Экспериментальные исследования структуры и механических свойств элементов судовой арматуры из алюминиевой бронзы после деформационного и лазерного воздействия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Смаковский Михаил Сергеевич

• Смаковский Михаил Сергеевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Смаковский Михаил Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Аналитический обзор. Выбор направлений исследований

1.1 Особенности конструкций судовой трубопроводной арматуры

1.2 Основные положения и пути совершенствования поверхностной упрочняющей обработки металлических материалов. Эволюция структуры и изменение механических свойств при поверхностном упрочнении

1.3 Методы поверхностного упрочнения материалов

1.4 Интенсивная пластическая деформация методом равноканального углового прессования

1.5 Анализ литературного обзора. Постановка цели исследования

Выводы к главе

Глава 2 Экспериментальные методики определения свойств материалов

2.1 Стандартные квазистатические механические испытания

2.2 Определение динамических характеристик материалов на растяжение на разрезном стержне Гопкинсона

2.3 Металлография и фрактография образцов

2.4 Мультифрактальный формализм при описании структуры материалов

2.5 Методика анализа фазового состава безоловянной бронзы методом рентгеновской дифрактометрии

Основные результаты и выводы к главе

Глава 3 Поверхностное упрочнение алюминиевой бронзы

3.1 Раскатывание внутренних цилиндрических поверхностей изделий

3.2 Электродуговая наплавка боридного покрытия

3.2.1 Нанесение износостойкого и коррозионностойкого покрытия на элементы арматуры из алюминиевой бронзы методом электро-дуговой наплавки

3.3 Комплексные исследования образцов с наплавленной поверхностью

3.4 Лазерное легирование и лазерная закалка поверхности элементов арматуры из алюминиевой бронзы

3.4.1 Математическое моделирование воздействия лазерного излучения на поверхность алюминиевой бронзы

3.4.2 Лазерная обработка плоских поверхностей из алюминиевой бронзы.. 83 3.5 Динамические механические испытания образцов с обработанной

поверхностью

Выводы к главе

Глава 4. Равноканальное угловое прессование алюминиевой бронзы

4.1 Выбор технологических режимов РКУП

4.2 Результаты динамических испытаний образцов после РКУП

4.3 Микроструктурные исследования испытанных образцов с использованием мультифрактального анализа

Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальные исследования структуры и механических свойств элементов судовой арматуры из алюминиевой бронзы после деформационного и лазерного воздействия»

Актуальность темы исследования

Современный этап мирового промышленного развития характеризуется широким внедрением новых материалов и эффективных технологических процессов, основанных на новейших достижениях прикладных наук. В первую очередь это связано с требованиями увеличения срока службы различных технических устройств, машин, агрегатов и их конструктивных элементов. Так, например, предъявляются повышенные требования по износостойкости, надёжности и экономичности к запорной судовой трубопроводной арматуре (седла и тарелки клапанов и задвижек, пробки шаровые, вентили, затворы, золотники, шиберы, заслонки и др.). Кроме того, такая же запорная трубопроводная арматура широко применяется в химической, газодобывающей, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностях, в металлургии и атомной энергетике.

Работа судовой запорной трубопроводной арматуры (ЗТА) во многом обеспечивает безопасность и эффективность работы вспомогательных механизмов и технологических систем, обеспечивающих нормальную техническую эксплуатацию главной корабельной силовой установки и общесудовых систем и устройств, являющихся их составной частью.

Одна из главных задач, без решения которой невозможно дальнейшее интенсивное развитие арматуростроения: повышение прочности и износостойкости арматуры и, как следствие, повышение долговечности и снижение издержек на её техническое обслуживание и ремонт. Решение данной задачи может быть связано как с формированием на поверхности элементов арматуры слоев, уровень свойств (прочностных, типологических и др.) которых значительно превышает характеристики основного материала, так и с увеличением механических параметров материала в объеме, которые в целом определяют эксплуатационные свойства изделий. При этом обеспечение

требуемого комплекса прочностных и пластических свойств материалов, связанное с различными технологиями поверхностного или объёмного упрочнения, требует понимания природы физических процессов, протекающих в них при обработке.

Широкое распространение для изготовления элементов судовой запорной трубопроводной арматуры получила алюминиевая бронза марки БрАЖНМц 9-44-1, которая отличается высокой коррозионной стойкостью к морской среде. Однако она обладает недостаточной износостойкостью в условиях работы трения металла о металл. Поэтому для повышения стойкости к износу, в значительной мере зависящей, как от микротвёрдости поверхностного слоя и его микроструктуры и бронзы в целом, так и от строения, свойств отдельных структурных составляющих её основы и различного рода упрочняющих фаз применяются различные технологии упрочнения поверхностного слоя. Упрочняющие технологии, как правило, связаны либо с его деформированием, либо с тепловым воздействием: раскатка и накатка цилиндрических поверхностей, создание износостойкого и коррозионностойкого покрытия методом электро-дуговой наплавки, модифицирование поверхностного слоя высокоэнергетическими методами и др. Следует также отметить, что элементы судовой арматуры достаточно часто подвергаются ударным нагрузкам, а это вынуждает обеспечивать их прочность в целом. В этом плане необходимо развивать технологический процессы изготовления заготовок для элементов ЗТА, связанные с объёмным деформированием и позволяющие одновременно обеспечивать высокую износостойкость и прочность в целом.

Однако в современной литературе не представлены данные о структурно-фазовых преобразованиях, происходящих в процессе формирования упрочнённых поверхностных слоёв бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1, и отсутствуют данные о её механических свойствах в целом после применения упрочняющих технологий на основе деформационного и высокоэнергетического теплового воздействия. Таким образом, актуальность диссертационной работы, посвящённой

исследованию закономерностей формирования структуры и механических свойств алюминиевой бронзы, в том числе и динамических, в условиях объёмного и поверхностного деформирования, а также при высокоэнергетических воздействиях, несомненна как с прикладной, так и с фундаментальной точек зрения.

