Materials. Technologies. Design

Влияние технологической наследственности на процесс ионно-плазменного азотирования в тлеющем разряде инструментальной стали Р6М5

2025-07-07T11:38:31+00:00

В данной работе представлены результаты определения влияния предварительного полирования на структуру и глубину упрочненного слоя после ионного азотирования в тлеющем разряде. Сухое электрополирование поверхности быстрорежущей стали Р6М5 при последующем ионном азотировании в тлеющем разряде способствует интенсификации диффузионных процессов и, как следствие, увеличению толщины диффузионного слоя при уменьшении нитридной зоны за счет повышения адсорбционной активности поверхности. Измерение микротвердости показало, что предварительное полирование позволяет получить более равномерный профиль распределения микротвердости по глубине поверхностного слоя за счет повышения диффузии азота в сердцевину образца. Применение сухого электрополирования поверхности быстрорежущей стали Р6М5 перед ионным азотированием в тлеющем разряде имеет перспективу для применения в инструментальной промышленности как самостоятельный метод упрочнения поверхности, так и в качестве предварительной обработки перед осаждением износостойкого покрытия, поскольку позволяет получать на обработанной поверхности упрочненный слой с более плавным градиентом твердости.

Влияние конструкционных параметров многослойных ионно-плазменных покрытий на их прочность и износостойкость

2025-04-07T11:32:31+00:00

В работе изложена методика исследования механических свойств многослойных ионно-плазменных покрытий царапанием (Scratch test), включающая в себя построение зависимостей контактного давления от нагрузки на полусферический алмазный индентор, определение максимального контактного давления и критических нагрузок разрушения. Приведены результаты микроскопического исследования покрытий и характера их разрушения, определены величины микротвердости (HV) и относительной износостойкости при газоабразивном изнашивании по методике ГОСТ 23.201‑78.

На основе экспериментальных данных установлена связь характеристик прочности и износостойкости с параметрами конструкции покрытия: состава материалов, толщины и количества слоев. Определена критическая (минимально необходимая) толщина нитридных слоев, при которой достигается значительное (до 2,5 раз) повышение стойкости исследуемых покрытий к хрупкому разрушению. Сделано предположение, что многослойные ионно-плазменные покрытия одновременно реализуют два механизма повышения износостойкости: сопротивление к образованию первичных (зародышевых) микротрещин и сдерживание их развития на границах металлических и нитридных слоев.

Полученные результаты могут быть использованы при выборе конструкции многослойных покрытий на основе титана, ванадия и их нитридов для упрочнения деталей из титановых сплавов, в частности рабочих лопаток компрессора стационарных газотурбинных установок и паровых турбин.

Проектирование и апробация электрофизических моделей для типовых технологических установок алмазодобывающего подземного рудника

2025-05-18T06:29:32+00:00

Промышленное производство в нашей стране является основным потребителем электрической энергии. В настоящее время электроэнергетические системы промышленных предприятий становятся более сложными и энергоемкими. Поэтому разработка и проектирование их электроэнергетических систем является затруднительной без применения программ компьютерного и имитационного моделирования. В работе рассмотрены вопросы, связанные с моделированием электроэнергетических и электротехнических систем. В качестве программы моделирования выбран пакет MatLab. Произведен расчет необходимых параметров для моделирования. В результате исследования спроектированы, разработаны и апробированы электрофизические модели типовых технологических установок алмазодобывающего подземного рудника, а именно решались следующие задачи: были изучены теоретические основы электропривода; выбраны соответствующие блоки из библиотеки моделирования; разработаны электрофизические модели трех типов двигателей; проанализированные полученные результаты и определены погрешности при моделировании. Обозначены наиболее эффективные системы электропривода для использования в технологических установках промышленных предприятий.

Исследование структуры изломов цилиндрических образцов алюминиевого сплава 6101 при статическом растяжении после стандартной термической обработки

2025-07-19T11:19:49+00:00

В данной работе проведено исследование структуры излома образцов сплава Al 6101 после статического растяжения до разрушения при комнатной температуре. Для улучшения упруго-пластических свойств применялись методы термозакалки и старения, что связано с изменением структуры, физико-механических свойств и фазового состава. В более ранних работах был показан фазовый состав сплава Al 6101. В данной работе это исследование дополнено новым результатом: рассматривались включения частиц на основе Fe по границам раздела ямок разрушения. Было показано их преобладающее большинство относительно других включений, что позволило сделать вывод об их влиянии на общий процесс разрушения как об одном из факторов, влияющих на непосредственное разрушение.

