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 238 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние ударной обработки на структуру и свойства никелевого сплава ЖС6У, полученного литьем и электронно-лучевым аддитивным производством Андрей Воронцов a, *, Александр Панфилов b, Александра Николаева c, Андрей Черемнов d, Евгений Княжев e Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, Томск, 634055, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4334-7616, vav@ispms.ru; b https://orcid.org/0000-0001-8648-0743, alexpl@ispms.tsc.ru; c https://orcid.org/0000-0001-8708-8540, nikolaeva@ispms.tsc.ru; d https://orcid.org/0000-0003-2225-8232, amc@ispms.ru; e https://orcid.org/0000-0002-1984-9720, clothoid@ispms.tsc.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 238–254 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-238-254 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Никелевые сплавы благодаря сочетанию высокой термической стойкости, ударной вязкости и устойчивости к агрессивным средам ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787.6:621.9.048.6:669.245 История статьи: Поступила: 06 марта 2025 Рецензирование: 27 марта 2025 Принята к печати: 10 апреля 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: Ударная обработка Никелевый сплав ЖС6У Упрочнение поверхности Механическая обр аботка Аддитивное производство ЭЛАП Финансирование Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-01301. Исследования выполнены с использованием оборудования ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН». АННОТАЦИЯ Введение. Никелевые сплавы широко применяются в аэрокосмической промышленности, однако их эксплуатационные характеристики требуют улучшения за счет модификации поверхности. Актуальной задачей является сравнительный анализ методов механо-импульсной обработки литого и аддитивно полученного сплава ЖС6У для оптимизации их свойств. Цель работы заключается в исследовании влияния низкочастотной (НЧ) и высокочастотной (ВЧ) ударной обработки на структурно-фазовое состояние и свойства поверхности никелевого сплава ЖС6У, полученного электронно-лучевым аддитивным производством и литьем. Методы исследования: микроструктурный анализ методом оптической микроскопии, рентгеноструктурный анализ фазового состава, измерение микротвердости и трибологические испытания методом скретч-тестирования образцов сплава ЖС6У после различных режимов обработки. Результаты и обсуждение. Установлено, что НЧ-обработка литого сплава увеличивает объемную долю упрочняющей фазы γ’, а ВЧ-обработка формирует дополнительную фазу Ti2O. Обработка аддитивного сплава демонстрирует более значительные изменения: микродеформации кристаллической решетки выше в 1,71–2,18 раза, микронапряжения в поверхностном слое – в 2,09–2,73 раза, микротвердость обработанной поверхности аддитивно-полученного сплава ЖС6У – на 8–16 % по сравнению с литым материалом. Выявлены оптимальные режимы обработки: при НЧ – 40 секунд, при ВЧ – 20 минут, обеспечивающие минимальный коэффициент трения 0,075. Выводы. Механо-импульсная обработка позволяет эффективно упрочнять поверхность никелевых сплавов ЖС6У, полученных различными методами. Рекомендуется применение разработанных подходов для повышения эксплуатационных характеристик деталей в авиакосмической и машиностроительной отраслях. Требуются дальнейшие исследования циклической стабильности модифицированных структур после механо-импульсной обработки в различных частотных диапазонах. Для цитирования: Влияние ударной обработки на структуру и свойства никелевого сплава ЖС6У, полученного литьем и электроннолучевым аддитивным производством / А.В. Воронцов, А.О. Панфилов, А.В. Николаева, А.В. Черемнов, Е.О. Княжев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 238–254. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-238-254. ______ *Адрес для переписки Воронцов Андрей Владимирович, к.т.н., н.с. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Академический проспект, 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: +7 983 239 3417, e-mail: vav@ispms.ru широко применяются в аэрокосмической промышленности и машиностроении при высоких температурах [1, 2]. Получение данных сплавов традиционными методами, такими как литье и ковка, требует значительных временных затрат, имеет ограничения при изготовлении изделий сложной формы, а также может приводить к возникновению высоких внутренних напряжений и дефектов [3]. По сравнению с традиционными методами производства аддитивные технологии
