Том 27 № 2 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 № 2 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сундуков С.К., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Фатюхин Д.С., Кольдюшов В.К. Сравнение методов ультразвуковой обработки поверхностей, полученных послойным синтезом, на примере сплава Ti6Al4V............. 6 Кейт Н., Кулкарни А.П., Дама Й.Б. Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем................................ 29 Наумов С.В., Панов Д.О., Соколовский В.С., Черниченко Р.С., Салищев Г.А., Белинин Д.С., Лукьянов В.В. Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb).............................................................................................................................................................................. 43 Джатти В.С., Сингараджан В., Сайятибрагим А., Джатти В.С., Кришнан М.Р., Джатти С.В. Улучшение характеристик электроэрозионной обработки сплавов NiTi, NiCu и BeCu с использованием многокритериального подхода на основе функции полезности........................................................................................................................... 57 Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р., Никитенко А.В. Обеспечение точности формы отверстий, полученных при чистовой обработке методом растачивания............................................................................................................... 89 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Патил Н., Агарвал С., Кулкарни А.П., Сараф А., Ране М., Дама Й.Б. Экспериментальное исследование наноСОЖ на основе оксида графена при сверлении композиционного алюмоматричного материала, армированного частицами SiC, в условиях минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости........................................ 103 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Никитенко А.В., Улисков М.В. Прогнозирование шероховатости поверхности при фрезеровании сфероцилиндрическим инструментом с использованием искусственной нейронной сети....................................................................................................................................................................................... 126 Осипович К.С., Сидоров Е.А., Чумаевский А.В., Никонов С.Н., Колубаев Е.А. Условия изготовления биметаллических образцов на основе железных и медных сплавов методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства.................................................................................................................................................. 142 Бабаев А.С., Савченко Н.Л., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Григорьев М.В. Работоспособность композиционной керамики Y-TZP-Al2O3 при сухом высокоскоростном точении термически упрочнённой стали марки 40Х........... 159 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Мамадалиев Р.А. Морфологические изменения поверхности деформированной конструкционной стали в коррозионно-активной среде............................................................................................ 174 Черниченко Р.С., Панов Д.О., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние гетерогенной структуры, сформированной деформационно-термической обработкой, на механическое поведение аустенитной нержавеющей стали...................................................................................................................................... 189 Панов Д.О., Черниченко Р.С., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние холодной радиальной ковки на структуру, текстуру и механические свойства легкой аустенитной стали................................ 206 Дешпанде А., Кулкарни А.П., Анерао П., Дешпанде Л., Соматкар А. Комплексное численное и экспериментальное исследование трибологических характеристик композиционного материала на основе ПТФЭ.................. 219 Воронцов А.В., Панфилов А.О., Николаева А.В., Черемнов А.В., Княжев Е.О. Влияние ударной обработки на структуру и свойства никелевого сплава ЖС6У, полученного литьем и электронно-лучевым аддитивным производством............................................................................................................................................................................... 238 Мисоченко А.А. Мартенситные превращения в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с импульсным током..................................................................................................................................................................................... 255 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 270 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 279 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 03.06.2025. Выход в свет 16.06.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 35,0. Уч.-изд. л. 65,1. Изд. № 77. Заказ 150. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 2 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. 2 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. 