CC BY
337
новые материалы и технологии производства_
УДК 660.245'293'295.018.027
Пружинные материалы со специальными свойствами из труднодеформируемых высоколегированных, термомеханически упрочняемых сплавов на основе титана, никеля и ниобия
О. П. Шаболдо, Я. М. Виторский, Е. А. Караштин, Е. В. Васильев, М. В. Сорокин
Пружины применяются в различных областях машиностроения. К пружинам со специальными свойствами предъявляется комплекс требований:
• работоспособность при отрицательных и высоких температурах;
• стабильность силовых характеристик в широком интервале температур;
• коррозионная стойкость;
• высокие энергоемкость и релаксационная стойкость и т. д.
Все эти свойства можно обеспечить только при использовании высоколегированных термо- и термомеханически упрочняемых сплавов, например жаропрочных сплавов на основе ниобия Нб10В5МЦУ (ЛН-1) и никеля ХН70МВЮ-ВД (ЭИ 828-ВД) и высокопрочного Р-титанового сплава ТС6 [1, 2]. На протяжении последних лет данные материалы успешно применяются ОАО «Центральный научно-технический институт материалов» при создании пружин со специальными свойствами. Все упомянутые материалы имеют нечто общее: они являются высоколегированными, труднодеформируемыми, термо- и термоме-ханически упрочняемыми стареющими сплавами. Как показывает сравнительный анализ характеристик (модуля сдвига, максимальных упругих напряжений, удельной энергоемкости) основных пружинных материалов (рис. 1), данные сплавы обеспечивают работоспособность пружин при повышенных и высоких температурах вплоть до 1100 °С. Свойства пружинного материала определяются не только маркой слава и навивочными параметрами пружины, но и технологией изготовления пружинного полуфабриката, характеристики пружин со специальными свойствами во многом зависят от режимов термомеханической обработки материала на стадиях изготовления
полуфабриката и собственно пружины. Следует отметить, что из-за низкой деформируемости сортамент продукции из этих сплавов, выпускаемой промышленностью, весьма ограничен. В связи с этим ОАО «ЦНИИМ» организовало у себя специализированное производство прутков и проволоки из труднодеформи-руемых пружинных материалов, разработало и освоило их серийный выпуск. В настоящей статье приведены основные преимущества и характеристики этих пружинных сплавов и результаты исследований влияния термомеханических режимов деформации и упрочнения на механические свойства сплавов ТС6, ЭИ828-ВД и ЛН-1.
Высокопрочный титановый сплав ТС6
По сравнению с известными пружинными сталями 60С2А и 65С2ВА разработанный ОАО «ЦНИИМ» высокопрочный Р-сплав титана ТС6 (ТС — 10,5& — 7V — 4Mo — 3Al — ^г) [3, 4] имеет меньшую плотность, низкую величину модуля упругости, высокие прочностные и упругие свойства, что обеспечивает высокую энергоемкость пружин (выше стальных примерно в 1,5 раза) (см. рис. 1). Благоприятное сочетание физико-механических свойств титановых сплавов, в частности ТС6, приводящее к повышению энергоемкости пружин, заслуживает наибольшего внимания, поскольку энергоемкость характеризует основной показатель пружин — способность накапливать и сохранять максимальную энергию в единице занимаемого пружинами объема или в расчете на единицу их массы. Среди титановых сплавов в качестве пружинных материалов предпочтительны Р-сплавы, поскольку для них можно обеспечить высокий уровень прочностных (до 1600 МПа) и упругих
^й 400 -
§
5) % 300-
и ,
§ 200 Н
100-
-253 20 200 400 600 800 1000 Температура испытания, °С
1200
-253 20 200 400 600 800 Температура испытания, °С
1000 1200
в)
£
1,0-1
0,8-
8 0,6-
о р
£
0,4-
0,2-
