Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)

рецензируемый научно-технический и производственный журнал, издающийся с 1999 года с периодичностью 4 раза в год.

Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций, свидетельство о регистрации: ПИ № ФС 77 - 80400 от 01.03.2021

В журнале публикуются в основном результаты оригинальных фундаментальных, прикладных и поисковых научных исследований и аспирантских работ. Значительное внимание уделяется публикациям обзорных, проблемных и дискуссионных работ по актуальным вопросам машиностроения и современной металлургии и материаловедения. Научно-технические статьи, направленные в адрес журнала, проходят рецензирование и редактирование.

Публикация статей бесплатная. Редакция не взимает плату с авторов за подготовку, размещение и печать материалов.

Журнал предназначен для профессорско-преподавательского состава и научных работников высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов, инженерно-технических работников производственных предприятий и проектных организаций.

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». В ВАК РФ журнал зарегистрирован по следующим научным специальностям:

  • Технология и оборудование механической и физико-технической обработки;
  • Технология машиностроения;
  • Сварка, родственные процессы и технологии;
  • Машины, агрегаты и процессы (по отраслям);
  • Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов;
  • Порошковая металлургия и композиционные материалы;
  • Нанотехнологии и наноматериалы (по отраслям);
  • Материаловедение (по отраслям).

Научное издание имеет право опубликовать научные работы в рамках указанных специальностей!

В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критерий Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса.

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.

Дата основания

1999 г. – Инструмент Сибири; с 2001 г. – Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты).

Учредители

Новосибирский государственный технический университет; ООО НПКФ «Машсервисприбор»

Входит в:

Белый список (3 уровень), перечень ВАК, РИНЦ, Scopus, Web of Science Core Collection, EBSCO, Index Copernicus


Текущий выпуск

Том 27, № 1 (2025)