Степень разработанности темы исследования

Алюминиевая бронза марки БрАЖНМц 9-4-4-1 получила широкое распространение в судовом арматуростроении в силу своей высокой коррозионной стойкости. Однако её износостойкость обеспечивается в основном только за счёт упрочнения поверхностного слоя методами пластического деформирования (раскатка, накатка), которые были разработаны в середине двадцатого века и, в целом, данные методы достаточно хорошо обобщены в справочной литературе (А.Г. Косилова и Р.К. Мещеряков, 1986 г; Л.В. Одинцов, 1987 г.). Что касается микроструктурных аспектов указанных методов применительно к алюминиевой бронзе, то такие сведения в отечественной и зарубежной литературе отсутствуют. То же самое касается и наплавочных методов и наплавочных материалов, несмотря на то, что в известной монографии Хасуи А., Маригаки О. (1985 г.) достаточно подробно изложены технологические аспекты электро-дуговой наплавки в ней отсутствуют данные по наплавочным материалам с высокой коррозионной стойкостью (не менее, чем у бронзы) к морской среде.

В последние годы широкое распространение получило лазерное легирование поверхностей деталей из различных материалов, в том числе и из алюминиевой бронзы (А.В. Кузнецов, Савенков Г.Г., 2018- 2019гг.), но сведения по лазерному легированию металло-матричными композитами бронзовых деталей и его микроструктурным аспектам в литературе отсутствуют.

Работы по равноканальному угловому прессованию (РКУП), как методу объёмного упрочнения путём интенсивной пластической деформации, велись в СССР и ведутся в России (Р.З. Валиев и другие), но автор не нашёл ни одной

работы, касающейся РКУП образцов бронзы, аналогичное замечание относится и к деформированию бронзы при воздействии электрического тока. Достаточно малое количество работ связано с изучением влияния скорости деформации на свойства материалов после РКУП.

Таким образом, вышеперечисленные обстоятельства свидетельствуют о целесообразности проведения глубоких структурных исследований поверхностных слоев алюминиевой бронзы после их упрочнения и изучения её свойств (после упрочняющей обработки) в условиях динамического нагружения.

Цели и задачи работы

Целью работы является повышение физико-механических свойств, изучение влияния структуры и фазового состава элементов ЗСТА из алюминиевой бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1 при деформационном и лазерном воздействиях.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Установить влияние основных технологических параметров процессов раскатки внутренних цилиндрических поверхностей, РКУП, электро-дуговой наплавки, лазерной закалки и лазерного легирования на процесс формирования структуры алюминиевой бронзы.

2. Определить рациональные технологические параметры процессов, электродуговой наплавки, лазерной закалки и лазерного легирования электродуговой наплавки боридного покрытия, РКУП, обеспечивающих повышение механических свойств.

3. Определить зависимости микротвёрдости, глубины упрочненного слоя и микроструктуры от рецептуры присадок и технологических параметров при лазерном легировании и упрочнении бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1;

4. Экспериментально исследовать влияние скорости деформации (в пределах 10-3 до 5 103 с-1) на механические свойства бронзы марки БрАЖНМц 94-4-1 после лазерного воздействия и РКУП.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлено, что при раскатке внутренних цилиндрических поверхностей бронзовых деталей упрочнённая зона состоит из нескольких слоев с разной микроструктурой, которая при высоких сжимающих (и соответственно, сдвиговых) приводит к завихрённости материала и является аналогом вихревой структуры в пристеночном слое при движении жидкости с критическим числом Рейнольдса;

2. Экспериментально установлено, что эффективность использования боридной обмазки при электродуговой наплавке на детали из бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 зависит как от количественного содержания в обмазке карбида бора, так и от толщины обмазочного слоя электрода;

3. Лазерное легирование (параметры лазерного излучения: плотность мощности 1014 Вт/м2, длительность импульса t = 40 нс, частота следования импульсов / = 20 кГц) поверхности деталей из бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 смесью порошков молибдена и графита позволяет получить значения микротвёрдости алюминиевой бронзы, более, чем в два раза превосходящие её исходные значения;

4. Установлено, что в результате равноканального углового прессования образцов алюминиевой бронзы по сравнению с исходным состоянием повышается динамический предел текучести (на 15 - 25%) и понижается относительное удлинение (на 35 - 80%), при этом предел прочности и относительное сужение практически не меняются.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

1. Разработанные технологические режимы электродуговой наплавки и параметры обмазочного слоя внедрены на машиностроительных заводах «Армалит» и «Аскольд» г. Арсеньев Приморского края и, могут быть внедрены в технологическом цикле изготовления ЗСТА из бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 на промышленных предприятиях по производству ЗСТА и ЗТА;

2. Разработанный режим лазерной обработки поверхности деталей из бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 может использоваться на предприятиях машиностроительного комплекса РФ для увеличения износостойкости деталей.

