Influence of high-energy impact during plasma cutting on structure and properties of surface layers of aluminum and titanium alloys

V. E. Rubtsov; Рубцов В. Е.; A. O. Panfilov; Панфилов А. О.; E. O. Knyazhev; Княжев Е. О.; A. V. Nikolaeva; Николаева А. В.; A. M. Cheremnov; Черемнов А. М.; A. V. Gusarova; Гусарова А. В.; V. A. Beloborodov; Белобородов В. А.; A. V. Chumaevskii; Чумаевский А. В.; A. V. Grinenko; Гриненко А. В.; E. A. Kolubaev; Колубаев Е. А.

doi:10.17212/1994-6309-2023-25.4-216-231

Влияние высокоэнергетического воздействия при плазменной резке на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов

Авторы: Рубцов В.Е.¹, Панфилов А.О.¹, Княжев Е.О.¹, Николаева А.В.¹, Черемнов А.М.¹, Гусарова А.В.¹, Белобородов В.А.¹, Чумаевский А.В.¹, Гриненко А.В.¹, Колубаев Е.А.¹
Учреждения:
Выпуск: Том 25, № 4 (2023)
Страницы: 216-231
Раздел: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
URL: https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/301471
DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2023-25.4-216-231
ID: 301471

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Введение. Плазменная резка различных металлов и сплавов является одним из наиболее производительных процессов получения заготовок, особенно при использовании плазмотронов с обратной полярностью. Применение плазменной резки при получении заготовок больших толщин потенциально позволяет повысить производительность получения заготовок. В отечественной промышленности широко применяется оборудование для плазменной резки зарубежного производства, что ставит задачи по импортозамещению выпускаемых деталей и устройств соответствующими изделиями российских предприятий. По этой причине в настоящее время в Институте физики прочности и материаловедения совместно с предприятием «ИТС-Сибирь» ведется разработка оборудования плазменной резки на токах обратной полярности. При этом для установления особенностей влияния параметров и режимов процесса плазменной резки на структуру металла в зоне реза необходимо проведение сравнительных исследований на различных металлах и сплавах. Цель работы: выявление особенностей влияния высокоэнергетического воздействия на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов при плазменной резке с использованием плазмотрона, работающего на токах обратной полярности. Методами исследований являются оптическая металлография, измерение микротвердости и лазерная сканирующая микроскопия поверхности после плазменной резки. Результаты и обсуждение. Проведенные исследования показывают широкие возможности регулирования параметров процесса плазменной резки алюминиевых сплавов АМг5 и Д16АТ и титанового сплава ВТ1-0. Для использованных в работе сплавов имеются оптимальные значения параметров процесса, отклонения от которых приводят к различным нарушениям качества реза. Сплавы алюминия демонстрируют склонность к существенному разупрочнению в зоне резки, что связано с формированием крупнокристаллической структуры и больших некогерентных выделений вторичных фаз с одновременным обеднением твердого раствора легирующими элементами. Для титановых сплавов характерно проявление закалочных эффектов в зоне реза с повышением значений микротвердости. В поверхностных слоях, несмотря на применение азота в качестве защитного газа, также формируются окислы. Причем в ранее проведенной работе в сплаве ОТ4-1 не отмечается формирования оксидных пленок с высокой твердостью, в то время как в сплаве ВТ1-0 при резке в поверхностных слоях формируются окислы, резко повышающие значения микротвердости материала вплоть до величин порядка 15 ГПа. Такое положение может затруднять механическую обработку титановых сплавов после плазменной резки. Полученные результаты свидетельствуют о достаточно невысокой величине припуска на дальнейшую механическую обработку после плазменной резки алюминиевых и титановых сплавов.

Ключевые слова

Плазменная резка, титановый сплав ВТ1-0, макроструктура, алюминиевый сплав Д16АТ, алюминиевый сплав АМг5, зона термического влияния, изменение механических свойств материала

