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 189 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние гетерогенной структуры, сформированной деформационнотермической обработкой, на механическое поведение аустенитной нержавеющей стали Руслан Черниченко 1, a,*, Дмитрий Панов 1, b, Станислав Наумов 1, с, Егор Кудрявцев 1, d, Геннадий Салищев 1, e, Алексей Перцев 2, f 1 Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, г. Белгород, 308015, Россия 2 Пермский научно-исследовательский технологический институт, ул. Героев Хасана, д. 41, г. Пермь, 614990, Россия a https://orcid.org/0000-0002-8619-0700, rus.chernichenko@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0002-8971-1268, dimmak-panov@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0002-4084-8861, NaumovStanislav@yandex.ru; d https://orcid.org/0000-0003-1113-0807, kudryavtsev@bsuedu.ru; e https://orcid.org/0000-0002-0815-3525, salishchev_g@bsuedu.ru; f https://orcid.org/0009-0009-0771-9345, perets_87@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 189–205 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-189-205 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Аустенитные нержавеющие стали – это уникальные материалы, сочетающие в себе высокие показатели механических, физических и химических свойств, поэтому они широко востребованы в качестве конструкционных ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 669.15-194.56:539.25 История статьи: Поступила: 17 февраля 2025 Рецензирование: 05 марта 2025 Принята к печати: 21 марта 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: Аустенитная нержавеющая сталь Гетерогенная структура Аксиальная текстура Сдвиговая текстура Холодная радиальная ковка Термическая обработка Прочность Пластичность Финансирование Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант № 20–79– 10094, https://rscf.ru/project/20-79- 10094/). Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Технологии и Материалы НИУ» БелГУ. АННОТАЦИЯ Введение. Низкий предел текучести аустенитных нержавеющих сталей является фактором, значительно ограничивающим их эксплуатационные возможности. В свою очередь, формирование гетерогенной структуры представляет собой перспективный метод достижения синергии механических свойств. При этом эффективным способом получения объемной гетерогенной структуры служит холодная радиальная ковка. Однако на данный момент природа эффекта улучшения механических свойств материала с гетерогенной структурой, сформированной в процессе холодной радиальной ковки, изучена слабо. Цель работы. Исследовать влияние гетерогенной структуры, полученной при деформационно-термической обработке, на механические свойства аустенитной нержавеющей стали 08Х17Н13М2Т. Методики исследования. Испытания на одноосное растяжение образцов, полученных холодной радиальной ковкой с последующей термообработкой при 600…700 °С, проводились с использованием испытательной машины Instron 5882 при комнатной температуре со скоростью деформации 1,15⋅10–3 с–1. Для измерения удлинения в процессе испытаний применялась система визуального контроля VIC-3D. Тонкая структура была исследована на перфорированных фольгах диаметром 3 мм с использованием электронного просвечивающего микроскопа JEOL JEM-2100 при ускоряющем напряжении 200 кВ. Результаты и обсуждение. Показано, что после деформационно-термической обработки в центре прутка получена двойниково-матричная структура аустенита, а на краю – ультрамелкозернистая с единичными рекристаллизованными зернами аустенита размером примерно 1 мкм. Установлено, что в центре прутка формируется двухкомпонентная аксиальная текстура аустенита <001>/<111>, которая трансформируется в текстуру сдвига / B B по направлению к поверхности прутка. Определено, что формирование гетерогенной структуры приводило к дополнительному упрочнению за счет обратных напряжений. Обнаружено, что после термообработки при 700 °С образец с гетерогенной структурой обладал наибольшим пределом текучести, равным 1054 МПа, при относительном удлинении 16 %. Таким образом, деформационно-термическая обработка может быть перспективным методом получения крупногабаритных прутковых заготовок из аустенитной нержавеющей стали 08Х17Н13М2Т с высокими характеристиками механических свойств. Для цитирования: Влияние гетерогенной структуры, сформированной деформационно-термической обработкой, на механическое поведение аустенитной нержавеющей стали / Р.