ВЕСТНИК СИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ИНДУСТРИАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Представлены результаты лабораторных исследований окисления рельсовой стали марки Э90ХАФ при нагреве до температур 800 - 1200 °С. Угар стали определяли с помощью гравиметрического метода (по потере массы образцов). При проведении лабораторных экспериментов использовали образцы размером 10 ´ 10 ´ (2 ÷ 26) мм. Нагрев образцов проводили в электрической печи сопротивления СУОЛ-0,25.1/12,5-И1 с нагревателями из карбида кремния в атмосфере воздуха. Нагрев проводили до температур 800, 850, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150 и 1200 °С и выдерживали при постоянной температуре в течение 10, 30 и 50 мин. Для прогнозных расчетов угара получена зависимость, позволяющая определить потери массы стали в зависимости от температуры и времени нагрева. Установлено, что увеличение температуры от 800 до 1200 °С и времени выдержки от 10 до 50 мин. приводит к росту угара с 0,004 до 0,199 г/см2, то есть фактически в 50 раз. Наибольший эффект оказывает рост температуры. Закономерности влияния температурно-временного фактора на угар рельсовой стали хорошо согласуются с теоретическими представлениями о высокотемпературном окислении железо-углеродистых сплавов.

Исследованы особенности взаимодействия титанового сплава ВТ6св, подложки из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т и инструмента из никелевого жаропрочного сплава ЖС6У при фрикционной перемешивающей обработке. Показано, что механизм взаимодействия инструмента и материала при фрикционной перемешивающей обработке может претерпевать значительные изменения за счет внедрения в зону контакта второго материала. Последовательность процесса изнашивания инструмента в виде постепенного формирования трибологического слоя из механической смеси интерметаллидных фаз и карбидов сохраняется, но интенсивность износа увеличивается. Обнаружено, что даже небольшое избыточное внедрение пина инструмента в подложку приводит к замешиванию ее фрагментов в материал заготовки, что изменяет процесс течения и переноса металла по контуру инструмента. Исследования с применением методики быстрой остановки процесса обработки с вырезкой участка с внедренным в заготовку инструментом позволили определить, каким образом в материал заготовки внедряются фрагменты инструмента и подложки. Обнаружено, что это происходит за счет образования узких потоков по контуру инструмента с ярко выраженной вертикальной направленностью. Внедрение фрагментов инструмента в материал зоны перемешивания происходит непрерывно в процессе обработки, показывая реализацию как ламинарных, так и вихревых потоков металла. Взаимодействие потоков металла титанового сплава и потоков от подложки имеет сложный и неоднородный характер. Это связано с давлением, оказываемым инструментом на заготовку за счет силы прижима и усилия сопротивления продольному перемещению инструмента.

Исследованы особенности структурообразования в композиционных материалах с металлической матрицей на основе титанового сплава ВТ1-0 при фрикционной перемешивающей обработке с введением порошковых частиц меди, никеля и алюминия. Полученные результаты свидетельствуют о сложном и неоднороднном характере пластического течения металла по контуру инструмента при обработке с введением порошков различных металлов и их смеси. При обработке образуется достаточно неоднородная структура с неравномерным распределением порошков в объеме зоны перемешивания. Порошковые частицы за счет реакции с титановой матрицей образуют ряд интерметаллидных фаз различного состава. При этом однородного перемешивания смесей порошковых материалов с достижением образования сложных по составу интерметаллидов не было достигнуто. В зоне перемешивания в областях, обогащенных смесью вводимого порошка, наблюдается образование неоднородного материала из исходных порошков и интерметаллидов на их основе без реакции между ними и титановой матрицей. Наиболее обогащенными упрочняющими частицами на основе вводимых порошков являются подплечевая область зоны перемешивания, ее нижняя часть и наступающая сторона. Отступающая сторона зоны перемешивания является обедненной упрочяющими фазами. При использованных параметрах процесса обработки четырех проходов инструментом было недостаточно для обеспечения однородного распределения интерметаллидных фаз в зоне перемешивания. Механические свойства образцов из-за формируемых неоднородностей находятся на невысоком уровне. Пластичность полученных композитов не превышает 1,0 - 1,5 %. Наибольшие пределы прочности (680 МПа) и текучести (620 МПа) характерны для наиболее однородных по структуре образцов, модифицированных при обработке порошковыми частицами меди, никеля и алюминия в соотношении 1 : 1 : 1.