Обложка

Весь выпуск

ТЕХНОЛОГИЯ

Исследование влияния масляных СОТС с улучшенными трибологическими свойствами на силы резания и шероховатость обработанных поверхностей
Умеров Э.Д., Скакун В.В., Джемалядинов Р.М., Егоров Ю.А.
Аннотация
Введение. Одним из способов повышения эффективности процесса резания является разработка новых эффективных составов смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), которые позволят снизить силу, а также температуру резания, увеличив при этом стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности. Одним из путей решения данной проблемы является химическая активация СОТС присадками из наноглинистых минералов с минимальной стоимостью, большие запасы которых имеются в недрах земли. В связи с этим приводится теоретическое обоснование выбора данной присадки и ее влияние на трибологические свойства СОТС. Цель работы. Определить влияние масляных СОТС с присадками из наноглинистых минералов на снижение силы резания, а также повышение качества обработанной поверхности при сверлении коррозионно-стойкой стали. Методы исследования. На операции сверления проведены экспериментальные исследования, в процессе которых осуществлялась фиксация составляющих силы резания при помощи трехкомпонентного динамометра М-30-3-6к. Целью эксперимента было определение влияния масляных СОТС, содержащих присадки из наноглинистых минералов, на составляющую силы резания, а также шероховатость обработанной поверхности. С использованием математического моделирования была получена формула для расчета коэффициента трения в процессе сверления. Результаты работы. В процессе проведения экспериментальных исследований получены результаты, показывающие эффективность использования масляных СОТС с присадками из наноглинистых минералов. Получены экспериментальные данные коэффициента трения, составляющей силы резания, а также шероховатости обработанной поверхности при сверлении с использованием экспериментальной СОТС, подаваемой в зону резания. Результаты исследований показали эффективность применения модифицированной СОТС по сравнению с традиционными составами. Выводы. Модифицированная СОТС, в состав которой входит подсолнечное масло и присадки из наноглинистых минералов, позволяет значительно снизить коэффициент трения, силу резания, а также шероховатость обработанной поверхности, что открывает дальнейшую перспективу их использования в металлообрабатывающей промышленности.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):6-19
pages 6-19 views
Исследование СОЖ с использованием растительного масла, усиленного добавлением наночастиц, при токарной обработке
Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Теллапутта Г.Р.
Аннотация
Введение. В настоящее время при токарной обработке начинают постепенно использовать смазочно-охлаждающие жидкости на основе растительных масел с наночастицами, которые обеспечивают устойчивое и высокоэффективное решение за счет улучшения смазки, охлаждения и качества поверхности. Использование смазочно-охлаждающих жидкостей на основе растительных масел с наночастицами также способствует экологически безопасному подходу в обрабатывающей промышленности. Они используются в качестве альтернативы традиционным смазочно-охлаждающим жидкостям, представляющим собой опасные химические смеси, которые создают угрозу для окружающей среды и оператора. Цель работы. Основное внимание в настоящем исследовании уделяется использованию смазочно-охлаждающих жидкостей на основе экологически чистых растительных масел в процессе токарной обработки. В работе исследуется производительность токарной обработки стали AISI 1014 при различных комбинациях и соотношениях наночастиц. Методы исследования. В текущем исследовании в качестве основы использованы пять различных растительных масел, таких как кукурузное масло, кокосовое масло, подсолнечное масло, пальмовое масло и масло семян дерева ним. Для создания наножидкостей в базовую жидкость добавляют CuO, Al2O3, графен и порошкообразные многослойные углеродные нанотрубки. Разработаны смазочно-охлаждающие жидкости с различными концентрациями наночастиц 0,20 %, 0,40 %, 0,60 %, 0,80 % и 1 % по массе, и исследована их производительность при обработке стали AISI 1014. Результаты и обсуждение. Результаты показали, что среди растительных масел кукурузное масло оказывает наибольшее влияние на вязкость и теплопроводность. Наночастицы графена показали многообещающие результаты в снижении силы резания, температуры и шероховатости поверхности. При использовании кукурузного масла, содержащего 0,8 масс. % наночастиц графена, наблюдается снижение силы резания до 104 Н, что на 29,8 % меньше, чем при использовании чистого кукурузного масла. При высокой концентрации (1 масс. %) наночастиц снижение нагрузки уменьшается из-за значительной агломерации наночастиц. Оптимальная концентрация наночастиц в базовой жидкости (кукурузном масле) составляет 0,8 масс. %.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):20-33
