Том 27 № 3 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 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 № 3 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Кондратьев В.В., Гозбенко В.Е., Кононенко Р.В., Константинова М.В., Гусева Е.А. Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5....................................................................... 6 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Марченко А.А., Лавренова Т.В., Дебеева С.А. Влияние скорости резания на импульсные изменения температуры передней поверхности резца при точении жаропрочной стали 15Х2НМФА.......................................................................................................................................................................... 23 Карелин Р.Д., Комаров В.С., Черкасов В.В., Осокин А.А., Сергиенко К.В., Юсупов В.С., Андреев В.А. Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки................................................................................................................................... 37 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента................................................................................................. 50 Жуков А.С., Ардашев Д.В., Батуев В.В., Кулыгин В.Л., Шулежко Е.И. Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей....................................... 71 Нишандар С.В., Пайс А.Т., Багаде П.М. Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью....................................................................................................... 87 Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В. Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного................................................................................................................. 108 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование процесса поверхностного обезуглероживания стали 20 после цементации и термической обработки.............................................................................................. 122 Ковалевская Ж.Г., Лю Ю. Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................... 137 Сирота В.В., Прохоренков Д.С., Чуриков А.С., Подгорный Д.С., Алфимова Н.И., Коннов А.В. Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления........ 151 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Тарасов С.Ю., Семенчук Н.А. Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn.......................................................................... 166 Вахеед Ф., Каюм А., Ширази М.Ф. Изготовление, описание и оценка эффективности материала на основе нанографита, легированного оксидом цинка, в качестве датчика влажности............................................................... 183 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания..................................................... 205 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Влияние гранулометрии порошка карбида вольфрама на характеристики металлокерамических покрытий WC/Fe-Ni-Al............................................................................... 221 Патил С., Чинчаникар С. Исследование механических свойств нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6, полученных методом механического замешивания частиц в расплав, с микроструктурным и фрактографическим анализом поверхности........................................................................................................................................................ 236 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 252 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 263 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 08.09.2025. Выход в свет 15.09.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 33,0. Уч.-изд. л. 61,38. Изд. № 121. Заказ 199. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 3 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. 3 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 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. 3 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kondratiev V.V., Gozbenko V.E., Kononenko R.V., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Determination of the main parameters of resistance spot welding of Al-5 Mg aluminum alloy..................................................................................... 6 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Marchenko A.A., Lavrenova T.V., Debeeva S.A. Infl uence of cutting speed on pulse changes in the temperature of the front cutter surface during turning of heat-resistant steel 0.17 C-Cr-Ni-0.6 Mo-V................................................................................................................................................................ 23 Karelin R.D., Komarov V.S., Cherkasov V.V., OsokinA.A., Sergienko K.V., Yusupov V.S., Andreev V.A. Production of rods and sheets from TiNiHf alloy with high-temperature shape memory eff ect by longitudinal rolling and rotary forging methods.................................................................................................................................................................... 