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 236 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Исследование механических свойств нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6, полученных методом механического замешивания частиц в расплав, с микроструктурным и фрактографическим анализ ом поверхности Сухас Патил 1, a, Сатиш Чинчаникар 2, b, * 1 Кафедра машиностроения, Институт информационных технологий Вишвакарма, филиал Университета Савитрибай Пхуле Пуны, Пуна – 411048, Махараштра, Индия 2 Кафедра машиностроения, Технологический институт Вишвакарма, филиал Университета Савитрибай Пхуле Пуны, Пуна – 411037, Махараштра, Индия a https://orcid.org/0000-0002-2965-1531, suhas.221p0007@viit.ac.in; b https://orcid.org/0000-0002-4175-3098, satish.chinchanikar@vit.edu Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 236–251 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-236-251 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Гибридные металломатричные композиты (ГММК) все шире применяются в автомобильной и аэрокосмической отраслях благодаря уникальному сочетанию свойств, включая низкую ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 620.1:620.3:539.2:539.374:669.715 История статьи: Поступила: 14 июля 2025 Рецензирование: 28 июля 2025 Принята к печати: 05 августа 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Металломатричные композиты (ММК) Сплав Al7075-T6 Метод механического замешивания частиц в расплав Нанокомпозиты Механические свойства АННОТАЦИЯ Введение. Металломатричные композиты (ММК) на основе алюминия в последние годы вызывают повышенный интерес в связи с улучшенными механическими свойствами, что открывает широкие перспективы для их применения в различных отраслях промышленности. В то время как существуют различные способы введения упрочняющих компонентов в металлическую матрицу, метод механического замешивания частиц в расплав (stir casting) является относительно простым и эффективным способом, обеспечивающим более равномерное распределение упрочняющих частиц по объему матрицы. Цель данной работы: изучение влияния комбинированного упрочнения наночастицами графена и карбида кремния (SiC) на механические свойства сплава Al7075-T6. Известно, что введение частиц SiC в сплавы серии 7XXX приводит к повышению усталостной прочности. Ранее также было исследовано влияние частиц SiC на механические свойства композитов на основе сплава A356, включая показатели удлинения, прочности при сжатии, прочности при растяжении и твёрдости. Однако влияние комбинированного упрочнения, в частности введение комбинации графена и частиц SiC, на механические свойства сплава Al7075-T6 остается недостаточно изученным, что и определяет актуальность данного исследования. Методы. Учитывая широкую область применения алюминиевых матричных композитов (АМК) в автомобильной и аэрокосмической промышленности, в настоящем исследовании анализируется влияние различных соотношений наночастиц SiC и графена на твёрдость и предел прочности при растяжении нанокомпозитов, полученных методом механического замешивания частиц в расплав на основе алюминиевого сплава Al7075-T6. Дополнительно был выполнен анализ микроструктуры и поверхностей излома композитов с использованием сканирующей электронной микроскопии – энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Основными задачами исследования являются разработка легких высокопрочных комбинированных металломатричных нанокомпозитных материалов и оценка возможности введения наночастиц графена и SiC в матрицу сплава Al7075. Особое внимание уделено анализу взаимосвязи между составом, микроструктурой и механическими свойствами полученных комбинированных материалов. Результаты и обсуждение. В ходе исследования было установлено, что применение механического замешивания частиц в расплав способствует улучшению смачиваемости, когезии и прочности сцепления между упрочняющими компонентами и матрицей, а также снижению пористости. По сравнению с композитами, полученными без замешивания, нанокомпозиты, полученные методом механического замешивания частиц в расплав, продемонстрировали повышенные показатели прочности и вязкости, что связано с изменением микроструктуры. Результаты исследования свидетельствуют, что оптимизация параметров механического замешивания частиц в расплав позволяет существенно влиять на механические свойства и морфологию поверхности нанокомпозитов на основе Al7075. Анализ результатов показал, что использование комбинированного упрочнения наночастицами значительно повышает как твёрдость, так и предел прочности при растяжении сплава Al7075-T6. Отмечена четкая корреляция между соотношением наночастиц SiC и графена и механическими свойствами полученных образцов. В частности, образец Al7075, упрочненный 0,5 масс. % графена и 3 масс. % наночастиц SiC, продемонстрировал наилучшие показатели твёрдости и прочности при растяжении по сравнению с неупрочненным сплавом Al7075 и другими исследованными комбинациями SiC и графена. При содержании графена 0,5 масс. % и содержании SiC 1–3 масс. % нанокомпозиты на основе Al7075 характеризовались хорошо сформированной зернистой структурой с четкими и непрерывными границами зерен. Образование мелкодисперсных наночастиц размером от 62,57 до 91,54 нм способствовало эффективной передаче нагрузки, измельчению зерен и препятствовало движению дислокаций, что, в свою очередь, привело к улучшению механических характеристик. Нанокомпозит на основе Al7075 с оптимальным составом показал высокие механические свойства, а поверхность излома образцов была плотной, с однородными микропорами и минимальным количеством вырванных частиц. Такое поведение связано с пластическим характером разрушения, обусловленным прочной связью между матрицей и упрочняющими компонентами, а также эффективной передачей нагрузки. Для цитирования: 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 // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 236–251. – DOI: 10.17212/1994-63092025-27.3-236-251. ______ *Адрес для переписки Чинчаникар Сатиш, д.т.н., профессор Кафедра машиностроения, Институт информационных технологий Вишвакарма, филиал Университета Савитрибай Пхуле Пуны, Пуна – 411048, Махараштра, Индия Тел.: +91-2026950401, e-mail: satish.chinchanikar@viit.ac.in
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 237 MATERIAL SCIENCE плотность, высокую жесткость, повышенную удельную прочность и низкий коэффициент теплового расширения. Композиционные материалы классифицируются по типу матрицы (металлическая, полимерная или керамическая) и армирующего компонента (дисперсные частицы, волокна или нитевидные кристаллы). В настоящее время дисперсно-упрочненные металломатричные композиты (ДММК) являются одним из наиболее востребованных классов композиционных материалов. ДММК состоят из металлической матрицы (например, алюминия или магния) и дискретных армирующих частиц, таких как карбид кремния (SiC), графен (C), карбид бора (B4C) или материалы природного происхождения (каменная пыль, яичная скорлупа, джутовое волокно). Для внедрения армирующих частиц в металлическую матрицу используются различные методы. Метод механического перемешивания расплава (stir casting) выделяется как экономичный и эффективный способ, обеспечивающий достаточно равномерное распределение армирующих частиц в объеме матрицы. Алюминиевые металломатричные композиты (АММК) привлекают значительное внимание благодаря улучшенным механическим свойствам, что делает их перспективными для широкого спектра промышленных применений. Добавление армирующих частиц, таких как карбид кремния (SiC) и графен (Gr), способствует улучшению механических свойств, что подтверждается многочисленными исследованиями [1]. Существенное улучшение механических характеристик достигается при введении таких компонентов, как нанопластины графена (НПГ), нитрид бора (BN) и карбид ванадия (VC). Например, гибридный композит на основе сплава AA7075, армированный НПГ, BN и VC, демонстрирует повышенную твердость и сопротивление сжатию благодаря синергетическому эффекту упрочнения частицами [2]. Использование нанокристаллов боридов, таких как диборид гафния (HfB2), также способствует увеличению твердости и измельчению зерна металлической матрицы [3]. Оптимизация микроструктуры материала (в частности, уменьшение размера зерна) может быть достигнута с помощью методов интенсивной пластической деформации, таких как равноканальное угловое прессование (РКУП/ECAP) и консолидация порошков методом искрового плазменного спекания (ИПС/SPS). Подобная оптимизация, в свою очередь, положительно влияет на предел текучести и твердость материала [4]. Для достижения оптимального сочетания свойств необходима комплексная оптимизация размера зерна, состава и параметров технологических процессов. Упрочнение границами зерен, обусловленное их уменьшенным размером, является важным механизмом улучшения