Аннотация: Работа посвящена решению актуальной проблемы повышения надежности и долговечности стальных магистральных трубопроводов нефтегазового комплекса России. Показано, что коррозионные разрушения являются одной из ведущих причин аварий (48 % отказов), что обусловливает необходимость применения эффективных защитных покрытий. Проведен сравнительный анализ семи типов защитных покрытий: эпоксидных, полиуретановых, полиолефиновых, цинковых, никелевых, цементных и стеклоэмалевых. Установлено, что наибольшим потенциалом обладают стеклоэмалевые покрытия, превосходящие альтернативы по ключевым параметрам: срок службы превышает 50 лет, прочность сцепления достигает 70–150 МПа, температурный диапазон эксплуатации составляет от –60 до +400 °C при высокой химической стойкости к кислотам и щелочам. Выполнен детальный анализ химических составов стеклоэмалей в алюмоборосиликатной системе RO–R2O–B2O3–Al2O3–SiO2, определены оптимальные концентрации оксидов в данной системе. Систематизированы данные о влиянии модифицирующих добавок (ZrO2, Na3AlF6, ZnO, молибдатов, оксидов Co и Ni) на химическую, коррозионную стойкость и адгезию. Показано, что диоксид циркония обеспечивает максимальный прирост химической (40–90 %) и коррозионной стойкости (30–60 %), тогда как криолит и оксиды никеля с кобальтом наиболее эффективно повышают адгезию (15–30 %). Улучшение свойств неизбежно сопровождается изменением технологических параметров: фториды, молибдаты, ZnO и Sb2S3 снижают температуру обжига (на 5–50 оC) и повышают растекаемость, тогда как оксиды Zr, Cr, Sr, Co, Ni, а также ZrSiO4 и FeCr2O4 требуют повышения температуры обжига (на 5–60 оC) и снижают растекаемость. При выборе добавок необходимо учитывать экономический фактор: стоимость варьируется от низкой ((Na3AlF6, Na2SiF6, FeCr2O4, ZrSiO4, ZnO) до очень высокой (CoO, Sb2S3). Перспективным направлением дальнейших исследований является создание многокомпонентных композиций, обеспечивающих комплексное улучшение характеристик. Реализация этих подходов позволит существенно сократить количество аварий, связанных с коррозией, и повысить безопасность и экономическую эффективность трубопроводного транспорта углеводородов.

Аннотация: Настоящая работа является частью исследования, выполняемого в рамках проекта РНФ № 25-23-20098, посвященного изучению процессов формирования структуры и свойств материала многослойных керамических форм для литья по выплавляемым моделям при его взаимодействии с технологическими добавками и под влиянием расплавов черных и цветных металлов. Ранее было установлено, что с целью обеспечения условий для благоприятного удаления продуктов термической деструкции остатков модельного состава и этоксильных групп связующего до заливки литейной формы жидким металлом, а также создания условий для объемного разупрочнения всех слоев керамической оболочки во время их прогрева при кристаллизации металла получаемых отливок необходимо использование нескольких составов керамических суспензий с индивидуальными добавками. Таким образом, применение индивидуальных составов суспензий для изготовления облицовочного и опорных слоев керамической формы привело к снижению остаточной прочности на 64,71 % и повышению газопроницаемости с 3 до 8 ед. На основе изучения изломов контрольных (без добавок) и опытных образцов материала керамических форм с технологическими добавками (сульфат магния и побочный продукт органического происхождения, образующийся в процессе приготовления кофейных напитков в кофемашинах) после физико-механических испытаний методом растровой электронной микроскопии были установлены взаимосвязи формирования прочности и газопроницаемости формы с параметрами микроструктуры (объемная доля и размер пор), в том числе дефектами, образующимися вследствие термической деструкции технологических добавок на этапах термической обработки при температурах, характеризующих прокалку литейной формы перед заливкой жидким металлом и ее прогрев в процессе затвердевания отливок из железоуглеродистых сплавов. На основе идентификации соединений, образующихся в результате химического взаимодействия материала керамических форм и компонентов технологических добавок методом рентгеноструктурного анализа, был уточнен механизм формирования микроструктуры и свойств исследуемых керамических материалов после прокалки при температурах, соответствующих технологическим стадиям способа литья по выплавляемым моделям.

