Разработка научных и технологических принципов получения порошковых и композиционных изделий с программируемой структурой методом послойного синтеза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат наук Соколов, Юрий Алексеевич

• Соколов, Юрий Алексеевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Соколов, Юрий Алексеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 7

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ОБОСНОВАНИЕ

ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 17

1.1. Способ центробежного распыления вращающегося

электрода плазменным потоком 18

1.2. Способ центробежного распыления с вращающимся тиглем 24

1.3. Способ распыления расплава в охлаждаемом инертном газе 25

1.4. Современные технологии послойного синтеза изделий 27

1.5. Технология послойного синтеза изделий электронным лучом 33

1.5.1. Формирование изделия из порошка различного химического

состава 44

1.5.2. Структурно-параметрическая оптимизация процесса послойного

синтеза изделий 49

1.6. Способы упаковки частиц шаровидной формы 54

1.7. Цель и задачи исследования 65

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА

ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОГО РАСПЫЛЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРОДА 69

2.1. Вывод аналитических зависимостей теплофизических

свойств газов и материала частицы от температуры 70

2.2. Аэродинамическая модель полёта частицы 77

2.2.1. Определение зависимости между частотой вращения

электрода и диаметром частицы 77

2.2.2. Расчёт параметров динамики частицы при движении вверх 79

2.2.3. Расчёт параметров динамики частицы при движении вниз 84

2.2.4. Анализ полученных результатов 86

3

2.2.5. Расчёт динамики полёта на примере частиц из титановых

сплавов 89

2.3. Исследование напряжённого деформированного состояния

частицы при ударе об стенку камеры 92

2.4. Моделирование процесса охлаждения частиц распыленного

металла в газовой смеси 102

2.4.1. Аэротермодинамическая математическая модель процесса

охлаждения частицы 105

2.4.2. Моделирование процесса охлаждения частицы из сплава ВТ6

в газовой смеси аргона и гелия 107

2.4.3. Моделирование процесса охлаждения частицы из сплава ВТ6

в среде гелия и в среде аргона 115

2.4.4. Исследование образования частицы при слёте с венца

под различным углом 122

2.5. Анализ технологических режимов получения порошка на базе

аппарата параметрической оптимизации 123

2.5.1. Исследование образования частиц при различных частотах

вращения электрода 123

2.5.2. Исследование влияния состава газовой смеси на охлаждение частиц 126

2.5.3. Влияние коэффициента турбулентности на охлаждение частиц 128

2.5.4. Исследование влияния рабочего давления на охлаждение частиц 131

2.6. Особенности моделирования охлаждения частиц в процессе

получения порошка металлов и сплавов 135

2.7. Моделирование процесса получения порошка на

специализированной технологической установке 140

2.8. Выводы по второй главе 144

4

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО СИНТЕЗА ИЗДЕЛИЙ 147

3.1. Математическая модель взаимодействия сканирующего

электронного луча с изделием 148

3.1.1. Распределение мощности электронного луча по поверхности

порошка 150

3.1.2. Учёт пористости верхнего слоя порошка 159

3.2. Математическое моделирование процесса послойного

спекания/плавления изделий электронным лучом в вакууме с учётом сопряжённых процессов тепло - и массопереноса, гидродинамики расплава 160

3.3. Моделирование процесса синтеза изделий электронным лучом

из порошка титанового сплава ВТ6 168

3.3.1. Определение температурного поля при сканировании

поверхности электронным лучом 169

3.3.2. Расчёт температурного поля при плавлении порошка с учётом

теплоты фазового перехода (двухфазная задача Стефана) 175

3.3.3. Растекание расплавленного порошка по поверхности

синтезируемого изделия 189

3.3.4. Параметрическая оптимизация процесса синтеза изделий

электронным лучом 202

3.4. Выводы по третьей главе 205

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРОШКОВЫХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ПО ТЕХНОЛОГИИ ПОСЛОЙНОГО СИНТЕЗА 207

4.1. Получение заготовки из титанового сплава ВТ6 требуемого

химического состава 207

4.2. Распыление исходного электрода 213

4.2.1. Получение порошка из титанового сплава ВТ6 215

5

4.2.2. Статистический анализ фракционного состава порошка

титанового сплава ВТ6 при различных частотах вращения электрода 219

4.2.3. Получение порошка из молибдена 223

4.3. Синтез изделий из порошка титанового сплава ВТ6

электронным лучом 224

4.4. Высокотемпературная газостатическая обработка титановых

образцов, полученных по технологии послойного синтеза 230

4.5. Исследование механических и эксплуатационных свойств опытных

образцов, полученных по технологии синтеза электронным лучом 231

4.5.1. Измерение твёрдости 232

4.5.2. Исследование прочностных свойств 233

4.5.3. Испытание на ударную вязкость 235

4.5.4. Испытания на изнашивание образцов, полученных по технологиям

электронно-лучевого синтеза и газостатической обработки 236

4.6. Получение порошковых и композиционных изделий методами электронно-лучевого синтеза, вакуумной пайки, плазменного напыления 240

4.7. Получение композиционных образцов методами электронно-лучевого

синтеза и электронно-лучевого напыления 248

4.8. Выводы по четвёртой главе 251

ГЛАВА 5. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ

ПОСЛОЙНОГО СИНТЕЗА ИЗДЕЛИЙ 254

5.1. Вакуумная установка «СИЭЛ-3» для получения изделий с программируемой структурой из порошка различного химического

состава методом послойного электронно-лучевого синтеза 255

5.2. Технологическая установка для получения композиционных изделий

методами послойного электронно-лучевого синтеза и напыления 267

5.3. Специализированная установка типа «УИП-3» для послойного

синтеза изделий ионным пучком 279

6

5.4. Специализированная установка типа «УТ-1» для ионной

химико-термической обработки порошка 286

5.5. Технологическая однокамерная установка «СИЭЛ-5» для реализации

гибридной технологии по получению порошковых изделий 291

5.6. Выводы по пятой главе 299

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 301

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 306

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 310

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Программа для реализации геометрической задачи управления специализированного технологического оборудования для получения порошка и послойного синтеза 329

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Программа для реализации логической задачи управления специализированного технологического оборудования для получения порошка и послойного синтеза 363

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Программа теплового расчёта операции послойного синтеза изделий электронным лучом 405

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Программа расчёта получения частицы методом плазменного распыления 417

7

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научных и технологических принципов получения порошковых и композиционных изделий с программируемой структурой методом послойного синтеза»

ВВЕДЕНИЕ

Развитие авиационной, ракетно-космической и других областей техники невозможно без создания новых конструкционных и инструментальных материалов. Существующие на сегодняшний день традиционные технологические решения для увеличения прочности, твёрдости, износостойкости, теплостойкости материалов (напыление, наплавка защитных покрытий и т.д.) не всегда обеспечивают требуемый ресурс изделий. Новые возможности по созданию перспективных изделий сложной геометрической формы (многокомпонентные магниты, композиционные материалы для противоударной защиты военных объектов и др.) предоставляет порошковая металлургия.

В современных условиях одной из приоритетных задач является также создание и развитие импортозамещающих технологий и специализированного оборудования. В настоящее время для области аддитивных технологий в России характерна почти полная зависимость от иностранного оборудования. В связи с этим возникает необходимость в разработке и развитии методов получения высококачественного порошка, в том числе тугоплавких металлов и сплавов, и технологий получения готовых изделий, в частности, технологии послойного синтеза с помощью электронного луча.

В настоящей работе рассматриваются вопросы создания инновационной технологии послойного синтеза изделий (ТПСИ), включающей следующие технологические операции:

- получение порошка из различных металлов и сплавов, в том числе из тугоплавких химически активных металлов;

- послойное формирование изделий с помощью электронного луча, вакуумной пайки, плазменного и электронно-лучевого напыления и других методов;

- высокотемпературная газостатическая обработка (ВГО).

