуском позволяет получить сталь со значительно улучшенными механическими свойствами, оптимизированными для конкретных условий работы, что расширяет область применения низкоуглеродистых сталей. Исследования [1–10] свидетельствуют о положительном влиянии ДТЦО не только на механические характеристики, но и на широкий спектр свойств материалов. Данный метод оказывает позитивный эффект на физические, технологические и эксплуатационные свойства разнообразных материалов, начиная от чугунов [15] и включая стали с различным химическим составом [1, 2, 16–18]. Эффективность ДТЦО также подтверждается исследованиями алюминиевых сплавов, в частности заэвтектических силуминов [4–6]. Этот комплексный подход позволяет оптимизировать внутреннюю структуру материала, создавая более благоприятные условия для распределения напряжений и повышения пластичности и прочности. Механизмы улучшения свойств, достигаемые посредством ДТЦО, представляют собой сложный процесс перераспределения внутренних напряжений и структурных изменений в металле. В результате применение данного метода позволяет существенно повысить прочность, пластичность, коррозионную стойкость и долго-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 194 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вечность изделий. Использование ДТЦО в сочетании с последующей термической обработкой открывает новые перспективы для оптимизации свойств сталей, особенно при необходимости достижения баланса прочностных и пластических характеристик [19–20]. Дальнейшие исследования должны быть направлены на выявление оптимальных режимов ДТЦО для достижения максимального эффекта, а также на конкретизацию влияния различных параметров обработки на структуру и механические свойства стали марки 10. Необходимо учитывать влияние ДТЦО и на другие эксплуатационные характеристики, такие как износостойкость и усталостная прочность. В связи с этим было проведено исследование, направленное на изучение влияния режима ДТЦО, включающего в себя термоциклическую деформацию (ковку) при температуре выше точки АС3, а также влияния последующей нормализации на механические свойства листовой стали марки 10. Цель работы заключалась в определении оптимальных параметров ДТЦО для достижения максимального улучшения механических характеристик стали 10, что позволит расширить область ее применения и создать более надежные и долговечные машиностроительные изделия. Для достижения поставленной цели было решено несколько задач, таких как изготовление образцов и проведение механических испытаний, а также проведен анализ изменений механических свойств стали под воздействием ДТЦО. Полученные результаты позволят обоснованно применять ДТЦО для улучшения свойств листовой стали марки 10 и других низкоуглеродистых сталей. Методы и материалы В качестве исходного материала для исследования была выбрана сталь 10, произведенная на Новокузнецком металлургическом комбинате (ОАО «НКМК»). Выбор данной марки стали обусловлен ее широким применением в машиностроении и относительно невысокой стоимостью, что делает ее привлекательным объектом для изучения влияния различных методов обработки на механические и микроструктурные свойства. Для точного определения химического состава исследуемой стали был использован современный метод спектрального анализа. В частности, для определения количественного содержания различных элементов в стали применялся эмиссионный спектрометр ARL 4460. Полученные данные о химическом составе стали были использованы для сравнения с данными из литературы и для оценки соответствия химического состава стали заявленным стандартам (см. таблицу). Химический состав обрабатываемой стали 10 Chemical composition of Steel 10 being treated Марка стали Содержание элементов, % (вес.) C Mn Si P Cr S Cu Ni 10 0,134 0,422 0,226 0,0139 0,048 0,0181 0,198 0,041 В ходе эксперимента, проведенного на ОАО «ЗСМК» (г. Новокузнецк), стальной сляб размером 900×700×500 мм подвергся циклической ковке методом однопроходной протяжки на гидравлическом прессе с усилием 20 МН. Процесс деформации проводился при температуре нагрева 1250 °C с выдержкой сляба в печи в течение двух часов до начала ковки (без учета времени нагрева). Важно отметить, что время выдержки было выбрано для обеспечения равномерного прогрева сляба по всему объему. В процессе эксперимента было осуществлено 10 циклов деформации, что позволило достичь значительного изменения структуры и свойств исходного материала. В результате многократной деформации толщина заготовки после термоциклической ковки (ДТЦО) уменьшилась до 300…310 мм, демонстрируя существенную степень пластической деформации. После проведения ДТЦО полученные заготовки подверглись дальнейшей обработке прокаткой на ОАО «НМЗ» им. А.Н. Кузьмина (г. Новосибирск). Прокатка производилась в соответствии с промышленным технологическим режимом с целью получения листового материала заданной толщины. В результате процесса
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 195 MATERIAL SCIENCE проката были получены листы толщиной 3 мм, обладающие измененными свойствами в сравнении с исходным слябом. Это изменение свойств является следствием комбинированного воздействия деформации и термической обработки, составляющих суть ДТЦО. Для всесторонней оценки влияния деформационной термоциклической обработки (ДТЦО) на свойства листовой стали были проведены комплексные механические испытания полученного материала. Использовались плоские образцы толщиной 3 мм, которые были изготовлены из листовой стали, прошедшей обработку ДТЦО и последующую прокатку. Испытания проводились на универсальной испытательной машине Instron 3369. В ходе испытаний были определены ключевые механические характеристики полученной листовой стали. К ним относятся временное сопротивление разрыву (предел прочности); предел текучести; относительное удлинение и относительное сужение. Более подробная информация о технологическом процессе производства листовой стали с применением ДТЦО, включая параметры ковки, режимы нагрева и охлаждения, а также параметры проката, приведены в работе [7]. Результаты и их обсуждение В предыдущем исследовании [2] было установлено, что применение предварительной термоциклической ковки