3. Полученные механические характеристики (в пределах 10-3 до 5 103 с-1) бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 могут быть рекомендованы для конструкторских и научно-исследовательских организаций, занимающихся проектированием новой, перспективной ЗТА при расчётах напряжённо-деформированного состояния конструкций.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Выявленные закономерности формирования структурного состояния на внутренних поверхностях корпусных деталей из бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 при раскатке, связанные с образованием мелкого зерна в 1,5 - 2 раза по сравнению с зерном исходной структуры, а также их поворотом на угол 90°;

2. Установленные рациональные технологические параметры (сила тока 150 А, напряжение 19 В, полярность обратная, расход аргона 4-5 л/мин, толщина обмазочного слоя 0,065 - 0,130 мм) режима электро-дуговой наплавки боридного покрытия позволяют достичь повышения твердости поверхностного слоя на 30% за счет изменений его фазового состава и микроструктуры;

3. Обоснованные практические рекомендации рецептурного состава присадок (смесь порошков молибдена и графита, порошок алюминия) и технологических параметров режимов (скорость сканирования, коэффициент перекрытия) при лазерном легировании и лазерной закалке бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 позволяют повысить микротвёрдость поверхностного слоя образцов на 50%;

4. Установлено, что после лазерной обработки (закалки и легирования) и РКУП элементов ЗСТА из БрАЖНМц 9-4-4-1 обеспечивается повышение динамического предела текучести (на 15 - 25%) и понижение относительного удлинения (на 35 - 80%), при сохранении предела прочности и относительного сужения на исходном уровне.

Личный вклад автора заключался в формулировании задач диссертационного исследования, обработке и анализе результатов расчётов и экспериментов, а также непосредственно участии в ряде экспериментов.

Степень достоверности и апробация результатов работы

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием комплекса современных независимых апробированных методов и сертифицированных средств исследования структуры материалов их механических свойств, анализом полученных данных, воспроизводимостью результатов, а также их апробацией на практике.

Основные результаты были представлены и получили одобрение на следующих конференциях и симпозиумах: Международная конференция PAAMES/AMEC (Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 20 - 22.сентября 2021 г.); Международный симпозиум «Перспективные материалы и технологии» (Минск, 23 - 27 августа2021 г.); 49-я научно-техническая конференция «Проектирование систем» (Москва, МГТУ им. Н.Э Баумана, 03 - 05 февраля 2022 г.); Международная научная конференция «Актуальные проблемы прочности». (Витебск, 23 - 27 мая 2022 г.), L International Conference "Advanced Problems in Mechanics" (June 20-24, 2022, St. Petersburg, Russia).

По материалам диссертации опубликовано 1 2 научных печатных работ, из них: 1 статья в зарубежном журнале, входящим во вторую квартиль международной базы данных Scopus, 8 статей в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ (в том числе, 3 статьи в журналах, входящих в базу данных Scopus и Web of Science,), 1 статья - в прочих журналах, 2 печатные работы- в сборниках тезисов/трудов международных научных конференций.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, 4 приложений, списка литературы. Общий объем работы - 144 страницы, включает 79 рисунков, 8 таблиц, список литературы, состоящий из 114 наименований.

Глава 1 Аналитический обзор. Выбор направлений исследований

1.1 Особенности конструкций судовой трубопроводной арматуры

Функционирование системы судовых (корабельных) трубопроводов обеспечивается за счёт арматуры, встроенную в эту систему и при помощи которой осуществляется пуск, включение и выключение отдельных участков трубопроводов, изменение режима работы систем, регулирование давления жидкой среды и т. д. [1].

Переходя к классификации арматуры, положим в её основу назначение арматуры и способ её изготовления (кроме того, арматуру можно было бы классифицировать и по принципу управления и действия).

По назначению арматуру судовых трубопроводных систем подразделяют на следующие основные группы [1]:

1. Запорно-переключающая (предназначена для перекрытия потока жидкости, с её помощью производят включения, отключения и переключения трубопроводов и механизмов систем) - клапаны, задвижки (клинкеты), краны, клапанные коробки, заслонки;

2. Предохранительная (служит для предотвращения повышения давления в трубопроводе сверх нормального) - предохранительные клапаны, приемные сетки, фильтры;

3. Арматура, пропускающая жидкость только в одном направлении: невозвратные и невозвратно-запорные клапаны, захлопки;

4. Регулирующая - редукционные и дроссельные клапаны, манипуляторы;

5. Специальная - кингстоны (задвижки или клапаны, перекрывающие доступ в корабельную систему, сообщающуюся с забортной водой), пожарные рожки (краны), донные клинкеты и др.

По способу изготовления арматура бывает литая, сварная и штампованная.

Арматуру судовых систем изготавливают из различных марок чугунов и сталей (в том числе нержавеющих), цветных металлов и сплавов (латуни, бронзы различных марок, титановых сплавов и др.). Арматура, работающая в морской воде, как правило, изготавливается из алюминиевой безоловянной бронзы различных марок, например, БрАЖНМц 9-4-41 или титановых сплавов, например, сплав 3М. Для арматуры, работающей в условиях кавитационного изнашивания, которое создают струи жидкости в момент захлопывания пузырьков газа или воздуха [2], широко применяют сталь 08Х18Н10Т [3].

Как известно, эксплуатационными свойствам (ЭС) как отдельных исполнительных поверхностей, так и элементов изделий в целом принято называть их свойства, способствующие выполнению изделием (или его элементом) заданных функций при заданном ресурсе и условиях эксплуатации. Правильно определенные при конструировании и технологически обеспеченные ЭС гарантируют высокое эксплуатационное качество изделия (в нашем случае это элементы арматуры) в целом [4]. Рассмотрим основные ЭС элементов судовой арматуры.

Р днешней среды

Рисунок 1.1 - Кингстон типа РN 40

Элементы судовой арматуры практически постоянно подвергаются действию проточной морской воды со скоростью потока до 10 м/с, на них также воздействуют подвижные, неподвижные и периодические силовые нагрузки, гидроудары и некоторые другие виды ударных и вибрационных нагрузок. На рисунках 1.1 и 1.2 приведены конструкции кингстонов, которые являются неотъемлемой частью арматуры любых подводных аппаратов и кораблей. Практически все кингстоны имеют ряд недостатков, которые приводят к их достаточно частому выходу из строя, а именно: проточная часть кингстона имеет сложную конфигурацию, с элементами, в которых застревают водоросли и длинномерные частицы. Поток среды охватывает шток и наматывает на него такие предметы. Промывка системы или прокачка среды через кингстон не устраняет загрязнение. При неоднократных срабатываниях кингстона с целью сломать или разрушить предмет, попавший в зону уплотнения, конструкция испытывает не расчетные нагрузки - изгиб и растяжение штока. В результате происходит заклинивание и разрыв штока.

