№ 9 (147) (2023)

Актуальность проводимого исследования обусловлена ужесточением условий работы изделий высокотемпературного применения из листовых жаростойких сплавов, к которым относятся, в частности, аустенитные хромоникелевые стали. При работе стальных деталей под нагрузкой в окислительной атмосфере и агрессивных средах наряду со стойкостью к электрохимической и газовой коррозии от них требуется повышенная прочность, твердость, жаропрочность. Повышение характеристик указанных свойств достигается методами объемного и поверхностного упрочнения, к числу которых относится процесс азотирования. Применение традиционных технологий печного газового азотирования к хромоникелевым сталям сталкивается с проблемами: низкая скорость процесса насыщения азотом, что существенно увеличивает время процесса, и образование нитридов хрома, что негативно сказывается на коррозионной стойкости и жаростойкости. Разработка новых технологий азотирования высоколегированных хромосодержащих сталей ведется в направлении интенсификации процесса насыщения и регулирования фазового состава азотированного слоя для минимизации образования нитридов хрома. В настоящей работе поставлена цель определить рациональные технологические варианты и режимы высокотемпературного газового азотирования аустенитной стали, позволяющие повысить прочностные характеристики при комнатной и повышенных темпера-турах с сохранением ее жаростойкости. Термодинамическое моделирование фазового состава на основе CALPHAD-метода показало, что основными мерами по минимизации выделения нитридов хрома на азотированной поверхности являются увеличение концентрации титана в стали и снижение активности насыщающей газовой атмосферы, что достигается разбавлением азота инертным газом. Экспериментальные исследования проводились на листовых образцах 1,5 мм толщины стали аустенитного класса типа Х18Н10Т со стандартным (0,5%Ti) и повышенным (1%Ti) содержанием титана. Эксперименты проводили на лабораторной установке для высокотемпературного азотирования (900…1200 ℃); в качестве насыщающих сред использовали чистый азот и смеси азота с аргоном. Исследовали также двухступенчатые процессы, состоящие из азотирования в азоте с последующим отжигом в аргоне. Металлографическим анализом установлено, что при одной и той же температуре азотирования количество нитридов хрома снижается в экспериментальной стали с увеличенным содержанием титана, а разбавление азота аргоном снижает температуру выделения нитридов хрома. По исследованию кинетики процесса насыщения определено время сквозного азотирования листового образца при разных режимах насыщения, а также продолжительность деазотирующего отжига, рассчитанная на основании известной толщины зоны нитридов хрома. Установлено, что дисперсионное упрочнение зон внутреннего азотирования нитридами титана приводит к увеличению прочностных характеристик сталей как при комнатной, так и при повышенных температурах по сравнению с характеристиками базовой стали 08Х18Н10Т после типовой термообработки, при этом наибольший эффект упрочнения достигается при сквозном азотировании стали с 1%Ti. Рекомендованы варианты процессов сквозного азотирования 1,5 мм листа экспериментальной стали: tаз=1050 ℃, N2, 16 ч; tаз=1100 ℃, 50%N2 + 50%Ar, 22 ч; tаз=1100 ℃, N2, 5 ч + tотж=1200 ℃, Ar, 9 ч. Временное сопротивление разрыву азотированной стали при комнатной температуре повышается на 45…50 %, а при испытаниях при 800 ℃ – на 40…65% в зависимости от режима процесса. Сквозное азотирование позволяет поднять рабочую температуру сталей на 100…150 ℃ с обеспечением такой же длительной прочности. Жаростойкость при 900 ℃ сохраняется на уровне неазотированной стали после двухступенчатых процессов, обеспечивающих максимальное удаление с поверхности нитридов хрома на стадии отжига.