Разработка ТПСИ и проектирование принципиально нового технологического оборудования открывают новые возможности по созданию

8

композиционных изделий из порошков различного химического состава с заданной структурой и заранее прогнозируемыми свойствами. В отличие от достаточно широко распространённой технологии быстрого прототипирования лазерным или электронным лучом, новый подход, ориентирован на:

- получение композиционных изделий из порошка различного химического состава;

- применение при синтезе изделий порошка химически активных тугоплавких металлов, так как процесс реализуется в вакууме;

- формирование структуры непосредственно во время «роста» изделия.

Получение композиционных изделий с необходимым комплексом прочностных и пластических свойств обеспечивается различным сочетанием основного и упрочняющего порошка. В качестве последнего может использоваться порошок химически активных тугоплавких металлов, которые позволяют реализовать различные многокомпонентные системы: карбиды, бориды, нитриды титана, молибдена, вольфрама, гафния, тантала, ниобия.

Основная направленность исследований сформирована в соответствии с запросами предприятий оборонной промышленности и работами таких ученых, как: А.А. Самарский, Н.Н. Рыкалин, Б.С. Митин, А.Ф. Белов, Л.Д. Ландау, Р.В. Арутюнов, А.А. Углов, Л.Л. Тир, В.А. Остафьев, В.Л. Сосонкин.

Теоретической базой для разработки новой технологии служат физика твердого тела, механика деформации и разрушения твердых тел; научные разработки в области порошковой металлургии, вакуумной индукционной плавки в холодном тигле, электронно-лучевой пайки и наплавки.

Целью работы является создание нового подхода к получению порошковых и композиционных изделий различного химического состава с программируемой структурой, не реализуемых в рамках равновесных и квазиравновесных технологических процессов, методами послойного электронно-лучевого плавления/спекания, пайки и напыления; разработка гибридной технологии и специализированного технологического оборудования для синтеза конструкционных и функциональных материалов на основе

9

численного математического моделирования процессов получения порошка методом плазменного распыления вращающегося электрода и послойного электронно-лучевого плавления.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:

1. Разработка научно-технических основ нового подхода к получению порошковых и композиционных изделий различного химического состава с программируемой структурой методами послойного электронно-лучевого плавления/спекания, вакуумной пайки и электронно-лучевого напыления.

2. Научное обоснование особенностей получения металлических порошков, включая порошки тугоплавких металлов и сплавов, методом плазменного распыления вращающегося электрода на базе аэротермодинамической математической модели, объединяющей аэродинамические параметры с параметрами тепло- и массопереноса и удара частицы об стенку камеры.

3. Разработка математической модели процесса послойного электроннолучевого синтеза изделий с учётом фазовых переходов расплавленного слоя и гидродинамических процессов движения жидкого металла.

4. Разработка инновационной гибридной технологии получения изделий из порошков различного химического состава, включающей следующие технологические операции:

- получение порошка шаровидной формы из различных металлов и сплавов, включая порошок тугоплавких химически активных металлов;

- послойное формирование изделий с помощью электронного луча или ионного пучка, вакуумной пайки, плазменного и электронно-лучевого напыления и других методов;

- высокотемпературная газостатическая обработка.

5. Проведение экспериментальных исследований порошков тугоплавких сплавов (титанового сплава ВТ6 и молибдена) и порошкового материала из титанового сплава ВТ6, полученного по технологии послойного электроннолучевого синтеза.

ю

6. Получение композиционного материала из порошков титанового сплава и молибдена методами послойного электронно-лучевого плавления, вакуумной пайки, электронно-лучевого напыления различных металлических (сплавы на основе никеля, кобальта, хрома, алюминия, иттрия) и керамических слоёв (оксиды циркония и иттрия).

7. Разработка научно-технические основ и конструкционных решений специализированного технологического оборудования для:

- производства порошков химически активных металлов и сплавов (титан, молибден, ниобий, вольфрам, цирконий, интерметаллиды и др.);

- реализации гибридных технологий послойного электронно-лучевого плавления/спекания и напыления;

- реализации послойного синтеза изделий ионным пучком или электронным лучом.

8. Проектирование математического, алгоритмического и программного обеспечения специализированного технологического оборудования для получения порошка методом плазменного распыления вращающегося электрода и послойного синтеза изделий.

Научная новизна диссертационной работы состоит в создании концепции нового подхода к получению изделий с программируемой структурой из порошка различного химического состава, проектировании численных математических моделей процессов получения порошка и послойного электронно-лучевого синтеза, развитии научно обоснованных технических решений при разработке специализированного технологического оборудования, а именно:

1. Научно обоснован и разработан новый подход для получения порошковых и композиционных изделий с программируемой структурой из порошка различного химического состава методами послойного электронно-лучевого синтеза, пайки и напыления. Предложенный подход позволяет не только создавать принципиально новые композиционные изделия с прогнозируемыми свойствами, которые невозможно получить традиционными способами, но и

il

изготавливать из них изделия сложной геометрической формы. Композиция порошка различного химического состава в каждом горизонтальном и вертикальном слое материала может быть изначально запрограммирована. В процессе «роста» изделия осуществляется заданное формирование структуры изделия путём локальной термической обработки изделия электронным лучом или модификации слоя ионным пучком.

2. Определены научно-технические закономерности процессов получения новых порошковых и композиционных изделий с использованием различных технологических методов, основанные на предварительном моделировании и отработке всех технологических операций, что позволяет формировать изделия из порошка различного химического состава, включая порошок химически активных металлов.

3. Предложена математическая модель процесса получения порошка тугоплавких металлов и сплавов методом плазменного распыления вращающегося электрода, включающая:

- аналитические зависимости теплофизических свойств газовой среды и материала частицы от температуры;

- аналитическую модель аэродинамики полёта частицы;

- численную модель расчёта деформаций вследствие взаимодействия частицы со стенкой камеры;

- численную аэротермодинамическую модель, связывающую аэродинамические параметры (скорость, время полёта частицы) с параметрами тепло-массопереноса (температура, давление, плотность, коэффициент динамической вязкости и др.).

4. Предложено математическое обеспечение процесса электронно-лучевого синтеза изделий, включающее:

- последовательность технологических операций;

- модель взаимодействия сканирующего электронного луча с изделием (расчёт мощности луча, скорости сканирования, удельной энергии);

12

- численную модель тепло- и массопереноса при синтезе изделия с учётом переноса тепла и фазовых превращений расплавленного слоя (задача Стефана), гидродинамических процессов движения вязкого сжимаемого жидкого металла со свободной верхней границей вследствие действия гравитационных, капиллярных н термокапиллярных сил;

- расчёт оптимальных значений параметров процесса на базе аппарата векторной оптимизации.

5. Изучены свойства порошкового титанового сплава ВТ6, полученного по технологии послойного синтеза электронным лучом: прочность, ударная вязкость, твёрдость, износостойкость, шероховатость поверхности.

6. Экспериментально исследованы общие закономерности получения композиционных изделий с программируемой структурой из порошков титанового сплава и молибдена с применением различных методов послойного синтеза (электронный луч, напыление, пайка).

Научная новизна конструкторских и программных решений защищена тремя патентами и одним свидетельством РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Решение поставленных задач базируется на научных положениях теорий индукционного нагрева, электронно-лучевой обработки, плавления, центробежного распыления, тепловых процессов, упругого и пластического деформирования материалов, технологии машиностроения, численных методов решения дифференциальных уравнений, системном анализе существующих систем управления, работ по теории и практике параллельных вычислений.

Для решения поставленных задач использованы современные методы исследований и уникальная измерительная аппаратура:

- сканирующий интерференционный микроскоп ZYGO NewView 7300;

- атомно-силовой микроскоп Solver 47Н с приставкой для исследования модуля Юнга и твердости на наноуровне;

- растровый электронный микроскоп фирмы Jeol 6510 LV;

- система микроанализа INCA Energy++ фирмы Oxford Instruments;

13

- исследовательский инвертированный микроскоп Axiovert 200 МАТ;

- электронный измеритель шероховатости TR200;

- оптический профилометр NanoMap фирмы SEAP Technology (США);

- универсальный твердомер Zwick/Roell ZHU 250 фирмы Zwick/Roell;

- испытательная машина Zwick/Roell-Z050 (Германия) с максимальным усилием 5 тс;

- маятниковый копер RKP-450 фирмы Zwick/Roell.

