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 174 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Морфологические изменения поверхности деформированной конструкционной стали в коррозионно-активной среде Роман Соколов a, *, Камиль Муратов b, Расул Мамадалиев c Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия a https://orcid.org/0000-0001-5867-8170, falcon.rs@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0002-8079-2022, muratows@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0003-0813-0961, mamadalievra@tyuiu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 174–188 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-174-188 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Коррозионное разрушение стали – сложный процесс, на который оказывают влияние как внешние, так и внутренние факторы. Например, структура материала определяет восприимчивость стали к процессу коррозии ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.24; 620.19 История статьи: Поступила: 17 января 2025 Рецензирование: 14 февраля 2025 Принята к печати: 17 марта 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: Остаточные внутренние напряжения Медианная глубина Степень анизотр опии зерна Конструкционная сталь Остаточная деформация Скорость коррозии АННОТАЦИЯ Введение. Внутренние факторы, включая фазовую гетерогенность, кристаллографическую текстуру, амплитуду остаточных напряжений и концентрацию неметаллических включений, оказывают нелинейное мультипараметрическое воздействие на коррозионную резистентность металлических систем в агрессивных средах. Такая сложность взаимодействий существенно затрудняет прогнозирование кинетики коррозионной деградации и оценку эксплуатационной долговечности металлоконструкций. Указанные параметры модулируют пространственное распределение коррозионных дефектов, их морфологию и глубину проникновения, что требует применения системного подхода для установления количественных корреляций. Для более точного понимания и учёта влияния внутренних факторов на коррозионный процесс необходимо проводить комплексные исследования и анализ. Использование математических методов обработки при анализе влияния позволит выявить более сильные закономерности применительно к процессу коррозионного разрушения. Это позволит разработать методы и подходы для оптимизации проектирования, производства и эксплуатации металлических конструкций и изделий, а также повысить их надёжность и долговечность. Цель работы: разработка многокритериальной модели, связывающей глубину коррозионных повреждений (интегральный показатель агрессивности среды) с микроструктурными, механическими и топографическими характеристиками низкоуглеродистой стали Ст3. Объектом исследования являются образцы из листового проката с варьируемой степенью остаточной пластической деформации (ε = 0–7 %). Методы исследования. Микроструктурный анализ проводили с использованием оптической микроскопии (Olympus GX53) и сканирующей электронной микроскопии (JEOL 6008A) для оценки размера зерна, текстуры и дислокационной плотности. Количественную морфометрию коррозионных повреждений осуществляли методом цифрового анализа изображений (программный комплекс AXALIT) с определением медианной глубины как ключевого параметра. Рентгенографический анализ остаточных напряжений применялся для построения тензорных полей напряжений. Результаты и обсуждения. Экспериментальные данные демонстрируют нелинейный рост медианной глубины коррозионных повреждений от степени деформации: при ε = 6,6 % наблюдается двукратное увеличение медианной глубины по сравнению с недеформированным состоянием. Многомерный регрессионный анализ выявил доминирующее влияние внутренних остаточных напряжений на кинетику процесса коррозионного разрушения (R2 = 0,89). Разброс определяемых значений по внутренним напряжениям составляет ±5 мкм. Обнаруженные закономерности связаны с поведением структуры материала при пластической деформации, которая в наибольшей степени происходит в направлениях {111} <110>, что приводит к возникновению обратных остаточных внутренних напряжений. Медианная глубина коррозионных повреждений отражает скорость протекания коррозии. Метод группового учёта аргументов (МГУА) позволил синтезировать комплексный параметр, объединяющий различные параметры структуры стали. Полиномиальная аппроксимация зависимости медианной глубины коррозионных повреждений в 5 % HCl от комплексного параметра демонстрирует высокую сходимость (R2 = 0,99) при ошибке определения ±1 мкм. Разработанная модель подтверждает, что остаточные напряжения являются одним из ключевых факторов, модулирующим коррозионную активность деформированной стали Ст3. Полученные результаты позволяют оптимизировать процессы холодной обработки стали для повышения коррозионной стойкости металлоконструкций. Дальнейшие исследования планируется сосредоточить в направлении влияния динамических нагрузок и температурных градиентов на эволюцию дислокационных субструктур. Для цитирования: Соколов Р.А., Муратов К.Р., Мамадалиев Р.А. Морфологические изменения поверхности деформированной конструкционной стали в коррозионно-активной среде // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 174–188. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-174-188. ______ *Адрес для переписки Соколов Роман Александрович, к.т.н. Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, 625000, г. Тюмень, Россия Тел.: +7 919 925-88-47, e-mail: falcon.rs@mail.ru [1–3]. Так, в работе [4] показано, что феррит и аустенит по сравнению с цементитом более электроотрицательны. Близкое расположение в структуре материала разных по электрическому потенциалу фаз приводит к возникновению микрогальванопар и интенсивному процессу разрушения в агрессивной среде. Наличие дефектов в фазах ускоряет коррозионное разрушение материала. В структуре стали одна из фаз с высокой степенью дефектности – это мартенсит [5–7].
