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 203 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Исследование поведения в условиях изнашивания полифениленсульфидных (PPS) композиционных материалов, армированных стекловолокном и органической глиной Вишавджит Бханавасе a, Бхагван Джоги b, *, Йогирадж Дама c Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, Махараштра, 402103, Индия a https://orcid.org/0000-0002-2268-2693, vlbhanavase@sinhgad.edu; b https://orcid.org/0000-0003-2099-7533, bfjogi@dbatu.ac.in; c https://orcid.org/0009-0008-5404-4347, yogirajdama@dbatu.ac.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 203–217 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-203-217 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Аббревиатуры PPS – полифениленсульфид; GF – стекловолокно; COF – коэффициент трения; ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 678.8 История статьи: Поступила: 10 января 2025 Рецензирование: 23 января 2025 Принята к печати: 03 февраля 2025 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Полифениленсульфид (PPS) Стекловолокно Бентонитовая глина Трение и износ Трибологические испытания по схеме «стержень – диск» Метод Тагучи Износостойкость АННОТАЦИЯ Введение. В данном исследовании изучается влияние ключевых рабочих параметров (нагрузки, скорости скольжения и пути скольжения) на поведение в условиях изнашивания композиционных материалов, изготовленных из 40 % стекловолокна и полифениленсульфида (PPS) с различным процентным содержанием бентонитовой глины по весу. Основная цель работы заключалась в оценке того, как различные экспериментальные условия влияют на характеристики изнашивания. Для достижения этой цели проводили эксперименты с использованием ортогональной матрицы L9 в соответствии с методом Тагучи при трех уровнях сложности. Трибологические испытания выполняли на установке, которая реализует схему трения «стержень – диск» в соответствии со стандартами ASTMG99 с шестью образцами материалов, содержащими различные процентные доли бентонитовой глины. Результаты показывают, что износ исходного образца увеличивается с ростом приложенной средней нагрузки. В отличие от этого образцы, содержащие бентонитовую глину, демонстрируют уменьшение износа с увеличением средней нагрузки. Кроме того, увеличение содержания бентонитовой глины приводит к значительному уменьшению износа, но дальнейшее увеличение до 7 % глины приводит к заметному увеличению износа. Методы исследования. В этом исследовании изучено влияние нагрузки, скорости скольжения и весовой доли бентонитовой глины на износ и коэффициент трения (COF) композиционного материала. Композиционные образцы с различным содержанием глины были испытаны с использованием установки, реализующей схему трения «стержень – диск», а износ и коэффициент трения измерялись как зависимые параметры. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) использовалась для анализа поверхностей износа после испытаний, чтобы определить влияние независимых параметров на механизмы изнашивания и морфологию поверхности. Результаты выявили важные направления в характере трения и изнашивания при различных условиях. Сравнительный анализ дал представление об оптимизации трибологических характеристик материала путем балансировки нагрузки, скорости и содержания глины. Результаты и обсуждение. В данном исследовании изучено влияние добавления бентонитовой глины на износостойкость композитов PPS + GF (полифениленсульфид + стекловолокно). Полученные данные показывают, что износ снижается до 3 % при первоначальном увеличении процентного содержания бентонитовой глины по весу, но вновь возрастает при дальнейшем увеличении содержания глины. Отмечено, что более высокое процентное содержание бентонитовой глины по весу приводит к увеличению удельной скорости изнашивания и снижению коэффициента трения из-за проявления абразивного механизма изнашивания, вызванного агломерацией глины. Наоборот, более низкое процентное содержание бентонитовой глины по весу способствует снижению скорости изнашивания, увеличивая при этом коэффициент трения. Эта работа направлена на решение двойной задачи: оптимизации характеристик и снижения себестоимости материалов, используемых в условиях трения и износа. Обоснование актуальности исследования. Цель этого исследования – разработать органический полимерный композиционный материал, обладающий улучшенными характеристиками