Практическая значимость работы:

1. Разработана гибридная технология получения новых классов композиционных изделий с заданной структурой, не реализуемой в рамках равновесных и квазиравновесных технологических процессов.

2. Рассчитаны конструктивные параметры специализированного оборудования и технологические режимы процесса получения порошка тугоплавких металлов и сплавов методом плазменного распыления вращающегося электрода.

3. Рассчитаны технологические режимы процесса синтеза порошковых изделий с помощью электронного луча, параметры управляющей программы процесса электронно-лучевого синтеза изделий для сплава ВТ6.

4. Изучены состояние поверхности и механические характеристики порошкового титанового сплава ВТ6, полученного методом электроннолучевого синтеза.

5. Получены композиционные изделия из порошков титанового сплава ВТ6, молибдена, оксида молибдена методами послойного электронно-лучевого плавления и вакуумной пайки; электронно-лучевого напыления различных металлических (сплавы на основе никеля, кобальта, хрома, алюминия, иттрия) и керамических слоёв (оксиды циркония и иттрия).

6. Разработаны конструктивные решения специализированного оборудования для реализации гибридных технологий, сочетающих различные методы послойного формирования изделия (электронно-лучевой/ионный синтез, вакуумная пайка, электронно-лучевое напыление, ионно-имплантационная модификация поверхности порошка с использованием источника

14

высокоэнергетическнх ионов). Предложенные оригинальные конструкторские решения механизмов могут быть использованы в различном оборудовании послойного синтеза изделий.

7. Разработана классификация специализированного технологического оборудования для реализации операции послойного синтеза электронным лучом в зависимости от способа подачи и устройства хранения порошка, схемы формирования различных сочетаний порошков, способа формирования горизонтального слоя из порошков различного химического состава.

8. Разработаны различные исполнения мультипроцессорных систем управления специализированного оборудования, включающие набор современных микропроцессорных, микроконтроллерных и компьютерных аппаратных средств; библиотеки математического и алгоритмического обеспечения; программные модули, которые реализуют различные априорные и адаптивные законы управления процессами получения порошка, послойного синтеза изделий и базируются на обработке информации в реальном масштабе времени с использованием датчиков обратной связи и устройств управления сканированием луча. Программные решения позволяют повысить уровень управляемости и повторяемости параметров технологического процесса, исключить влияние субъективных факторов на процесс синтеза.

Личный вклад автора диссертации состоит в разработке концепции работы и нового подхода для получения порошковых и композиционных изделий, формулировании цели, определении задач, проектировании математических моделей, выполнении экспериментальных исследований, участии в разработке систем управления и программного обеспечения специализированного технологического оборудования.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новый подход к получению конструкционных, функциональных и композиционных изделий с программируемой структурой и заданными свойствами из порошков различного химического состава, основанный на пооперационном математическом моделировании процессов получения

15

порошка методом плазменного распыления вращающегося электрода и послойного синтеза изделий методами электронно-лучевого плавления/спекания, пайки и напыления и др.

2. Аэротермодинамическая математическая модель процесса получения порошка шаровидной формы методом плазменного распыления вращающегося электрода, связывающая аэродинамические параметры (скорость, время полёта частицы) с параметрами тепло- массопереноса (температура, давление, плотность, коэффициент динамической вязкости и др.).

3. Математическая модель процесса синтеза изделий электронным лучом, включающая:

- управляемый нагрев подложек различной геометрической формы;

- спекание/плавление слоя порошка с помощью электронного луча;

- расчёт оптимальных параметров на базе аппарата векторной оптимизации.

4. Обоснование технологических режимов процесса послойного электроннолучевого синтеза изделий из порошка титанового сплава.

5. Алгоритмическое и программное обеспечение процесса синтеза изделий из порошка тугоплавких титановых сплавов.

6. Конструкторские решения специализированного технологического оборудования для реализации технологий получения порошка методом плазменного распыления вращающегося электрода, послойного синтеза изделий методами электронно-лучевого и ионного плавления/спекания, вакуумной пайки, электронно-лучевого напыления, ионно-имплантационной модификации поверхности слоя с использованием источника высокоэнергетических ионов.

7. Результаты исследований химического состава, механических и триботехнических свойств порошковых и композиционных изделий, полученных по технологии послойного синтеза изделий.

Апробация работы. Результаты исследований и основные узлы предложенных конструктивных решений технологического оборудования докладывались и обсуждались на первой Санкт-Петербургской международной

16

научно-технической конференции «Электронно-лучевые технологии», г. Санкт-Петербург, 2008 г.; второй Санкт-Петербургской международной научнотехнической конференции «Электронно-лучевые технологии», г. Санкт-Петербург, 2011г.; третьей Санкт-Петербургской международной научнотехнической конференции «Электронно-лучевые технологии», г. Санкт-Петербург, 2014 г.; научно-практической конференции кафедры «Сварочное производство» МАТИ, г. Москва, 2009 г.; первом инновационном форуме «Университет-региону», г. Тверь, 2008 г.; втором инновационном форуме «Университет-региону», г. Тверь, 2010 г.; симпозиуме Межрегиональной Общественной Организации «Московский Межотраслевой Альянс Главных Сварщиков» (МРОО ММАГС), г. Москва, 2014 г.; научно-производственной конференции «Новое специализированное оборудование для современных технологических процессов», г. Ржев, 2014 г.; втором Международном технологическом форуме «Инновации. Технологии. Производство», секция «Аддитивные технологии», г. Рыбинск, 2015 г.

Эффективность и работоспособность выдвинутых в диссертационной работе научных положений подтверждается внедрением электронно-лучевого и центробежного оборудования, оснащённого мультипроцессорными компьютерными системами управления в ОАО "Электромеханика" (г. Ржев), ОАО «ВИЛС» (г. Москва), ОАО «НПО Сатурн» (г. Рыбинск), ММПП «Салют» (г. Москва).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 56 печатных работ, в том числе 37 - в изданиях, включенных в Перечень ВАК РФ, а также 3 патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 422 страницах, содержит: 23 таблицы, 188 рисунков. Библиографический список включает 180 наименований.

17

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Конструкционные и инструментальные материалы в основном получают металлургическим методом и порошковой металлургией. При металлургическом методе упрочнённые сплавы могут быть получены непосредственно в результате кристаллизации эвтектических систем [39]. Эвтектические сплавы, образованные тугоплавкими металлами и фазами внедрения (карбидами), при соответствующем подборе компонентов имеют структуру, состоящую из металлической матрицы и упрочняющих волокон.

Композиционные материалы (КМ) давно применяются в технике и промышленном производстве. Например, изделия с жаростойкими и износостойкими защитными покрытиями (диффузионными и независимыми) используются уже десятки лет. К недостаткам таких покрытий относится их недолговечность вследствие «рассасывания» в основном материале изделий и неравномерности толщины покрытия по всей поверхности детали.

Это относится и к другим искусственным КМ, которые получаются предварительным вводом в металлические сплавы различных окислов или химических соединений (методами традиционной или порошковой металлургии), или путем заливки жидким сплавом литейной формы с установленной там арматурой в виде высокопрочных усов, волокон или пластин из особо прочных материалов [39]. Интересен другой подход, создание естественных КМ, когда композиционная структура, представляющая собой жаростойкую и коррозионно-стойкую матрицу и упрочняющую фазу, например, в виде параллельно вытянутых волокон (нитей) или пластин, формируется одновременно в процессе кристаллизации. Такие естественные КМ могут быть созданы на основе эвтектических сплавов, получаемых методом направленной кристаллизации [31, 96, 97].

Одним из наиболее перспективных направлений развития материаловедения является порошковая металлургия. К настоящему времени

18

разработаны, эксплуатируются или проходят промышленное опробование различные методы изготовления и компактирования порошков, а также соответствующее оборудование [16, 17, 46, 47]. Это позволило значительно увеличить долю использования в промышленности изделий порошковой металлургии.

На сегодняшний день задача получения порошка тугоплавких металлов и сплавов (титан, цирконий, ниобий, молибден, тантал, интерметаллиды) является актуальной. В прикладном плане это важно для получения гранульных композитов [21], послойного синтеза изделий с помощью электронного луча [92, 93], горячего изостатического прессования (ГИП) для достижения однородной микроструктуры и свойств по всему сечению изделия независимо от ее размеров и формы [128].