37 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of vibroacoustic emission in diagnostic systems for cutting tool wear................................................................................................................................................ 50 Zhukov A.S., Ardashev D.V., Batuev V.V., Kulygin V.L., Schuleshko E.I. Modal analysis of various grinding wheel types for the evaluation of their integral elastic parameters...................................................................................... 71 Nishandar S.V., Pise A.T., Bagade P.M. Numerical and experimental investigation of heat transfer augmentation in roughened pipes................................................................................................................................................................ 87 Nosenko V.A., Rivas Perez D.E., Alexandrov A.A., Sarazov A.V. The eff ect of the grinding method on the grain shape coeffi cient of black silicon carbide....................................................................................................................................... 108 MATERIAL SCIENCE Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Investigation of the process of surface decarburization of steel 20 after cementation and heat treatment.................................................................................................................................. 122 Kovalevskaya Z.G., Liu Y. Eff ect of heat treatment on the structure and properties of high-entropy alloy AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................. 137 Sirota V.V., Prokhorenkov D.S., Churikov A.S., Podgorny D.S., Alfi mova N.I., Konnov A.V. Corrosion properties of coatings produced from self-fl uxing powders by the detonation spraying method............................................................ 151 Filippov A.V., Shamarin N.N., Tarasov S.Yu., Semenchyuk N.A. The infl uence of structural state on the mechanical and tribological properties of Cu-Al-Si-Mn bronze............................................................................................................. 166 Waheed F., Qayoom A., Shirazi M.F. Fabrication, characterization and performance evaluation of zinc oxide doped nanographite material as a humidity sensor......................................................................................................................... 183 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. Features of the structure of gradient layers «steel - Inconel - steel», obtained by laser direct metal deposition.................................................................................................. 205 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. The infl uence of tungsten carbide particle size on the characteristics of metalloceramic WC/Fe-Ni-Al coatings.................................................................................................... 221 Patil S., Chinchanikar S. Investigation on the mechanical properties of stir-cast Al7075-T6-based nanocomposites with microstructural and fractographic surface analysis...................................................................................................... 236 EDITORIALMATERIALS 252 FOUNDERS MATERIALS 263 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 37 ТЕХНОЛОГИЯ Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки Роман Карелин a, *, Виктор Комаров b, Владимир Черкасов c, Артем Осокин d, Константин Сергиенко e, Владимир Юсупов f, Владимир Андреев g Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Ленинский пр. 49, г. Москва, 119334, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4795-8668, rdkarelin@gmail.com; b https://orcid.org/0000-0003-4710-3739, vickomarov@gmail.com; c https://orcid.org/0000-0002-5450-3565, cherkasov.vv@misis.ru; d https://orcid.org/0009-0008-4945-3648, art.osokin1201@icloud.com; e https://orcid.org/0000-0003-4018-4599, shulf@yandex.ru; f https://orcid.org/0000-0002-0640-2217, vsyusupov@mail.ru; g https://orcid.org/0000-0003-3937-1952, andreev.icmateks@gmail.com Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 37–49 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-37-49 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Сплавы с памятью формы на основе никелида титана являются функциональными материалами, нашедшими широкое практическое применение в технике и медицине благодаря уникальным свойствам памяти формы, высоким механическим характеристикам, коррозионной ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 669.295`24:539.374 История статьи: Поступила: 07 июля 2025 Рецензирование: 28 июля 2025 Принята к печати: 07 августа 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Сплав с памятью формы Прокатка Твердость Ротационная ковка Финансирование Исследование выполнено при финансовой поддержке государственного задания