Том 26, № 3 (2024)

Введение. Современная нефтегазовая промышленность нуждается в разработке материалов высокой прочности для обсадных труб. Изменения в технологиях производства стального проката являются одной из актуальных задач. Снижение себестоимости обсадных труб из высококачественной стали становится серьезной задачей для нефтегазовой промышленности. Многофазные микроструктуры, содержащие игольчатый феррит или фазу с преобладанием игольчатого феррита, обладают хорошими комплексными свойствами в сталях HSLA. В настоящей статье основное внимание уделяется результатам, полученным с использованием современных методов термомеханической прокатки. Результаты и обсуждение. В данной работе проведен анализ характеристик технологий термомеханической прокатки и их влияния на микроструктуру стального проката для обсадных труб. Показано, что прогнозирование механических свойств на основе микроструктурных характеристик стали усложняется из-за большого количества задействованных параметров. Для этого необходима оптимальная микроструктура стали. Удовлетворительная микроструктура зависит от нескольких факторов, таких как химический состав, обработка горячей деформацией и ускоренное охлаждение. Легирующие элементы оказывают комплексное влияние на свойства стали, и обычно в состав стали вводят легирующие добавки. С металлургической точки зрения выбор легирующих элементов и металлургический процесс могут сильно повлиять на полученную микроструктуру. Заключение. В настоящем обзоре сообщается о наиболее репрезентативном исследовании, касающемся технологий термомеханической прокатки и микроструктурного фактора в сталях для обсадных труб. Он включает в себя сводку наиболее важных переменных процесса, свойств материалов, нормативных правил, а также характеристик микроструктуры и механических свойств металла для производства обсадных труб. Предполагается, что этот обзор поможет читателям с разным опытом, от неспециалистов по обработке металлов давлением или материаловедов до специалистов различных промышленных приложений и исследователей.

Введение. Операция шлифования рельсов используется на железнодорожном транспорте как превентивная мера образования и развития дефектов контактно-усталостного происхождения, волнообразного износа и деформаций поперечного профиля рельсов. В настоящее время АО «Калужский завод “Ремпутьмаш”» совместно с Сибирским государственным университетом путей сообщения ведет разработку нового рельсошлифовального поезда повышенной производительности – РШП 2.0, который превосходит существующие аналоги по производительности в 3,5 раза. В основу РШП 2.0 положена технология скоростного шлифования рельсов, для реализации которой требуется обеспечение скорости резания до 100 м/с. Вращение шлифовального круга задается электродвигателем. На сегодняшний день электропривода промышленного исполнения, способного реализовать требуемые характеристики (7000 об/мин, 45 кВт, 60 Н·м) не существует. Цель работы. Исследование режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода шлифовального круга, содержащего в качестве электродвигателя синхронный двигатель с постоянными магнитами и преобразователь частоты, питающий электродвигатель переменным напряжением повышенной частоты и обеспечивающий регулирование скорости шлифовального круга. Методы исследования. Для получения данных о работе нового электропривода в условиях, максимально приближенных к реальным режимам работы, и возможности реализации технологии скоростного шлифования проведены исследовательские испытания на специально разработанной рельсошлифовальной установке. Измерение частоты вращения шлифовального круга производилось лазерным тахометром «Мегеон 18005»; оценка съема металла после механической обработки осуществлялась профилографом рельсовым ПР-03; давление в пневмосистеме измерялось с помощью преобразователей давления измерительных ОВЕН ПД100И-ДИ1,6-111-0,5. Результаты и обсуждение. По результатам испытаний было установлено, что новый скоростной электропривод обладает повышенными эксплуатационными характеристиками за счет повышенной производительности и возможности регулирования скорости шлифовального круга, в результате этого обеспечивается необходимый съем металла с головки рельса при значительном увеличении скорости перемещения рельсошлифовального поезда.