Аннотация: Объектом исследований являлась коррозионностойкая сталь аустенитно-мартенситного класса с различным содержанием легирующих элементов: Ni, Cu, Mn, N. В ходе работы были проведены испытания образцов опытной коррозионностойкой стали 04Х16Н5ГМ2АБД лабораторной выплавки, направленные на определение комплекса механических характеристик. По результатам проведенных испытаний была установлена принципиальная технологическая возможность получения высокопрочной коррозионностойкой стали на основе исследованного химического состава. Полученные данные подтверждают, что материал способен стабильно обеспечивать уровень временного сопротивления не менее 1000 МПа в листовом прокате толщиной 15 мм, что соответствует требованиям, предъявляемым к современным высоконагруженным элементам конструкций. С помощью рентгенофазовых исследований определено количество остаточного аустенита в листовом прокате различных плавок. Были проведены металлографические исследования в комплексе с исследованиями по определению неметаллических включений. Показано отрицательное влияние неметаллических включений, особенно пластинчатых силикатов, на работу удара, и даны предложения по их существенному снижению в процессе выплавки стали.

Аннотация: В представленной статье оценивается влияние сформированных напряжений в державке режущего инструмента на механический гистерезис и изгибную жесткость. Необходимость в проводимом исследовании обусловлена высокой интенсивностью вибраций при механической обработке труднообрабатываемых материалов, что приводит к повышению упругой деформации инструмента. Применяемые на практике методы подавления вибраций за счет повышения жесткости или демпфирующей способности инструмента обладают ситуативными преимуществами. В связи с чем предлагается иной подход, основанный на модернизации режущего инструмента посредством интеграции в корпус державки конструктивных элементов из чугуна марки ВЧ45 и регулирования механических напряжений. На основе предлагаемого подхода разработаны и изготовлены два новых типа образцов, имитирующих корпус державки, которые сравнивались с цельным стальным образцом. В ходе экспериментального исследования установлено, что образец с композитной гетерогенной конструкцией обладает лучшим показателем изгибной жесткости в среднем на 35 %, а конструкция с предварительно напряженным состоянием показывает лучшие результаты по механическому гистерезису в среднем на 28 %. Предполагается, что данный эффект является следствием механики амплитудно-зависимого внутреннего трения в чугуне.

Аннотация: В статье представлен всесторонний анализ современных методов и технологических решений, направленных на повышение износостойкости стальных узлов и деталей сельскохозяйственной техники. Актуальность темы обусловлена экстремальными условиями эксплуатации машинно-тракторного парка, которые характеризуются комплексным воздействием абразивного изнашивания (при контакте с почвой и растительными остатками), ударных и циклических механических нагрузок, а также интенсивной коррозией, вызванной воздействием агрессивных сред (минеральные удобрения, пестициды, влага). Авторами подробно проанализированы ключевые технологии нанесения защитных покрытий, применяемые в сельхозмашиностроении и ремонтном производстве. Рассмотрены как классические методы (электродуговая наплавка, газотермическое напыление), так и прецизионные технологии, включая лазерную наплавку и высокоэнергетические методы CVD (химическое осаждение из газовой фазы) и PVD (физическое осаждение из газовой фазы), позволяющие формировать слои с уникальной структурой. Особое внимание уделено инновационным подходам — использованию нанокомпозитных материалов, позволяющих повысить твердость и вязкость поверхностного слоя, а также разработке гибридных покрытий, совмещающих преимущества керамических и металлических компонентов. В работе рассматриваются вопросы практической реализации этих методов, их экологическая безопасность по сравнению с традиционными гальваническими процессами и экономическая эффективность, выражающаяся в увеличении ресурса дорогостоящих узлов и сокращении простоев техники в периоды полевых работ. Приведены данные об успешном опыте реализации кафедрой технической механики и специальных машин практических исследований по заявленной тематике в рамках выполнения гранта Кубанского научного фонда. Сделан вывод о перспективности использования многослойных структур и самофлюсующихся сплавов как оптимального баланса между стоимостью восстановления и эксплуатационной надежностью.