ИМЕТРАН на 2025 год № 075-00319-25-00. АННОТАЦИЯ Введение. Сплавы с памятью формы на основе никелида титана являются функциональными материалами, нашедшими широкое практическое применение в технике и медицине. Для регулирования их функционального поведения и получения материалов со специальными свойствами активно развивается использование тройных сплавов на основе никелида титана, а в особый класс следует выделить сплавы системы TiNiHf, для которых реализация эффекта памяти формы происходит при более высоких температурах. Необходимость получения таких сплавов продиктована потребностями целого ряда отраслей промышленности, требующих создания функциональных элементов из сплавов с памятью формы с температурой срабатывания более 120 °С. Эти сплавы также должны обладать достаточной технологической пластичностью для изготовления деформированных полуфабрикатов и последующего производства термочувствительных элементов. Среди актуальных вопросов развития практического применения сплавов TiNiHf можно также выделить развитие технологии получения полуфабрикатов различного сортамента, связанных с разработкой режимов и схем термомеханической обработки. Цель работы: исследование возможности проведения деформационной обработки исследуемых сплавов TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы и выявление закономерностей формирования фазового состава и механических характеристик в зависимости от способа обработки. В работе исследована возможность получения листов и прутков из сплавов TiNiHf с 5 и 10 ат. % Hf и 50,0 ат. % Ni методами продольной прокатки, прокатки в калибрах и ротационной ковки. Методами исследования являлись рентгенографический анализ, дифференциальная сканирующая калориметрия и измерение твердости по Виккерсу. Результаты и обсуждение. Установлено, что сплав TiNiHf с 10 ат. % Hf обладает недостаточной технологической пластичностью. Из сплава с 5 ат. % Hf были получены заготовки в виде листов и прутков различного размера за счет использования процессов продольной прокатки и ротационной ковки. Показано, что проведение горячей деформации позволяет увеличить твердость исследуемого сплава TiNiHf с 5 ат. % Hf по сравнению с литым состоянием с 232 HV до 242…264 HV. Проведение холодной деформации приводит к значительному росту значений твердости, до 362…394 HV. Характеристические температуры протекания прямого и обратного мартенситного превращения достаточно стабильны. На основании результатов исследования можно сделать вывод о перспективности применения продольной прокатки и ротационной ковки для получения полуфабрикатов СПФ TiNiHf c 5 ат. % Hf и повышения функциональных и механических свойств сплава после выплавки. Для цитирования: Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки / Р.Д. Карелин, В.С. Комаров, В.В. Черкасов, А.А. Осокин, К.В. Сергиенко, В.С. Юсупов, В.А. Андреев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 37–49. – DOI: 10.17212/19946309-2025-27.3-37-49. ______ *Адрес для переписки Карелин Роман Дмитриевич, к.т.н. Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Ленинский пр. 49, 119334, г. Москва, Россия Тел.: +7 916 590-42-76, e-mail: rdkarelin@gmail.com
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 38 ТЕХНОЛОГИЯ стойкости и биосовестимости [1–7]. Для регулирования их функционального поведения и получения материалов со специальными свойствами активно развивается использование тройных сплавов на основе никелида титана с добавлением Cu, Fe, Co, Nb, Hf и др. [8–11]. Среди этих сплавов в особый класс следует выделить сплавы системы TiNiHf, для которых характерно проявление высокотемпературного эффекта памяти формы [12–14]. Большинство научных исследований в данной области посвящено сплаву с содержанием 20 ат. % Hf и 50,3 ат. % Ni. За счет применения такого состава сплава может быть обеспечен температурный интервал восстановления формы (ТИВФ) 200…350 °С [15–19]. Высокое содержание Hf (20 ат. %) и Ni (выше 50 ат. %) объясняется тем, что в некоторых исследованиях было показано, как при увеличении суммарной концентрации Ti и Hf выше 49,8 ат. % сплавы системы TiNiHf становятся хрупкими и не могут подвергаться обработке давлением. Причиной возникновения хрупкости является выделение большого количества охрупчивающей фазы типа (Ti, Hf)2Ni [20]. Из-за этого в исследуемых сплавах обычно повышают концентрацию Ni, и при отсутствии изменений содержания других элементов происходит соответствующее снижение температурного интервала мартенситных превращений. Поэтому для получения высокотемпературного эффекта памяти формы в этих сплавах требуется повышение концентрации Hf. Использование сплава с высоким содержанием Hf приводит к его существенному удорожанию и сдерживает развитие применения данного сплава. Кроме того, оно также сдерживается ограниченными возможностями регулирования температур протекания мартенситных превращений. На сегодняшний день в ряде отраслей промышленности существует потребность в сплаве с памятью формы, обладающем ТИВФ в диапазоне 120…200 °С и достаточной технологической пластичностью для изготовления