Введение. В современном производстве жизненный цикл изделия включает в себя множество этапов, начиная от проектирования и заканчивая утилизацией. Одним из ключевых этапов является механическая обработка, качество и эффективность которой непосредственно влияют на долговечность и функциональность конечного продукта. В условиях высокой конкуренции и стремления к снижению себестоимости продукции актуальной задачей становится оптимизация процессов механической обработки. Одним из перспективных подходов является использование виброакустических сигналов для непрерывного мониторинга состояния оборудования и изделий. Предмет. В статье рассматриваются основные этапы жизненного цикла изделия с акцентом на мониторинг процессов механической обработки. Анализируются современные подходы к фильтрации виброакустических сигналов, включая применение быстрого преобразования Фурье и различных оконных функций, для улучшения точности анализа и выявления дефектов. Цель работы. Разработка алгоритма работы системы онлайн-мониторинга по контролю состояния режущего инструмента на основе создания цифровой тени с применением виброакустического комплекса. Основные решаемые задачи заключаются в установлении диапазонов применимости АЧХ акустических сигналов, оптимальных оконных функций и в установлении взаимосвязей степени износа режущего инструмента с результатами вибродиагностики и измерения шероховатости. Метод и методология. Рассматриваются методы фильтрации виброакустических сигналов и их применение в реальных производственных условиях. Особое внимание уделяется роли цифровых двойников в интеграции данных мониторинга и фильтрации, что позволяет создать виртуальную модель изделия для прогнозирования его поведения и оптимизации процессов на этапах жизненного цикла. Выполнено сравнение различных методов и технологий, проведен анализ практических примеров внедрения цифровых двойников в производственные процессы. Результаты и их обсуждение. Обобщены текущие исследования и практические наработки, выявлены существующие проблемы и предложены перспективные направления для дальнейших исследований в области мониторинга, фильтрации сигналов и применения цифровых двойников в механической обработке.

Введение. В работе представлены результаты исследования применения электрода-инструмента (ЭИ), изготовленного методом селективного лазерного сплавления из порошка мартенситностареющей стали MS1 для копировально-прошивной электроэрозионной обработки (КПЭЭО). Цель работы: экспериментальное исследование особенностей применения аддитивно изготовленных ЭИ при КПЭЭО ответственных изделий. Методы исследования. Изготовление образцов выполнялось на установке ReaLizer SLM 50. В качестве исходного материала использовался порошок MS1 сферической формы со средним размером частиц 30 мкм. Для отработки режимов и выбора образца ЭИ с наименьшим количеством поверхностных дефектов было отработано четыре режима изготовления, выбран наилучший образец для дальнейшего исследования. КПЭЭО проводилась на оборудовании EMT Smart CNC в среде трансформаторного масла. Образцы были установлены в зажим при прямой полярности и применялись в качестве ЭИ, в качестве электрода-детали служила пластина 12Х18Н10Т. Исследование проводилось с помощью факторного эксперимента (типа 23) с центром плана. Входные данные факторного эксперимента – сила тока I, А, напряжение U, Вт, время включения импульса Ton, мкс. Выходными параметрами являлись параметр шероховатости по Ra и γ – износ ЭИ. Измерение параметра шероховатости по Ra проводилось на установке Mahr Perthometer S2. Результаты и обсуждение. Методом СЛС изготовлены образцы ЭИ из порошка MS1, выбран наиболее качественный образец № 4 для КПЭЭО. Получены эмпирические уравнения, описывающие взаимосвязь параметра качества поверхности – шероховатости по Ra и γ – износа ЭИ, изготовленного из мартенситностареющей стали MS1, в зависимости от режимов КПЭЭО. На минимальном режиме при силе тока I = 4 А и напряжении U = 50 В износ ЭИ γ = 0,0063875 г. Максимальный износ ЭИ составляет γ = 0,13938 г при силе тока I = 8 А и напряжении U = 50 В. Установлено, что при постоянном времени включения импульса Ton = 75 мкс наименьшая шероховатость Ra = 2,83 мкм получена при силе тока I = 4 А и напряжении U = 100 В, а максимальная шероховатость составила Ra = 4,1568 мкм при I = 8 А и U = 100 В.