В промышленном производстве используются следующие способы, обеспечивающие получение материала в форме порошка: центробежное распыление расходуемой заготовки, центробежное распыление с вращающимся тиглем, газоструйное распыление, распыление растворенным водородом, центробежное распыление с электронно-лучевым нагревом [16].

Наиболее распространёнными в мире являются методы газоструйного распыления [16] и вращающегося электрода [57, 58, 128]. Газоструйное распыление характеризуется формированием частиц с внутренними полостями, заполненными инертным газом, что приводит к образованию пор. Частицы имеют неправильную геометрическую форму и высокий процент содержания кислорода (до 0,012%) [16].

1.1. Способ центробежного распыления вращающегося электрода плазменным потоком

Среди различных методов получения порошков в РФ наиболее широкое распространение получил метод вращающегося электрода с плазменным нагревом (PREP) [58], схема которого приведена на рисунке 1.1. Вращающийся

19

электрод подаётся в камеру распыления, где в результате оплавления плазменной дугой на торце электрода образуется жидкая плёнка металла толщиной в несколько раз меньше диаметра образующегося порошка. Отделение частицы от электрода происходит с торцевого жидкого венца, диаметр которого больше диаметра электрода [58].

Рисунок 7.7 - Схема процесса ио?7учсн^ иорошкп ме/иоЭом е/?яп/<7/оп/ееося элек/и/?оЭл (7 - смещение факела плазмы о,иноси/иельно осн заео/иоекн, J - шехнолоепческпй зазор меэк^Э^ заао/иоекой и ллазма/ироном, -Эпаме/ир факела на wopi/e за2ои7оеки^

Частицы расплава, оторвавшиеся от венца вращающейся заготовки, перемещаясь в газовой среде, образуют после кристаллизации порошок шарообразной формы, которые из плавильной камеры перемещаются в приемный бункер. Для более интенсивного отвода тепла от частицы, помимо охлаждения излучением, используется конвективное охлаждение в потоке смеси инертных газов (аргон и гелий), процентный состав которой определяется технологией и свойствами инертных газов:

- гелий имеет на порядок большую теплопроводность, чем аргон, что обеспечивает большие скорости охлаждения частиц;

- аргон имеет большую плотность, чем гелий, что увеличивает время полёта частицы в камере, отчасти, компенсирую меньшую теплопроводность аргона;

20

- аргон, имея меньший потенциал ионизации, чем гелий, также обеспечивает устойчивость дугового разряда.

К числу преимуществ метода PREP следует отнести получение плотных безгазовых частиц шарообразной формы. Механизм каплеобразования, описанный в работе [58], включает формирование тонкой плёнки расплавленного металла размером 20-50 микрон на торце электрода вследствие воздействия плазмы; движение жидкого металла к периферийной обогреваемой поверхности электрода и образование венца; перетекание расплава в формирующиеся на венце головки произвольной формы; отрыв частиц от венца при превышении сил центробежного ускорения по сравнению с силами поверхностного натяжения.

Приведённый механизм показывает, что на первом этапе, формирование частицы до момента её отделения от венца, практически отсутствует её взаимодействие с газовой средой. Следовательно, исключается появление частиц с газовыми и прочими включениями. Охлаждение и кристаллизация в смеси инертных газов происходит на втором этапе. Более того, при скоростях кристаллизации свыше 10" - Ю^С/с образуются частицы с мелкозернистой структурой.

Важнейшими параметрами, влияющими на скорость охлаждения частицы, являются диаметр частицы, теплопроводность газовой смеси, давление в камере распыления.

Скорость зарождения кристаллов возрастает с ростом скорости охлаждения, что приводит к пропорциональному уменьшению размера зерен. Влияние скорости охлаждения частиц расплавленного металла на характеристики микроструктуры исследованы во многих работах [16, 57, 148]:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соколов, Юрий Алексеевич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении / Ю.М.Соломенцев, В.Г.Митрофанов, А.Ф.Прохоров и др.; Под общ. ред. Ю.М.Соломенцева, В.Г.Митрофанова. - М.: Машиностроение, 1986.- 256 с.

2. Арутюнов Р.В., Баранов В.И., Большов Л.А. и др. Воздействие лазерного излучения на материалы. - М.: Наука, 1989. - 367 с.

3. Ачеркан Н.С. Справочник металлиста. Т. 1. - М.: Машиностроение, 1965. -1007 с.

4. Балдаев Л. X., Шестеркин Н. Г., Лупанов В. А. и др. Особенности процессов высокоскоростного газопламенного напыления // Сварочное производство. -2003.-№5.-С.43-46.

5. Бейко И.В., Бублик Б.Н., Зинько П.Н. Методы и алгоритмы решения задач оптимизации. - К.: Высшая школа, 1983. - 512 с.

6. Беккерт М., Клемм X. М. Способы металлографического травления: Справ, изд. Пер. с нем..: Металлургия, 1988. - С.400.

7. Будкин Ю.В., Сивов Е.Н., Соколов Ю.А. Электроннолучевая сварка. - М.: ДПК Пресс, 2010. - 96 с.

8. Будкин Ю.В., Соколов Ю.А. Программно-целевой способ обеспечения температурного поля электронно-лучевой сварки тугоплавких металлов со сталью // Сварочное производство, 2010. - № 12, С. 7-12.

9. Ваулин Д. Д., Генченков С.В., Дьяков В.В., Кульнев А.В., Соколов Ю.А., Старовойтенко Е.И. Специализированная технологическая установка для получения гранул жаропрочных и титановых сплавов методом центробежного распыления // Металлургия машиностроения. - 2014. - № 3. - С. 30-34.

10. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. Учебное пособие для вузов. - М.: Энергия, 1967. - 416 с.

11. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. - М.: Мир, 1967, -160 с.

зп

12. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при ЛО материалов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -208 с.

13. Волохонский Л.А. Вакуумные дуговые печи. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -232 с.

14. Гадалов В.Н., Сальников В.Г., Агеев Е.В., Романенко Д.Н. Металлография металлов, порошковых материалов и покрытий, полученных электроискровыми способами: Монография. - М.: ИНФРА-М, 2011. -468 с.

15. Генченков С.В., Дьяков В.В., Кузнецов С.Ю., Соколов Ю.А. Автоматизированный комплекс «ВАК»: новые технологические возможности индукционной плавки в холодном тигле // Литейное производство. - 2014. -№4. - С.37-40.

16. Гессингер Г.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов. -Челябинск: Металлургия, 1988. - 320 с.

17. Герман Рендалл М. Порошковая металлургия от А до Я. Учебно-справочное руководство/Пер. с англ. О.В. Падалко и Г.А.Либенсон.-Москва: ИД Интеллект, 2009. - 336 с.

18. Горынин И.В., Орыщенко А.С., Фармаковский Б.В., Кузнецов П.А. Перспективные исследования и разработки научного нанотехнологического центра ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» в области наноматериалов // Вопросы материаловедения. - 2014. - №2(78). - С. 118 - 127.

19. ГОСТ 4.405-85. Устройства числового программного управления. Номенклатура показателей. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 14 с.

20. ГОСТ 20999-83 (СТ СЭВ 3585-82). Устройства числового программного управления для металлообрабатывающего оборудования. Кодирование информации управляющих программ. - М.: Изд-во стандартов, 1983.- 26 с.

21. Гранульные композиты и эффективность их применения / Ю.П. Москвичев, В.И. Панин, С.В. Агеев, Н.Д. Чайнов, Л.Л. Мягков // Actual Conference. -2011. № l.C. 46-50.

312

22. Гречанюк Н.И., Осокин В.А., Гречанюк И.Н. Новые композиционные материалы для электрических контактов и способ их получения // Рынок металлов, 1999. - № 4. - с.58-60.

23. Гусев Г.П., Малджиева Р., Спасов Л.А. Термическая обработка стали электронным лучом // Международная конференция по электронно-лучевым технологиям. НРБ, София, 1985. - С. 352-356.