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 175 MATERIAL SCIENCE На процесс коррозионного разрушения также влияет однородность поверхности материала [7–11]. Особенно это важно для сталей с низким содержанием легирующих элементов [7, 12]. Исследования показали, что размер зёрен тоже влияет на коррозию [1, 13, 14]. Обычно это связано с тем, что границы между зёрнами притягивают дефекты кристаллической структуры и атомы включений [6–7, 15–16]. Питтинговая коррозия стали может наблюдаться при наличии примесных элементов в структуре [7, 17–19]. Примеси могут образовывать химические соединения, которые повышают активность материала в коррозионной среде [7, 20–21] из-за их электрохимической неоднородности [6]. В исследованиях [22, 25–26] продемонстрировано, что существует прямая зависимость между величиной внутренних остаточных напряжений и скоростью коррозии конструкционной стали. Внутренние напряжения могут достигать значений, превышающих предел текучести материала. Это приводит к пластической деформации и увеличению числа линейных дефектов в виде дислокаций [22, 25–29]. Остаточная деформация материала под воздействием внешних нагрузок усиливает анизотропность зёрен, что влияет на скорость коррозионного процесса [3, 22]. Представленные данные научных исследований подтверждают наличие полипараметрической зависимости коррозионных процессов от факторов экзогенного и эндогенного характера, включая кристаллическую структуру материала, степень фазовой гомогенности, морфологию поверхностного слоя, присутствие посторонних химических элементов в матрице сплава, а также дислокационные и гранично-дефектные образования. Многочисленные экспериментальные работы [23, 24] способствовали систематизации ключевых аспектов кинетики и термодинамики коррозионных явлений, что создаёт теоретическую базу для идентификации факторов, определяющих деградацию материала в условиях конкретной эксплуатационной среды. Цель настоящей работы: разработка многокритериальной модели, связывающей глубину коррозионных повреждений (интегральный показатель агрессивности среды) с микроструктурными, механическими и топографическими характеристиками низкоуглеродистой стали Ст3. Объектом исследования являются образцы из листового проката с варьируемой степенью остаточной пластической деформации (ε = 0–7 %). Подобный подход можно использовать, опираясь на математические методы, позволяющие учесть влияние различных факторов (например, при помощи метода группового учета аргумента). Задачи исследования Изучить количественные взаимосвязи между глубиной коррозионных повреждений стали, величиной остаточных внутренних напряжений, анизотропией размеров зёрен и их количеством в агрессивной среде. Исследовать влияние пластической деформации (не превышающей 7 %) на кинетику коррозионных процессов с акцентом на изменение глубины повреждений и роли остаточных напряжений. Проанализировать возможные кристаллографические механизмы, определяющие корреляцию «глубина коррозии – остаточные напряжения». Разработать физико-математическую модель, описывающую зависимость коррозионной кинетики от структурно-морфологических параметров, с учётом анизотропии деформации и дислокационной динамики при помощи метода группового учета аргументов. Методика исследований В работе исследовались образцы, изготовленные из листового проката стали Ст3, которая была использована в экспериментах в исходном состоянии. Изготовление образцов (4,0×70,0×25,0 мм) осуществлялось в перпендикулярном направлении относительно направления проката стали. В работе [22] представлены данные о величине внутренних напряжений, степени анизотропии зерна и скорости коррозии исследуемых образцов в 5%-м растворе соляной кислоты, а также отражена методика определения этих параметров. Исследуемые образцы имели разную величину остаточной деформации (см. таблицу). Микроструктура исследуемых образцов получена на оптическом микроскопе и показана на рис. 1. Исследование микроструктуры, выполненное в работе [22], позволило установить, что она
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 176 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ состоит из феррито-перлитной смеси, в которой содержится 81,7 % феррита и 18,3 % перлита. Согласно ГОСТ 8233 балл структуры равен 8. При этом минимальный балл зерна составляет 8, максимальный – 13, а наиболее часто встречающийся на микрошлифе балл – 11. Изучение коррозионных повреждений исследуемых образцов проводилось на растровом электронном микроскопе JEOL 6008A (рис. 2). Продукты коррозии материала перед проведением исследований удалялись с поверхности. Определение геометрических параметров поверхности микрошлифа происходило на изображениях, полученных посредством растрового электронного микроскопа (в области сканирования) с помощью программного обеспечения AXALIT [30]. В программе были установлены значения распределения глубины повреждения. С помощью цветовой гаммы изображения определена глубина наблюдаемого повреждения. В