На рисунке 1.3. приведена конструкция серийного клапана бортового с гидроприводом и ручным управлением ИПЛТ.492211.021-01(587-35.9225-01).

Кроме необходимого сопротивления действию различных нагрузок к элементам арматуры предъявляются требования по высокой коррозионной стойкости и высокой износостойкости, а для запорной арматуры, кроме указанных требований, предъявляются и повышенные требования по герметичности. Кроме того, в связи с ускоренным освоением арктического шельфа России появились специфические требования к технологии изготовления и к конструкциям корпусных деталей запорной арматуры, работающей в арктической зоне [5]. Решение проблем, связанных с обеспечением вышеперечисленных требований, является крупной научной и технологической задачей.

Высокая коррозионная стойкость материалов элементов арматуры (ЭА) связана, в частности, и с тем, что последние находятся не просто под действием агрессивной морской среды, а под действием движущейся со скоростью 5 - 10 м/с морской воды. Это приводит к возникновению так называемой кавитационной коррозии, способствующей ускоренному разрушению металлов. В рамках глобального критерия «эффективность - стоимость» материалы, применяющиеся для изготовления ЭА, не являются материалами уникального типа. По большей части они относятся, как было сказано выше, к классу широко используемых в подводно-надводном судостроении металлов и сплавов (углеродистые стали, нержавеющие стали 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, титановый сплав 3М, различные марки безоловяностой бронзы (вышеупомянутая бронза БрАЖНМц 9-4-4-1), высокопрочные чугуны). Поэтому выполнение двух первых вышеуказанных требований по коррозионной стойкости и износостойкости обеспечивается, как правило, за счёт нанесения антикоррозионных покрытий (не лакокрасочного типа) и обеспечения высокого качества поверхности и высокой микро-макротвёрдости её материала.

. , г Узел сигнализации конечных положении Рцчнвидутвр -у

Тарелка/ ^

Р бнешнеи среды Рисунок 1.3 - Клапан бортовой

Для повышения коррозионной стойкости углеродистых сталей применяются азотирование (различного вида) поверхности деталей и некоторые виды защитных гальванических (катодных) покрытий.

Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости, а также повышения надёжности элементов судовой арматуры, в целом, и изготавливаемых из других видов металлов, и сплавов, в настоящее время широкое применение нашли методы газотермического напыления. К таким методам относятся: детонационное напыление; холодное газодинамическое напыление композиционных порошков, высокоскоростное порошковое напыление; плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующих газов, как аргон, гелий, воздух; газоплазменное напыление, а также электродуговая металлизация и наплавка.

Полагают [6, 7, 8], что эти методы имеют существенное преимущество перед гальваническими покрытиями: повышенную устойчивость к коррозии, истиранию, ударам, более высокая долговечность и надёжность и, наконец, более низкая стоимость. Кроме того, технологические процессы газотермического напыления обладают большей экологической чистотой по отношению к гальваническим покрытиям. Однако у них имеются и недостатки: низкая производительность, достаточно высокая пористость, неравномерность толщины покрытия.

В настоящее время достаточно бурно развиваются и другие виды создания антикоррозионностойких, износостойких и упрочняющих состояний поверхности различных изделий и элементов судовой арматуры в том числе.

Для обеспечения требования по герметичности применяются в основном три метода:

- силовой, основанный на контактном давлении герметизации в уплотнении запорного элемента;

- размерно-геометрический, опирающийся на оптимизацию выбора исходных значений метрических параметров уплотнения, учитывающий закономерности формирования межуплотнительного пространства, позволяющих обеспечивать необходимые его размеры;

- конструктивный, базирующийся на разработке новых конструкций, которые автоматически обеспечивают герметичность.

1.2 Основные положения и пути совершенствования поверхностной упрочняющей обработки металлических материалов. Эволюция структуры и изменение механических свойств при поверхностном упрочнении

В настоящей работе мы не будем рассматривать методы химико-термической обработки поверхности металлических материалов, такие как, например, нитроцементация, азотирование, низкотемпературное цианирование,

карбонитрация в печах или соляных ваннах и некоторые другие. Эти методы достаточно давно (более полувека) используются как в отечественной, так и в мировой промышленности и в настоящее время считаются классическими. Мы также не будем рассматривать классические термические закалочные методы объёмного упрочнения, существующие не одну сотню лет.

Более подробно остановимся на упрочняющей обработке приповерхностного слоя, которая изменяет его структуру и существенно улучшает его свойства [9, 10]. Улучшение свойств тонких приповерхностных слоев твердых тел применительно к разным условиям деформирования связано в первую очередь с их исключительной ролью в условиях промышленной эксплуатации различных изделий из конструкционных металлических материалов.

Исключительная роль приповерхностных слоев объясняется тем, что они принимают большое участие в формировании прочностных свойств металлических материалов в целом, поскольку в самых тонких приповерхностных слоях реализуются аномально облегченные энергетические условия деформации. Поэтому прочность этих слоев должна иметь более высокие значения по сравнению с остальным объёмом материала. Влияние поверхности сказывается как при хрупком объемном разрушении (прочность прямо пропорциональна поверхностной энергии), так и при вязком разрушении (снижение поверхностной энергии приводит к уменьшению величины критического напряжения, инициирующего разрушение) [11].