Апробация методики определения температурного интервала хрупкости сплава ЭП718 при моделировании сварки плавящимся электродом

2025-07-27T13:20:02+00:00

В статье представлена апробация расчетной методики определения температурного интервала хрупкости (ТИХ₂) при сварке сплава ЭП718, вызванного явлениями диффузионно-дислокационного характера, на основе численного моделирования термической задачи двухпроходной дуговой GMA-сварки. В качестве количественной меры для оценки вероятности трещинообразования в рассчитанном температурном интервале выбрано отношение приращения энергии дефекта упаковки к размеру этого интервала dγ/dT. Зоны сварных соединений, в которых наиболее вероятно возникновение околошовных горячих трещин, по результатам металлографического анализа совпадают с расчетной температурной областью интервала хрупкости (ТИХ₂) при численном моделировании термической задачи двухпроходной дуговой GMA-сварки в пакете ANSYS.

Исследование методом молекулярной динамики процессов образования дислокаций и областей разориентации в кристалле под воздействием лазерного импульса

2024-12-06T12:56:16+00:00

Известно, что воздействие лазерных импульсов на поверхность металла сопровождается такими процессами как локальный нагрев, плавление и даже испарение металла, что приводит к различным структурным изменениям поверхности. В частности под облученной поверхностью может наблюдаться протяженный дислокационный слой. Очевидно, что в связи с широким применением лазера в качестве инструмента обработки материалов исследование процессов, сопутствующих его воздействию, является актуальной задачей, которую, впрочем, не всегда удается решить исключительно экспериментальным путем и в данном случае требуется применение дополнительных методов исследования. В представленной работе методом молекулярной динамики изучаются структурные изменения, происходящие в монокристалле железа, подвергнутому относительной деформации различной величины, при моделируемом воздействии лазерного импульса. При построении модели предполагается, что подобное воздействие сопровождается лишь разогревом облученного материала до достаточно высоких температур. В ходе моделирования в расчетной ячейке возникала межфазная граница, которая является источником механических напряжений. Ее особенностью является наличие кривизны поверхности, приводящей к неравномерности распределения напряжений. Показано, что в результате последующей структурной релаксации в кристалле образуются дислокации, являющиеся откликом на внешнее воздействие, а по мере роста величины деформации формируются области разориентации. При этом для разориентации в данном случае не требуются большие деформации, а необходимо наличие жидкой фазы, а также избыточный свободный объем. Высказывается предположение, что возникновению дислокаций и областей разориентации также способствуют касательные напряжения, создаваемые межфазной границей.

Изучение влияния режимов нанесения на механические свойства износостойких покрытий на основе TiB2-AlSiY

2025-08-09T15:18:08+00:00

Работа посвящена исследованию влияния технологических режимов нанесения покрытий системы TiB₂-AlSiY, нанесенных методом вакуумно-дугового осаждения. Покрытия наносились с использованием режимов, включающих различное значение напряжения смещения, подаваемого на обрабатываемую деталь, с целью установить взаимосвязь между режимом нанесения и свойствами. После получения покрытий были проведены исследования и испытания образцов, включая изучение фазового состава образцов методом рентгеновской дифракции, исследование микротвердости образцов, трибологические исследования, склерометрия для изучения характера разрушения и критической нагрузки разрушения покрытия. Полученные покрытия обладают рядом выгодных свойств для применения в качестве защиты для режущего инструмента.

Применение генетического алгоритма для выбора энергий парных межатомных взаимодействий, обеспечивающих минимум энергии заданного бинарного упорядоченного сплава состава AnBm

2025-06-11T20:28:09+00:00

В работе представлена методика подбора парных межатомных потенциалов для бинарных металлических сплавов AₙBₘ с ГЦК-решёткой, учитывающая взаимодействия до пятой координационной сферы. Расширение радиуса взаимодействий необходимо для точного описания Фриделевских осцилляций, влияющих на энергию точечных дефектов, устойчивость упорядоченных фаз, кинетику пластической деформации и подвижность дислокаций. Прямой метод перебора параметров приводит к геометрическому росту числа независимых величин и экспоненциальному увеличению вычислительных затрат (≈10⁴⁵ вариантов при четырёхзначной точности), что делает такой подход непрактичным. Для эффективной оптимизации применён генетический алгоритм, обеспечивающий глобальный поиск в многомерном пространстве и сокращающий время оптимизации до секунд при сохранении точности и воспроизводимости. Проверка потенциалов проведена через моделирование вакансионной диффузии методом Монте-Карло (алгоритм Метрополиса) на двумерной решётке 15×40 при 100 °C; при этом были получены эвтектическая, шахматная и полосчатая структуры. Сочетание физически обоснованной многоканальной модели и эволюционного оптимизатора открывает новые возможности детального широкомасштабного исследования механизмов упорядочения и фазовой динамики многокомпонентных систем. Полученные результаты свидетельствуют о высокой точности и адаптивности разработанного подхода.