AXALIT было проведено масштабирование изображения, что позволило более точно оцеНомер образца и соответствующая величина остаточной деформации Sample number and corresponding residual strain value № образца / Sample No. 1 2 3 4 5 ε, % 0 1,5 3,0 4,5 6,6 Рис. 1. Микроструктура недеформированного об разца стали Ст3 Fig. 1. Microstructure of undeformed St3 steel sample Рис. 2. Структура образца № 1 стали Ст3 Fig. 2. Structure of sample No. 1 of St3 steel нивать результаты замеров. Измерение проводилось при помощи выделения контура дефекта, далее программа автоматически рассчитывала площадь (мкм2). Изменение глубины осуществлялось вдоль прямой линии, при этом программное обеспечение считало более темные участки изображения как более глубокие. Полученный таким образом график представляет собой профилограмму поверхности вдоль выделенного направления. Построенные графики определяют зависимость глубины (мкм), определенной по яркости, от координаты положения линии на образце (мкм). Методика вычисления глубины коррозионного повреждения заключается в следующем: значения глубины коррозионного разрушения, полученные при измерениях вдоль прямой линии (профилограмма) на базовой поверхности изображения, были использованы для нахождения медианного значения. Результаты и их обсуждение На рис. 3 представлен пример анализируемого в программе AXALIT изображения поверхности исследуемого образца № 2, которое было получено с помощью растрового электронного микроскопа. Пример профилограммы приведен на рис. 4. По полученным значениям глубины из нескольких измерений для каждого образца были определены медианные значения глубины коррозионных повреждений. Определение медианной глубины коррозионного повреждения
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 177 MATERIAL SCIENCE а б Рис. 3. Микроструктура образца № 2: a – расположение линии построения профилограммы; б – выделенная область коррозионного повреждения Fig. 3. Microstructure of sample No. 2: a – profi le line location; б – highlighted area of corrosion damage Рис. 4. Профилограмма, полученная на изображении микрошлифа образца № 1 в программе AXALIT Fig. 4. Profi logram obtained from the micrograph of Sample No. 1 using AXALIT oftware
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 178 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ исследуемого материала производилось исходя из следующих соображений. 1. Поверхность образца имеет достаточно сильные перепады даже в местах, где не наблюдается наличия явных коррозионных повреждений (перепады могут достигать 45 мкм). Этот факт связан с тем, что рассматриваемый материал представляет собой многофазную систему, в которой различные компоненты по-разному реагируют на агрессивную среду. Кроме того, межзеренная граница является крайне негетерогенной из-за большого количества дефектов кристаллического строения. 2. Разрушение материала происходит неравномерно даже в очаге коррозионного разрушения, что связано с разной скоростью протекания процесса коррозии и более медленными диффузионными процессами в системе «материал – электролит». 3. Медианная величина показывает среднее значение в рассматриваемой выборке, а не усредняет полученные результаты измерений. Зависимость медианного значения глубины коррозионного повреждения от величины остаточной пластической деформации представлена на рис. 5. Из образцов после коррозионных испытаний дополнительно были изготовлены поперечные шлифы. Были сделаны микрофотографии, поРис. 5. Медианная глубина коррозионных повреждений при разной величине остаточной деформации материала Fig. 5. Median depth of corrosion damage as a function of residual strain in the material казывающие расстояния от поверхности образца до верхней образующей в точках регистрации коррозионных повреждений (рис. 6), на которых происходило непосредственное измерение глубины коррозионных повреждений. Эти расстояния показаны на рис. 6 в виде синих линий. По полученным измерениям определялась медианная глубина коррозионных повреждений. Сопоставление результатов измерения медианной глубины по микрофотографии поперечного шлифа и по фотографии поверхности в программе AXALIT представлено на рис. 7. Как видно из рис. 7, результаты определения медианной глубины коррозионных повреждений при помощи программного обеспечения AXALIT являются удовлетворительными. Полученные зависимости изменения медианной глубины коррозионных повреждений от остаточной деформации материала в первом и втором случае носят схожий характер, т. е. можно говорить о совпадении полученных результатов. Результаты непосредственного измерения и полученные в программном обеспечении отличаются в 1,45 раза, что показано на рис. 8. Однако величины медианной глубины коррозионных повреждений, полученные двумя способами, находятся в прямой связи друг с другом, о чем говорит линейная зависимость, представленная на рис. 8. Коэффициент детерминации у полученной
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1