Для полного понимания протекающих в приповерхностном слое материала процессов в условиях эксплуатации, прежде всего, необходимо дать определение приповерхностного слоя материала твёрдого тела (элемента изделия). Приповерхностный слой материала элемента изделия - это слой, у которого структура, физико-химические и физико-механические свойства отличаются от основного объема материала, но являются неотъемлемой частью твердого тела, и во многих случаях влияют на служебные характеристики материалов и изделий из

них в условиях внешних эксплуатационных воздействий [12, 13]. Приповерхностный слой материала является открытой нелинейной системой, которая постоянно обменивается веществом, энергией и импульсом с окружающей средой [14]. При этом свойства материала приповерхностного слоя в условиях внешних (эксплуатационных) воздействий определяются эволюцией структуры, которая происходит в слое при его обмене энергией, веществом и информацией с окружающей средой [15].Под эволюцией структуры поверхности деформируемого твердого тела мы будем понимать совокупность закономерностей её изменения и описание механизмов структурообразования, которые имеют место при внешнем воздействии. Таким образом, структурное состояние приповерхностного слоя и его изменение являются главными факторами модификации слоя при помощи различных технологических методов. В соответствии с работой [16] можно выделить несколько основных характерных особенностей структурного состояния приповерхностных слоев металлов и сплавов:

- повышенная концентрация легко действующих гомогенных и гетерогенных источников образования дислокаций вблизи поверхности материала твёрдого тела (элемента изделия);

- воздействие сил зеркального отображения, существенно влияющих на характер перераспределения дислокационной субструктуры в очень тонких слоях нано- субмикроскопического масштабов. При одинаковом уровне внешних напряжений по поперечному сечению элемента в радиусе действия дислокационных сил эффективное напряжение сдвига слоев значительно отличается от его значений в объеме. Поэтому поверхностные источники генерируют значительно большее число дислокационных петель и на большее расстояние от них по сравнению с объемными источниками, имеющими такие же геометрию и конфигурацию. Так как скорость движения дислокаций в общем случае является функцией эффективного напряжения сдвига, то в

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смаковский Михаил Сергеевич, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Корнилов Э.В., Бойко П.В., Голофастов Э.И. Справочник по вспомогательным механизмам и судовым системам. - Одесса: Експресс-Реклама, 2009. - 290 с.

2. Рождественский В. В. Кавитация. - Л.: Судостроение, 1977. 248а

3. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухина Г.Г., Рыжов Н.М. Материаловедение. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с.

4. Васильев А.С. Направленное формирование эксплуатационных свойств деталей в технологических средах // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. 2017. Т. 17, № 1. С. 33 - 40.

5. Бунина Н.А., Смаковский М.С., Лобов В.А., Олихвер А.И., Фролова Е.О. Разработка конструкций и технологии изготовления корпусных деталей повышенной надёжности для объектов арктической зоны // Нефть, газ, новации. 2021. № 10. С. 61 - 65.

6. Бутовский К.Г., Лясников В.Н. Напыленные покрытия и оборудование. - Саратов: Изд-во Саратовского гос. ун-та, 1999. 118 с.

7. Ульшин В.А., Харламов М.Ю. Оптимизация параметров детонационно- газового напыления с использованием генетического алгоритма // Автоматическая сварка. 2005. № 6. С. 32 - 37.

8. Чесноков А.Е., Смирнов А.В., Косарев В.Ф., Клинков С.В., Шикалов В.С. Свойства покрытий, полученных из механически обработанной борсодержащей смеси порошков методом холодного газодинамического напыления // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48. Вып.13. С. 42 - 45.

9. Табаков В.П. Методы поверхностной модификациии нанесения покрытий. - Ульяновск: изд-во УТУ, 2015. 223 с.

10. Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. Бершадский Л.И. Поверхностная прочность материалов при трении. - Киев: Техника, 1976. 292 с.

11. Махлин Е.С. Состояние поверхности и прочностные свойства // Механизм упрочнения твердых тел / Под ред. М.Л. Бернштейна. - М.: Металлургия, 1965. С. 340 - 367.

12. Степанова Т.Ю. Технология поверхностного упрочнения деталей машин. - Иваново: Ивановский гос. хим.-техн. ун-т, 2009. - 64 с.

13. Куксенова Л.И., Алексеева М.С., Гресс М.А. Структурное состояние приповерхностных слоев металла и его влияние на уровень разрушения в условиях объемного и поверхностного деформирования // Вестник научно-технического развития. 2019. № 2 (138). С. 15 - 29. doi: 10.18411/vntr2019-138-3.

14. Колмаков А.Г. Использование положений системного подхода при изучении структуры, особенностей пластической деформации и разрушения металлов // Металлы. 2004. № 4. С. 98 - 107.

15. Физическая мезомеханика и компьютерное моделирование материалов / Под ред. В.Е. Панина. - Новосибирск: Наука, 1995. Т.1. 298 с.; Т.2. 320 с.

16. Алехин В.П., Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. - М.: Наука, 1983. - 280 с.

17. Глезер А.М. Принципы создания многофункциональных конструкционных материалов нового поколения // Успехи физических наук. 2012. Т.185. №2. С. 560 - 566.

18. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф., Печковский Э.П., Горная И.Д., Васильев А.Д. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. - Киев: Наукова думка, 1987. - 248 с.

19. Hall E.O. The deformation and ageing of mild steel // Proc. Phys. Soc. 1951. V.64. N 9. P. 747 - 753.

20. Petch N.J. The cleavage strength of polycrystalline // J. Iron and Steel Inst. 1953. V. 173. N 1. P. 25 - 28.

21. Малыгин Г.А. Пластичность и прочность микро- и нанокристаллических материалов (Обзор) // Физика твёрдого тела. 2007. Т. 49.

Вып. 6. С. 961 - 982.