pages 20-33 views
Повышение качества изготовления изделий из жаропрочного никелевого сплава нового поколения с применением проволочно-вырезной электроэрозионной обработки
Шлыков Е.С., Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Муратов К.Р.
Аннотация
Введение. В работе представлены результаты экспериментального исследования по количественной и качественной оценке поверхности после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО). Цель работы: экспериментальное исследование с проведением анализа дефектов поверхности образцов после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки изделий из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П. Методы исследования. Образцы для исследования определенной геометрии получены методом ПВЭЭО на четырех режимах. Рабочие параметры: высота образца – h, мм, время действия импульса – Ton, мкс, время выключения импульса – Toff, мкс. Выполнена оценка образцов на электронном микроскопе Hitachi S-3400N в режиме обратно рассеянных электронов при напряжении 25 кВ. Топография поверхности после электроэрозионной обработки оценивалась с помощью лазерного сканирующего микроскопа (ЛКСМ) LextOLS4000. Циклические испытания проводились на универсальной испытательной машине Biss-00-100 с частотой испытаний 20 Гц в симметричном цикле (R = –1). Результаты и обсуждение. Установлено, что при ПВЭЭО величина дефектного белого слоя постоянна и составляет 10 мкм независимо от режима обработки. Проанализирован показатель качества поверхности – шероховатости по Ra. Установлено, что среднее значение шероховатости по параметру Ra составляет 1,62 мкм при обработке образца высотой 10 мм. При увеличении высоты значение шероховатости поверхности достигает 2,6 мкм на минимальном режиме и 3,4 мкм – на максимальном. Установлено, что с увеличением высоты заготовки возрастает количество микротрещин на поверхности изделия, связанное с интенсификацией взаимодействия единичных импульсов с обрабатываемой поверхностью. В результате исследования установлено, что при амплитуде нагружения 400 МПа достигается среднее значение числа циклов, которое составляет 1,50Е+05 циклов. Отмечено уменьшение количества циклов при увеличении амплитуды циклов нагружения.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):34-47
pages 34-47 views
Прогнозирование изменений поверхностного слоя в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки
Абляз Т.Р., Осинников И.В., Шлыков Е.С., Каменских А.А., Горохов А.Ю., Кропанев Н.А., Муратов К.Р.
Аннотация
Введение. В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований толщины, сплошности и количества дефектов белого слоя, образованного в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки (КПЭЭО) на примере низколегированной стали 40Х и среднелегированной стали 35ХГС. Цель работы: теоретическое и экспериментальное исследование дефектного поверхностного слоя, образованного в процессе копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Методы исследования. Математические модели единичного импульса разряда на обрабатываемую поверхность получены методом конечных элементов. В качестве оборудования для КПЭЭО образцов из хромсодержащих сталей 40Х и 35ХГС выбран копировально-прошивной электроэрозионный станок Electronica Smart CNC. Моделирование и эксперименты проведены для двух режимов. Рабочие параметры: время включения импульса – Ton, мкс; напряжение – U, В; сила тока – I, А. Металлографические исследования проведены на оптическом микроскопе Olympus GX 51. Результаты и обсуждение. Разработаны математические модели воздействия единичного импульса на обрабатываемую поверхность разряда в процессе КПЭЭО, позволяющие прогнозировать толщину белого слоя в зависимости от режимов обработки и свойств обрабатываемого материала. Теоретические значения толщины белого слоя варьируются в диапазоне 20…25 мкм при КПЭЭО на минимальном режиме и 60…80 мкм на максимальном режиме. Установлено, что экспериментальные значения толщины белого слоя варьируются в диапазоне 20…25 мкм при КПЭЭО на минимальном режиме и 55…85 мкм – на максимальном. Отклонения теоретических значений толщины белого слоя от экспериментальных составляют не более 5 %, что подтверждает правильность полученных моделей. Установлено, что при КПЭЭО на минимальном режиме сплошность белого слоя в среднем в два раза больше, чем при обработке на максимальном режиме. Сплошность белого слоя стали 40Х выше в сравнении со сталью 35ХГС на 10 % при КПЭЭО на максимальном режиме и на 17 % – на минимальном. Выявлено, что при обработке на максимальном режиме количество микротрещин более чем в 2 раза превышает их количество при обработке на минимальном режиме.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):48-60