и конкурентоспособный с точки зрения затрат и прибыли. Одной из ключевых задач является создание такого композиционного материала с использованием бентонитовой глины – органического и легкодоступного материала, который можно приобрести по низкой цене. Это позволит производить композит по конкурентоспособной цене без ущерба для качества. Другой целью исследования является замена существующих фрикционных материалов в тормозных системах и муфтах новым разработанным композитом, что потенциально улучшит их характеристики и долговечность. Помимо этого, работа направлена на создание композиционного материала, пригодного для использования в подшипниках скольжения, особенно работающих в агрессивных средах. Такой композит должен обладать повышенной устойчивостью к химическому разрушению, обеспечивая увеличенный срок службы и надежность в тяжелых условиях эксплуатации. Для цитирования: Бханавасе В., Джоги Б.Ф., Дама Й.Б. Исследование поведения в условиях изнашивания полифениленсульфидных (PPS) композиционных материалов, армированных стекловолокном и органической глиной // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 203–217. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-203-217. ______ *Адрес для переписки Джоги Бхагван Фатру, профессор Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, 402103, Махараштра, Индия Тел.: +91 942-116-6370, e-mail: bfjogi@dbatu.ac.in SEM – сканирующая электронная микроскопия; FRP – волоконно-армированный полимер; MMT – монтмориллонит; POM – полиоксиметилен; PTFE – политетрафторэтилен; EDS – энергодисперсионная спектроскопия; HRC – твердость по Роквеллу, шкала C; OMMT – органически модифицированный монтмориллонит; SAXS – малоугловое рассеяние рентгеновских лучей.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 204 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Проблема загрязнения, связанного с выбросами частиц износа керамических, полуметаллических и металлических рабочих поверхностей тормозных механизмов, стимулировала исследования по их замене на альтернативные материалы на основе натуральных волокон, таких как лен, конопля и сизаль. Эти органические волокна отличаются экономичностью, биоразлагаемостью и малым весом. В то же время синтетические волоконно-армированные полимерные композиты (FRP) находят широкое применение в различных инженерных областях, включая аэрокосмическую, автомобильную и строительную промышленность, благодаря своим высоким удельным характеристикам (модулю упругости и прочности), биоразлагаемости (в отдельных случаях), коррозионной стойкости и длительному сроку службы. Ключевую роль в определении свойств FRPкомпозитов играет межфазная граница волокноматрица, через которую происходит передача напряжений сдвига от матрицы к армирующему волокну, влияя как на кратковременные, так и на долговременные характеристики материала. В данной работе представлен обзор структуры и свойств межфазной границы волокно-матрица [1–3]. Показано, что характеристики межфазной границы между армирующим волокном и полимерной матрицей оказывают значительное влияние на механические и трибологические свойства композита. На примере композита GFF/PPS (стекловолокно/полифениленсульфид) продемонстрировано, что оптимальный состав, содержащий 80 масс. % GFF (~70 об. %), обеспечивает наилучшие механические свойства и смачиваемость. Высокие механические характеристики PPS-композитов с ультравысоким содержанием стекловолокна обусловлены увеличенной толщиной межфазного слоя и эффектом взаимозацепления волокон. В контексте экологичности использование биоразлагаемых армирующих волокон, таких как глина, может вызывать вопросы применительно к композитам на основе углеродного волокна / глины / POM (полиоксиметилен). Эксперименты, направленные на изучение механических и трибологических свойств таких композитов, показали, что добавление глины способствует увеличению модуля упругости при растяжении и прочности. Установлено, что введение углеродного волокна в POM-композиты улучшает их механические свойства и износостойкость. Композит на основе углеродного волокна, глины и POM продемонстрировал минимальные значения удельной скорости изнашивания и коэффициента трения. Полимерные композиты, модифицированные наноглиной, характеризуются повышенными механическими свойствами, такими как прочность на растяжение, предел текучести, модуль упругости, вязкость разрушения и усталостная прочность, по сравнению с