термочувствительных элементов. Среди актуальных вопросов развития практического применения сплавов TiNiHf также можно выделить развитие технологии получения полуфабрикатов различного сортамента, связанных с разработкой режимов и схем термомеханической обработки [21]. В частности, в ранее проведенных исследованиях была показана возможность изготовления прутков из сплава Ti49,0Ni49,5Hf1,5 методом ротационной ковки с высокими механическими свойствами и температурой конца восстановления формы после наведения 2 % деформации 155 °С [22]. В работе [23] была продемонстрирована возможность использования импульсного электрического тока для увеличения технологической пластичности сплава Ti47,4Ni47,6Hf5,0 при холодной прокатке. Исходя из вышеизложенного, в рамках развития методов получения полуфабрикатов СПФ TiNiHf с пониженной концентрацией Hf и Ni цель данной работы заключалась в исследовании возможности проведения термомеханической обработки с использованием различных методов деформации сплавов TiNiHf с 5 и 10 ат. % Hf и 50,0 ат. % Ni, а также в выявлении закономерностей формирования фазового состава и механических характеристик в зависимости от выбранного способа деформации. В работе исследована возможность получения полуфабрикатов в виде листов и прутков методами продольной прокатки, прокатки в калибрах и ротационной ковки, а также проведено исследование структуры и механических характеристик сплава методами рентгенографического анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и измерения твердости по Виккерсу. К одним из наиболее значимых результатов следует отнести получение из сплава Ti45,0Ni50,0Hf5,0 полуфабрикатов в виде полос толщиной 2,2 и 1,0 мм, прямоугольного прутка размерами 6,9×8,5 мм и круглого прутка диаметром 5,1 мм, обладающих высокой твердостью и стабильным фазовым составом. Материалы и методика исследования В качестве объекта исследований были выбраны сплавы заданного состава Ti45,0Ni50,0Hf5,0 и Ti40,0Ni50,0Hf10,0. В качестве исходных шихтовых компонентов использовали йодидный титан 99,99%-й чистоты, никель марки Н0 99,99%-й чистоты и гафниевую проволоку марки ГФИ-1 диаметром 2,5 мм. Выплавку исходных слитков TiNiHf с 5 и 10 ат. % Hf проводили методом вакуумной электродуговой плавки с 8-кратным переплавом и разливкой в медный водоохлаждаемый
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 39 TECHNOLOGY кристаллизатор. Горячую деформацию заготовки проводили методом продольной и сортовой прокатки на стане «Дуо-300», а также методом горячей ротационной ковки при температуре 850 °С. Калибровка стана при сортовой прокатке – «квадрат – квадрат»; изменение стороны квадрата осуществлялось по следующей технологической карте: 19→17→15→13→11→9→8→ 7→6 мм. Холодную прокатку проводили на стане КВАРТО 110/300. Исследование температурного интервала протекания прямого и обратного мартенситного превращения (ТИМП) в сплаве после выплавки проводили методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на калориметре Mettler Toledo DSC 3+ со скоростью нагрева и охлаждения 10 °C/мин в интервале температур от 0 до 200 °C. Исследование фазового состава выполняли на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 в CuKα-излучении в диапазоне углов 2θ от 35 до 47° [18, 24]. Исследование механических характеристик проводили путем измерения твердости по Виккерсу при комнатной температуре с использованием твердомера LECOM 400-A под нагрузкой 1 Н. Результаты и их обсуждение Выплавка исходных слитков СПФ TiNiHf Общий вид полученных слитков после электронно-лучевой плавки представлен на рис. 1. Масса, размеры и химический состав слитков приведены в табл. 1. После выплавки было проведено исследование ТИМП в полученных слитках методом ДСК. Характерные калориметрические кривые приведены на рис. 2. Результаты ДСК образцов, вырезанных из слитков 1 и 3, показали, что в исследуемом температурном интервале отсутствуют пики как прямого, так и обратного превращения. В слитке 2 температуры начала и конца обратного МП составили 63 и 124 °С соответственно. Такой широкий интервал характерен для литого состояния слитков ввиду возможного наличия внутренних напряжений и ликваций. На первом этапе для повышения однородности слиток 1 подвергли гомогенизационному отжигу в течение 12 ч в вакууме при температуре 1100 °С. Однако в ходе проведения отжига произошло расплавление слитка, что может быть связано с образованием фаз с меньшей темпеТ а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Масса, размеры и расчетный состав слитков TiNiHf Weight, dimensions, and calculated composition of the TiNiHf ingots № слитка / Ingot No. Масса, г / Weight, g Размеры, (h×b×L) мм / Dimensions, (h×b×L) mm Химический состав / Chemical composition масс. % / mass % ат. % / at. % Ti Ni Hf Ti Ni Hf 1 148,84 9,5×18,1×137,5 28,87 44,23 26,90 40,0 50,0 10,0 2 150,15 10,4×18,5×136,9 36,03 49,06 14,92 45,0 50,0 5,00 3 149,12 9,8×17,8×137,5 28,87 44,23 26,90 40,0 50,0 10,0 Рис. 1. Фотографии слитков 1 (а), 2 (б) и 3 (в) СПФ TiNiHf после выплавки методом вакуумной электродуговой плавки с 8-кратным переплавом Fig. 1. Photographs of ingots 1 (а), 2 (б), and 3 (в) of TiNiHf SMA after vacuum arc melting with 8-fold remelting
