История и современность ОАО «МТЗ». К 80-летию завода

Представлены результаты сравнительных исследований модифицирующей способности La, Sc (группа РЗМ) и Sr (группа ЩЗМ) при обработке расплава состава АК9ч (сплав системы Al-Si-Mg). Элементы вводили в расплав лигатурами AlLa12, AlSc2, AlSr10 в одинаковом количестве – 0,25 мас.%. Оценивали влияние элементов на микроструктуру, механические свойства и электропроводность в литом состоянии. По значениям электропроводности оценивали однородность структуры по высоте опытных образцов в виде «Пластины». Модифицирование в разной степени способствовало увеличению механических свойств и электропроводности сплава АК9ч. Максимальный прирост предела прочности (на 60– 66 %) отмечен при модифицировании добавками Sr, но в меньшей степени повышаются твердость НВ и относительное удлинение сплава по сравнению с модифицированием La и Sc. Модификаторы из группы РЗМ (La и Sc) по-разному изменили морфологию основных фаз. При модифицировании La морфология кристаллов эвтектического кремния изменилась с пластинчатой на волокнистую. Модифицирование добавками Sc вызвало аналогичные изменения в морфологии эвтектического кремния и частичное модифицирование дендритов α-Al. Наибольший модифицирующий эффект на дендриты α-Al и кристаллы эвтектического кремния оказал стронций, относящийся к щелочноземельным металлам. Модифицирование повышает электропроводность сплава, что отражается изменениями в структуре. Максимальное увеличение электропроводности вызвало модифицирование сплава Sr. При этом электропроводность образцов практически не изменяется по высоте, что косвенно свидетельствует о повышении однородности микроструктуры.

Рассмотрены варианты снижения литейных дефектов, таких, как усадочные и газовые, при подготовке алюминиевого сплава и изготовлении ответственных отливок методом литья под высоким давлением, имеющих утолщенные изолированные места при кристаллизации. Представлены технология подготовки сплава и влияние технологических параметров изготовления отливки на образование усадочных и газовых раковин.

Показано, что кристаллизация металлических расплавов является наноструктурным процессом, в котором основную роль играют элементарные нанокристаллы компонентов литейных сплавов и структурообразующие нанокристаллы микрокристаллов фаз. Основными демодифицирующими элементами при кристаллизации металлических расплавов являются адсорбированные атомы кислорода или водорода. Модифицирование литейных сплавов заключается в уменьшении в металлических расплавах концентрации адсорбированных атомов кислорода или водорода.

Разработана линия горизонтального непрерывного литья специального назначения ЛНЛЧ-5, отличительными особенностями которой являлись практически полная автоматизация процесса литья и возможность быстрой переналадки узлов и агрегатов линии на производство заготовок других типоразмеров. Усовершенствованы конструкция узла кристаллизации, включающая в себя обогреваемый металлоприемник и водоохлаждаемый кристаллизатор, разделительное устройство, препятствующее поступлению горячего расплава металлоприемника в верхнюю область кристаллизатора в момент вытяжки отливки, затравочное устройство, позволяющее автоматизировать отделение отливки от затравки.

Пористость оказывает негативное влияние на свойства отливок из алюминиевых литейных сплавов типа силуминов. В работе было изучено влияние технологических режимов приготовления сплава АК7ч на пористость и микроструктуру в образцах-отливках. Выявлено, что кратковременный перегрев снижает пористость, повышая механические свойства по сравнению с рафинированно-модифицированным вариантом, эффективнее измельчает зерно.

Показаны возможности аддитивных технологий для повышения эффективности получения фасонных отливок при единичном, мелкои среднесерийном производствах. Аддитивные технологии могут успешно интегрироваться с различными способами литья в разовые литейные формы (песчано-глинистые формы и формы из холоднотвердеющих смесей) и по разовым моделям (литье по выплавляемым моделям). Представлены основные этапы освоения технологии получения опытной отливки сложной геометрии из жаропрочного никель-хромового сплава с применением аддитивных технологий для изготовления модельной оснастки при литье по выплавляемым моделям. С применением FDM-технологии получены модели опытных отливок со сложной геометрией внутренних полостей. Для сокращения времени печати, снижения расходов полимера на основе полилактида на поддерживающие структуры и обеспечения возможности постобработки поверхности модели изготавливали из двух частей с последующей склейкой. Показаны два варианта изготовления модельных блоков: воскополимерный, состоящий из модели, изготовленной по аддитивной технологии и нормализованных элементов литниково-питающей системы из стандартного воскового состава; полимерный, полностью изготовленный аддитивным способом. Дано описание особенностей изготовления огнеупорных керамических форм в зависимости от типа модельного блока. Показано, что использование воскового разделительного покрытия поверхностей выращенной модели предотвращает инфильтрацию суспензии при нанесении облицовочного слоя, что в конечном итоге устраняет поверхностные дефекты на отливке. Приготовление жаропрочного никель-хромового сплава и заливку огнеупорных керамических форм выполняли в производственных условиях. Исследование качества структуры опытных отливок неразрушающим методом контроля не выявило скрытых дефектов в виде трещин, пористости и раковин.