pages 48-60 views
Фрезерование заготовок из инконеля 625, полученных с помощью электродуговой наплавки
Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Болтрушевич А.Е., Кузнецова Ю.С., Бовкун А.С.
Аннотация
Введение. Аддитивные технологии, в частности печать проволокой, набирают все большую популярность в последнее время. Этот метод позволяет получать заготовки с существенно повышенной твердостью по сравнению с традиционными методами, такими как ковка, что, в свою очередь, значительно увеличивает силу резания при последующей обработке. Настоящее исследование направлено на изучение сил резания при фрезеровании образцов из высокопрочного жаростойкого сплава инконель 625, полученных методом электродуговой наплавки. Целью работы является исследование влияния микроструктуры и свойств инконеля 625, полученного методом электродуговой наплавки, на силы резания при фрезеровании. Особое внимание уделено поиску оптимальных режимов резания, обеспечивающих минимизацию сил резания и вибраций в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь». Методы исследования. Образцы изготавливались методом электродуговой наплавки проволоки из жаропрочного никелевого сплава инконель 625. В работе проведен комплексный анализ микроструктуры полученных образцов с использованием современных методов материаловедения. Основное внимание уделено экспериментальному исследованию сил резания при фрезеровании с использованием различных режимов обработки (скорости резания, подачи, глубины резания) и типов фрез. Результаты и обсуждение. Микроструктура образцов инконеля 625, полученных электродуговой наплавкой, детально охарактеризована. Определены оптимальные режимы фрезерования, обеспечивающие эффективную обработку материала с учетом его высокой твердости и прочности. Ожидается, что для обработки заготовок из инконеля 625 потребуются высокопрочные твердосплавные фрезы, возможно, специальной геометрии и с повышенной износостойкостью, большего диаметра, чем в случае стали 40Х13. Результаты исследования позволят разработать рекомендации по выбору оптимальных режимов резания, минимизирующих силу резания, температуру режущей кромки, износ инструмента и вибрации в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь», что повысит производительность и точность обработки.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):61-76
pages 61-76 views
Влияние угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании
Фатюхин Д.С., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Сундуков С.К., Сухов А.В.
Аннотация
Введение. Среди способов модификации поверхностей металлических изделий, позволяющих изменить физико-механические и геометрические свойства поверхностного слоя, наиболее распространены способы поверхностного пластического деформирования (ППД). Использование ультразвука для повышения эффективности деформационных процессов позволяет повысить микротвердость и снизить шероховатость по сравнению с обкатыванием и выглаживанием. Наибольшие технологические сложности вызывает ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование криволинейных поверхностей, в том числе полученных аддитивными технологиями. Учитывая, что большинство способов ультразвукового ППД основано на продольном характере колебаний, для обеспечения равномерной обработки криволинейных поверхностей ось инструмента должна быть направлена под заданным углом к любому участку обрабатываемой поверхности. В связи с этим целью работы является изучение влияния угла наклона колебательной системы на поверхностные свойства стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании. В работе исследованы образцы стали 45, обработанные ультразвуковым ППД с разными углами наклона колебательной системы: 90°, 75°, 60°, 45°. Методами исследования являлись металлографические исследования микроструктуры поверхностного слоя образцов, измерение их микротвердости и шероховатости, а также сравнительные испытания на износ. Результаты и обсуждение. Ультразвуковое поверхностное деформирование при любом из рассмотренных углов наклона инструмента α создает наклепанный слой – от 30 мкм при α = 45° до 350 мкм при α = 90°. При этом микротвердость повышается до 240 HV при α = 45°. При любом α также наблюдается значительное уменьшение шероховатости. Так, например, высотные параметры уменьшаются более чем в 8 раз. Лучшие результаты достигнуты при α = 60°. Результаты испытаний на износ показали, что износ по массе значительно уменьшается при ультразвуковой обработке. Наибольшее снижение износа (более чем в 2 раза) наблюдается при угле наклона α = 90°.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):77-92
pages 77-92 views

ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ

Разработка устройства для исследования и моделирования процесса электрохимического шлифования
Борисов М.А., Лобанов Д.В., Скиба В.Ю., Надеждина О.А.
Аннотация
Введение. При изготовлении ответственных деталей из высокопрочных и труднообрабатываемых сталей в различных отраслях промышленности окончательное качество обычно формируется на операциях финишной обработки. Эффективность процесса значительно выше при использовании комбинированных, гибридных методов воздействия на обрабатываемую поверхность. При обработке некоторых фасонных деталей сложной формы больше внимания на финишных операциях, как правило, уделяется уменьшению шероховатости с соблюдением ранее достигнутых показателей размерной точности. Для этого зачастую используют абразивные инструменты на жесткой основе, размещая их в менее жесткой технологической системе. Для повышения эффективности процесса необходимо установить оптимальные режимы механической и электрохимической обработки деталей. При отсутствии возможности использования на начальном этапе промышленного оборудования для гибридных технологий, с учетом необходимости проведения модернизации имеющегося технологического оборудования для осуществления процесса электрохимического шлифования, целесообразно исследование указанного процесса производить путем его моделирования на устройствах-имитаторах. Цель работы: разработка устройства для исследования и моделирования процесса электрохимического шлифования токопроводящих деталей абразивными головками на металлической связке. Методика исследований. Для моделирования процесса электрохимического шлифования токопроводящих деталей абразивными головками на металлической связке нами было разработано специальное устройство. Оно позволяет производить базирование заготовки, инструмента, реализовывать процесс электрохимического шлифования, его кинематические и электрические условия – главное движение, линейное перемещение рабочих органов, механические и электрические режимы, а также позволяет обеспечить необходимые условия для реализации технологии и реализовать систему управления. Результаты и обсуждение. Для определения влияния механических режимов резания на шероховатость обработанной поверхности образца детали, изготовленного из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, проведены эмпирические исследования на спроектированном устройстве. Планирование и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием стандартной методики подготовки и проведения полного факторного эксперимента. Полученная модель позволяет определить рациональные механические режимы резания и оценить их влияние на качество обрабатываемой поверхности.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):93-105
pages 93-105 views
Прогнозирование качества получаемой при резании металлов поверхности в условиях роста изношенности инструмента
Лапшин В.П., Губанова А.А., Дудинов И.О.
Аннотация
Введение. Важнейшим фактором, определяющим эффективность обработки металлов резанием, является качество получаемой при резании поверхности детали. Качество поверхности детали напрямую зависит от вибрационной активности режущего инструмента, амплитуда которой зависит от сложной эволюционной динамики процесса резания. С учетом этого современная технология цифрового двойника, которая позволяет рассчитывать на виртуальных моделях прогнозные значения качества получаемой поверхности деталей, становится крайне актуальным способом повышения эффективности в системах управления металлообработкой. Цель работы: повышение точности прогнозирования системой цифрового двойника качества получаемой при резании поверхности обрабатываемых деталей в условиях роста износа режущего инструмента. В работе исследована динамика процесса обработки на токарном станке деталей из металла, а также математическая модель, описывающая динамику вибраций инструмента в условиях обработки металлов на станках токарной группы с учетом влияния термодинамической подсистемы системы резания. Методы исследования: экспериментальный, на базе авторского измерительного стенда с привлечением следующего оборудования: современного металлографического инвертированного микроскопа «ЛабоМет-И», вариант 4, с широкоугольными объективами 5/20 с линейным полем зрения 20 мм; цифровой камеры для микроскопов Ucam-1400 с матрицей размером 1,4´1,4 мкм; контурографа-профилогрофа T4HD. Математическое моделирование динамической системы резания выполнялось в среде Matlab, для чего авторами разработана специальная программа обработки данных. Результаты и обсуждение. Построены кривые изнашиваемости режущего инструмента, изменения показателей качества обработанной поверхности в функциях пути резания, а также в функции износа режущего инструмента. Определены показатели динамики, по которым можно осуществлять параметрическую идентификацию виртуальных моделей цифрового двойника. Определена структура этих моделей и осуществлена параметрическая идентификация. Произведено численное моделирование в среде Matlab, по результатам которого построена кривая изменения среднеарифметического показателя шероховатости при росте износа режущего инструмента. Проведена оценка сходимости результатов натурного и численного экспериментов, которая показала высокую достоверность возможного прогноза качества получаемых при резании деталей системой цифрового двойника.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):106-128
pages 106-128 views
Проектирование механизма гомогенизации
Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Садыкин А.В., Мартюшев Н.В., Лобанов Д.В., Пелемешко А.К., Попков А.С.
Аннотация
Введение. Производство пищевого оборудования преследует основную цель: создание технологического оборудования высокой эффективности, позволяющего повысить производительность труда при одновременном снижении энергетических затрат. Совершенствование существующего и создание нового высокопроизводительного оборудования для пищевого производства является одной из основных тенденцией развития современного машиностроения. Под гомогенизацией (буквально слово «гомогенизация» означает «повышение однородности») понимают процесс обработки эмульсий, который приводит к дроблению дисперсной фазы. Гомогенизация – это процесс измельчения жидких или пюреобразных пищевых продуктов за счет пропускания их с высокой скоростью и давлением через узкие кольцевые щели. Авторы предлагают для гомогенизации применить механизмы кулачкового типа. Они позволят более рационально распределить время на всасывание и нагнетание продукта. Возможность понижения скорости при нагнетании продукта будет положительно сказываться на процессе гомогенизации. Цель работы: снижение потребляемой мощности при гомогенизации. Методика исследований основывается на методах ТММ. Они позволили разработать методику синтеза механизма привода гомогенизатора и спроектировать машину, обеспечивающую ее работу в соответствии с предложенной цикловой диаграммой. Результаты и обсуждения. Синтез механизмов осуществлялся с учетом полезной нагрузки, которая была определена для существующих отечественных машин при получении плавленого сыра. Так, при заданной производительности 550 л/ч и диаметре плунжера, равном 28 мм, технологическое усилие составило F = 12 315 Н. В соответствии с предложениями авторов было проведено изменение конструкции гомогенизатора за счет внедрения кулачковых механизмов. При проектировании этого привода была предложена новая цикловая диаграмма, позволившая увеличить время на нагнетание продукта и уменьшить время на всасывание. Так, на нагнетание продукта предложено 280°, а на всасывание – 80° по цикловой диаграмме. При этом мощность на приводном валу получили равной Р = 2,5 кВт вместо 3,5 кВт для существующей конструкции, имеющей привод от кривошипно-шатунного механизма. В результате потребляемая мощность уменьшилась на 26 %.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):129-142
pages 129-142 views