22. Камышанченко Н.В., Гальцев А.В., Печерина О.А. Соотношение Холла-Петча при описании предела текучести и микротвердости технически чистого никеля, подвергнутого отжигу в диапазоне 700 - 1000 °С // Научные ведомости БелГУ. Сер: Естественные науки. 2011. №23 С.25202 - 25208.

23. Зуев Л.Б., Зариковская Н.В., Федосова М.А. Соотношение Холла-Петча и локализация пластической деформации в алюминии // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 5. С. 1 - 6.

24. Козлов Э.В. Параметры мезоструктуры и механических свойств однофазных металлических материалов // Вопросы материаловедения. 2002. №1. С. 50 - 69.

25. Глезер А.М., Метлов Л.С. Физика мегапластической (интенсивной) деформации твёрдых тел // Физика твёрдого тела. Т.52. Вып. 6. С.1090 - 1097.

26. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

27. Одинцов Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

28. Гуляренко А.А., Смаковский М.С., Лобов В.А., Ремшев Е.Ю., Фролова Е.О. Разработка технологии изготовления облегчённых штампованных шаровых пробок с поверхностным упрочнением // Вестник машиностроения. 2022. № 11. С. 77 - 81. DOI: 10.36652/0042-4633-2022-11-77-81.

29. Gulyarenko A.A., Smakovskiy M.S., Lobov V.A., Remshev E.Yu., Frolova E.O. Manufacture of Lightweight Stamped Ball Plugs with Surface Hardening // Russian Engineering Research. 2023. Vol. 43. No.1. P. 60-64. DOI: 10.3103/S1068798X23020144.

30. Юркова А.И., Мильман Ю.В., Бякова А.В. Структура и механические свойства железа после поверхностной интенсивной пластической деформации трением.I. особенности формирования структуры // Деформация и разрушение материалов. 2009. № 1. С. 2 - 11.

31. Бессмельцев В.П., Булушев Е.Д. Оптимизация режимов лазерной микрообработки (обзор) // Автометрия. 2014. Т.50. №6. С. 3 - 21.

32. Майоров В.С. Лазерное упрочнение металлов // Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / Под ред. В.Я. Панченко. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. С. 439 - 469.

33. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Червяков Г.Н. Взаимодействие лазерного излучения с веществом / Под ред. В. И. Конова. - М.: Физматлит, 2008. - 312 с.

34. Cline H. E., Anthony T. R. Heat treating and melting material with a scanning laser or electron beam // Journal of Applied Physics. 1977. V. 48. N 9. P. 3895 - 3900.

35. Gross M. S. Transient numerical simulation of laser material processing with focus on laser cutting: Ph. D. Thesis. Heriot-Watt University, 2004. - 31 p.

36. Бернацкий А.В. Лазерное поверхностное легирование стальных изделий (обзор) // Автоматическая сварка. 2013.№ 12. С. 3 - 10.

37. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. / Под общ. ред. Г. А. Абильсиитова. - М.: Машиностроение, 1991. - Т.1. Расчет, проектирование и эксплуатация, 1991. - 432 с.

38. Чудина О.В. Комбинированные технологии поверхностного упрочнения конструкционных сталей: Автореф. ди^ертации д-ра техн. наук. -М.: Моск. гос. автомобильно-дорожный ин-т, 2003. - 46 c.

39. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 664 с.

40. Хасуи А., Маригаки О. Наплавка и напыление. - М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.

41. Сараев Ю.Н. Импульсные технологические процессы сварки наплавки. - Новосибирск: ВО «НАУКА», 1994. - 108 с.

42. Суглобова И.К., Ильина Е.В., Щипачёв А.Н., Зелепугин С.А. Выбор параметров нагружения титановых образцов при динамически канально-угловом прессовании // Вестник Томского государственного университета. Серия: Математика и механика. 2011. № 2 (14). С. 111 - 116.

43. Сегал В.М., Резников В.И., Дробышевский А.Е. Копылов В.И. Пластическая обработка металлов простым сдвигом // Известия АН СССР. Металлы. 1981. № 1. С. 115 - 123.

44. Павлов В.А. Аморфизация структуры металлов и сплавов с предельно высокой степенью пластической деформации // Физика металлов и металловедение. 1985. Т.59. Вып. 4. С. 629 - 649.

45. Глезер А.М., Метлов Л.С. Физика мегапластической (интенсивной) деформации твёрдых тел // Физика твёрдого тела. Т.52. Вып. 6. С.1090 - 1097с.

46. Пашинская Е.Г., Подрезов Ю.Н., Столяров В.В., Завдовеев А.В., Тищенко И.И. Интенсифицированное движение дефектов прибольших пластических деформациях // Materials Physics and Mechanics. 2012. Т.15, №1. С. 26- 33.

47. Елсукова Т.Ф., Панин В.Е., Попкова Ю.Ф. Механизмы интенсивной пластической деформации поликристаллического алюминия на мезомасштабном уровне при циклическом нагружении // Деформация и разрушение материалов. 2010. №8. С.11 - 15.

48. Константинова Т.Е. Эволюция дислокационной структуры металлическихсистем в условиях высоких давлений // Физика и техника высоких давлений. 2009. Т. 19. № 1. С. 7 - 29.

49. Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И. Процессы пластического структурообразования металлов. - Минск: Наука и техника, 1994. 232 с.

50. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: Академкнига, 2007. 397 с.

51. Рааб Г.И., Валиев Р.З. Равноканальное угловое прессование длинномерных заготовок // Цветная металлургия. 2000. № 5. С. 50 - 53.

52. Prangnell P.B., Harris С., Roberts S.M. Finite element modelling of equal channel angular extrusion // Scripta Materials. 1997. Vol.37. P. 983 - 989.

53. Rosochowski A., Olejnik L., Richert M.Metal forming technology for producing bulk nanostructured metals // Steel grips. 2004. Vol. 2. P.35 - 44.