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 239 MATERIAL SCIENCE позволяют устранить эти недостатки, обеспечивая высокую точность и скорость производства никелевых сплавов, а также минимизируют образование дефектов [4, 5] и позволяют проводить ремонт деталей [6]. Основной проблемой никелевых сплавов, полученных различными методами, является образование трещин, которые со временем распространяются вглубь материала, способствуя усталостному разрушению и снижению срока службы изделия [7–10]. Для минимизации усталостного разрушения никелевых сплавов применяют различные методы модификации поверхности: лазерную ударную обработку [11, 12], пескоструйную обработку [13], дробеструйную обработку [14] и электроимпульсную обработку [15, 16]. В работе [17] авторы исследовали влияние лазерной ударной обработки на механические свойства и микроструктуру никелевого сплава K403. По результатам проведенных испытаний на усталость установлено, что образованный нанокристаллический слой значительно увеличивает долговечность сплава в условиях высокочастотного циклического нагружения, повышая срок службы образцов в 2,44 раза по сравнению с исходным состоянием. В работе [18] авторы исследовали влияние ультразвуковой нанокристаллической модификации поверхности на снижение водородной хрупкости никелевого сплава Inconel-625, изготовленного методом аддитивного производства. Испытания на растяжение показали, что после насыщения водородом и модификации поверхности образцы продемонстрировали увеличение относительного удлинения примерно на 6,3 %. Улучшение механических свойств связано с измельчением зерен, формированием остаточных сжимающих напряжений и увеличением плотности дислокаций, что также препятствует проникновению водорода в материал. Вопрос модификации поверхности никелевого сплава методом механо-импульсной ударной обработки остается малоизученным. В то же время данный метод широко применяется в промышленности как эффективный способ улучшения свойств металлических материалов за счет формирования упрочненного поверхностного слоя, снижения хрупкости и уменьшения уровня остаточных напряжений [19, 20]. Целью работы является сравнение влияния механо-импульсной ударной обработки на изменение структурно-фазового состояния и свойств поверхности никелевого сплава ЖС6У, полученного электронно-лучевым аддитивным производством и литьем. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) установить влияние механо-импульсной ударной обработки на структурно-фазовое состояние поверхности никелевого сплава марки ЖС6У, полученного литьем и методом электронно-лучевого аддитивного производства (ЭЛАП); 2) установить влияние механо-импульсной ударной обработки на микротвердость и трибологические свойства поверхности никелевого сплава марки ЖС6У, полученного литьем и методом электронно-лучевого аддитивного производства. Материалы и методы В работе исследовали никелевый сплав марки ЖС6У (аналог K465) (состав приведен в таблице), получение которого осуществлялось методами литья и электронно-лучевого аддитивного производства (ЭЛАП). Механо-импульсную ударную обработку поверхности сплава ЖС6У производили инструментом из титанового сплава ВТ20, площадь соприкосновения с поверхностью образца составляла 5×5 мм. Для обработки поверхности ЖС6У в работе использовали два метода ударной обработки. Первый метод заключался в обработке поверхности образцов сплава ЖС6У с низкой частотой (НЧ) основной гармоники 46,6 Гц и амплитудой колебаний 498 мкм. Время воздействия на образцы составляло 10, 20 и 40 с. Второй метод Состав сплава ЖС6У Composition of ZhS6U alloy Fe C Ni Cr Mo W Co Nb Ti Al Прочие ≤ 1 0,13…0,2 Основа 8,0…9,5 1,2…2,4 9,5…11,0 9,0…10,5 0,8…1,2 2,0…2,9 5,1…6,0 ≤ 0,93