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Повышение эксплуатационных свойств деталей из серого чугуна с помощью ионной имплантации
Усанова О.Ю., Рязанцева А.В., Вахрушева М.Ю., Модина М.А., Кузнецова Ю.С.
Аннотация
Введение. Существует широкий спектр методов для улучшения свойств чугуна при помощи разнообразных технологий. Пример таких методов – нанесение защитного покрытия TiN, нормализация чугуна, нанесение диффузионных карбидсодержащих покрытий и др. Однако эти методы имеют недостатки: изменение размеров после обработки, слабое сцепление покрытия с материалом подложки. В нашей работе мы рассмотрели один из наиболее перспективных и современных методов – ионную имплантацию. Целью работы является изучение влияния имплантации с различными дозами ионов азота (для определения оптимального режима) для изменения поверхностных и механических свойств чугуна. Методы. Образцы чугуна были имплантированы ионами азота различными дозами для выбора наиболее оптимального режима (оптимальной дозы имплантированных ионов азота как нитридообразующего элемента). Исследована микроструктура поверхности образцов чугуна после обработки с помощью сканирующего электронного микроскопа «Стереоскан S-180» при увеличении 2900, 5000 крат. Выполнен микродюрометрический анализ образцов с помощью металлографического микроскопа Neophot-2, оснащенного приставкой для измерения микротвердости, при нагрузке 10 г после имплантации образцов чугуна различными дозами ионов азота. Был также осуществлен рентгеноструктурный анализ на дифрактометре ДРОН-3 для определения фазового состава и тонкой структуры модифицированных образцов чугуна. Результаты и обсуждение. Ионная имплантация образцов чугуна значительно повышает микротвердость. Так, в результате проведенных исследований установлено, что наилучшие механические свойства (микротвердость) наблюдаются у образцов чугуна после имплантации ионами N+ с дозой 5⋅1017 ион/см2 и энергией 40 КэВ. Рентгеноструктурный анализ показал, что в результате имплантации ионами азота образуются нитриты Fe2N и Fe3N, а также наблюдаются изменения в тонкой структуре (средняя плотность дислокации и величина блоков мозаики).
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):143-154
pages 143-154 views
Получение нанокомпозиционного материала с матрицей на основе алюминиевого сплава Al-7Si методом механического замешивания в стальную литейную форму с переменной толщиной стенок и исследование его характеристик
Абдельазиз Х., Сабер Д.
Аннотация
Введение. Сплав Al-7Si является одним из ключевых алюминиевых сплавов, поскольку обладает удачным сочетанием литейных и механических свойств. Металломатричные композиты (ММК), армированные керамическими частицами, находят широкое применение в высокотехнологичных отраслях, таких как военная, автомобилестроительная, аэрокосмическая и электротехническая промышленность. Целями данного исследования являются: (1) изучение возможности получения композиционных материалов на основе сплава Al-7Si, армированных различным количеством наночастиц TiO2, с применением метода механического замешивания; (2) исследование влияния толщины стенки литейной формы на микроструктуру и механические свойства сплава Al-7Si в процессе затвердевания; (3) анализ влияния содержания армирующего компонента на механические свойства и износостойкость полученных композиционных материалов. Методология. Методом механического замешивания были изготовлены металломатричные композиционные материалы на основе сплава Al-7Si, содержащие 0, 2, 4 и 6 масс. % наночастиц TiO2. Для металлографических и механических испытаний были подготовлены цилиндрические образцы диаметром 15 мм и длиной 18 мм. Результаты и обсуждение. Установлено, что скорость затвердевания возрастает с увеличением толщины стенки литейной формы. Это приводит к росту скорости охлаждения и, как следствие, к формированию более мелкозернистой структуры. Микроструктура отливки демонстрирует изменение размера зерна от мелкого к крупному при переходе от внешней поверхности (прилегающей к внутренней стенке формы) к внутренней части отливки. В связи с этим микротвердость вблизи внутренней стенки формы оказывается выше. Измерения плотности показывают, что композиты с более высокой массовой долей армирующих частиц имеют большую пористость. В то же время результаты испытаний на твердость и износостойкость свидетельствуют о том, что увеличение содержания частиц TiO2 приводит к повышению твердости и значительному снижению скорости изнашивания композиционных материалов.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):155-171
pages 155-171 views
Разработка и исследование композиционных материалов из акрилата с ПЭЭК для изготовления имплантатов тазобедренного сустава методом аддитивного производства (DLP 3D-печать)
Дама Й., Джоги Б., Паваде Р., Пал Ш., Гаиквад Й.
Аннотация