Металлография является одним из важных направлений в металловедении и занимается изучением структуры металлов и сплавов. Металлографический анализ дает объяснение явлениям, происходящим при различных видах обработки материалов, а также позволяет обнаружить возможные причины появления несоответствий при изготовлении изделий. При исследованиях наиболее важным результатом получения изображений является его информативность, т. е. получение максимального количества деталей макрои микроструктуры материала для последующего металлографического анализа. При этом главное – это создание качественного шлифа, без видимых дефектов, возникающих при пробоподготовке. В металлографическом анализе наилучшим решением этой задачи является формирование шлифа с помощью поэтапного снятия определенной толщины материала исследуемого образца для достижения нужного результата в обнаружении дефекта. Основой пробоподготовки образцов является удаление материала с помощью абразива и последующее полирование для снятия всех деформаций и царапин от тонкого шлифования с использованием частиц небольшого размера и сукна с высокой упругостью. При контроле технологического процесса производства металлокорда и проволоки для рукавов высокого давления особое значение имеет анализ причин обрывов проволоки при волочении и свивке. Для каждой стадии технологического цикла определены характерные виды обрывов проволоки, а также причины, способствующие их возникновению. Разного рода дефекты шлифа могут привести к ошибке при интерпретации несоответствий на проволоке.

В работе представлено описание установки для двухвалковой быстрой закалки-прокатки расплава в валках со сверхтонким бандажом. Показано, что основные процессы деформирования ленты происходят в ванне расплава, расположенного в межвалковом пространстве. Особенностью кристаллического строения тонких лент из сплава Fe–Si–Al является зонный характер, когда кристаллы имеют особое расположение, форму и величину. Приведены зависимости влияния температуры отжига быстрозакаленных лент различной толщины на размер среднего зерна и его микротвердости.

Рассмотрены вопросы рационализации конструкций для защиты оборудования промежуточного ковша: технологии процесса разливки жидкой стали и конструкций для защиты борта промежуточного ковша от потока жидкого металла на пути из сталеразливочного ковша (СРК) в промежуточный ковш (ПК). Проведено математическое моделирование движения стали. Анализ результатов моделирования показал необходимость модернизации конструкций приемной камеры промежуточного ковша. Созданные конструкции позволяют рационально размещать потоки стали в приемной камере промежуточного ковша и исключать интенсивный размыв огнеупорной массы борта и появление неметаллических включений в жидком металле, поступающем далее в кристаллизатор.

Процесс волочения высокопрочной перлитной стали характеризуется превышением опережения центральных слоев проволоки по сравнению с подъемом металла на входе в рабочий конус волоки. Выполнена количественная оценка соотношения деформаций по сечению проволоки в зависимости от конусности волочильного инструмента. Увеличение угла рабочего конуса волоки усиливает в большей степени подъем металла и сокращает превышение опережения осевой зоны проволоки. Повышенная деформационная чувствительность подъема металла позволяет использовать его в качестве основного критерия неравномерности пластической деформации. Подъем металла сопровождается ростом сжимающих напряжений и напряжений на контактной поверхности, что затрудняет подачу смазки в очаг деформации и вызывает увеличение усилия и температуры волочения. Доминирование растягивающих напряжений в деформационной зоне опережения центральных слоев проволоки ускоряет зарождение в процессе волочения необратимой повреждаемости холоднодеформированного металла. Для повышения равномерности пластической деформации противонатяжение необходимо применять на всех переходах многократного волочения. Приведена методика расчета оптимального противонатяжения, которое должно включать напряжение выравнивания (правки) проволоки перед входом в волоку и прирост напряжения волочения из-за подъема металла в начале очага деформации. Обосновано совершенствование технологии волочения в режиме гидродинамического трения с использованием сборных волок за счет их вращения и надежного непосредственного охлаждения водой наружной поверхности обоймы вращающегося волочильного инструмента.

В работе представлены результаты исследования высокоэнтропийных сплавов с памятью формы системы Ti–Ni– Co–Cu–Zr–Hf. Установлено, что образцы сплавов характеризуются дендритной структурой и кристаллизуются в основную В2 фазу. Методами дифференциальной сканирующей калориметрии установлено, что термообработка, включающая гомогенизацию при 800 °C в течение 1 ч и последующий отжиг при температуре 500 °C 2 ч, приводит к изменению вида калориметрических кривых при нагреве и охлаждении: в температурном интервале –60 – +80 °C реализуются фазовые переходы первого рода, скрытая теплота которых составляет от 3 до 7,5 Дж/г.

Приведены результаты исследований керамических материалов, полученных из композиций, включающих отечественное глинистое сырье на основе систем MgO – Al2O3 – SiO2, CaO – SiO2, Al2O3 – SiO2 для машиностроительной, металлургической, станкостроительной и других отраслей, связанных с обработкой металлов и их сплавов; представлены сведения, подтверждающие перспективность применения отечественного сырья для производства керамики технического назначения.