немодифицированными полимерами. Тем не менее данные об износостойкости и поверхностных механических свойствах таких материалов (твердость и устойчивость к царапинам) остаются ограниченными. Показано, что оптимизация содержания (масс. %) наноглины способствует улучшению межфазного взаимодействия между волокном, полимерной матрицей и наноглиной, что открывает перспективы для повышения эффективности применения нанокомпозитов в конструкционных элементах [4–6]. Для оценки трибологических характеристик композиционных материалов были определены скорость изнашивания и коэффициент трения. Экспериментальные исследования показали, что полимерные композиты, содержащие углеродные волокна, графит, политетрафторэтилен в полифениленсульфидной матрице, демонстрируют хорошие показатели износостойкости в рабочих условиях. Отмечено, что обработка поверхности монтмориллонитовой (ММТ) глины приводит к улучшению ее адгезии и взаимодействия с армирующими компонентами, что положительно сказывается на прочностных характеристиках композитов (на растяжение и изгиб) и дополняет функциональность, обеспечиваемую натуральными волокнами. Модификация поверхности придает гидрофильной MMT гидрофобные свойства, повышая ее совместимость с органической полимерной матрицей. Следует отметить, что межфазное взаимодействие между матрицей и армирующими волокнами глины оказывает существенное влияние на процесс формирования локальных деформаций (что было подтверждено методом цифровой корреляции изображений), а также на процессы за-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 205 MATERIAL SCIENCE рождения и распространения повреждений в образцах из углеродного волокна, армированного полифениленсульфидом (5HS), при испытаниях на растяжение под углами ±45° и 0°. Межфазная адгезия оказывает существенное влияние на характер разрушения: образцы с прочной межфазной связью демонстрируют когезионный тип разрушения, в то время как образцы со слабой межфазной связью характеризуются интенсивным расслоением [7–9]. Помимо границы раздела, на трибологические характеристики влияет частота движения: коэффициент трения снижается с ее увеличением. Напротив, увеличение пройденного пути скольжения приводит к увеличению коэффициента трения. Типичная нагрузка не оказывает существенного влияния на изнашивание. Зависимость износа от пройденного расстояния имеет сложный характер: сначала он уменьшается, а затем увеличивается. Таким образом, коэффициент трения и интенсивность износа зависят от нагрузки и частоты возвратно-поступательного движения. Сетчатая структура диспергированных силикатных слоев в нанокомпозитах, а следовательно, и вязкостные свойства нанокомпозитов в значительной степени определяются концентрацией введенных волокон OMMT [10– 12]. В данной работе представлен новый метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (SAXS) для анализа степени дисперсии силикатных слоев в полимерной матрице. Результаты SAXS и STEM показали, что содержание OMMT в количестве 5 % по массе является пороговым, инициирующим формирование прочной флокулированной структуры диспергированных силикатных слоев. Дальнейшее увеличение концентрации OMMT существенно изменяет вязкостные свойства нанокомпозита, содержащего OMMT в количестве 5 % по массе [13]. Композитное покрытие из армированного углеродным волокном PPS, нанесенное на нержавеющую сталь и работающее в условиях водяной смазки, демонстрирует значительно более высокую износостойкость, чем при сухом трении [14–15]. Трибологическое поведение композиционного покрытия в условиях водяной смазки зависит как от скорости скольжения, так и от нагрузки. При низкой скорости (0,43 м/с) наблюдается устойчивый рост трения, который с увеличением нагрузки сменяется его постепенным снижением. Влияние скорости скольжения на скорость износа композитного покрытия менее выражено, чем влияние нагрузки на коэффициент трения, который быстро возрастает под давлением. Коэффициент трения постепенно увеличивается с ростом нагрузки; при высоких скоростях (0,86 м/с) этот эффект усиливается [16–18]. Исследование влияния сухой и водяной смазки на трибологические характеристики покрытий из полифениленсульфида, армированного углеродным волокном, показывает, что колебания коэффициента трения во времени более стабильны при использовании водяной смазки, чем при сухом трении. Композитное покрытие, работающее в условиях водяной смазки, демонстрирует более высокую