Введение. В настоящее время широко используются легкие и высокопрочные алюмоматричные композиты из-за их высоких механических и трибологических свойств. Алюмоматричный композит, армированный керамикой и промышленными отходами, способен изменять свое механико-химическое поведение. Цель работы: создать алюмоматричный композиционный материал с использованием керамических (первичных) и промышленных (вторичных) отходов, представленных красным шламом и золой скорлупы кокосового ореха соответственно. Массовая доля упрочняющей фазы варьировалась от 5 до 12,5 масс. % соответственно с остаточным массовым процентом алюминиевого сплава. Метод исследования. Методом литья с перемешиванием были приготовлены девять образцов композиционных материалов. Перемешивание осуществляли со скоростью от 50 до 100 об/мин в течение 20 минут при температуре 800 °С. Результаты и обсуждение. Твердость алюмоматричного композита исследовали при нагрузке на индентор 10, 15 и 20 кН. Для проведения дисперсионного (ANOVA) анализа и регрессионного анализа путем выбора массового процента красного шлама и массового процента золы из скорлупы кокосового ореха был выбран метод Тагучи с ортогональным массивом L27. В качестве входного параметра использовали нагрузку на индентор, а в качестве выходного параметра – характер изменения твердости. Были исследованы отношение сигнал/помеха, таблица откликов, контурная диаграмма и график нормальной вероятности, и обнаружено, что значения твердости улучшаются при добавлении как упрочняющих компонентов, так и нагрузки на индентор. Результаты показывают, что значение твердости варьируется от 33,34 до 53,44 HB, а влияние массового процента красного шлама было более значимым, чем нагрузки на индентор и массового процента золы из скорлупы кокосового ореха.

Статья содержит анализ исследований, связанных с монохроматизацией рентгеновского излучения (РИ) на станциях источников синхротронного излучения (СИ). Представлен обзор монохроматоров, основанных на явлении дифракции рентгеновского излучения на кристаллах, отражены особенности их технической реализации. Даны представления о монохроматорах, в состав которых входят многослойные структуры. Отражены технические проблемы, возникающие при конструировании приборов, и представлены возможные решения. Введение. Описаны возможности использования рентгеновского излучения при проведении научных исследований. Отмечена высокая эффективность источников синхротронного излучения, дана их характеристика. Элементарные сведения о дифракции рентгеновского излучения. Описаны свойства рентгеновского излучения и возможности его использования при исследовании различных материалов. Степень монохроматичности. Важной характеристикой СИ является степень монохроматичности. В зависимости от ширины полосы длин волн выделяют «белый», «розовый» и монохроматический пучки. Для получения «розовых» пучков применяют монохроматоры на основе многослойных структур. Монохроматическое излучение формируется с использованием монокристаллов. При проведении экспериментов с «белыми» пучками монохроматор не используется. Описаны факторы, нарушающие идеальное выполнение условия Вульфа – Брэгга и влияющие на степень монохроматичности (действие тепла, вибрации). Отмечается, что значения отражательной способности при разных углах скольжения пучка имеют различную ширину. Монохроматоры на основе многослойных структур. Периодические структуры, сочетающие тонкие слои из двух разнородных материалов, позволяют получать «розовые» пучки. Полоса пропускания длин волн в таких приборах на один-два порядка больше, чем у монохроматоров, где в качестве оптических элементов используются кристаллы. Конфигурации и геометрия оптических элементов. Различают два вида дифракции РИ на кристалле – дифракцию Брэгга и дифракцию Лауэ. Дифракцию Брэгга относят к отражательной геометрии, дифракция Лауэ основана на прохождении лучей сквозь кристалл. В разделе приведены примеры монохроматоров с различной конфигурацией кристаллов и рентгеновских зеркал. Расположение оптических элементов в монохроматоре играет важную роль в геометрии хода лучей. Проектируя монохроматоры, необходимо учитывать методы фиксации и ориентацию осей вращения оптических элементов. Приведены примеры монохроматоров с различной конфигурацией кристаллов и рентгеновских зеркал. Фокусирующие монохроматоры. Изгибая оптический элемент монохроматора, возможно обеспечить сагиттальный и меридиональный типы деформации. За счет искривленной поверхности кристалла пучок не только монохроматизируется, но и подвергается фокусировке. Современные фокусирующие монохроматоры оснащаются элементами адаптивности, позволяющими изменять радиус кривизны оптического элемента. Приведены примеры практической реализации подобных монохроматоров. Тепловая нагрузка СИ на оптические элементы. СИ характеризуется высокой яркостью и широким спектром излучаемых длин волн. В процессе эксплуатации оптические элементы станций СИ поглощают большое количество тепловой мощности. Проблемы теплоотвода оказывают принципиальное влияние на качество монохроматизации синхротронного излучения. Дополнительно о монохроматорах. Представлены примеры особых конструктивных решений монохроматоров. Заключение. Конструирование монохроматоров актуально для строящегося в Новосибирске источника синхротронного излучения 4+ СКИФ.