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 240 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ заключался в обработке поверхности образцов сплава при высокой частоте (ВЧ) ударного воздействия – 21,8 кГц, амплитуде колебаний 6 нм, при этом время воздействия на образцы составляло 5, 10 и 20 мин. Перед проведением ударной обработки поверхность образцов подготавливалась при помощи наждачной бумаги различной зернистости, а также алмазной пасты 1/0. Шероховатость полученных исходных образцов составляла 0,5±0,1 мкм. В процессе ударного воздействия предварительное усилие для всех методов обработки составляло 65 Н, что обусловлено динамическим процессом нагружения. В случае ударной обработки с низкой частотой это позволяет стабильно удерживать инструмент обработки на поверхности обрабатываемого материала. При малых амплитудах колебаний это позволяет создать условия диссипации энергии в зоне контакта инструмента ударной обработки с поверхностью обрабатываемого образца, а также поглощения энергии удара поверхностью образца для обеспечения деформаций поверхности. Структуру и шероховатость поверхности образцов после ударной обработки исследовали методом оптической микроскопии с применением конфокального лазерного сканирующего микроскопа Olympus LEXT OLS4100. Методом оптической микроскопии также производились исследования структуры обработанных сплавов в поперечном сечении. Для этого каждый образец после механо-импульсной обработки подготавливался в сечении, нормальном поверхности обработки, по стандартной методике для металлографических исследований, включающей в себя шлифование на наждачной бумаге (SiC) с зернистостью до P2000, затем следовало финишное полирование на алмазной пасте 1/0. Значения микротвердости обработанной поверхности без предварительной подготовки измеряли на микротвердомере Duramin-5. Фазовый состав обработанных поверхностей образцов без предварительной подготовки определяли с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-8 с CuKαизлучением. Анализ микронапряжений (II рода) произведен оценкой полной ширины на полувысоте (FWHM) рентгеновского рефлекса (220). Ввиду отсутствия эталонного (в ненапряженном состоянии) образца за исходную точку было взято значение FWHM исходного образца при симметричной геометрии съемки. Истинная FWHM (β) высчитывалась по формуле 2 2 B b β= − , (1) где B – FWHM рефлекса (220) после деформационной обработки; b – FWHM рефлекса (220) исходного образца. Микродеформацию кристаллической решетки (ε) для каждой величины деформации после деформационной обработки определили по формуле Þ 4 tan β ε= Θ, (2) где Θ – угловое положение анализируемого рефлекса (220). Трибологические испытания обработанных поверхностей без предварительной подготовки проводили методом скретч-тестирования на макро-скретч-тестере Revetest-RST с алмазным индентором при постоянной нагрузке 10 Н на протяжении 3 мм (радиус кривизны 200 мкм). Результаты и их обсуждение На рис. 1 представлены оптические изображения поверхностей НЧ-обработанных образцов сплавов ЖС6У. Значения шероховатости литого сплава после НЧ-ударной обработки находятся в диапазоне 2…5 мкм (рис. 1, а–в), в том же диапазоне находится шероховатость поверхности аддитивного сплава (рис. 1, г–е). На рис. 2 представлены оптические изображения поверхности образцов литого и аддитивного сплавов, подвергнутых ВЧ-ударной обработке. На поверхности всех ВЧ-обработанных образцов никелевого сплава наблюдали образование дополнительного слоя, морфология которого в зависимости от времени ударного воздействия различалась. Шероховатость поверхности литых образцов после ВЧ-обработки составила примерно 2 мкм (рис. 2, а–в). На рис. 3 представлены микроструктуры литого (рис. 3, а, в, д) и аддитивно-полученного (рис. 3, б, г, е) сплава ЖС6У в поперечном сечении после НЧ-механо-импульсных обработок. Анализ металлографических изображений показал, что степень пластической деформации