В статье приведена оценка распределения усадочной пористости в металлических композиционных материалах, полученная с помощью виртуальной заливки, осуществленной в программе PoligonSoft. Рассмотрены особенности образования пор в зависимости от температуры нагрева формы и способа заливки. Представлены основные разрушающие и неразрушающие способы диагностики, их возможности и ограничения.

Лимитирующим фактором эксплуатации сельскохозяйственных машин является интенсивный износ рабочих органов (лемехов, лап, дисков), вызванный преимущественно абразивным изнашиванием твердыми минеральными частицами почвы (например, кварцем). Современная тенденция в материаловедении – переход от легированных сталей к более износостойким, например, борсодержащим. Среди технологий поверхностного упрочнения наплавка признана приоритетным методом, поскольку обеспечивает наилучшую адгезию (металлургическую связь) покрытия с основой. Наиболее перспективны плазменная и лазерная наплавка: плазменная отличается стабильностью, высокой экономической эффективностью и повышает ресурс деталей в 1,5–4,5 раза, а лазерная позволяет получить мелкозернистую структуру с высокой твердостью. Ключевым направлением исследований является использование самофлюсующихся сплавов на основе железа с добавками твердых карбидов (например, WC) или боридов как экономически эффективной альтернативы дорогостоящим кобальт или никелевым сплавам. Для повышения качества покрытий и снижения дефектов (трещин, пористости) активно разрабатываются комбинированные технологии наплавки, например, с индукционным подогревом или ультразвуковым воздействием.

В работе обсуждаются технологические принципы процесса изготовления самофлюсующихся порошков из легированного сплава на основе железа. Обоснован состав сплава, содержащий 2,0–2,5 % углерода; 5–10 % кремния; 10–20 % хрома; 8–10 % вольфрама; 3–5 % кобальта; 2–3 % молибдена; 1,0–1,5 % ванадия; 1,0–1,5 % бора. Проведены лабораторные испытания технологий плавки специального сплава на основе железа. Показана реальная возможность использования в шихте отходов легированных сталей (Х13, Х18Н10, Р6М5, Р18, Р10К5Ф5), а также лома электронагревателей из сплавов типа «нихром». На лабораторной установке методом распыления получены опытные образцы самофлюсующегося порошка. Исследованы фракционный состав и текучесть полученных порошков и установлено, что 65–75 % приходится на фракции, которые можно использовать при нанесении покрытий различными методами. В лаборатории лазерных и плазменных технологий БНТУ проведены испытания образцов порошка при нанесении износостойких покрытий на литых деталях «Шнек» из специального чугуна. Установлено, что опытный самофлюсующийся порошок обладает высокими технологическими характеристиками по критериям текучести и обрабатываемости получаемых покрытий.

В статье исследуется перспективный метод лазерной поверхностной закалки для повышения износостойкости на примере конструкционной легированной стали 40Х. Экспериментально установлено, что варьирование мощности лазера (2,2–2,4 кВт) и скорости сканирования (8–10 мм/с) позволяет целенаправленно формировать упрочненный слой глубиной до 1,88 мм. Максимальная микротвердость (673 HV) достигнута при режиме 2,4 кВт и 8 мм/с. Показано, что технология обеспечивает значительное повышение эксплуатационных характеристик поверхностного слоя при минимальном термическом воздействии на материал, что является эффективным решением для снижения затрат на ремонт и обслуживание промышленного оборудования.

Методом магнитно-электрического упрочнения с использованием композиций диффузионно-легированных порошков на основе железа и просеянной стружки сплава Н70Х18СР4 получены новые покрытия, отличающиеся сегрегацией слоев или двухслойностью. Изучены особенности их структуры и свойства. Такие покрытия целесообразно использовать для деталей, работающих в агрессивных средах, к которым предъявляются особые требования к поверхности (например, высокая коррозионная стойкость).

Исследована возможность применения биоуглеродов в качестве углеродсодержащих компонентов порошковых составов для цементации и нитроцементации. Установлено, что толщина цементованных и нитроцементованных слоев для составов на основе биоуглерода выше, чем для составов на основе традиционного карбюризатора, полукокса и антрацита. Обсуждены причины ускорения процесса. Определено оптимальное содержание компонентов составов на основе биоуглерода для порошковой цементации и нитроцементации.

Проведен мониторинг хрупковязкого состояния сварного соединения жаропрочной стали Р91 методом идентирования по Бринеллю. Определены и формализованы зависимости между твердостью и показателями пластичности и прочности, а также между твердостью и энергетическими параметрами разрушения при испытании на ударный изгиб. Рассчитан диапазон значений твердости, в рамках которых металл шва переходит из хрупковязкого в хрупкое состояние. Рассчитана удельная работа пластической деформации стали Р91.