перед процессом проката листовой стали марки 10 способствует сохранению феррито-перлитной структуры (рис. 1). Важно отметить, что использование предварительной деформационной термоциклической обработки (ДТЦО) оказывает существенное влияние на морфологию перлитных структур. В частности, наблюдается уменьшение размеров перлитных колоний, снижение их объемной доли и ослабление текстуры, выражающееся в уменьшении степени ориентировки перлитных колоний вдоль направления прокатки. Эти микроструктурные изменения, вызванные ДТЦО, приводят к заметному улучшению механических характеристик. Более того, результаты исследования [2] показали, что применение ДТЦО перед прокаткой приводит к существенному (почти на 30 %) повышению прочности горячекатаной листовой стали марки 10. Это выражается в увеличении временного сопротивления разрыву с 370 до 478 МПа и предела текучести с 305 до 390 МПа (рис. 1). Следует подчеркнуть, что такое значительное повышение прочности достигается при незначительном, допустимом снижении пластических свойств материала. Применение предварительной деформационной термоциклической обработки (ДТЦО) демонстрирует значительный потенциал для улучшения механических свойств стали марки 10, что делает этот метод весьма перспективным в промышленном применении. Достигаемое повышение прочности не является случайным следствием обработки, а б Рис. 1. Микроструктура исследуемых образов из стали 10 (толщина листа 3 мм), полученных с помощью промышленной технологии (а) и с помощью термоциклической ковки (б) Fig. 1. Microstructure of the studied samples made of Steel 10 (sheet thickness 3 mm) obtained using industrial technology (a) and using thermal cycling forging (б)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 196 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ а обусловлено фундаментальными изменениями в микроструктуре материала. Эти изменения, в свою очередь, значительно влияют на механизмы деформации и разрушения стали. В основе повышения прочности, достигаемого с помощью ДТЦО, лежат два ключевых микроструктурных эффекта. Во-первых, ДТЦО способствует измельчению зеренной структуры стали. Более мелкое зерно означает увеличение площади границ зерен, которые действуют как препятствия для движения дислокаций – основных носителей пластической деформации [2]. Это затрудняет пластическую деформацию и, следовательно, повышает прочность материала. Более мелкое зерно также способствует повышению предела текучести и твердости стали. Вовторых, ДТЦО эффективно уменьшает текстуру материала. Текстура, или предпочтительная ориентация кристаллитов, часто возникает в процессе обработки металлов давлением и может приводить к анизотропии механических свойств. Уменьшение текстуры, достигаемое с помощью ДТЦО, приводит к более изотропному материалу с более равномерными свойствами во всех направлениях. Это улучшает сопротивляемость стали к деформации и повышает ее надежность в условиях сложного напряженного состояния. Таким образом, сочетание измельчения структуры и уменьшения текстуры, достигаемое за счет ДТЦО, обеспечивает комплексное улучшение механических свойств, значительно увеличивая прочность и сохраняя высокую пластичность стали. Это делает ДТЦО эффективным инструментом для повышения качества и расширения области применения стали 10. В продолжение этого исследования было изучено влияние температуры нормализации на структуру и механические свойства листовой горячекатаной стали марки 10, изготовленной как по традиционному промышленному режиму, так и с применением ДТЦО. Эксперименты проводились в диапазоне температур нормализации от 600 до 1000 °С с выдержкой при каждой температуре в течение 10 часов. Длительная выдержка обеспечивала достижение термодинамического равновесия при заданной температуре. Результаты исследования показали, что изменение температуры нормализации существенно влияет на микроструктуру стали [2], причем наибольшее влияние оказывает повышение температуры. Было установлено, что с увеличением температуры нормализации до 900 °С происходит заметное измельчение перлитных колоний в структуре стали. Это, в свою очередь, оказывает влияние на механические свойства, что требует дальнейшего изучения корреляций между температурно-временным режимом нормализации и изменением прочностных и пластических свойств. Дополнительные исследования позволят оптимизировать технологический процесс с целью достижения максимального эффекта от применения ДТЦО и последующей нормализации. Процесс структурных изменений в стали под воздействием нормализации протекает с различной интенсивностью в зависимости от предварительной обработки. Было установлено, что сталь, подвергнутая предварительной ковке, демонстрирует более активные структурные перестройки при нормализации, чем сталь, не подвергавшаяся ковке. Это связано с более высокой плотностью дислокаций и большей энергией деформации, накопленной в структуре стали после ковки. Структурные дефекты являются зародышевыми центрами для образования новых зерен при высоких температурах нормализации. Повышение температуры нормализации до 1000 °С приводит к росту размеров зерна и, как следствие, к огрублению структуры стали независимо от того, применялась ли предварительная ДТЦО или нет. Это обусловлено процессами рекристаллизации и роста зерен при высоких температурах. Огрубление структуры сопровождается снижением прочностных характеристик и увеличением пластичности материала. Таким образом, существует оптимальная температура нормализации, при которой достигается наилучшее сочетание прочностных и пластических свойств. Анализ полученных результатов (рис. 2, а, б), демонстрирующих влияние температуры нормализации на свойства горячекатаной стали марки 10, выявил оптимальную температуру для этого процесса: 900 °C. При такой температуре достигается наиболее благоприятное сочетание прочностных и пластических характеристик как для стали, произведенной по стандартной технологии, так и для стали, предварительно подвергнутой деформационной термоциклической обработке. Примечательно, что использование ДТЦО не приводит к существенному росту прочностных показателей по сравнению с тра-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1