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 241 MATERIAL SCIENCE Рис. 1. Микроструктура поверхности литого (а, в, д) и аддитивно-полученного (б, г, е) сплава ЖС6У после НЧ-ударной обработки в течение 10 (а, б), 20 (в, г) и 40 (д, е) секунд Fig. 1. Surface microstructure of cast (а, в, д) and additively manufactured (б, г, е) ZhS6U alloy after low frequency impact processing for 10 (а, б), 20 (в, г) and 40 (д, е) seconds а б в г д е а б в г д е Рис. 2. Микроструктура поверхности литого (а, в, д) и аддитивно-полученного (б, г, е) сплава ЖС6У после ВЧ-ударной обработки в течение 5 (а, б), 10 (в, г) и 20 (д, е) минут Fig. 2. Surface microstructure of cast (а, в, д) and additively manufactured (б, г, е) ZhS6U alloy after high frequency impact processing for 5 (а, б), 10 (в, г) and 20 (д, е) minutes
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 242 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ увеличивается как с ростом времени обработки, так и в зависимости от исходного состояния материала. На рис. 3, б, г, е видно, что после НЧ-механо-импульсной обработки аддитивно полученного сплава ЖС6У формируется пластически деформированный поверхностный слой, который характеризуется полосами скольжения разной ориентации, отмеченными черными линиями и красными стрелками. С увеличением времени обработки до 40 секунд происходит изменение структуры сплава на глубину ~ 90 мкм (рис. 3, е). Структура литого (рис. 4, а, в, д) и аддитивнополученного (рис. 4, б, г, е) сплава ЖС6У в поперечном сечении после ВЧ-механо-импульсных обработок имеет отличия, в основном зависящие от исходного состояния материала. Тем не менее по результатам оптической микроскопии в поперечном сечении с увеличением времени обработки аддитивно-полученные образцы более подвержены деформированию в сравнении с аналогичными обработками ЖС6У в литом состоянии. В литом состоянии (рис. 4, а, в, д) структурные изменения развиваются более равномерно. При максимальном времени обработки отмечается значительное измельчение структуры и увеличение глубины измененного слоя. Рентгеноструктурный анализ образцов литого и аддитивного никелевого сплава ЖС6У после НЧ-ударной обработки представлены на рис. 5. Основными фазами, как и в исходном материале, являются Ni (γ) и Ni3Al(Ti) (γ’). С увеличением времени воздействия НЧ-ударной обработки в литых образцах наблюдали рост объемной доли γ’-фазы (рис. 5, а). Рентгеноструктурный анализ образцов литого и аддитивно-полученного сплава ЖС6У после ВЧ-ударной обработки представлены на рис. 6. Основными фазами, как и в исходном материале, являются Ni (γ) и Ni3Al(Ti) (γ’). При этом а б в г д е Рис. 3. Изображения оптической микроскопии сплава ЖС6У в поперечном сечении в литом состоянии (а, в, д) и аддитивно-полученного (б, г, е) после НЧ-ударной обработки со временем ударной обработки 10 (а, б), 20 (в, г) и 40 (д, е) секунд Fig. 3. Optical microscopy images of ZhS6U alloy in cross section: cast (а, в, д) and additively manufactured (б, г, е) after low frequency impact processing for 10 (а, б), 20 (в, г) and 40 (д, е) seconds
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 243 MATERIAL SCIENCE Рис. 4. Изображения оптической микроскопии сплава ЖС6У в поперечном сечении в литом состоянии (а, в, д) и аддитивно-полученного (б, г, е) после ВЧ-ударной обработки со временем ударной обработки 5 (а, б), 10 (в, г) и 20 (д, е) минут Fig. 4. Optical microscopy images of ZhS6U alloy in cross section: cast (а, в, д) and additively manufactured (б, г, е) after high frequency impact processing for 5 (а, б), 10 (в, г) and 20 (д, е) minutes а б в г д е а б Рис. 5. Профили рентгенограмм литого (а) и аддитивно-полученного (б) сплава ЖС6У после НЧ-ударной обработки со временем ударной обработки 10, 20 и 40 секунд Fig. 5. X-ray diff raction profi les of cast (а) and additively manufactured (б) ZhS6U alloy after low frequency impact processing for 10, 20, and 40 seconds
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1