С. Черниченко, Д.О. Панов, С.В. Наумов, Е.А. Кудрявцев, Г.А. Салищев, А.С. Перцев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 189–205. – DOI: 10.17212/1994-6309-202527.2-189-205. ______ *Адрес для переписки Черниченко Руслан Сергеевич, м.н.с. Белгородский государственный национальный исследовательский университет, ул. Победы, 85, 308015, г. Белгород, Россия Тел.: +7 905 172-05-92, e-mail: rus.chernichenko@mail.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 190 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ материалов [1, 2]. Основным недостатком, который ограничивает область применения сталей данного класса, являются пониженные прочностные характеристики, а именно низкое значение предела текучести [3]. В свою очередь, традиционные методы повышения прочностных характеристик, как правило, приводят к значительному снижению уровня вязкости и пластичности [4–6]. В частности, обработка аустенитной нержавеющей стали марки AISI 304 путем холодной прокатки приводит к повышению значений предела текучести более чем в два раза (с 640 до 1450 МПа). При этом фиксируется критическое понижение относительного удлинения до 1 % [7]. В данном случае изменение механических свойств обусловлено не только деформационным упрочнением, но и формированием мартенсита деформации (α′). Согласно работе [6], мартенсит деформации (α′/ε) может быть местом зарождения и распространения трещин, поскольку является хрупким продуктом фазового превращения, что вызывает снижение ударной вязкости и пластичности одновременно с ростом прочностных характеристик [8]. При этом трещина может распространяться как в самом мартенсите, так и по границе раздела мартенситных и аустенитных участков [9]. Исследования последних лет показали, что повышение прочностных свойств без потери пластичности в аустенитных сталях возможно за счет формирования гетерогенных структур [9–15]. Под гетерогенной понимают структуру, которая состоит из структурных элементов различного размера или природы, что оказывает существенное влияние на механические свойства материала [16]. К таким структурам можно отнести гетерогенную ламельную структуру [17], градиентную структуру [18], бимодальную структуру и др. Так, в работе [17] показано, что образцы титана с гетерогенной ламельной структурой, сформированной в процессе асимметричной прокатки и последующего рекристаллизационного отжига, обладают прочностью на уровне образцов с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой и пластичностью как у материала с крупнозернистой структурой. Образцы стали AISI 304 с градиентной структурой, состоящей из центрального слоя с микродвойниками внутри и нанодвойниками в подповерхностных слоях, обладают пределом текучести 820 МПа и равномерным удлинением 53 % [18], а образцы такой стали с однородной структурой демонстрируют предел текучести 268 МПа и равномерное удлинение 63 %. Известны работы, в которых сообщается о получении гетерогенных структур в прутковых заготовках методом холодной радиальной ковки (ХРК) [10, 19–22]. Так, в работе [21] показано, что ХРК прутков из стали марки AISI 316 с добавлением титана до степени деформации, равной 95 %, приводит к формированию гетерогенной структуры в поперченном сечении. Стоит отметить, что увеличение степени деформации с 40 до 80 % включительно оказывает положительный эффект на прочностные характеристики данного материала, а именно наблюдается повышение показателей предела текучести на 15 %. При этом характеристики пластичности сохраняются на прежнем уровне. С другой стороны, в работе [22] сообщается, что деформационная обработка нержавеющей аустенитной стали методом ХРК в сочетании с низкотемпературной термической обработкой при 400…600 °С вызывает значительный прирост значений предела текучести (с 1077 до 