№ 3 (165) (2025)
Материаловедение в машиностроении
ВЛИЯНИЕ ВИДА УГЛЕРОДНОЙ ФОРМЫ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБИДНОЙ ФАЗЫ В СОСТАВЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА AL-5%CU-10%TIC, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ СВС
Аннотация
В работе приведены результаты исследования влияния вида углеродной формы (технического углерода и многослойных углеродных нанотрубок) на морфологию и характер распределения фазы карбида титана в составе полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза композиционного материала Al-5%Cu-10%TiC, подвергнутого далее термической обработке в виде закалки и искусственного старения. Показано, что обе модификации углерода позволяют изначально синтезировать карбидную фазу высокой дисперсности с размерами до 800 нм. Однако в ходе последующей термической обработки образцов, полученных на основе шихты с нанотрубками, наблюдается снижение дисперсности частиц карбида титана до 2 мкм и повышение степени их агломерированности, что влечет за собой уменьшение упрочняющего эффекта старения. На основе анализа механизма карбидообразования выдвинуто предположение, что в результате высокоскоростного капиллярного растекания титана по поверхности углеродных частиц в процессе синтеза образуемые частицы наследуют геометрию исходной углеродной формы. В связи с этим, при использовании технического углерода преимущественным является синтез округлых частиц карбида титана, а в случае нанотрубок – цилиндрических частиц. Различия в морфологии, в свою очередь, определяют различную степень самодиффузии при последующем нагреве, что и приводит к более существенным изменениям дисперсности и характера распределения карбидной фазы в образцах, синтезированных на основе нанотрубок. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что вид углеродной формы оказывает значительное влияние на структурные характеристики карбидной фазы и дают основание рекомендовать к использованию технический углерод, отличающийся и более низкой стоимостью.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(3 (165)):3-10
3-10
Аддитивные технологии и лазерная обработка
МАТЕРИАЛОЕМКОСТЬ, КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ, ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДАМИ АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Аннотация
В данной статье рассмотрены способы оценки материалоёмкости изделий при изготовлении методами аддитивных технологий (АТ). Рассмотрены исследования, проведённые по данной теме разными авторами, применительно к аддитивному производству. Проанализированы способы расчётов материалоёмкости, сделаны выводы об изученности вопроса. Проведены расчёты материалоёмкости комплекта деталей, изготовленного двумя разными способами – механической обработкой и методом АТ. Рассчитаны коэффициенты использования материала, рассчитана стоимость материалов, затраченных на изготовление деталей, механической обработкой и методом АТ. Проведён сравнительный анализ стоимости заготовок. Сделаны выводы о невозможности однозначного предпочтения выбора изготовления деталей по такому критерию, как коэффициент использования материала. Сделаны выводы о необходимости дальнейшего исследования технологичности изделий при изготовлении изделий с помощью АТ.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(3 (165)):11-18
11-18
Наукоемкие технологии при сборке машин
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ТЕМПЕРАТУРЫ, МАССЫ И АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ НА СБОРКУ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКА
Аннотация
Проанализирован ряд работ, посвященных ультразвуковым сборке и разборке, а также выявлены их недостатки, в частности слабое внимание к вопросу многофакторного влияния на процессы сборки с применением ультразвука. На основе анализа источников определены факторы, способные значительно влиять на процесс сборки резьбовых соединений, которыми являются температура, масса собираемого соединения, а также амплитуда колебаний. Рассмотрено влияние на сборку указанных факторов в отдельности, а также их одновременное воздействие на процесс сборки с применением ультразвука. Результаты показали, что увеличение массы собираемого резьбового соединения увеличивает эффективность применения ультразвука. Также результаты показали, что увеличение или уменьшение температуры практически не оказывает влияния на эффективность сборки, что подтверждается статистической обработкой, которая показывает малую связь между откликом и фактором. При этом применение ультразвука в зависимости от температуры влияет на разброс полученных значений в рамках одной точки – полученные значения варьируются в диапазоне 5 % при средних значениях температуры и в диапазоне 10 % при граничных значениях. Результаты многофакторного эксперимента подтвердили характер влияния амплитуды колебаний, массы и температуры собираемого соединения, выявив значимость факторов амплитуды и массы, при этом фактором температуры можно пренебречь ввиду его малого влияния. Обработка результатов многофакторного эксперимента велась двумя различными методами, в результате чего были получены схожие зависимости, что, в свою очередь, подтверждает высокую достоверность полученных результатов.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(3 (165)):19-28