24. Гуттенберг Б. Физика земных недр. - М.: Издательство иностр, лит., 1963. -520 с.

25. Добаткин В.И., Елагин В.И. Гранулируемые алюминиевые сплавы. - М.: Металлургия, 1981. - 176 с.

26. Ермаков С.М., Жиглебский А.А. Математическая теория оптимального эксперимента: Учебное пособие. - М.: Наука, 1987. - 320 с.

27. Захаров В.Н., Поспелов Д.А., Хазацкий В.Е. Системы управления. - М.: Энергия, 1977. - 424 с.

28. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир, 1975. - 542 с.

29. Ивенсен В.А. Кинетика уплотнения металлических порошков при спекании. М.: Металлургия. 1971. - 265 с.

30. Информационная технология: вопросы развития и применения / Гриценко В.И., Паньшин Б.Н. - Киев: Наукова думка, 1988. - 272 с.

31. Казаринов Д.А., Комаров М.А., Малеев А.В., Соколов Ю.А. Универсальная установка типа «ВИП НК ПМ» для получения изделий с различной структурой // Литейное производство Издательство: ООО Литейное производство ISSN: 0024-449Х. - 2014. - №3. - С. 32-35.

32. Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. - Киев: «Экотехнология», 2004. - 260 с.

33. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 с.

34. Кислый П.С., Кузенкова М.А. Спекание тугоплавких соединений. Киев: Наукова думка, 1980. - 168 с.

35. Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и

313

сплавов. Учебник для вузов / Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. М.: -«МИСИС», 2001.-416 с.

36. Кондратьев С.Ю., Горынин В.И., Попов В.О. Оптимизация параметров поверхностно-упрочненного слоя при лазерной закалке деталей // Сварочное производство. 2011. № 3. С. 11-15.

37. Кондратьев С.Ю., Соколов Ю.А., Копаев В.Н. Исследование движения расплавленной гранулы по поверхности формируемого изделия в процессе электронно-лучевого синтеза изделий // Металлообработка Издательство: Издательство Политехника (Санкт-Петербург) ISSN: 1684-6702. - 2014. - №1 (79).-С. 27-31.

38. Константинов В.В., Поляков А.Н., Соколов Ю.А., Чуклинов С.В. Установка «ЭЛУ 20Р»: новые возможности для электроннолучевой сварки // Сварочное производство. - 2009. - № 9. - С. С. 43-46.

39. Константинов В.В., Купченко Г.В., Симонов А.М., Соколов Ю.А. Естественные композиционные материалы для газотурбинных двигателей // Литейное производство. - 2004. - № 11. - С. 7-11.

40. Константинов В.В., Копаев В.Н., Логачева А.И., Логачев А.В., Соколов Ю.А. Особенности охлаждения частиц в процессе получения гранул методом PREP // Электромеханик. - 2014. - №3. - С. 15-19.

41. Константинов В.В., Кульнев А.В., Логачева А.И., Логачев А.В., Соколов Ю.А. Специализированная технологическая установка нового поколения для получения порошков жаропрочных и титановых сплавов методом PREP // Электромеханик. - 2014. - №3. - С. 11-14.

42. Константинов В.В., Соколов Ю.А., Копаев В. Н., Логачева А.И., Логачев

А.В. Расчёт пульсаций поверхности частицы в процессе получения порошка металлов и сплавов методом PREP // Электромеханик. - 2014. - №4. - С. 24-26.

43. Коровин А.Я. Оборудование для сверхзвукового газопламенного напыления покрытий. [Текст] / А.Я.Коровин, В.Н.Хромов //Сборник научных трудов. В 2х частях. Ч. 2.-М.: РГАЗУ, 2000. - С. 183-186.

314

44. Г.М. Кузьмичева. Теория плотнейших шаровых упаковок и плотных шаровых кладок: М.: Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова.- 2000. - 37 с.

45. Ландау Л.Д., Лифшиц Б.М. Гидродинамика. Теоретическая физика: т. VI: М.: Наука, 1986.-736 с.

46. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. В 2-х т. Т.1. Производство металлических порошков. М: Изд-во МИСИС, 2001.-368 с.

47. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. В 2-х т. Т.2. Формование и спекание. М: Изд-во МИСИС, 2002. -320 с.

48. Лукьянов А. А., Соколов Ю. А. Механические свойства композиционных материалов, полученных методом синтеза электронным лучом // Научнотехнические ведомости СПБГПУ. Издательство: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (Санкт-Петербург). ISSN: 1994-2354. - 2014. - № 4 (207). - С. 174-180.

49. Лясоцкая В.С. Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов. -М. Экомет, 2003. - 352 с.

50. Мартин Дж., Доэрти Р. Стабильность микроструктуры металлических систем. - М.: Атомиздат, 1978. - 280с.

51. Маслеников И. А., Соколов Ю. А., Копаев В. Н. Исследование напряженного состояния зоны стружкообразования с помощью программного комплекса ANSYS Workbench // Металлообработка. - 2012. - № 5-6. - С. 18-23.

52. Маслеников И.А., Соколов Ю.А. Структурно-параметрическая оптимизация токарной операции с использованием многоцелевой функции // Станки и инструмент. - 1997- № 1 - С. 23-26.

53. Месаревич М., Мако Д., Такахара Я. Теория иерархических многоуровневых систем. - М.: Мир, 1973. - 344 с.

315

54. Методы математического моделирования, автоматизации обработки наблюдений и их применения/под ред. А.Н. Тихонова, А.А. Самарского. - М.: МГУ, 1986.-280 с.

55. Модификация поверхностных слоёв металлических материалов сильноточными импульсными электронными пучками / В.И. Иптин, Б.А. Коваль, А.Е. Лигачев и др. // Международная конференция по электроннолучевым технологиям. НРБ, София, 1985. - С. 332-337.

56. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками/Под. ред. Дж. М. Поута и др.; Пер с англ. Н.К. Мышкина и др.; Под ред. А.А. Углова. - М.: Машиностроение, 1987. - 424с.

57. Мусиенко В.Т. Особенности распыления вращающейся заготовки // В кн. Металлургия гранул. - М.: ВИЛС, 1986. - Вып. 3. - с. 23-33.

58. Мусиенко В.Т. Закономерности образования гранул при центробежном распылении вращающейся заготовки // В кн. Металлургия гранул. - М.: ВИЛС, 1883. - Вып. 1, с. 41-48.

59. Нанесение покрытий плазмой / В.В.Кудинов, П.Ю.Пекшев, В.Е.Белащенко и др. - М.: Наука, 1990. - 408 с.

60. Нейков О.Д., Логачёв И.Н. Аспирация и обеспыливание воздуха при производстве порошков. -М.: Металлургия, 1981. - 192 с.

61. Новые материалы. Колл, авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. -М.:МИСИС, 2002-736 с.

62. Орлов В.К. К инженерному расчёту аэродинамики частицы при центробежном распылении расплава // В кн. Металлургия гранул. - М.: ВИЛС, 1984. - Вып. 2, с. 33-40.

63. Орлов В.К. К расчёту скоростей охлаждения капель распылённого металла в газовой среде // В кн. Металлургия гранул. - М.: ВИЛС, 1983. - Вып. 1, с. 67-77.

64. Патент РФ 2297583. Вакуумная индукционная печь с печью подогрева форм / В.В. Константинов, О.М. Проканов, Ю.А. Соколов.

65. Патент РФ 2339494. Вакуумная камера для электронно-лучевой обработки /

В.В. Константинов, В.П. Савчук, Ю.А. Соколов, В.А. Гейкин, Е.М. Наговицын,

316

С.Г. Пузанов, Ю.С. Елисеев, В.А. Поклад, Н.И. Шаронова.

66. Патент РФ 2355537. Установка диффузионной сварки / А.В. Люшинский,

С.В. Чуклинов, А.В. Билык, В.В. Константинов, Ю.А. Соколов, Г.И. Джанджгава.

67. Патент РФ 2375147 Способ получения литых деталей с гранулярной структурой / Никишин В.А., Елисеев Ю. С., Поклад В.А., Вдовец В.М., Рудницкий С.В., Семионов Е.Н., Петров Е.Е., Константинов В.В., Соколов Ю.А.