Аннотация: Статья посвящена истории Металлургического бюро, основанного в Петрограде в 1915 г. выдающимся горным инженером, металлургом, профессором и выпускником Горного института В. Е. Грум-Гржимайло. Автором проанализированы предпосылки и условия открытия Металлургического бюро; охарактеризована специфика его работы в период Первой мировой войны; приведена оценка численности кадрового состава; изучены финансовые отчеты, позволившие оценить работу Металлургического бюро в динамике. Чрезвычайные условия, в которых оказалась Россия с началом мировой войны, необходимость преодоления «снарядного голода» потребовали от государства принятия серии неотложных мер по укреплению обороноспособности страны. Для удовлетворения потребностей фронта в оружии и боеприпасах активно привлекались частные заводы, что требовало от них серьезной перестройки в области технологий и оборудования. В статье дана оценка роли В. Е. Грум-Гржимайло в перепроектировании пламенных печей для производства снарядов, раскрыто значение деятельности бюро по организации «снарядного дела» на отечественных предприятиях от Кавказа до Урала. Кроме того, на основе изучения ранее неопубликованных архивных документов были выявлены обстоятельства, которые привели не только к отъезду В. Е. Грум-Гржимайло из Петрограда на Урал, но и к вынужденному прекращению деятельности данной организации в условиях эскалации гражданского противостояния и нараставших экономических трудностей на рубеже 1918–1919 годов. В 1924 г. детище В. Е. Грум-Гржимайло возродилось в Москве как Бюро металлургических и теплотехнических конструкций. Его преемником в дальнейшем стал функционирующий и по сей день Институт «Стальпроект».

Аннотация: Изотермическая закалка на структуру нижнего бейнита позволяет получать более высокие показатели конструктивной прочности по сравнению с обычной закалкой и отпуском. Происходящее промежуточное превращение отличает особый механизм – одновременное протекание процессов сдвигового перехода и диффузионный отвод углерода от движущейся межфазной границы. Целью работы было определение возможности полезного изменения структуры бейнита, для чего изучались процессы изотермической закалки в условиях действия внешнего постоянного магнитного поля напряженностью до 2 МА/м. Исследования проводились на разных железоуглеродистых сплавах, преимущественно конструкционных легированных сталях. Установлено, что влияние магнитного поля при изотермическом превращении аустенита в области температур промежуточного превращения приводит к изменению кинетики процесса, морфологии продуктов реакции, диспергированию структуры и особенностям карбидообразования. Наблюдаемые изменения в микроструктуре и твердости уже свидетельствовали об увеличении скорости процесса распада аустенита. Данные об объемной доле бейнита при различных режимах позволили построить кинетические зависимости. Анализ тонкой структуры показал, что влияние магнитного поля проявляется не только в повышении дисперности бейнита, но и во внутренней фрагментации кристаллов α-фазы. Эти изменения были объяснены на основе представлений о магнитной гетерогенности аустенита и влиянии на процесс зарождения α-фазы бейнита магнитострикционных напряжений в ферромагнитноупорядоченных кластерах в исходной α-фазе. Увеличение скорости бейнитной реакции при изотермической закалке в магнитном поле приводит к повышению дисперсности и фрагментации кристаллов α-фазы, более предпочтительному расположению карбидов и усилению вклада твердорастворного упрочнения. Совокупность этих структурных изменений должна благоприятно отразиться на механических свойствах, что является предметом дальнейших исследований.

Аннотация: В статье представлены результаты исследования технологических свойств стеклофритты на основе алюмоборосиликатной стеклообразной системы RO–R2O–B2O3–Al2O3–SiO2–TiO2–F-, предназначенной для формирования неорганических аморфизированных покрытий, обеспечивающих внутреннюю защиту стальных трубопроводов и соединительных деталей. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения долговечности и надежности трубопроводных систем, подверженных коррозионному и гидроабразивному износу, а также образованию отложений. Целью работы являлось комплексное изучение ключевых технологических характеристик стеклофритты в расплавленном и твердом состоянии: растекаемости, вязкости, смачивающей способности и поверхностного натяжения стекловидного расплава, а также температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Экспериментальные исследования проводились в соответствии с ГОСТ Р 52569–2018 и ГОСТ Р 50045–92 с использованием дилатометрии, метода «лежащей капли» и расчетных методик (Аппена, Деккера – Резниковой). Установлено, что синтезированная стеклофритта обладает растекаемостью 40,3 мм (при норме не менее 38 мм), средней вязкостью lg η = 2,99, α = 103,8·10–7 K–1, что на 13,5 % ниже усредненного значения ТКЛР малоуглеродистой стали (α = 120–7×10 K–1). Краевой угол смачивания при температуре обжига 850 °C составляет 17–25°, а поверхностное натяжение – 0,264 Н/м. Полученные значения удовлетворяют технологическим требованиям к формированию бездефектных покрытий, а разработанная стеклофритта рекомендуется для однослойного эмалирования стальных трубопроводов и соединительных деталей.