износостойкость, чем в условиях сухого трения. В исследованиях [19–20] представлены данные, посвященные изучению трибологических и механических свойств композиционного материала, состоящего из 70 % полиамида-66 (PA66) и 30 % полифениленсульфида (PPS), модифицированного различным содержанием политетрафторэтилена (PTFE). Авторы выражают искреннюю благодарность кафедре машиностроения Технологического университета им. доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере; компании D. N. Polymers, Чинчвад; Институту информационных технологий Вишвакарма, Кондхва, Пуна; DUTECH India Laboratories, Пуна; Научно-исследовательскому институту Агаркара, Пуна, за поддержку и неоценимый вклад в данную работу. Авторы также признательны перечисленным организациям за вклад в проведение исследования. Экспериментальная часть Анализ показал, что добавление PTFE в смесь PA66/PPS негативно влияет на свойства последней, однако существенно снижает коэффициент трения и повышает износостойкость. Композит на основе PPS с 40 % стекловолокна и добавками бентонитовой глины различной концентрации, полученный методом термокомпрессии, является в определенной степени экологически чистым. В рамках данного исследования изучалось влияние нагрузки, скорости скольжения и состава на трибологические характеристики PPS, армированного 40 % стекловолокна и содержащего различные концентрации глины. Результаты показывают, что увеличение содержания глини-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 206 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стых частиц и их равномерное распределение в матрице PPS способствует накоплению продуктов износа. Эти продукты образуются в результате адгезионного износа на границе контакта между поверхностью композита и неровностями (выступами) на стальном диске, играющими роль абразивных частиц. Трибологическое поведение этих продуктов износа определяется относительной высотой выступов на поверхности стального контртела. Было установлено, что минимальный коэффициент трения соответствует композиту, не содержащему глины. Введение 2 % глины приводит к росту коэффициента трения, тогда как дальнейшее увеличение до 5 % вызывает снижение коэффициента трения. Подробная информация о составе исследованных материалов представлена в табл. 1. Бентонитовая глина (алюмосиликат) – это распространенный компонент, используемый в сочетании с PPS и 40 % стекловолокна для создания экологически безопасного PPS-композита. Испытания на изнашивание проводили на машине трения DUCOM TR-20-M26 по схеме «стержень – диск», обеспечивающей непрерывный контакт между образцом (стержнем) и вращающимся диском. В экспериментах использовали цилиндрический стержень высотой 40 мм и диаметром 10 мм, контактирующий с плоской Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Материалы и методика Materials and Method № п/п Образец PPS, вес. % GF, вес. % Глина, вес. % 1 PGB0 62 30 0 2 PGB1 60 30 2 3 PGB2 55 30 5 4 PGB3 50 30 9 поверхностью стального диска диаметром 300 мм и толщиной 12 мм. Материалом для изготовления дисков служила сталь марки 41MoCr11 с твердостью в диапазоне 55…58 HRC. Стальные стержни были изготовлены из композиционного материала с тщательно подобранным составом. Перед каждым испытанием поверхность стержня и диска очищали. Каждое испытание повторяли пять раз с использованием новых стержней и дисков при сохранении неизменных параметров. Испытания проводили в условиях сухого трения для поддержания постоянной температуры на протяжении расстояния скольжения 33 085,26 м. В экспериментах использовали три скорости скольжения: 2,0423 м/с, 4,0846 м/с и 6,1269 м/с, а также три уровня контактной нагрузки между стержнем и диском. Значения параметров испытаний для каждого уровня представлены в табл. 2. Экспериментальный план был разработан в соответствии с ортогональной матрицей L9 по методу Тагучи, что предполагало проведение девяти испытаний для каждого состава материала. Целью данного исследования являлось определение скорости изнашивания и коэффициента трения шести различных композитов на основе PPS с 40 % стекловолокна и разным содержанием глины. Материалы были предоставлены Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Параметры испытаний Test parameters Скорость скольжения v, м/с ± 5 % Давление p, Н/мм2 ± 5 % Нагрузка N, Н ± 5 % Время, мин 2,045 0,27 30 20 4,085 0,52 50 50 6,127 0,78 70 80
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1