68. Теплотехника / Под ред. А.П. Баскакова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 224 с.

69. Петров Ю.Б., Ратников Д.Г. Холодные тигли. - М.:Металлургия, 1972. - 112 с.

70. Поверхностное упрочнение сталей при воздействии интенсивного импульсного электронного пучка / В.И. Итин, Н.Н. Коваль, Г.А. Месяц и др. -Физика и химия обработки материалов. - 1984. - № 6. - С. 119-122.

71. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения

многокритериальных задач. - М.: Наука, 1982. - 254 с.

72. Порошковая металлургия и напылённые покрытия / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. Под ред. Б.С. Митина. - М.: Металлургия. - 1987. -792 с.

73. Разработка новых экономнолегированных титановых сплавов для средств индивидуальной бронезащиты и изделий бронезащиты и изделий бронетехники. Перспективы применения / Гавзе А.Л., Чусов С.Ю., Яньков В.П. и др. - Титан. -2013. - № 1. - С. 46-48.

74. Рудской А.И., Кондратьев С.Ю., Кокорин В.Н., Сизов Н.А. Исследование процесса уплотнения при ультразвуковом воздействии на увлажненную порошковую среду // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. № 3 (178). С.148-155.

75. Рудской А.И., Кокорин В.Н., Кондратьев С.Ю., Филимонов В.И., Кокорин А.В. Прессование гетерофазных увлажненных железных порошков при

317

использовании метода интенсивного уплотнения // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2013. № 5 (23). С. 13-20.

76. Рудской А.И., Кондратьев С.Ю., Соколов Ю.А. Алгоритм и технологические процессы синтеза порошковых деталей электронным лучом в вакууме//Технология машиностроения.-2015.-№ 1.-С. 11-16.

77. Рудской А.И., Соколов Ю.А., Копаев В.Н. Математическая модель

управляемого нагрева подложек прямоугольной формы при получении порошковых материалов // Научно-технические ведомости СПБГПУ. Издательство: Санкт-Петербургский государственный политехнический

университет (Санкт-Петербург). ISSN: 1994-2354. - 2014. - № 2 (195). - С. 85-92.

78. Рудской А.И., Соколов Ю.А., Копаев В.Н. Определение температурного

поля при сканировании поверхности электронным лучом в технологии синтеза порошковых изделий // Научно-технические ведомости СПБГПУ Издательство: Санкт-Петербургский государственный политехнический

университет (Санкт-Петербург) ISSN: 1994-2354. - 2014. - №2 (195). - С. 109116.

79. Рудской А.И., Кондратьев С.Ю., Соколов Ю.А. Технология послойного электронно-лучевого синтеза порошковых изделий в вакууме // Заготовительные производства в машиностроении. М.: Машиностроение. ISSN: 1684-1107. - 2014. - № 8. - С. 40-45.

80. Рудской А.И., Соколов Ю.А., Копаев В.Н. Моделирование процесса электронно-лучевого синтеза изделий из порошка титанового сплава ВТ6 с учетом теплоты фазового перехода (двухфазная задача Стефана) // Научнотехнические ведомости СПБГПУ. Издательство: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (Санкт-Петербург). ISSN: 1994-2354. - 2014. - № 3 (202). - С. 146-153.

81. Рудской А.И., Соколов Ю.А., Копаев В.Н. Определение теплофизических свойств материалов для моделирования процесса получения металлических гранул // Научно-технические ведомости СПБГПУ. Издательство: Санкт-

318

Петербургский государственный политехнический университет (Санкт-Петербург). ISSN: 1994-2354. - 2014. - № 3 (202). - С. 170-179.

82. Рыкалин, Н.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: справочник / Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, И.В. Зуев, А.Н. Кокора. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

83. Рыкалин, Н.Н. Основы электронно-лучевой обработки материалов / Н.Н. Рыкалин, И.В. Зуев, А.А. Углов. - М.: Машиностроение, 1978. - 239 с.

84. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 784 с.

85. Самарский А.А., Галактионов В.А., Курдюмов С.П., Михайлов А.П. Режимы с обострением в задачах для квазилинейных параболических уравнений. - М.: Наука, 1987. - 480 с.

86. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013616556 Реализация траекторной задачи системы управления установки для послойного синтеза изделий электронным лучом: позиционирование механизмов стола / Константинов В.В., Кузнецов С.Ю., Арсин Д.В., Соколов Ю.А.

87. Свойства и применение дисперсных порошков / Сборник под ред. В.В. Скорохода. Киев: Наукова думка, 1986. - 180 с.

88. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. - М.: Мир, 1976. -392 с.

89. Сенькин Е.Н. Подсистема многокритериальной параметрической оптимизации режущего инструмента // Станки и инструмент. - 1989. - № 4. - С. 15-17.

90. Сенькин Е.Н. Декомпозиция задачи проектирования режущего инструмента // Вестник машиностроения. - 1985. - № 12. - С. 39-42.

91. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. - М.: Наука, 1981. - 107 с.

3i9

92. Соколов Ю. А. Получение композиционных материалов с программируемой структурой из гранул различного химического состава методом послойного электронно-лучевого синтеза // Металлообработка. - 2013. - № 3. - С. 47-51.

93. Соколов Ю. А. Особенности моделирования процесса послойного синтеза изделий с помощью электронного луча // Металлообработка. - 2013. - № 4. - С. 11-16.

94. Соколов Ю.А. Система управления PCNC сварочного автомата // Сварочное производство. - 1994. - № 3. - С. 21-23.

95. Соколов Ю.А., Константинов В.В., По клад В. А. Совместный проект установок вакуумного литья // Литейное производство. - 2007. - № 8 - С. 19-22.

96. Соколов Ю.А. Автоматизация технологического процесса получения отливок методом направленной кристаллизации // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. - №3. - С. 4-6.

97. Соколов Ю.А. Автоматизация процесса литья изделий с направленной и монокристаллической структурой // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2003. - № 4. - С. 27-28.

98. Соколов Ю.А. Вопросы модернизации технологического оборудования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2003. - № 5. - С. 79.

99. Соколов Ю.А. Организация аппаратных и программных средств системы управления станочного оборудования на базе компьютерной технологии // Приборы и системы управления. - 1993. - № 9. - С. 33 - 37.

100. Соколов Ю.А. Автоматизация технологического процесса электроннолучевой сварки на базе сети контроллеров семейства DirectLogic (на примере установки «ЭЛУ ПМ») // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2009. - №12. -С.38-40.

101. Соколов Ю.А. Оптимальное управление процессом вакуумного литья // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2001. №9. - С. 25-27.

102. Соколов Ю.А. Методы оптимального управления технологическими процессами // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2002. - № 4. - С. 22-24.

320

103. Соколов Ю.А. Решение задачи интерполяции по геометрическим и технологическим осям на базе контроллера DL-06 // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2008. - № 1, - С. 41-43.

104. Соколов Ю.А., Кулешов В.Г. Организация современных технологических систем на базе информационной технологии // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2008. - № 3, - С. 21-23.

105. Соколов Ю.А. Особенности построения современных систем управления электронно-лучевых установок // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. -№8. - С. 5-8.

106. Соколов Ю.А., Журавлёв С.Н. Основные функции системы управления электронно-лучевой установки // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. -№9.-С. 28-31.

107. Соколов Ю.А. Автоматическая система управления печи индукционного нагрева // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2008. - № 6. - С. 16-18.

108. Соколов 10.А., Кулешов В.Г. Построение систем управления на базе контроллеров Direct Logic. -М., 2004. - 152 с.

109. Соколов Ю.А., Константинов А.В. Технологическое оборудование.

Современные системы управления. Перспективы. - Ржев, 2002. - 144 с.

110. Соколов Ю.А., Афанасьева Л.Е., Новоселова М.В., Гречишкин Р.М. Микроструктура и износостойкость сплавов титана полученных методом послойного электронно-лучевого синтеза // Вестник ТвГУ. Сер. Физика. 2013. Т.18. С. 35-44.

111. Соколов Ю. А., Копаев В.Н. Особенности получения гранульных композиционных материалов // Металлообработка Издательство: Издательство Политехника (Санкт-Петербург) ISSN: 1684-6702 - 2014. - № 5. - С. 35-41.