54. Gholinia A., Prangnell P.B., Markushev M.V.Effect of strain path on the development of deformation structures in severely deformed aluminium alloys processed by ECAE // Acta Materialia. 2000. V.48. No. 5. P. 1115 - 1130.

55. Маркушев М.В. К вопросу об эффективности некоторых методов интенсивной пластической деформации, предназначенных для получения объемных наноструктурных материалов // Письма о материалах. 2011. Т. 1, №1. С. 36 - 42.

56. Рааб Г.И. К вопросу промышленного получения объемных ультрамелкозернистых материалов//Физика и техника высоких давлений. 2004. Т. 14. № 4. С. 83 - 89.

57. Шапошников Н.А. Механические испытания металлов. - М-Л.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1951. - 383 с.

58. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Ч.2. - М.: Машиностроение, 1974. - 368 с.

59. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1986. - 512

с.

60. Брагов А.М., Ломунов А.К. Использование метода Кольского для исследования процессов высокоскоростного деформирования материалов различной физической природы. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 2017. - 148 с.

61. Nicholas O. Tensile testing of materials at high rates of strain // Experimental Mechanic. - 1981. - Vol. 21, N 5. - P.177 - 195.

62. Штремель М.А. Возможности фрактографии // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 5. С. 35 - 43.

63. Ролдугин В.И. Фрактальные структуры в материаловедении, // Материаловедение, 2005. №4. С.22 - 29; №5. С.19 - 26; №6. С.28 -31, №7. С. 35 -41.

64. Барахтин Б.К., Чашников В.Ф. Программа ЭВМ для мультифрактального анализа изображений структур металлов и сплавов // Вопросы материаловедения. 2001. № 4(28). С. 5 - 8.

65. Барахтин Б.К., Немец А.М. Фрактальная морфология бейнито-мартенситных наноструктурированных сталей // Нанотехнологии Экология Производство. 2011. №3 (10). С.114-117.

66. Kuznetsov A., Savenkov G., Stolyarov V. Multifractal Formalism in Tasks of Dynamic Plasticity // MATEC Web of Conférences. 2021. V.346. 02038. ICMTMTE 2021. https://doi.org/10.1051/matecconf /202134602038.

67. Vstovsky G.V. Elements of information physics. - Moscow, 2002. - 260 p.

68. Федер Е. Фракталы. - М.: Мир, 1991. - 254 с.

69. Иванова В.С. Синергетика: Прочность и разрушение металлических материалов. - М.: Наука, 1992. - 160 с.

70. Князев А.В., Сулейманов Е.В. Основы рентгенофазового анализа. - Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2005. - 23 с.

71. Медведев А.И., Курбатов Л.В. Рентгеновский фазовый анализ. -Екатеринбург: Изд-во УГТУ - УПИ, 2005. - 24 с.

72. Коновалов Е.Г., Сидоренко В.А. Чистовая и упрочняющая ротационная обработка поверхностей. - Минск: Высшая школа, 1968.- 256 с.

73. Дальский А.М., Арутюнова И.А., Барсукова Т.М. Технология конструкционных материалов. - М.: Машиностроение, 1977.- 664 с

74. Смаковский М.С. Микроструктурные особенности роликового раскатывания внутренней поверхности элементов судовой арматуры из алюминиевой бронзы // Станкоинструмент. 2022. № 4 (29). С. 56 - 60. DOI: 10.22184/2499-9407.2022.29.4.56.60

75. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. - М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

76. Владимиров В.И. Проблемы физики трения и изнашивания //Физика износостойкости поверхности металлов. - Л.: Изд-во ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1988. С. 8 - 41.

77. Хинце И.О. Турбулентность.- М.: ГИФМЛ, 1963.- 680 с.

78. Погодаев Л.И., Голубев Н.Ф. Теория и практика прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин.- СПб.: СПбГУ водных коммуникаций, 1997. -415 с.

79. Кузнецов А.В., Савенков Г. Г., Смаковский М.С. Разрушение плазменно-порошковой наплавки под действием перегретого пара // Перспективные материалы и технологии: Материалы международного симпозиума, Минск, 23 - 27 августа 2021 г. - Минск: Изд-во Беларусского государственного института стандартизации и сертификации», 2021. С. 71 - 73

80. Смаковский М.С., Кацюба М.В., Морендель Ю.Д., Скобин С.А. Применение наплавленных покрытий, упрочненных боридами, для судовой арматуры из бронзы // Тяжёлое машиностроение. 2022. №3. С.11-14.

81. Артемьев А. А., Соколов Г. Н., Дубцов Ю. Н., Лысак В. И. Формирование композиционной структуры износостойкого наплавленного металла с боридным упрочнением // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2011. № 2. С. 44 - 48.

82. Еремин Е. Н., Лосев А. С., Бородихин С. А., Маталасова А. Е., Пономарев И. А., Ивлев К. Е. Структура и свойства покрытий из хромистой стали, легированной карбидом бора // Динамика систем механизмов и машин. 2017. Т. 5.№ 2. С. 180 - 185.

83. Мартынов Р.С., Мамонтов Г.Я., Куриленко Н.И. Синтез карбида бора при конденсации испаренного дуговым разрядом исходно сырья на основе оксида бора и углерод// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2021. Т.18. № 3. С. 259 - 264. БОТ: 10.25712/Л8Ш.18111416.2021.03.001.

84. Смаковский М.С. Упрочнение рабочих поверхностей бронзовых деталей наплавкой сплавом Inconel 625 с боридами// Сварочное производство. 2022. № 7. С. 42 - 45.

85. Луканин В.Л., Лебедев А.Г. Смаковский М.С., Кацюба М.В., Морендель Ю.Д., Габибулина А.Ф. Структурообразование при наплавке на бронзу электродами сплава Inconel 625 с покрытием из карбида бора // Тяжелое машиностроение. 2022. № 9. С. 16 - 20.