Аннотация: Исследована механоактивация шихты порошковой стали 110Г13 с добавками борной кислоты. На первом этапе проводили механическое легирование порошковой шихты, содержащей порошки Fe, борной кислоты и FeMn, с последующим смешиванием с графитом. Изучен фракционный состав шихт порошковой стали 110Г13 в зависимости от содержания борной кислоты и продолжительности механоактивации. Минимальные значения среднего размера шихты после механоактивации и последующей ручной обработки обеспечиваются при повышенных продолжительности обработки (~ 2,1 ч.) и содержании борной кислоты (3,5 % мас.). Введение борной кислоты в шихту влияет на кинетику диспергирования и агрегации порошковых частиц в процессе механоактивации. Для шихт, содержащих менее 3,5 % мас. борной кислоты, с увеличением продолжительности обработки наблюдается диспергирование частиц, характеризующееся снижением размеров частиц. Повышение концентрации H3BO3 в шихте более 3,5 % мас. приводит к агрегации порошковых частиц при увеличении продолжительности механоактивации. Для описания влияния продолжительности обработки и содержания борной кислоты в шихте на параметры уравнения Розина – Раммлера для порошковых шихт построены трехмерные логистические модели, описывающие результаты экспериментальных исследований с повышенными значениями коэффициента корреляции. Содержание борной кислоты в шихте и продолжительность обработки влияет не только на средний размер частиц шихты, но и определяют расчетную толщину покрытия B2O3 частиц шихты 110Г13. Минимальная расчетная толщина (0,17 мкм) слоя покрытия B2O3 обеспечивается при повышенной продолжительности обработки (1,8 ч.) и пониженном содержании борной кислоты в шихте (1,0 % мас.). При этом шихта имеет пониженный средний размер частиц (44 мкм), обеспечивая получение спеченной порошковой стали 110Г13 с повышенной относительной плотностью 0,935 при давлении холодного прессования 750 МПа.

Аннотация: Приведены результаты металлографического исследования ковшевых проб при производстве непрерывнолитой заготовки из нержавеющих титансодержащих марок стали аустенитного класса. Методами оптической и электронной микроскопии установлено наличие в стали оксидов (Al-Ca-Mg-Si-Ti-Cr)O, нитридов (Ti-Cr)N, сульфидов (Ti-Cr)S и комплексных неметаллических включений, выделяющихся после обезуглероживания и вакуумирования на установке вакуум-кислородного рафинирования (ВКР). Идентификация неметаллических включений в пробах, отобранных на этапах внепечной обработки и разливки, показала, что присутствие оксидов хрома (AlTiCrO) в данных включениях указывает на то, что их образование вызвано недостаточным раскислением стали, проведенным после стадии обезуглероживания. Высокое содержание нитридов титана (TiN) закономерно возникает при легировании стали титаном. Анализ состава и природы неметаллических включений позволил определить ключевые направления совершенствования технологии производства. В отличие от ранее применявшейся схемы получения аналогичной стали, включавшей вакуумирование на установке ВД и характеризовавшейся выделением тугоплавких оксидных и оксинитридных включений в отложениях на стенках сталеразливочного тракта [1], в настоящей работе технологическое оборудование было изменено: введен в эксплуатацию агрегат вакуум-кислородного рафинирования (ВКР) и переработана технология производства, в том числе внепечная обработка. Реализация предложенной технологической схемы обеспечила стабильную разливку с минимальными колебаниями уровня металла в кристаллизаторе.