2 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sundukov S.K., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Fatyukhin D.S., Koldyushov V.K. Comparison of ultrasonic surface treatment methods applied to additively manufactured Ti-6Al-4V alloy................................................................ 6 Kate N., Kulkarni A.P., Dama Y.B. A comparative evaluation of friction and wear in alternative materials for brake friction composites............................................................................................................................................................... 29 Naumov S.V., Panov D.O., Sokolovsky V.S., Chernichenko R.S., Salishchev G.A., Belinin D.S., Lukianov V.V. Microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy weld joints as a function of gas tungsten arc welding parameters............................................................................................................................................................................. 43 Jatti V.S., Singarajan V., SaiyathibrahimA., Jatti V.S., KrishnanM.R., Jatti S.V. Enhancement of EDM performance for NiTi, NiCu, and BeCu alloys using a multi-criteria approach based on utility function................................................ 57 Stelmakov V.A., Gimadeev M.R., Nikitenko A.V. Ensuring hole shape accuracy in fi nish machining using boring...... 89 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Patil N., Agarwal S., Kulkarni A.P., Saraf A., Rane M., Dama Y.B. Experimental investigation of graphene oxide-based nano cutting fl uid in drilling of aluminum matrix composite reinforced with SiC particles under nano-MQL conditions............................................................................................................................................................................. 103 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Nikitenko A.V., Uliskov M.V. Prediction of surface roughness in milling with a ball end tool using an artifi cial neural network................................................................................................................. 126 Osipovich K.O., Sidorov E.A., Chumaevskii A.V., Nikonov S.N., Kolubaev E.A. Manufacturing conditions of bimetallic samples based on iron and copper alloys by wire-feed electron beam additive manufacturing......................... 142 Babaev A.S., Savchenko N.L., Kozlov V.N., Semenov A.R., Grigoriev M.V. Performance of Y-TZP-Al2O3 composite ceramics in dry high-speed turning of thermally hardened steel 0.4 C-Cr (AISI 5135)...................................................... 159 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Mamadaliev R.A. Morphological changes of deformed structural steel surface in corrosive environment......................................................................................................................................................... 174 Chernichenko R.S., Panov D.O., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of heterogeneous structure on mechanical behavior of austenitic stainless steel subjected to novel thermomechanical processing............................................................................................................................................................................. 189 Panov D.O., Chernichenko R.S., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of cold radial forging on structure, texture and mechanical properties of lightweight austenitic steel................................................ 206 Deshpande A., Kulkarni A.P., Anerao P., Deshpande L., Somatkar A. Integrated numerical and experimental investigation of tribological performance of PTFE based composite material.................................................................... 219 Vorontsov A.V., Panfi lov A.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.V., Knyazhev E.O. Eff ect of impact processing on the structure and properties of nickel alloy ZhS6U produced by casting and electron beam additive manufacturing........ 238 Misochenko A.A. Martensitic transformations in TiNi-based alloys during rolling with pulsed current........................... 255 EDITORIALMATERIALS 270 FOUNDERS MATERIALS 279 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 159 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Работоспособность композиционной керамики Y-TZP-Al2O3 при сухом высокоскоростном точении термически упрочнённой стали марки 40Х Артём Бабаев 1, a, *, Николай Савченко 2, b, Виктор Козлов 3, c, Артём Семёнов 1, d, Михаил Григорьев 1, e 1 Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия 2 Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия 3 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия a https://orcid.org/0000-0003-2334-1679, temkams@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0001-8254-5853, savnick@ispms.ru; c https://orcid.org/0000-0001-9351-5713, kozlov-viktor@bk.ru; d https://orcid.org/0000-0002-8663-4877, artems2102@yandex.ru; e https://orcid.org/0009-0009-4214-0312, mvgrigoriev@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 159–173 