86. Cahn R.W. The coming of materials science. Oxford: Pergamon, 2001. 327

p.

87. Multiscale phenomena in materials: experiments and modeling. MRS Symposia / Eds.: Hemker K.J., Lassila D.H., Levine L.E., Zbib H.M. 2003. V. 779.

88. Vvedensky D.D. Multiscale modeling of nanostructures //J. Phys.: Cond. Matt. 2004. V. 16. No. 50. P. R1537-R1576.

89. Krivilyov M.D., Kharanzhevskii E.V., Lebedev V.G., Danilov D.A., Danilova E.V., Galenko P.K. Synthesis of composite coatings using rapid laser sintering of metallic powder mixtures // Physics of metals and metallography. 2013.V. 114. P. 799 - 820.

90. Tan L., Zabaras N. Multiscale modeling of alloy solidification using a database approach // J. Comp. Phys.2007. V. 227. No. 1. P. 728 - 754.

91. Кривилов М. Д. , Харанжевский Е. В. , ГордеевГ. А.,Анкудинов В. Е. Управление лазерным спеканием металлических порошковых смесей // Управление техническими системами и технологическими процессами. 2010. Вып. 31. С. 299 - 320.

92. Харанжевский Е.В., Кривилев М.Д. Лазерное спекание нанокомпозитов Fe-Ni // Физика металлов и металловедение. 2011. Т. 111. № 1.С. 54-63.

93. Hashiguchi D, Tricker D., Tarrant A., Campbell J., Pokross C. Discontinuously reinforced aluminum MMC extrusions // Metal Powder Report. 2017. Vol.72. No.4. P. 252 - 258. DOI: 10.1016/j.mprp.2016.01.074.

94. Mavhungu S.T., Akinlabi E.T., Onitiri M.A., Varachia F.M. Aluminum Matrix Composites for Industrial Use: Advances and Trends // Procedia Manufacturing. 2017. V.7. P.178-182. DOI: 10.1016/j.promfg.2016.12.045.

95. Bragov A.M., Konstantinov A.Yu., Lomunov A.K., Stolyarov V.V., Kuznetsov A.V., Smakovsky M.S. Savenkov G.G., Features of dynamic deformation and failure of aluminum bronze processed by laser surface treatment // Journal of Dynamic Behavior of Materials. Published 08 November 2021. P.1 - 15.

96. Bragov A.M, Lomunov A.K Use of the Kolsky Bar Method for Studying High-Rate Deformation Processes in Materials of Various Physical Natures. Monograph, ArXiv 2008.08151 https://arxiv.org/abs/2008.08151

97. Bragov A.M., Konstantinov A.Yu., Kruszka L, Lamzin D.A, Lomunov A.K Methodological aspects of testing brittle materials using the split Hopkinson bar technique. Strain, 2020. https://doi.org/10.1111/str.12389

98. Брагов А.М., Константинов А.Ю., Ломунов А.К. Определение эффекта Баушингера методом прямого удара // Письма в ЖТФ. 2010. Т.36. Вып.15. С. 22 - 25.

99. Давиденков Н.Н. Динамические испытания металла. - М. - Л.: Госиздат, 1929. - 366 с.

100. Криштал М.М. Неустойчивость и мезоскопическая неоднородность пластической деформации (аналитический обзор). Часть I. Феноменология зуба текучести и прерывистой текучести // Физическая мезомеханика. 2004. Т.7. №5/6. С.5 - 29.

101. Cottrell A.H. Dislocations in metals. // Proc. Roy. Soc. A. 1980. 371 p.

102. Physical Metallurgy / Ed. R.W. Cahn . North-Holland, Amsterdam, 1965

103. R.W.K. Honeycombe "The plastic deformation of metals", Edward Arnold (publishers), 1968. 400 p.

104. Мещеряков Ю.И., Савенков Г.Г. Осцилляции фронта пластической волны в условиях высокоскоростного нагружения // ПМТФ. 2001. Т.42, № 6. С.117 - 123.

105. Valiev R.Z., Slamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Progress Material. Science. 2000 V. 45. P. 103 - 189.

106. Безетной В.П. Технологический анализ равноканального углового прессования заготовок // Технология лёгких сплавов. - 2007. - №1. - С. 109 - 117.

107. Смаковский М.С., Брагов А.М., Константинов А.Ю., Кузнецов А.В., Ломунов А.К., Савенков Г.Г. Влияние термообработки на динамические свойства безоловянной бронзы. Мультифрактальная параметризация структур разрушенных образцов // Проблемы прочности и пластичности. 2022. Т.84. № 1. С. 5 - 15.

108. Atroshenko S.A, Smakovsky M.S., Savenkov G.G. Kinetics of the microstructure of targets from FCC alloys under high-strain-rate deformation // Materials Physics and Mechanics. 2022. V. 50. No 2. P. 331-341.

109. Савенков Г.Г., Барахтин Б.К., Рудомёткин К.А. Исследование структур в медной кумулятивной струе с использованием мультифрактального анализа // ЖТФ. 2015. Т. 85. Вып. 1. С. 98 - 103.

110. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Отв. ред. В.Е. Панин. - Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1990. - 255 с.

111. Егорушкин В.Е., Панин В.Е., Савушкин Е.В., Хон Ю.А. Сильновозбуждённые состояния в кристаллах // Известия ВУЗов. Физика. 1987. С.82 - 121.

112. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. - М.: Металлургия, 1979. - 176 с.

113. Броек Д. Основы механики разрушения. - М.: Высшая школа, 1980. -

368 с.

114. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Ковчик С.Е. Методы оценки трещиностойкости конструкционных материалов. - Киев: Наукова думка, 1977. -278 с.