Введение. Замена тазобедренного сустава является наиболее сложной и критически важной ортопедической операцией по сравнению с заменой коленного и плечевого суставов. За последние несколько десятилетий произошло значительное развитие технологии замены тазобедренного сустава, а различные биоматериалы были существенно усовершенствованы. Все больше операций по замене тазобедренного сустава проходят успешно, что помогает людям восстановить нормальную повседневную активность и трудовую деятельность, приближенную к состоянию до перелома. Однако необходимость повторной операции уже по замене имплантата у активных пациентов по-прежнему наблюдаются через несколько лет после первичной операции. Это подчеркивает необходимость разработки долговечных биоматериалов и индивидуализированных имплантатов тазобедренного сустава для снижения износа имплантата и риска вывиха. В данном исследовании разработан новый композиционный биоматериал на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) в акрилате с различным массовым содержанием ПЭЭК (0, 5 и 10 %) в акрилатном базовом материале. Проведены испытания для определения его свойств, биосовместимости и возможности 3D-печати. На основе разработанного материала методом 3D-печати изготовлены стержни (в соответствии со стандартом ASTM) для последующего изучения скорости изнашивания. Возможность использования разработанных композиционных материалов для изготовления эндопротезов также была тщательно исследована. Цель работы. Целью данного исследования является разработка и изучение нового композитного биоматериала на основе ПЭЭК в акрилате с различным массовым содержанием ПЭЭК (0, 5 и 10 %) в акрилатном базовом материале. В рамках исследования проведена оценка свойств, биосовместимости и возможности 3D-печати материала. На 3D-принтере с использованием технологии печати цифровым проектором (DLP) при комнатной температуре были напечатаны стержни, соответствующие стандарту ASTM. Проведено экспериментальное исследование износостойкости в условиях сухого трения скольжения полученных образцов для определения влияния массовой доли ПЭЭК на скорость изнашивания и прочность разработанного материала при трении о диск из стали SS 316. Для анализа структуры поверхности и распределения элементов в материале использовали сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) и энергодисперсионную спектроскопию (ЭДС). Методы исследования. Для 3D-печати стержней, соответствующих стандарту ASTM, и ацетабулярного вкладыша с различным массовым содержанием ПЭЭК в акрилате использовали технологию 3D-печати, основанную на спекании полимера цифровым светодиодным проектором (DLP). Испытания на сухое трение скольжения проводили с использованием машины трения, реализующей схему «стержень – диск». В ходе испытаний варьировали скорость вращения диска и нормальную нагрузку на стержень. Исследования были спланированы для определения влияния входных параметров на скорость изнашивания. Проведено 9 экспериментов на дистанции скольжения 4 км для каждого варианта массового содержания ПЭЭК. Диапазон нагрузки составлял 20…100 Н, а скорость скольжения варьировали от 450 до 750 об/мин. Структура поверхности и распределение элементов были проанализированы методами энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Результаты и обсуждение. Данное исследование демонстрирует преимущества варьирования массовой доли ПЭЭК в акрилате для биоматериалов, изготовленных методом DLP. Анализ результатов СЭМ, ЭДС и испытаний на изнашивание показал, что композит с 10 % масс. ПЭЭК в акрилате обладает превосходной микроструктурной целостностью, однородностью элементов и значительно более высокой износостойкостью. Композиционный материал из акрилата с 10 % масс. ПЭЭК, полученный с помощью DLP 3D-печати, пригоден для биомедицинских имплантатов и использования в здравоохранении.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):172-191
pages 172-191 views
Влияние деформационной термоциклической обработки и нормализации на механические свойства листовой стали 10
Прудников А.Н., Галачиева С.В., Абсадыков Б.Н., Шарипзянова Г.Х., Цыганко Е.Н., Иванцивский В.В.
Аннотация
Введение. В данной статье исследуется влияние деформационной термоциклической обработки (ДТЦО) и последующей нормализации на механические свойства и микроструктуру низкоуглеродистой стали марки 10. Низкоуглеродистые стали широко применяются в машиностроении благодаря высокой пластичности, однако традиционные методы термической обработки слабо влияют на их прочность. Сталь марки 10, с несколько повышенным содержанием углерода, более восприимчива к термообработке, что позволяет оптимизировать соотношение прочности и пластичности. Цель работы: определить оптимальные параметры ДТЦО и нормализации для достижения наилучшего сочетания механических свойств листовой стали марки 10. В работе исследованы образцы стали 10, произведенной на ОАО «НКМК». Методы исследования. Анализ химического состава выполнялся с использованием эмиссионного спектрометра ARL 4460. Образцы подвергались циклической ковке (ДТЦО) на гидравлическом прессе, а затем прокатке до толщины 3 мм. Механические свойства (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и сужение) определялись на испытательной машине Instron 3369. Результаты и обсуждение. Результаты показали, что ДТЦО приводит к измельчению зерна и снижению текстуры, что улучшает пластичность. Оптимальная температура нормализации составляет 900 °С, она обеспечивает наилучшее соотношение прочности и пластичности как для традиционно обработанной, так и для обработанной ДТЦО стали. При этом ДТЦО незначительно повышает прочность, но существенно увеличивает относительное удлинение (на 15 %) и относительное сужение (на 11 %). Последующая нормализация стали, подвергнутой ДТЦО, значительно повышает пластичность (более чем на 50 %) при умеренном снижении прочности. Полученные данные позволяют оптимизировать технологический процесс для достижения желаемого баланса свойств.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):192-202