112. Соколов Ю.А. Организация программного обеспечения технологических комплексов // Авиационная промышленность. - 1992.- № 7. - С. 43 - 45.

113. Соколов Ю.А., Журавлёв С.Н. Новый подход к построению вакуумных систем // Авиационная промышленность. - 2003. - № 3. - С. 50-53.

321

114. Соколов Ю.А. Электроннолучевое оборудование для реализации национальных программ по авиастроению, судостроению, сверхпроводникам и нанотехнологиям // Технология и оборудование электронно-лучевой сварки -2008. Материалы Первой Санкт-Петербургской международной научнотехнической конференции. - Спб.: ООО Агенство «ВиТ-Принт», 2008. - С. 157163.

115. Соколов Ю.А. Установка нового поколения для электроннолучевой сварки // Технология и оборудование электронно-лучевой сварки - 2008. Материалы Первой Санкт-Петербургской международной научно-технической конференции. - СПб.: ООО Агенство «ВиТ-Принт», 2008. - С. 190-197.

116. Соколов Ю.А., Скворцов И.В. Энергетический сварочный комплекс «БЭВС-60/15» на базе прямонакальной пушки и высоковольтного стабилизированного источника питания // Технология и оборудование электронно-лучевой сварки - 2011. Материалы второй Санкт-Петербургской международной научно-технической конференции. - СПб.: ООО Агенство «ВиТ-Принт», 2011. - С. 218-223.

117. Соколов Ю.А., Скворцов И.В. Установка «ЭЛУ-27»: новые возможности

электронно-лучевых технологий // Технология и оборудование электроннолучевой сварки - 2011. Материалы второй Санкт-Петербургской

международной научно-технической конференции. - Спб.: ООО Агенство «ВиТ-Принт», 2011. - С. 194-202.

118. Соколов Ю.А. Исследование послойного электронно-лучевого синтеза изделий на базе математической модели // Технология и оборудование ЭЛС-

2014. Доклады Санкт-Петербургской Международной научно-технической конференции 24 -26 июня 2014 года. - Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета. - 2014. - С. 84-97.

119. Соколов Ю.А. Электронный луч: новые возможности по созданию многокомпонентных материалов // Технология и оборудование ЭЛС-2014. Доклады Санкт-Петербургской Международной научно-технической

322

конференции 24 -26 июня 2014 года. - Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета. - 2014. - С. 74-83.

120. Соколов Ю.А, Журавлёв С. Н. Особенности проектирования систем управления для процесса электронно-лучевой обработки // Технология и оборудование ЭЛС-2014. Доклады Санкт-Петербургской Международной научно-технической конференции 24 -26 июня 2014 года. - Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета. - 2014. - С. 46-54.

121. Соколов Ю.А. Организация региональных систем и научно-технических центров Тверской области для выполнения национальных государственных программ // Материалы 1 инновационного форума «Университет - региону», Тверь; Тверской государственный университет, 2009. С. 133-144.

122. Соколов Ю. А. Особенности проектирования технологической операции электронно-лучевой обработки // Металлообработка Издательство: Издательство Политехника (Санкт-Петербург) ISSN: 1684-6702 - 2014. - № 2. -С.16-22.

123. Соколов Ю.А. Структурно-параметрическая оптимизация процесса послойного синтеза изделий электронным лучом // Металлообработка Издательство: Издательство Политехника (Санкт-Петербург) ISSN: 1684-6702-

2014. -№4.-С. 23-29.

124. Соколов Ю.А. Автоматизация процесса нанесения металлических и керамических порошковых материалов на поверхности изделий методом плазменного напылении // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2009. - №11. -С. 14-16.

125. Соколов Ю.А., Кондратьев С.Ю., Лукьянов А.А. Получение изделий из композиционных материалов методом электронно-лучевого синтеза и исследование их свойств // Заготовительные производства в машиностроении. -

2015. -№2.-С. 35-41.

126. Соколов Ю.А., Генченков С.В., Дьяков В.В., Кузнецов С.Ю. Автоматизированный комплекс «ВАК»: новые технологические возможности

323

индукционной плавки в холодном тигле // Электромеханик. - 2014. - №1. - С. 23-26.

127. Старков В.К. Физика и оптимизация резания материалов. М.: Машиностроение, 2009.. - 640 с.

128. Строение и свойства авиационных материалов / Белов А.Ф., Бенедиктова Г.П., Висков А.С. и др. Под ред. акад. Белова А.Ф., проф. Николенко В.В.. -М.: Металлургия, 1989. -368 с.

129. Сухов Д.И. Применение математической модели для анализа влияния параметров плазменного распыления на крупность гранул титанового сплава ВТ25УП // Технология лёгких сплавов. - 2013. - № 2. - С. 57-68.

130. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. И.К. Кикоина. - М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

131. Тарасов А.В. Металлургия титана. - М.: ИКЦ «Академкнига)), 2003. - 328с.

132. Теплотехника / Под ред. А.П. Баскакова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. -224 с.

133. Тимошенко В.И. Газовая динамика высокотемпературных технологических процессов / В.И. Тимошенко. - Днепропетровск: Институт технической механики НАНУ и НКАУ. - 2003. - 456 с.

134. Тир Л.Л., Губченко А.П. Индукционные плавильные печи для процессов повышенной точности и чистоты. -М. Энергоатомиздат, 1988. - 120 с.

135. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. - М.: МГУ, 1999.-799 с.

136. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М., «Металлургия», 1976.- 528 с.

137. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф Дисперсные частицы в тугоплавких металлах. К.: Наукова думка, 1978. - 240с.

138. Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. К.: Наукова думка, 1975. - 316 с.

324

139. Углов А.А., Смуров И.Ю., Лапшин А.М., Гуськов А.Г. Моделирование теплофизических процессов импульсного лазерного воздействия на металлы. М.: Наука, 1991.-288 с.

140. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1972.- 544 с.

141. Фрост Г. Дж., Эшби М. Ф. Карты механизмов деформации. Челябинск: Металлургия, 1989. - 328с.

142. Хает Г.Л., Коткин Г.Г. Многокритериальная оптимизация параметров инструмента и режимов его эксплуатации// Станки и инструмент.- 1988.- № 6. -С. 14-16.

143. Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985.

- 345 с.

144. Хоменюк В.В. Элементы теории многоцелевой оптимизации. - М.: Наука, 1983.- 123 с.

145. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология. - М. Энергия, 1980. - 528 с.

146. Шишковский И.В. Лазерный синтез функционально-градиентных мезоструктур и объёмных изделий. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2009. - 424 с.

147. Щербицкий В.В., Гречанюк Н.И., Кучеренко П.П. Электроннолучевая установка для получения многослойных материалов // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1982.- Вып. 16. - С.51-53.

148. Эскин Г.И. Условия формирования недендритной структуры в слитках и гранулах лёгких и жаропрочных никелевых сплавов // Технология лёгких сплавов. - 2013. - № 4. - С.147-159.

149. Юдаев Б.Н. Теплопередача. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1973.

- 360 с.

150. ANSYS Basic Analysis Procedures Guide // ANSYS Realise 5.6. - ANSYS Inc, 1998.

151. Basa J. CAD/CAM softwares in practice // Proc, of the Int. Conf. "INTBRTECHNO'90, 11-14 Sept., 1990, Budapest". - Budapest: ScietiHe Society of Mechanical Engineers, 1990. - P. 50-55.

325

152. Biamino S., Penna A., U. Ackelid U., Sabbadini S., Tassa O., Fino P., Pavese M., P. Gennaro P., Badini C. Electron beam melting of Tie48Ale2Cre2Nb alloy: Microstructure and mechanical properties investigation // Intermetallics. - 2011. -№19.-P. 776-781.

153. Brackbill, J.U., Kothe, D.B., and Zemach, C., "A Continuum Method for Modeling Surface Tension", Journal of Computational Physics. 1992. - Vol. 100 - P. 335-354.

154. Choi J., Han L., Hua Y. Modeling and experiments of laser cladding with dropled injection // Journal of Heat Transfer, 2005. V. 127, №9. P. 978-986.