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-159-173 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Керамики имеют серьезные ограничения с точки зрения вязкости разрушения для конструкционных и некоторых неконструкционных применений, независимо от их высокой твердости и модуля упругости [1]. Прогресс в технологии получения керамики приводит в результате ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 666.3-16; 621.9.025.7 История статьи: Поступила: 21 марта 2025 Рецензирование: 10 апреля 2025 Принята к печати: 21 апреля 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: Оксидная керамика Точение Закаленная сталь Износ Финансирование Работа выполнена в рамках государственного задания № FSWM-2025-0010 «Физико-химические закономерности формирования структурнофазового состояния и физико-механических свойств композиционных керамических материалов, стойких к интенсивным термомеханическим воздействиям и износу». АННОТАЦИЯ Введение. Анализ современных данных в области материаловедения и применения керамических режущих инструментов для механической обработки труднообрабатываемых сплавов на основе железа и никеля показал, что в весьма малом количестве представлены экспериментальные данные об использовании перспективной керамики Y-TZP-Al2O3, в которой основой является субмикронный диоксид циркония, частично стабилизированный оксидом иттрия и армированный оксидом алюминия. Цель работы. Изучение поведения сменных режущих пластин формы RNGN 120400-01 из керамики Y-TZP-A12O3 в условиях сухого высокоскоростного (200 м/мин) резания стали 40Х (HRC 43–48). Методы исследования. Изучение исходных порошков, а также спечённой керамики до и после испытаний при резании выполняли с применением рентгенофлуоресцентного и рентгеноструктурного анализа, а также на сканирующем электронном микроскопе в режиме BSE. Физико-механические свойства спечённой керамики были определены с использованием метода гидростатического взвешивания, трёхточечного изгиба, а также при оценке микротвердости и трещиностойкости по Виккерсу. Испытания при резании проводили на токарном станке повышенной жёсткости в условиях производственного цеха при высокоскоростном сухом точении закаленной стали 40Х (HRC 43–48) в два этапа. На первом этапе испытаний были установлены границы допускаемого варьирования режимами резания (скорость резания и подача), а также проведено изучение особенностей изнашивания и разрушения рабочих площадок режущих пластин. На втором этапе использовали керамические режущие пластины со сформированной на кромке фаской. Результаты и обсуждение. Установлено, что для керамики Y-TZP-A12O3 режимы V > 200 м/мин; S > 0,4 мм/об; t > 0,2 мм являются нецелесообразным в виду кратковременной работы кромки режущей пластины, при этом необходимо обеспечивать принудительное притупление режущих кромок фаской. Наблюдаемый износ и анализ участков разрушения указывают на доминирующий механизм хрупкого усталостного разрушения, вызванного тепловым влиянием высокоскоростного трения в сочетании с касательными напряжениями от сходящей стружки. Сделан вывод, что керамическая композиция Y-TZP-Al2O3 является перспективным инструментальным материалом, предназначенным для сухого высокоскоростного точения как твёрдых сталей, так и, возможно, износостойких чугунов. На основании проведенных исследований и описанных наблюдений сформированы рекомендации по использованию керамики Y-TZP-Al2O3 в дальнейших работах. Для цитирования: Работоспособность композиционной керамики Y-TZP-Al2O3 при сухом высокоскоростном точении термически упрочнённой стали марки 40Х / А.С. Бабаев, Н.Л. Савченко, В.Н. Козлов, А.Р. Семёнов, М.В. Григорьев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 159–173. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-159-173. ______ *Адрес для переписки Бабаев Артём Сергеевич, к.т.н. Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, 634050, г. Томск, Россия Тел.: +7 952 805-09-26, e-mail: temkams@mail.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 160 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ к созданию нового класса керамических режущих инструментов с превосходными характеристиками, способными обеспечить интенсификацию производительности [2]. Современные керамические режущие инструменты изготавливаются из керамики на основе оксида алюминия, диоксида циркония, керметов, нитрида и карбида кремния, SiAlON и др. [2]. Мартенситное превращение из метастабильной тетрагональной фазы в стабильную моноклинную фазу создает поле напряжений вокруг распространяющихся трещин, что является ключом к явлению увеличения вязкости разрушения керамики на основе диоксида циркония за счет фазового превращения [3, 4]. Легирующие примеси, такие как Y2O3, обычно добавляются для стабилизации высокотемпературной тетрагональной и (или) кубической фазы в микроструктуре спеченной керамики [3, 5]. Несмотря на превосходные механические свойства, использование тетрагонального поликристаллического диоксида циркония (Y-TZP) для износостойких применений ограничено из-за его низкой твердости [5]. Однако, например, микроразмерные концевые фрезы, изготовленные из керамики Y-TZP, показали наилучшие