1310 МПа). Наряду с этим наблюдается увеличение уровня относительного удлинения с 9 до 11 %. Стоит отметить, что после проведения низкотемпературной термической обработки структурная гетерогенность сохраняется. Несмотря на наличие работ о формировании гетерогенных структур при ХРК, природа эффекта улучшения механических свойств полученных гетерогенных материалов не ясна. Целью данной работы является изучение влияния текстурной и структурной неоднородности, полученной в ходе ХРК и последующей термической обработки, на механические свойства аустенитной нержавеющей стали 08Х17Н13М2Т. Для достижения поставленной цели в ходе исследования были сформулированы следующие задачи: − определение влияния используемой деформационно-термической обработки на формирование структурной и текстурной неоднородности в поперечном сечении прутка; − определение влияния полученной в ходе деформационной обработки гетерогенной структуры на механические свойства исследуемого материала.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 191 MATERIAL SCIENCE Методика исследований В качестве объекта исследований в данной работе была выбрана аустенитная нержавеющая сталь 08Х17Н13М2Т. Химический состав исследуемой стали включал в себя следующие элементы (вес. %): 0,08 % C, 16,4 % Cr, 12,3 % Ni, 2,18 % Mo, 1,28 % Mn, 0,42 % Si, 0,2 % Тi, остальное Fe. Исходный пруток был получен ХРК до степени деформации 95 % от начальной площади поперечного сечения с использованием ковочной машины с радиально-перемещающимися бойками. Процесс холодной радиальной ковки проводился в следующем режиме: частота ударов составляла 1000 уд/мин, при этом стальная заготовка подавалась в радиально-ковочную машину со скоростью 180 мм/мин при скорости вращения заготовки 25 об/мин. Для предотвращения перегрева заготовки в процессе холодной радиальной ковки обрабатываемый пруток охлаждался за счет внешней подачи воды. Состояние прутка после ХРК до 95 % было принято за исходное. Далее холоднокованая стальная заготовка подвергалась термической обработке (ТО) при температурах 600 °С (ХРК 95 % + ТО 600 °С) и 700 °С (ХРК 95 % + ТО 700 °С) с последующим охлаждением на воздухе. Время выдержки составляло 2 часа. Для исследований тонкой структуры на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) JEOL JEM-2100 использовались механически утоненные до 100…150 мкм и электролитически перфорированные стальные диски диаметром примерно 3 мм. С целью подтверждения структурной неоднородности заготовки для ПЭМисследований были вырезаны в поперечном сечении из центра и края исследуемого стального прутка. Перфорирование проводилось на установке TenuPol-5 с применением электролита, состоящего из 10 % хлорной кислоты и 90 % уксусной кислоты. Ускоряющее напряжение при ПЭМ-исследовании тонкой структуры составляло 200 кВ. Испытания на одноосное растяжение стальных образцов были проведены при комнатной температуре на испытательной машине Instron 5882. Скорость деформации в ходе испытаний составляла 1,15⋅10–3 с–1. Для более точного определения степени деформации была использована система визуального контроля VIC-3D. Последующая обработка полученных данных проводилась с помощью программного обеспечения VIC-2D. Для определения механических свойств различных областей образцы были вырезаны из центра (образец «Ц» – центр) и края прутка (образец «К» – край). Для определения механических свойств образца с гетерогенной структурой был вырезан плоский образец вдоль всего диаметра прутка (образец «Г» – с гетерогенной структурой), ширина которого соответствовала диаметру прутка. Схема вырезки представлена на рис. 1. Длина рабочей части стальных образцов на растяжение была рассчитана согласно ГОСТ 1497–23 исходя из соотношения 0 0 5, 65 l F = , (1) где l0 − длина рабочей части образца, F0 − площадь поперечного сечения. Для удобства идентификации образцов в случае последующей термической обработки к соответствующей букве, определяющей область вырезки образца, добавляется число, обозначающее температуру отжига (например, «К600» − образец, вырезанный из края прутка, подвергнутого последующей термической обработке при 600 °С), а для деформиРис. 1. Схема вырезки и размеры образцов на одноосное растяжение для центральной части прутка (образец «Ц» – центр), подповерхностного слоя (образец «К» – край), а также образца, включающего все структурные зоны (образец «Г» – с гетерогенной структурой). Размеры указаны в мм Fig. 1. Uniaxial tensile specimen cutting scheme and dimensions (mm) for: central rod portion (“Ц” – center), subsurface layer (“К” – edge), and the entire structural zone (“Г” – heterogeneous)