Список литературы

Tribological and electric contact resistance properties of pulsed plasma duplex treatments on a low alloy steel / J. Murua, I. Ibañez, A. Dianova, S. Domínguez-Meister, O. Larrañaga, A. Larrañaga, I. Braceras // Surface and Coatings Technology. – 2023. – Vol. 454. – P. 129155. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.129155.
Structure and properties of CrN/TiN multilayer coatings produced by cathodic arc plasma deposition on copper and beryllium-copper alloy / A.V. Kolubaev, O.V. Sizova, Yu.A. Denisova, A.A. Leonov, N.V. Teryukalova, O.S. Novitskaya, A.V. Byeli // Physical Mesomechanics. – 2022. – Vol. 25 (4). – P. 306–317. – doi: 10.1134/S102995992204004X.
Microstructure evolution and mechanical properties of plasma sprayed AlCoCrFeNi2.1 eutectic high-entropy alloy coatings / L. Wang, F. Zhang, H. Ma, S. He, F. Yin // Surface and Coatings Technology. – 2023. – Vol. 471. – P. 129924. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2023.129924.
Akkurt A. The effect of cutting process on surface microstructure and hardness of pure and Al 6061 aluminium alloy // Engineering Science and Technology, an International Journal. – 2015. – Vol. 18 (3). – P. 303–308. – doi: 10.1016/j.jestch.2014.07.004.
Ilii S.M., Coteata M. Plasma arc cutting cost // International Journal of Material Forming. – 2009. – Vol. 2 (1). – P. 689–692. – doi: 10.1007/s12289-009-0588-4.
Experimental study of the features of the kerf generated by a 200A high tolerance plasma arc cutting system / R. Bini, B.M. Colosimo, A.E. Kutlu, M. Monno // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 196 (1–3). – P. 345–355. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.05.061.
Optimization of surface roughness in plasma arc cutting of AISID2 steel using TLBO / P. Patel, B. Nakum, K. Abhishek, V. Rakesh Kumar, A. Kumar // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, iss. 9 (3). – P. 18927–18932. – doi: 10.1016/j.matpr.2018.06.242.
Hoult A.P., Pashby I.R., Chan K. Fine plasma cutting of advanced aerospace materials // Journal of Materials Processing Technology. – 1995. – Vol. 48 (1–4). – P. 825–831. – doi: 10.1016/0924-0136(94)01727-I.
Nandan Sharma D., Ram Kumar J. Optimization of dross formation rate in plasma arc cutting process by response surface method // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 32 (3). – P. 354–357. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.01.605.
Gariboldi E., Previtali B. High tolerance plasma arc cutting of commercially pure titanium // Journal of Materials Processing Technology. – 2005. – Vol. 160 (1). – P. 77–89. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.04.366.
An experimental analysis of cutting quality in plasma arc machining / M. Gostimirovic, D. Rodic, M. Sekulic, A. Aleksic // Advanced Technologies & Materials. – 2020. – Vol. 45 (1). – P. 1–8. – doi: 10.24867/ATM-2020-1-001.
Cinar Z., Asmael M., Zeeshan Q. Developments in plasma arc cutting (PAC) of steel alloys: A review // Jurnal Kejuruteraan. – 2018. – Vol. 30 (1). – P. 7–16. – doi: 10.17576/jkukm-2018-30(1)-02.
Kudrna L., Fries J., Merta M. Influences on plasma cutting quality on CNC machine // Multidisciplinary Aspects of Production Engineering. – 2019. – Vol. 2 (1). – P. 108–117. – doi: 10.2478/mape-2019-0011.
Влияние конструктивных особенностей плазмотрона на качество реза при прецизионной воздушно-плазменной разделке металла / С.В. Анахов, Б.Н. Гузанов, А.В. Матушкин, Н.Б. Пугачева, Ю.А. Пыкин // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. – 2020. – Т. 63 (2). – С. 155–162. – doi: 10.17073/0368-0797-2020-2-155-162.
Modeling and optimization of cut quality responses in plasma jet cutting of aluminium alloy EN AW-5083 / I. Peko, D. Maric, B. Nedic, I. Samardzic // Materials. – 2021. – Vol. 14 (19). – P. 5559. – doi: 10.3390/ma14195559.
Salonitis K., Vatousianos S. Experimental investigation of the plasma arc cutting process // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 3. – P. 287–292. – doi: 10.1016/j.procir.2012.07.050.
Suresh A., Diwakar G. Optimization of process parameters in plasma arc cutting for TWIP steel plates // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 38 (5). – P. 2417–2424. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.383.
Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью / В.Е. Рубцов, А.О. Панфилов, Е.О. Княжев, А.В. Николаева, А.М. Черемнов, А.В. Гусарова, В.А. Белобородов, А.В. Чумаевский, А.Н. Иванов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 33–52. – doi: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-33-52.
Matushkina I., Anakhov S., Pyckin Yu. Design of a new gas-dynamic stabilization system for a metal-cutting plasma torch // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2094. – P. 042075. – doi: 10.1088/1742-6596/2094/4/042075.
Shchitsyn V.Yu., Yazovskikh V.M. Effect of polarity on the heat input into the nozzle of a plasma torch // Welding International. – 2002. – Vol. 16 (6). – P. 485–487. – doi: 10.1080/09507110209549563.

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация

Том 27, № 4 (2025)

Влияние высокоэнергетического воздействия при плазменной резке на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов

Полный текст

Аннотация

Ключевые слова

Об авторах

В. Е. Рубцов

А. О. Панфилов

Е. О. Княжев

А. В. Николаева

А. М. Черемнов

А. В. Гусарова

В. А. Белобородов

А. В. Чумаевский

А. В. Гриненко

Е. А. Колубаев

Список литературы

Дополнительные файлы