механических свойств. Межфазная связь между матрицей и армирующими компонентами имеет решающее значение для эффективной передачи нагрузки, что напрямую определяет механическое поведение композиционного материала. АММК приобретают все большую популярность благодаря улучшенным характеристикам по сравнению с неармированными алюминиевыми сплавами [5]. Механические и трибологические свойства АММК зависят от множества факторов, включая технологию изготовления, тип, размер и объемную долю армирующего компонента [6]. К основным методам производства АММК относятся литье с перемешиванием (stir casting), обработка трением с перемешиванием (friction stir processing), порошковая металлургия и искровое плазменное спекание [7]. Обработка трением с перемешиванием (FSP) эффективно измельчает зерно, уменьшая его размер до 10,3 раза по сравнению с исходным сплавом. Механизм измельчения основан на интенсивной пластической деформации и динамической рекристаллизации, вызванных трением, что приводит к значительному улучшению механических свойств. В частности, однородное распределение частиц гибридного упрочнителя, достигаемое с помощью FSP, способствует повышению твердости и предела прочности при сжатии получаемых композитов [2]. Методы порошковой металлургии, включая механическое легирование (mechanical alloying, MA) и горячее прессование (hot pressing, HP), также применяются для улучшения прочности на сжатие, пластичности (относительного удлинения при разрушении) и микротвердости композитов. Например, исследования показали, что горячее прессование обеспечивает превосходные механические свойства для композитов на основе сплава AA2024, армированных много-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 238 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стенными углеродными нанотрубками (МУНТ/ MWCNTs), по сравнению с другими методами. Это объясняется более равномерным распределением МУНТ и формированием эффективного межфазного соединения [8]. Литье с перемешиванием (stir casting) – экономичный метод получения композитов путем внедрения частиц в металлический расплав. Однако он подвержен проблеме агломерации частиц. Порошковая металлургия, в свою очередь, признана успешным подходом к созданию гибридных алюминиевых нанокомпозитов [5]. Использование литья с перемешиванием позволяет получать нанокомпозиты с повышенной твердостью и улучшенной износостойкостью. Метод способствует формированию плотной микроструктуры с минимальной пористостью, что положительно сказывается на механических характеристиках композита [9]. В качестве упрочняющих фаз традиционно применяются карбид кремния (SiC) и карбид бора (B4C). В дополнение к ним перспективным является использование порошков, полученных из сельскохозяйственных отходов, таких как зола рисовой шелухи и зола кокосовой скорлупы. Введение этих упрочняющих фаз улучшает прочность на сжатие, твердость и износостойкость [10]. Исследования показали, что добавление B4C и SiC в композиты на основе сплава Al6061 оказывает значительное влияние на механические свойства, включая твердость, предел прочности при растяжении и ударную вязкость [11]. Установлено, что добавление упрочняющих фаз SiC в сплавы серии 7XXX повышает усталостную прочность [12]. Включение оксида алюминия (Al2O3), полученного из отходов алюминиевого производства, в материалы для колесных дисков также влияет на пористость, твердость, предел прочности при растяжении и предел прочности при сжатии [13–15]. Анализ влияния различных наночастиц в базовой жидкости на свойства наножидкостей и характеристики обработки показал, что размер и концентрация наночастиц играют важную роль в определении эффективности наножидкостей [16–19]. Кроме того, изучалось влияние упрочняющих фаз SiC на механические свойства композитов на основе сплава A356, включая твердость, предел прочности при растяжении, прочность на сжатие и относительное удлинение [20]. Несмотря на значительное количество исследований, влияние частиц гибридного упрочнителя на механические свойства сплава Al7075-T6 изучено недостаточно и требует дальнейшего исследования. Карбид кремния (SiC) и графен (Gr) – перспективные упрочняющие компоненты для композиционных материалов, каждый из которых обладает уникальным набором преимуществ. SiC обеспечивает высокую твердость и предел прочности при растяжении, в то время как графен способствует снижению плотности и увеличению удельной прочности. В настоящей работе исследуется