155. Dwivedi R., Zekovic S., Kovacevic R. A novel approach to fabricate unidirectional and branching slender structures using laser-based meta deposition // International Journal of Machine Tools & Manufacture. - 2007. - V. 47. - P. 12461256.

156. Grechanyk N.I., Osokin V.A., Grechanyk I.N. Vinakova R.V. Composite materials on base of copper and molybdenum, condensed from vapor phnse, for electrik contacts. Structure, properties, technology. Part 1. State - of - the art and prospects of application of technology of elekctron beat high-rateevaporation-condensation for producing materials of elektrik contacts // Advances in Electrometallurgy - 2005. - № 2. - p.24-29.

157. Gu Dongdong, Hagedorn Yves-Christian, Meiners Wilhelm, Meng Guangbin, Batista Rui Joa'o Santos, Wissenbach Konrad, Poprawe Reinhart Densiflcation behavior, microstructure evolution, and wear performance of selective laser melting processed commercially pure titanium // Acta Mechanica. - 60 (2012). - P. 38493860.

158. Gusarov A. V., Yadroitsev I., Bertrand Ph., Smurov I. Model of Radiation and Heat Transfer in Laser-Powder Interaction Zone at Selective Laser Melting // Journal of Heat Transfer. -2009. - № 7. - Vol. 131 -P. 072101.

159. Hrabe N., Quinn T. Effects of processing on microstructure and mechanical properties of a titanium alloy (Ti-6A1—4V) fabricated using electron beam melting

326

(EBM), part 1: Distance from build plate and part size. - Materials Science & Engineering. - 2013. - February 23. - P. 264-270.

160. Karunakaran К. P., Suryakumar S., Vishal Pushpa, Sreenathbabu Akula. Retrofitment of a CNC machine for hybrid layered Manufacturing // Int J Adv Manuf Technol. - 2009. - № 45. - P. 90-703

161. Kelly P.J., Arnell R.D. Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications//Vacuum-2000. -№56. -P. 159 -172.

162. Kelly P.J., Abu-Zeid O.A., Arnell R.D. and Tong J. The deposition of aluminium oxide coatings by reactive unbalanced magnetron sputtering, Surf Coat. Technol, 1996. - №28. - P. 86-87.

163. Kondratiev S.Y., Gorynin V.I., Popov V.O. Optimization of the parameters of the surface-hardened layer in laser quenching of components // Welding International. August 2012. - Vol. 26. - № 8. - P. 629-632.

164. Kothe, D.B. and Mjolsness, R.C. RIPPLE: A New Model for Incompressible Flows with Free Surfaces, AIAA Journal. - 1992. - Vol. 30. - pp. 2694-2700.

165. Kuehs W. Zukunftsichere Maschinensteuerung fur den Formen- und Werkzeugbau// Der Stahlformenbauer. - 1989.- H. 6. - N 2. - S. 21-26.

166. Labudovic M., Hu D., Kovacevic R., A tree dimensional model for direct laser metal powder deposition and rapid prototyping // Journal of Materials Science. -2003.-V. 38.-P. 35-49.

167. Mughal M.P., Fawad H., Mufti R.A. Finite element prediction of thermal stresses and deformations in layered manufacturing of metallic parts // Acta Mechanica. - 2006. - V. 183. - №1-2. - P.61-79.

168. Mughal M.P., Fawad H., Mufti R.A. Tree-dimensional flnite-element modeling of deformation in weld-based rapid prototyping // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. - 2006. -V.220, - №6. - P.875-885.

169. Mughal M.P., Fawad H., Mufti R.A., Siddique M. Deformation modeling in layered manufacturing of metallic parts using gas metal arc welding: Effect of

327

process parameters // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. - 2005. - V. 13, - №7. - P.l 187-1204.

170. Murr L.E., Gaytan S.M., Ceylan A., Martinez E., Martinez J.L., Hernandez D.H., Machado B.I., Ramirez D.A., Medina F., Collins S., Wicker R.B. Characterization of titanium aluminide alloy components fabricated by additive manufacturing using electron beam melting // Acta Materialia. - 2010. - № 58. - P. 1887-1894.

171. Opic R. The production of selftuning controllers/ZContr. and Instrum. - 1987. -№ 7.-P. 49, 51.

172. Peters T.E., Schloemer D., Ratzlaff K.L. Creating dedicated instrument controllers using personal computer as platforms // Analytical Instrumentation. -1988.-№ 17(3).-P. 225-233.

173. Pinkerton A.J., Li L. An analytical model of energy distribution in laser direct metal deposition. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. - 2004. V218. - №4. - P.363-374.

174. Pinkerton A.J., Li L. An experimental and numerical study of the influence of diode laser beam shape on thin wall direct deposition // Journal of Laser Applications. - 2005. - V.17 - №1. - P.47-56.

175. Prosperetti A. Free Oscillations of Drops and Bubbles: The Initial - Value Problem// Journal of Fluid Mechanics. - 1980. - Vol. 100. - P. 333.

176. Qi H., Mazumder J., Ki H. Numerical simulation of heat transfer and fluid flow in coaxial laser cladding process for direct metal deposition// Journal of Applied Physics. - 2006. - V.100. - №2.

177. Sasmal, G.P. and Hochstein, J.I., "Marangoni Convection with a Curved and Deforming Free Surface in a Cavity", Transaction of ASME, Journal of Fluid Engineering. 1994. - Vol. 116. - P. 577-582.

178. Wang, G., "Finite Element Simulations of Gas-Liquid Flows with Surface Tension", Presented at the 2000 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Orlando, FL. - 2000. - №11.

328

179. Xiangl Li, Chengtaol Wang, Wang Lin Wang, Wenguangl Zhang, Yuanchaol Li Fabrication of Bioactive Titanium with Controlled Porous Structure and Cell Culture in Vitro // Rare Metal Materials and Engineering. - 2010. - № 39. - P. 1697-1701.

180. Zhu, Y.Y. and Cescotto, S., "Transient Thermal and Thermomechanical Analysis by Mixed FEM", Computers and Structures. - 1994. - Vol. 53. - P. 275-304.

329

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Программа реализации геометрической задачи управления специализированного технологического оборудования для получения порошка и послойного синтеза (язык программирования RRL plus).

SP9

330

331

gg —

WWWPW S3

332

4

4 i-

ж

ж

CT174

Ж

—

Тчж.дм._мй

W7<*

—

КМ

йЖо

йЖо

—.

VW6

—.

WW

Хтек_мж.<

W^O

-с

333

и

ж

$

ж

334

ММ

—( ЭЕТ )

ЙЭҖ

И

мм&яюз

И4Д#^_&асж_жуо

мм , -( мт )

1S

НММЖ04

..^23_..

ЭМО MOt

-Ҷ w )

ТМ .

—{ миг )

335

XwtjM.c

WW

—4

СТА

VI711

> ' .7...

——t

ЙМА.4М0А.СТА

V17M

< h——

№

Mi

M

XwsjwM

W<K)

X wjnwn

-Ф

Bw

Пр^..^а^. СТА

V1714

wr ,

3 wr ,

336

337

338

6W

W , —{ HST )

^Оййй&ж Ж9 JM№ )

)Q!W

VtoatMW WHO

JMP )

339

TIM

w

—( MT )

TW

-Ҷ мт )

{ №W , !—"Ҷ MT )

У""——

st*

340

W

—Н Ь—

тми

МЮА7 j

WT

T1W —( R5T

Ow^wwjspw №W

—( ЛАР !

W..'.—

Кйжт.ж^№Х№А

ЖТЙ

341

Ж

YW

-4 MT )

—

1________

H50T

V3W

,W7

WWW

ЙЙЙЙЗЙЙ

VWWHMW

1ЖИЮ

Т1Я

342

343

344

345

С

ЖЙМ7

V!W

ЙЖВ

WW

vnw

vwws

LD

V1W

VwsiWKMt

W№C

T1

-{ RST

-( MT )

)

8698

-Ҷ MT )

346

347

НУ

63

*

КУ64

^4Ю

348

W

-Ҷ RST )

349

350

35i

352

ЖГ