pages 192-202 views
Исследование поведения в условиях изнашивания полифениленсульфидных (PPS) композиционных материалов, армированных стекловолокном и органической глиной
Бханавасе В., Джоги Б., Дама Й.
Аннотация
Введение. В данном исследовании изучается влияние ключевых рабочих параметров (нагрузки, скорости скольжения и пути скольжения) на поведение в условиях изнашивания композиционных материалов, изготовленных из 40 % стекловолокна и полифениленсульфида (PPS) с различным процентным содержанием бентонитовой глины по весу. Основная цель работы заключалась в оценке того, как различные экспериментальные условия влияют на характеристики изнашивания. Для достижения этой цели проводили эксперименты с использованием ортогональной матрицы L9 в соответствии с методом Тагучи при трех уровнях сложности. Трибологические испытания выполняли на установке, которая реализует схему трения «стержень – диск» в соответствии со стандартами ASTM G99 с шестью образцами материалов, содержащими различные процентные доли бентонитовой глины. Результаты показывают, что износ исходного образца увеличивается с ростом приложенной средней нагрузки. В отличие от этого образцы, содержащие бентонитовую глину, демонстрируют уменьшение износа с увеличением средней нагрузки. Кроме того, увеличение содержания бентонитовой глины приводит к значительному уменьшению износа, но дальнейшее увеличение до 7 % глины приводит к заметному увеличению износа. Методы исследования. В этом исследовании изучено влияние нагрузки, скорости скольжения и весовой доли бентонитовой глины на износ и коэффициент трения (COF) композиционного материала. Композиционные образцы с различным содержанием глины были испытаны с использованием установки, реализующей схему трения «стержень – диск», а износ и коэффициент трения измерялись как зависимые параметры. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) использовалась для анализа поверхностей износа после испытаний, чтобы определить влияние независимых параметров на механизмы изнашивания и морфологию поверхности. Результаты выявили важные направления в характере трения и изнашивания при различных условиях. Сравнительный анализ дал представление об оптимизации трибологических характеристик материала путем балансировки нагрузки, скорости и содержания глины. Результаты и обсуждение. В данном исследовании изучено влияние добавления бентонитовой глины на износостойкость композитов PPS + GF (полифениленсульфид + стекловолокно). Полученные данные показывают, что износ снижается до 3 % при первоначальном увеличении процентного содержания бентонитовой глины по весу, но вновь возрастает при дальнейшем увеличении содержания глины. Отмечено, что более высокое процентное содержание бентонитовой глины по весу приводит к увеличению удельной скорости изнашивания и снижению коэффициента трения из-за проявления абразивного механизма изнашивания, вызванного агломерацией глины. Наоборот, более низкое процентное содержание бентонитовой глины по весу способствует снижению скорости изнашивания, увеличивая при этом коэффициент трения. Эта работа направлена на решение двойной задачи: оптимизации характеристик и снижения себестоимости материалов, используемых в условиях трения и износа. Обоснование актуальности исследования. Цель этого исследования – разработать органический полимерный композиционный материал, обладающий улучшенными характеристиками и конкурентоспособный с точки зрения затрат и прибыли. Одной из ключевых задач является создание такого композиционного материала с использованием бентонитовой глины – органического и легкодоступного материала, который можно приобрести по низкой цене. Это позволит производить композит по конкурентоспособной цене без ущерба для качества. Другой целью исследования является замена существующих фрикционных материалов в тормозных системах и муфтах новым разработанным композитом, что потенциально улучшит их характеристики и долговечность. Помимо этого, работа направлена на создание композиционного материала, пригодного для использования в подшипниках скольжения, особенно работающих в агрессивных средах. Такой композит должен обладать повышенной устойчивостью к химическому разрушению, обеспечивая увеличенный срок службы и надежность в тяжелых условиях эксплуатации.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025;27(1):203-217
pages 203-217 views

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».