19-28
Качество поверхностного слоя, контактное взаимодействие, трение и износ деталей машинами
ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ И НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ РАДИАЛЬНОГО ПОДШИПНИКА В ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ ТРЕНИЯ
Аннотация
Исследовано влияние истинно-вязкого смазочного материала в радиальном подшипнике скольжения, оборудованного полимерным покрытием и специализированной канавкой на поверхности вала. Разработанная расчетная модель, основанная на уравнениях движения жидкости и уравнении неразрывности, позволяет глубже понять динамику смазочного слоя и его взаимодействие с рабочими поверхностями. Особое внимание уделяется геометрическим особенностям канавки, которые влияют на распределение давления внутри подшипника. Комплексное использование полимерного покрытия и канавки обеспечивает равномерное распределение нагрузок, что повышает нагрузочную способность системы. Численные расчеты показывают, что применение полимерного покрытия снижает коэффициент трения и способствует эффективной работе смазочного материала в условиях турбулентного режима. Экспериментальная валидация модели проводилась при различных условиях нагрузки и скоростей вращения, что позволило достоверно сопоставить теоретические расчеты с экспериментальными результатами. Анализ показал высокую степень согласия между расчетами и экспериментом, подтверждая надежность предложенной модели. Полученные результаты подчеркивают значимость конструктивных решений, таких как сочетание полимерных покрытий и канавок, для повышения эксплуатационных характеристик подшипников.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(3 (165)):29-37
29-37
АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕХАНИКИ КОНТАКТА БАНДАЖА И ОПОРНЫХ РОЛИКОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ
Аннотация
Изложены основы конструкции вращающихся печей, широко используемых при переработке и подготовке различного сырья и материалов. Показано, что слабым местом конструкции вращающихся печей являются опорные ролики, которые несут всю нагрузку печи и изначально изготовлены из менее прочной стали, чем контактирующий с ними бандаж. Фактически в самой конструкции заложена возможность периодической замены «расходной части» – опорного ролика. Однако для промышленника любой простой оборудования приводит к экономическим потерям. Поэтому была сформулирована цель: повысить долговечность опорных роликов без существенного изменения конструкции печи. Для этого первоначально, с позиции контактной механики, были изучены основы взаимодействия поверхностей опорного ролика и бандажа вращающейся печи. Приведены расчетные модели для различных вариантов контактирования этих деталей. Изучена силовая модель контакта поверхностей опорного ролика и бандажа. Определены максимальные нормальные и касательные напряжения в зоне контакта, на его границе и за ее пределами. При этом в зоне контакта поверхностей ролика и бандажа происходят сложные процессы, в частности, микропроскальзование и скольжение, что обусловлено различием в диаметрах вращающихся тел и разницей в уровне их механических свойств. Микропроскальзывание является одним из источников фреттинг-коррозии. Однако наиболее существенный износ происходит в результате механического взаимодействия и изменения структуры поверхностного слоя с постепенным накоплением в нем различного рода дефектов кристаллического строения, обусловленных пластическим деформированием поверхностного слоя контактирующих деталей. Показано, что существенное влияние на процесс изнашивания опорных роликов оказывают не только механические и эксплуатационные свойства материала, из которого они изготовлены, но и смещения пятна контакта при работе печи. Смещение может быть угловым или линейным, а в реальных условиях чаще всего комбинированным, оно обусловлено температурным расширением / сжатием металла конструкции и условиями работы вращающейся печи.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2025;(3 (165)):38-48
38-48