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 40 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 2. Калориметрические кривые слитков 1, 2 и 3 СПФ TiNiHf Fig. 2. Calorimetric curves of ingots 1, 2 and 3 of TiNiHf SMA ратурой плавления в результате охлаждения после выплавки. Поэтому далее было решено отказаться от этого вида обработки и проводить деформацию слитков 2 и 3 в литом состоянии. Таким образом, с целью оптимизации технологии гомогенизационный отжиг был исключен из технологической схемы получения деформированных полуфабрикатов из СПФ TiNiHf. Получение полуфабрикатов СПФ TiNiHf Перед проведением деформации слитки разрезали на две части. Размер заготовок: 2-1 – 10,4×18,5×53,1 мм и 2-2 – 10,4×18,5×77,1 мм; 3-1 – 9,8×17,8×52,1 мм и 3-2 – 9,8×17,8×76,7 мм. На первом этапе проводили горячую деформацию образцов 2-1 и 3-1 методом продольной прокатки на стане «Дуо-300» при температуре 850 °С с предварительным нагревом в течение 15 минут без защитной атмосферы для повышения технологичности процесса прокатки (так как в ранее проведенных исследованиях нагрев осуществляли в защитной атмосфере аргона [23]) и с подогревом перед каждым проходом в течение 3…5 минут. Относительная степень деформации за один проход составляла не более 15 %. По результатам проведения горячей прокатки (ГП) из части исходного слитка 2-1 был получен лист с размерами 2,2×27,5×167,9 мм. Проведение прокатки слитка 3-1 привело к его разрушению уже после второго прохода и накопления относительной степени деформации 12 %. С учетом отсутствия выраженных пиков на калориметрических кривых, расплавления слитка 1 аналогичного состава в процессе гомогенизационного отжига, а также низкой технологической пластичности сплава можно предположить наличие в слитке 3 большого количества нежелательных вторичных фаз, которые могли образоваться в результате охлаждения после выплавки или при нагреве под прокатку. Это позволяет сделать вывод о том, что сплав, содержащий 5 ат. % Hf, обладает большей технологической пластичностью по сравнению со сплавом, содержащим 10 ат. % Hf. Фотографии полученного Тепловой поток, мВТ
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 41 TECHNOLOGY листа из слитка 2-1 и слитка 3-1 после разрушения приведены на рис. 3. Рис. 3. Фотографии полученного листа из слитка 2-1 сплава толщиной 2,2 мм (а) и слитка 3-1 после разрушения (б) Fig. 3. Photographs of the obtained sheet from ingot 2-1 (TiNiHf alloy) with a thickness of 2.2 mm (а) and ingot 3-1 after fracture (б) Дальнейшую деформацию методом горячей сортовой прокатки (ГСП) и ротационной ковки (ГРК) проводили только для слитка 2-2 сплава TiNiHf с 5 ат. % Hf. На первом этапе с одного нагрева проводили прокатку – два прохода в одном калибре, используя эффект деформационного разогрева. Однако при переходе ко второму калибру на заднем конце образца появилась сетка трещин, что может свидетельствовать об узком температурном интервале возможности проведения пластической деформации исследуемого сплава. Поэтому с целью предотвращения захолаживания образца при дальнейшей деформации подогрев осуществляли после каждого прохода. Изменение схемы прокатки и исключение второго прохода без предварительного подогрева привело к успешному проведению прокатки без разрушения образца или появления дополнительных трещин. В результате после прокатки был получен пруток прямоугольного сечения размерами 6,9×8,5×236,4 мм. После проведения сортовой прокатки от этого прутка отрезали образец длиной 150 мм для проведения ГРК. Ротационную ковку осуществляли при температуре деформации 850 °С с относительной степенью деформации за проход не более 10 % и с подогревом заготовки между каждым проходом в течение 10…15 минут. В результате был получен пруток диаметром 5,1 мм и длиной 119 мм. Следует отметить, что в отличие от работы [23] исследуемая часть слитка от сплава 2 подвергалась ГРК уже в деформированном, а не в литом состоянии. Это позволяет выявить дополнительную возможность использования сочетания сортовой прокатки и ротационной ковки для получения прутков СПФ TiNiHf. Фотографии прутков после прокатки и ротационной ковки приведены на рис. 4. Следует отметить, что проведение ротационной ковки сопровождалось сложностями, связанными с заданием прутка при проведении ковки, а также сколами заднего или переднего конца прутка, что было вызвано их захолаживанием при задании. Поэтому ротационную ковку до меньших диаметров, для которых характерны еще большие теплопотери, не проводили. Далее от горячекатаного листа, полученного из слитка 2-1 сплава TiNiHf, был отрезан образец размером 2,1×27,5×56 мм для проведения холодной прокатки (ХП). После резки образцы подвергали очистке от верхнего окисленного Рис. 4. Фотографии прутка сплава TiNiHf после сортовой прокатки (а) и ротационной ковки (б) Fig. 4. Photograph of a TiNiHf alloy rod after caliber rolling (а) and rotary forging (б)
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1