Введение. Изучены многослойные высокотемпературные покрытия, полученные при помощи плазменного напыления. Комбинация слоев разного химического и фазового состава позволила повысить износостойкость в 1,5–2,0 раза. Цель работы: исследование влияния химического состава напыляемых покрытий на фазовый состав, структуру, микромеханические и трибологические характеристики в условиях сухого трения скольжения поверхностных слоев. Материалы и методы исследования. Покрытия А и Б состоят из последовательно нанесенных слоев. Первый и второй слой наносили в восстановительной атмосфере. Первый слой – жаростойкие самофлюсующиеся порошки двух систем: состав 1 – Fe-Cr-Si-Mn-B-C в покрытии А; состав 2 – Fe-Ni-Si-Mn-B-C в покрытии Б. Второй слой – смесь самофлюсующегося порошка с порошком железа в соотношении 1:1. Третий слой получали напылением порошка железа в окислительной атмосфере для формирования металлооксидного покрытия. Для создания слоя окалины на поверхности образцы с покрытием подвергали высокотемпературному отжигу при температуре 1000 °. Химический состав и характер распределения элементов по толщине покрытий установлены методом микрорентгеноспектрального анализа на сканирующем электронном микроскопе TWSCAN с энергодисперсионной приставкой Oxford. Микротвердость и микромеханические свойства изучены на инструментальном микротвердомере системы Fischerscope HM2000 XYm при нагрузке 0,980 Н. Определение трибологических свойств было выполнено на лабораторной установке по схеме «палец – диск» при нагрузках 30, 75, 100 и 130 Н. Для измерения параметров шероховатости и получения 3D-профилометрии поверхностей после испытаний использовали бесконтактный профилометр-профилограф Optical profiling system Veeco WYKO NT 1100. Результаты и обсуждение. Металлографические исследования показали, что сформированные многослойные покрытия состоят из внутреннего металлического слоя и внешнего оксидного слоя с общей толщиной всего покрытия до 800…850 мкм. Установлено, что наибольшим уровнем микротвердости обладает первый напыляемый слой, это обусловлено высокой объемной долей, содержащихся в нем упрочняющих фаз (~95 %). Показано, что покрытие А обладает повышенной износостойкостью, которая выражена минимальной потерей массы (примерно в 1,5 раза меньше, чем у покрытия Б), коэффициент трения составил f = 0,3 для покрытия А и f = 0,4 для покрытия Б. Исследование поверхностей изнашивания показало, что при всех выбранных нагрузках испытаний в условиях трения скольжения покрытия обоих типов сохранились, даже при максимальной нагрузке 130 Н.

Введение. В последние десятилетия интерметаллиды системы Ni-Al заняли особое место как высокотемпературные функциональные покрытия, применяемые в аэрокосмической промышленности. В качестве основных методов их нанесения используют высокоскоростное кислородно-топливное и воздушно-топливное напыление (HVOF и HVAF), атмосферное плазменное напыление (APS), а также его модификацию – метод HV-APS, для которого характерна сверхзвуковая скорость плазменного потока. Система Ni-Al достаточно интересна для изучения, поскольку в ней возможно образование восьми различных интерметаллидов, а также мартенсита, который при последующем нагреве распадается. Цель работы: исследовать особенности мартенситной структуры в HV-APS-покрытиях, а также установить влияние температуры нагрева на его распад. Материалы и методики. Ni-Al-покрытия наносили методом HV-APS на подложку из низкоуглеродистой стали. Исследования тонкой структуры покрытий проводили при помощи просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Кроме того, анализировали структурные превращения, протекающие в покрытиях, после нагрева в печи при температурах от 300 до 600 °С. Результаты и обсуждение. Показано, что в HV-APS-покрытиях формируется два типа частиц: с дендритным и зёренным строением. Структура HV-APS-покрытий в основном представляет собой частицы с двухфазным зёренным строением (зёрна NiхAl1-х и γ′-Ni3Al). При охлаждении материала покрытий только зёрна фазы NiхAl1-х испытывают мартенситное превращение. Выявлено, что в крупных зёрнах (размерами более 500 нм) мартенсит имеет пластинчатое строение, мелкие зёрна полностью трансформируются в одну мартенситную пластину. Кроме того, в покрытиях встречаются зёрна, в которых пластины мартенсита (NiхAl1-х) и β-фазы чередуются. В работе показано поведение мартенситных пластин при столкновении друг с другом, а также с фазой γ′-Ni3Al. Выявлено, что при нагреве до 400 °С в отдельных зёрнах начинается распад мартенсита с выделением вторичной фазы. После отпуска при 600 °С весь мартенсит распадается.