Аннотация: Компьютерное моделирование кругового пластического обжатия грозозащитного троса (пряди типа ЛК-О) позволило установить закономерности заполнения межпроволочных зазоров в слоях пряди конструкции 1 + 9 + 9 при изменении соотношения диаметров проволок в слоях δ1/δ2. Показано, что плотное линейное касание проволок в слоях и между слоями после свивки пряди варианта конструкции 3,0 + 9 × 1,68 + 9 × 3,0 (δ1/δ2 = 0,56) создает условия для повышения передачи радиального давления внутрь пряди и степени заполнения межпроволочных зазоров внутреннего слоя при круговом обжатии. Образование радиального зазора при свивке пряди варианта конструкции 3,0 + 9 × 1,6 + 9 × 3,0 (δ1/δ2 = 0,533) способствует более интенсивному формированию дополнительных боковых контактов между проволоками наружного слоя на начальной стадии обжатия, что снижает радиальную составляющую передаваемого внутрь пряди давления и степень заполнения межпроволочных зазоров внутреннего слоя в процессе обжатия. Установлена линейная корреляционная зависимость переменных y (коэффициент заполнения зазоров Kзап) и х (степень обжатия qл) в слоях пряди. Значимость различия в наклоне прямых регрессии у = b х + a, рассчитанных по двум выборкам для внутренних слоев прядей при круговом обжатии, подтверждена методами статистической обработки результатов моделирования. Выявлено, что при обжатии qл = 8,0 % относительная радиальная деформация сердечника пряди 3,0 + 9 х 1,68 + 9 х 3,0 составляет 26,9 % против 14,7 % пряди 3,0 + 9 х 1,6 + 9 х 3,0 при допустимых значениях деформации модульной трубки до 20 % для сохранения работоспособности оптического кабеля связи при эксплуатации. Результаты компьютерного моделирования деформации сердечника при круговом обжатии подтверждаются опытными данными, полученными при производстве ОКГТ варианта конструкции 3,0 + 9 х 1,6 + 9 х 3,0.

Аннотация: В работе приведены результаты исследований по влиянию режимов термообработки и химического состава на структуру литых образцов из конструкционных нелегированных и низколегированных сталей 20Л, 20ГМЛ и 20ГСЛ. Установлено влияние повторной нормализации и наличия легирующих элементов в сталях на появление зон повышенной концентрации перлита в структурах литых образцов. Показаны результаты исследований микроструктур образцов сталей 20Л, 20ГМЛ и 20ГСЛ, прошедших термическую обработку по различным режимам. Выполнены исследования по определению общей и локальной концентраций кремния, молибдена, никеля и марганца на участке структуры образца с зоной повышенной концентрации перлита и вне ее методом количественного локального электронно-зондового элементного определения. Установлены температурные диапазоны проведения повторной нормализации, приводящие к появлению зон перлита с повышенной концентрацией молибдена и марганца в структурах литых образцов.

Аннотация: В работе исследовано влияние диффузионных слоев, сформированных методом диффузионного легирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов (ДЛЛЖР) и комбинированной химико-термической обработки (КХТО), на жаростойкость конструкционных сталей Ст3, 40Х и 40Х13. Насыщение проводили при 1050 °C в расплавах Pb-Li с добавками Ni, Cu и Cr. Комбинированные процессы включали цементацию при 950° C, в пропан-бутановой смеси, азотирование в среде 80 % NH в различных циклах. Жаростойкость оценивали по потере массы при 650 °C в течение 100 часов согласно ГОСТ 6130-71 [1]. Установлено, что максимальное повышение жаростойкости достигается при формировании диффузионных слоев на основе карбидов и карбонитридов хрома. Наилучшие результаты показал цикл «цементация → ДЛЛЖР хромом → цементация», обеспечивший снижение удельной потери массы стали Ст3 с 621 до 1,4 г/м² (рост жаростойкости в 443,5 раза). Для стали 40Х жаростойкость увеличилась в 175 раз, для 40Х13 – в 3 раза. Показано, что высокая защитная способность обусловлена термодинамической стабильностью карбидов, низкой диффузией кислорода через плотный слой и формированием на поверхности защитной пленки оксида хрома. Кинетика окисления для карбидных слоев имеет параболический характер. Диффузионные слои на основе Ni-Cu и Ni-Cr показали более низкую эффективность из-за линейной кинетики окисления и неспособности формировать плотный оксидный барьер.