результаты среди керамических материалов с точки зрения остроты режущих кромок инструмента. Стоит отметить зафиксированные факты увеличения сопротивления износу в испытаниях по микрофрезерованию с применением инструмента из Y-TZP [6], при котором, как известно, размерные эффекты микрогеометрии режущих кромок, такие как отношение толщины срезаемого слоя к радиусу округления режущей кромки, приводят к высоким механическим напряжениям [6]. Керамические композиты с высокой твердостью и матрицей из оксида алюминия с включениями диоксида циркония, повышающими его вязкость разрушения (ZTA), широко используются в качестве керамических режущих инструментов для обработки твердых и износостойких материалов [2, 7–16]. В работе [12] впервые были исследованы высокопроизводительные керамические режущие инструменты сложной формы из ZTA, оснащенные стружколомом. Исследуемые образцы были изготовлены методом 3D-печати на основе фотополимеризации в ванне в сочетании с процессом горячего изостатического спекания. Были получены режущие инструменты с относительной плотностью 99,34 %, твердостью по Виккерсу 17,98 ± 0,20 ГПа, прочностью на изгиб 779 ± 47 МПа и вязкостью разрушения 5,41 ± 0,29 МПа м1/2. Было исследовано влияние трех параметров резания, а именно скорости резания, подачи и глубины резания, на характеристики режущих инструментов, а также были изучены механизмы износа режущих инструментов. Опубликованное в [13] исследование демонстрирует потенциал режущих инструментов из композитов ZTA с in situ сформированным SrAl12O19 в качестве решения для деревообрабатывающей промышленности, предлагая альтернативу обычным инструментам из однокарбидных твердых сплавов (группа WC+Co). В работе [14] изучены режущие характеристики и механизмы отказа керамических режущих пластин ZTA-MgO (ZTA/MgO/MWCNT), армированных многослойными углеродными нанотрубками (MWCNT), во время непрерывной сухой токарной обработки закаленной стали AISI-4340 (≈40 HRC) на высоких скоростях резания. Инструменты ZTA/MgO/MWCNT продемонстрировали повышенную производительность по сравнению с инструментами ZTA/MgO, особенно в диапазоне скоростей резания 200…300 м/мин. Повышенные микротвердость, нанотвердость и вязкость разрушения инструментов ZTA/MgO/ MWCNT способствовали значительному улучшению производительности резания, особенно при высоких скоростях резания, низких скоростях подачи и минимальной глубине резания. В [15] была разработана новая самосмазывающаяся керамическая режущая пластина путем включения 10 масс. % молибдена (Mo) в композит ZTA посредством спекания без давления. Температуры, возникающие во время высокоскоростной токарной обработки стали AISI 4340, привели к образованию тонких смазочных трибопленок оксидов Mo (MoO2 и MoO3) в зоне контакта. Самосмазывающиеся свойства разработанной пластины успешно противостоят истиранию и обеспечивают рост срока службы инструмента на 11 % по сравнению с распространенными режущими инструментами. Сингх и др. [16] изучали обработку стали AISI 4340 с использованием горячепрессованных пластин ZTA и ZTA-CuO при оптимизированных условиях резания: скорость резания = 300 м/мин, скорость подачи 0,16 мм/об и глубина резания 0,5 мм.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 161 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Благодаря повышенной вязкости разрушения армированная CuO режущая пластина ZTA достигла более длительного срока службы инструмента (20 мин) в сочетании с 20%-м снижением износа по задней поверхности в конце обработки по сравнению с монолитной пластиной. Во время сухой обработки резанием максимальная температура может превышать 1000 °C [16]. Большинство быстрореж ущих сталей и режущих инструментов из твердого сплава не работают в таких условиях из-за чрезмерного износа, что приводит к низкому сроку службы инструмента [16]. Вместе с тем сухая обработка является перспективным подходом к экономичной, эффективной и безопасной обработке. Эффективное внедрение сухой обработки требует исследования и оценки механизма процесса резания, конструкции и материала режущего инструмента, а также оборудования, связанного с процессом обработки [2, 15, 17, 18]. Инновации в области самосмазывающихся режущих пластин позиционируют сухую обработку как привлекательную технологию производства с минимальным воздействием на окружающую среду, учитывая при этом гамму положительных экологических последствий [15]. Керамические инструменты из ZTA-керамики при сухой обработке резанием продемонстрировали исключительную высокотемпературную стабильность, вязкость разрушения, химическую стабильность и усталостную ударную прочность, а также повышенную скорость съема материала при высоких температурах [19]. При анализе опубликованных статей обращает на себя внимание отсутствие информации о режущих свойствах керамических композитов Y-TZP/Al2O3, содержащих от 5 до 40 масс. % A12O3. Вместе с тем известно, что по сравнению с Y-TZP такие композитные материалы имеют более высокую прочность на изгиб при комнатной температуре (до 1400 МПа), а также сохраняют повышенную прочность при высокой температуре [4]. Присутствие второй фазы в виде Al2O3 в композитах Y-TZP/Al2O3 