влияние различных пропорций наночастиц SiC и графена на твердость и предел прочности при растяжении сплава Al7075-T6, полученного методом литья с перемешиванием. Проведено исследование микроструктуры и морфологии поверхности изломов образцов композитов с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионного спектрального микроанализа (EDX). Целью исследования является разработка легких и высокопрочных гибридных металломатричных нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6 с использованием комбинации наночастиц SiC и графена. Особое внимание уделяется установлению взаимосвязи между составом гибридного наполнителя и результирующими механическими свойствами полученных материалов. Материалы и методы исследования Алюмоматричные композиты (АМК), армированные карбидом кремния (SiC) и графеном (Gr), активно используются в аэрокосмической и автомобильной промышленности благодаря их улучшенным механическим и трибологическим свойствам [21]. Графен, обладая высоким отношением прочности к весу, потенциально улучшает характеристики композитов, однако его применение может быть ограничено плохой смачиваемостью металлической матрицей и склонностью к агломерации [22]. Для достижения однородного распределения армирующих элементов в матрице из сплава Al7075 использовались различные методы, включая литье с перемешиванием [23]. В настоящей работе в качестве матричного материала выбран сплав Al7075-T6, а в качестве
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 239 MATERIAL SCIENCE армирующих элементов – наночастицы карбида кремния (размером 30…50 нм) и графена (размером 5…10 нм). Выбор SiC и графена обусловлен их различными, но взаимодополняющими характеристиками, позволяющими достичь оптимального сочетания механических и физических свойств композита для инженерных применений. Карбид кремния, характеризующийся высокой твердостью, теплопроводностью и устойчивостью к коррозии и химическому воздействию, хорошо подходит для работы в условиях повышенных температур и обеспечивает повышенную износостойкость. SiC имеет плотность 3,22 г/см3 и твердость по Бринеллю 2450 HB, что делает его эффективным компонентом для применений, требующих высокой устойчивости к абразивному износу. Графен с низкой плотностью 2,2 г/см3 и твердостью 110 HB является перспективным материалом для создания легких и высокопрочных компонентов. Несмотря на более низкую твердость по сравнению с SiC, графен обладает выдающимся пределом прочности при растяжении (130 ГПа), что позволяет создавать гибкие, но прочные композиты с высоким удельным сопротивлением разрушению. Механические испытания полученных образцов включали в себя определение твердости по методу Бринелля (в соответствии со стандартом ASTM E10) и испытания на одноосное растяжение (в соответствии со стандартом ASTM B557). Твердость измерялась с использованием твердомера Бринелля. Испытания на растяжение проводились на универсальной испытательной машине (UTM). Микроструктура композитов и распределение армирующих частиц изучались с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ, SEM). Для идентификации элементного состава различных областей образцов применялся энергодисперсионный рентгеновский анализ). SEM и EDX выполнялись на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSMIT200. Экспериментальная установка для приготовления нанокомпозитов на основе сплава Al7075 с различными комбинациями армирующих элементов представлена на рис. 1. Исходные слитки сплава Al7075-T6 (массой 1,5 кг каждый) помещались в тигель печи для литья с перемешиванием. Расплавление металла происходило при температуре 750 °C в течение 120 минут. Для предотвращения окисления в расплавленный металл добавляли 1 вес. % магния. Затем в расплав вводились наночастицы SiC и графена в различных пропорциях (восемь различных комбинаций). Перед введением в расплав наночастицы SiC и графена подвергались предварительному нагреву в течение 5…7 минут. Для обеспечения равномерного распределения армирующих элементов в жидком сплаве использовалась механическая мешалка в течение 15 минут. Во избежание дефектов литья с поверхности расплава регулярно удалялся образующийся шлак. Полученные отливки имели Рис. 1. Подготовка образцов Al7075 с различным упрочнением методом механического замешивания частиц в расплав Fig. 1. Preparation of Al7075 specimens with varying reinforcements by stir casting
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1