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 192 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ рованного образца будет приписываться число 95, обозначающее степень деформации (например, «К95» − образец, вырезанный из края прутка, подвергнутого ХРК). Для определения уровня обратных напряжений в каждой области проводили испытания «нагрузка – разгрузка» на соответствующих образцах в условиях равномерной пластической деформации при ε = 2–5 %. Расчеты выполняли согласно методике, представленной в работах [17, 23]. Размеры и конфигурация образцов были аналогичны образцам на одноосное растяжение (рис. 1). Образцы испытали в состоянии после ХРК до 95 % с последующей термической обработкой при 700 °С в течении двух часов. В ходе испытаний были получены кривые «напряжение – деформация» с петлями гистерезиса (рис. 2). Уровень обратных напряжений определяли по следующей формуле [17, 23]: 2 r u b σ +σ σ = , (2) где σb – обратные напряжения (МПа); σr – напряжения течения при повторной нагрузке (МПа); σu – напряжения течения при разгрузке (МПа). Напряжения течения при повторной нагрузке и разгрузке определялись по петлям гистерезиса согласно схеме, продемонстрированной на рис. 2. Результаты и их обсуждение Структура центральной части прутка (рис. 3, а), подвергнутого ХРК до 95 %, состоит из доменов в форме параллелограммов (отмечены жёлтым пунктиром), образованных механическими двойниками различных систем. Внутри подобных структурных элементов можно наблюдать дислокационные ячейки (отмечены зеленым пунктиром). В свою очередь, структура подповерхностного слоя (рис. 3, б) является ультрамелкозернистой (УМЗ). При этом размер структурных элементов центральной части (700 ± 490 нм) (рис. 3, а) значительно превышает размеры элементов, формирующих структуру подповерхностного слоя (100 ± 50 нм) (рис. 3, б). В результате последующей термической обработки при 600 °C по всему поперечному сечению прутка активируются процессы полигонизаций, что вызывало дополнительное диспергирование структуры по причине формирования дислокационных стенок (рис. 4, а и б). Термическая обработка при 700 °С сопровождается образованием зародышей рекристаллизации в сильнодеформированных подповерхностных слоях (рис. 4, г) и продолжением процессов перераспределения дислокаций в центре прутка. В результате этого в структуре центральной части прутка формируются участки с пониженной плотностью дефектов − «очищенные микрообъемы» (рис. 4, в). Однако структурная неоднородность по сечению сохраняется, поскольку полученная в ходе ХРК структура обладает высокой термической стабильностью. Подробнее эволюция структуры в процессе ХРК и последующих отжигов рассмотрена в более ранних работах [21, 22]. На рис. 5 приведены карты контраста линий Кикучи (рис. 5, а1 и а2), карты накопленных микроискажений (КАМ-карты) (рис. 5, б1 и б2), текстурные карты (рис. 5, в1 и в2), а также прямые (рис. 5, г1 и г2) и обратные (рис. 5,д1 и д2) полюсные фигуры, полученные после использованных режимов ДТО. Стоит отметить, что для центра прутка карты контраста линий Кикучи (рис. 5, а1) и КАМ-карты (рис. 5, б1) более качественные. ХРК до 95 % приводит к накоплению высокого уровня микроискажений как в центре, так и на краю прутка (рис. 5, б1 и б2). Причем в подповерхностном слое (рис. 5, б2) Рис. 2. Схема определения уровня напряжений течения при разгрузке (σu) и уровня напряжений при повторной нагрузке (σr) Fig. 2. Schematic showing the method for determining the yield stress at unloading (σul) and the stress at reloading (σrl)
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1