отвечает за дополнительный механизм упрочнения, связанный с термическими остаточными напряжениями, которые возникают из-за разницы коэффициента термического расширения между двумя фазами [20–22]. Дисперсные включения A12O3 в матрице Y-TZP приводят к повышению твердости, модуля упругости и улучшенным высокотемпературным механическим свойствам, включая высокое значение вязкости разрушения [4]. Эти композиты являются перспективными материалами для лезвийной обработки в экстремальных условиях [23–25]. Цель настоящей работы: изучение поведения сменных режущих пластин из керамики Y-TZP-A12O3 в условиях сухого высокоскоростного (200 м/мин) резания стали 40Х (HRC 43–48). Для достижения указанной цели решались следующие задачи: ● проверка гипотезы о возможности использования керамики Y-TZP-Al2O3 в качестве инструментального материала для обработки резанием термически упрочнённой низколегированной стали марки 40Х; ● изготовление и исследование образцов в виде круглых керамических режущих пластин методами порошковой металлургии из коммерческого порошка марки TZ-3Y20AB; ● проведение испытаний на работоспособность в широком диапазоне режимов резания (скорость, подача) в условиях сухого высокоскоростного продольного точения без ударов; ● установление технологических ограничений по режимам резания при использовании керамических режущих пластин, а также изучение особенностей разрушения и износа контактных площадок. Обозначения HV, HRC – твердость по шкале Виккерса и Роквелла соответственно; ρ – плотность, г/см3; dзерен – диаметр зёрен, мкм; σи – прочность при изгибе, МПа; K1c – трещиностойкость, МПа·м 1/2; V – скорость резания, м/мин; S – подача, мм/об; t – глубина резания, мм; L – путь резания, мм. Методика исследований Заготовку из стали марки 40Х для проведения испытаний изготавливали из прутка круглого сечения диаметром 130 мм. Стальная заготовка имела общую длину 350 мм. Термическую
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 162 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ обработку (объемную закалку) выполняли на конвенциональных режимах, учитывая при этом длительное время выдержки с целью равномерного нагрева всей заготовки по сечению от периферии к будущей оси вращения. Термически обработанная сталь 40Х была принята в связи с поставленной производственной задачей по интенсификации обработки шеек корпусов режущих инструментов в условиях ООО «ПК МИОН» (г. Томск). Из литературы также известно, что керамики на основе оксидных соединений широко применяются при резании термически упрочнённых и износостойких сплавов на основе железа [8, 9, 14, 26]. В качестве сырья для изготовления заготовок опытных образцов керамических пластин был использован коммерческий порошок, имеющий обозначение TZ-3Y20AB, произведённый фирмой Tosoh (Япония). Технологический процесс получения заготовок-полуфабрикатов в виде цилиндрических стержней длиной 120 мм включал в себя следующие технологические операции: холодное изостатическое прессование порошка в силиконовой форме при давлении 200…300 МПа; предварительное спекание (утильный отжиг) в воздушной среде; черновая токарная обработка с допуском по наружному диаметру h9; окончательное спекание в вакуумной высокотемпературной печи; круглое шлифование в окончательный размер с допуском по диаметру h6; алмазная резка прутка на заготовки с припуском на толщину; плоское шлифование в окончательный размер по толщине. Конструктивно режущая пластина имела круглую форму и буквенно-цифровое обозначение RNGN 120400-01 согласно ГОСТ 25003–81 «Пластины режущие сменные многогранные керамические. Технические условия», что соответствует толщине 4,76 мм и диаметру 12,70 мм без дополнительных фасок и уступов на передней поверхности. Всего было изготовлено пять пластин, которые предварительно шлифовали с каждого торца на плоскошлифовальном станке модели 3Д711АФ11 с использованием алмазного круга 1А1 250×20×5×76 АС4 125/100 100 % В2-01, специальной многоместной оснастки и обильной подачи смазочно-охлаждающей жидкости на водной основе. Визуальный контроль на наличие поверхностных трещин выполняли посредством лупы с увеличением ×20, а выборочный контроль проводили в процессе оценки исходного состояния пластин с помощью растрового электронного микроскопа на увеличениях ×500 и более (рис. 1). б Рис. 1. Внешний вид керамических пластин ( а) и электронная микроскопия режущей кромки (б) в исходном состоянии Fig. 1. Ceramic inserts (а) and electron microscopy of the cutting edge (б) in the initial state а Крепление керамических пластин осуществляли в державке CRDNN 2525M 12-ID фирмы Sandvik Coromant (Швейцария) с использованием твёрдосплавной подкладной пластины путём прижима сверху (рис. 2). Изучение исходных керамических порошков и спечённых из них изделий проводили на аттестованном оборудовании. Элементный состав определяли на рентгенофлуоресцентном волнодисперсионном спектрометре XRF-1800 фирмы Shimadzu (Япония). Внешний вид порошков и их гранулометрический состав изучали на сканирующем электронном микроскопе Mira 3LMU фирмы Tescan (Чехия). Рентгеноструктурный анализ
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1