Рассмотрена проблема проектирования технологии механической обработки деталей в гранулированных средах в условиях цифрового производства. Рассмотрены особенности обработки в абразивных средах и в среде стальных шариков (отделочно-упрочняющие методы обработки). Получены зависимости для определения параметров единич-ного взаимодействия частицы среды с поверхностью детали при обработке в гранулированных средах. Получены зависимости для определения максимальной глубины внедрения частицы в поверхность обрабатываемой детали, параметры единичного следа, шероховатости поверхности, времени обработки. Для отделочно-упрочняющих мето-дов обработки в гранулированных рабочих средах также получены зависимости для определения глубины упрочнен-ного слоя и степени деформации. Полученные теоретические зависимости прошли проверку адекватности путем сравнения с результатами экспериментальных исследований. При проведении исследований установлено, что разра-ботанная система моделей не учитывает особенности динамики различных методов обработки и форму частиц среды. Для учета этих параметров применен пакет прикладных программ Rocky DEM. Пакет позволяет задавать форму рабочей камеры, динамические параметры процесса обработки, количество частиц в рабочей камере по мас-се, форму и размеры частиц, массу и форму обрабатываемой детали и её расположение в рабочей камере, материал обрабатываемой детали, соотношение массы детали и массы абразивной среды, физико-механические свойства обрабатываемого материала и частиц среды, коэффициент трения абразивной среды о поверхность детали, свой-ства технологических жидкостей и другие параметры. Пакет позволил уточнить теоретические модели и получить результаты более близкие к условиям производства. На основании проведенных исследований и с целью их внедрения в современное цифровое производство разработана методика проектирования технологических процессов и пред-ложен программный продукт, который позволяет по характеристике детали выбрать возможные методы обра-ботки в гранулированных средах (в порядке предпочтительности), для каждого из них определить техно-логические режимы и характеристики рабочих сред.

В работе решена актуальная задача повышения производительности и качества обработки новых полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе углепластика при обработке деталей ракетно-космической и авиационной техники. Одним из прорывов российского отечественного машиностроения является внедрение элементов крыла нового гражданского лайнера МС-21, производство корпусов шумоглушения, лопаток компрессора и других деталей газотурбинных двигателей из углепластика, требующих проведения высококачественной и производительной механической обработки. Механическая обработка данных изделий заключает в себе сложности, вызванные требованиями конструкторской документации по обеспечению необходимой шероховатости, отсутствия дефектов обработанной поверхности и высокой прочности окончательно обработанной детали. В данной статье представлены результаты исследования применения высокопроизводительной технологии последовательной лезвийно-абразивной обработки изделий из ПКМ на основе углеволокна. Определена рациональная геометрия лезвийного режущего инструмента для предварительной черновой обработки ПКМ. Разработана адекватная эмпирическая математическая модель влияния режимов резания при фрезеровании на шероховатость поверхностного слоя, а также определены рациональные режимы обработки. Представлены результаты экспериментальных исследований абразивной обработки ПКМ жесткими шлифовальными кругами из электрокорунда белого, карбида кремния зеленого и эльбора. Представлены зависимости шероховатости поверхностного слоя от режимов шлифования. По результатам исследований согласно разработанной математической модели определены рациональные характеристики шлифовальных кругов и режимы обработки. Впервые рассмотрены вопросы влияния дефектов механической обработки на прочность ПКМ. Представлены сравнительные испытания на прочность при растяжении и разрыве образцов, изготовленных традиционной лезвийной обработкой и последовательной лезвийно-абразивной обработкой. Доказано повышение прочности на растяжение и разрыв деталей из ПКМ, изготовленных согласно технологии последовательной лезвийно-абразивной обработки на 20…30 % по сравнению с традиционной лезвийной обработкой.

Рассмотрены технологические аспекты цифровизации машиностроительного производства на этапе предпроизводственной технологической подготовки (ТПП). Методы исследования: содержательный анализ базовых понятий ТПП, определенных нормативной документацией – национальными стандартами, составляющими основу единой системы технологической документации. Показано, что формальный переход к цифровому производству формирует феномен трансформации базовых понятий – основной акцент делается на технологии моделирования в ущерб технологиям производства. В результате анализа этапов ТПП в соответствии с нормативными документами показаны особенности ТПП для цифрового производства. Результаты исследования: для основных проектных задач технологического содержания показаны проблемы ТПП, сформированные цифровизацией производства: проблемы рационального выбора обрабатывающего оборудования; проблемы рационального выбора методов обработки; рационального назначения технологических условий обработки. Показано, что в условиях производства, насыщенного информационными и аппаратными средствами управления технологическим оборудованием, необходимо совершенствовать системы обратной связи для реализации оперативной диагностики и активного управления элементами технологической системы для гарантированного обеспечения качества продукции. Показано, что процесс, методы и средтва ТПП должны быть адаптированы к условиям конкретного производства. Показано, что задачи ТПП, связанные с рациональным выбором и назначением условий обработки, должны быть перенесены непосредственно на стадию обработки. Такой перенос позволяет оперативно учитывать вариативность свойств материалов обрабатываемой заготовки и режущего инструмента. Основные выводы: рациональное применение принципов цифровизации позволит рассматривать комплекс программно-информационных и аппаратных средств технологического проектирования и управления обрабатывающим оборудованием как технологический искусственный интеллект – накопленный опыт и знания специалистов технологических служб, адаптированные к условиям конкретного предприятия.