-253 20 200 400 600 800 Температура испытания, °С
1000 1200
Рис. 1. Основные характеристики пружинных материалов в зависимости от температуры: а — максимальное упругое напряжение; б — модуль сдвига; в — удельная энергоемкость:
1 — 12Х18Н10Т; 2 — 65С2ВА; 3 — ЧС4-ИД (МС-сталь); 4 — ТС6; 5 — ХН77ТЮР; 6 — ХН70МВЮ-ВД; 7 — ЛН-1
характеристик (до 1400 МПа) после их термомеханического упрочнения. Кроме того, Р-сплавы титана обладают высокой пластичностью при деформации в условиях комнатной температуры, так как образующаяся после закалки объемноконцентрированная решетка Р-фазы имеет существенно больше систем
скольжения, чем гексагональная плотноу-пакованная решетка у а- или (а+Р)-сплавов. Высокая технологичность позволяет проводить холодное волочение сплава ТС6 с суммарными деформациями до 75-80 % [3, 4], в то же время (а + Р)-сплавы, например ВТ16, деформируются холодным волочением с деформацией не более 40 %. По коэффициенту Р-стабилизации титановых сплавов Кр = 2,5, молибденовому эквиваленту упрочнения Р-фазы [Мо]экв = 27,6 % и алюминиевому эквиваленту упрочнения за счет дисперсионного твердения при выделении а-частиц [А1]экв = = 6 % сплав ТС6 находится на одном уровне с лучшими зарубежными аналогами [5].
В табл. 1 приведены эксплуатационные характеристики сплава марки ТС6 при нормальной температуре по сравнению с параметрами пружинной стали марки 65С2ВА. Как следует из приведенных экспериментальных данных, у титанового сплава ТС6 примерно в 2,0 раза ниже модули нормальной упругости и сдвига, плотность материала более чем в 1,5 раза, при этом максимально допустимые напряжения при кручении находятся на одном уровне и лишь на 12 % ниже при сжатии (растяжении). Это обеспечивает большие величины допустимых упругих деформаций пружин, то есть требуется меньшее количество витков в титановых винтовых пружинах, а главное, энергоемкость титановых пружин выше стальных. Данные особенности титана позволяют создавать пружины, объем которых меньше в 1,6-1,9 раза, а масса — в 2,6-3,0 раза по сравнению с аналогичными характеристиками пружин из стали 65С2ВА. Необходимо также отметить еще два важных преимущества титановых пружин: весьма высокую коррозионную стойкость, в том числе в морской атмосфере и морской воде, и высокую релаксационную стойкость (не менее чем на порядок выше, чем у пружин из стали 65С2ВА) [4]. Последнее, очевидно, обусловлено существенно более низким значением дефекта упаковки (30 мДЖ/м2) [6] сплава ТС6 по сравнению со сталью 65С2ВА (около 150-200 мДж/м2). Низкое значение дефекта упаковки способствует расщеплению дислокаций снижению их подвижности и склонности к поперечному скольжению, что приводит к их более легкой блокировке элементами структуры [7].
Сегодня в качестве пружинных полуфабрикатов ОАО «ЦНИИМ» используют горячекатаные, механически обработанные прутки диаметром 8-12 мм производства ОАО «ВСМПО-АВИСМА», шлифованные прутки и холоднотянутую проволоку меньших диаметров (до 0,4 мм) собственного производства.
Таблица 1
Сравнительные эксплуатационные характеристики материалов пружин из титанового сплава ТС6 и высокопрочной пружинной стали 65С2ВА при нормальной температуре
Характеристика ТС6 65С2ВА
Максимальный предел прочности ств, МПа 1боо 215о
Модуль нормальной упругости Е, ГПа Ю8 2об
Модуль сдвига G, ГПа 39,2 8о
Предел упругости: растяжение или изгиб Сто об, МПа кручение то,о45> МПа 12бо 8оо 159о 125о
Максимальная упругая деформация: растяжение еупр = Сто^б/Е кручение УуПр = То.о4б'^ о,о1145 (1,14%) о,о2о4 (2,о4%) о,оо757 (о,76%) о,о1565 (1,56%)
Максимальные допустимые напряжения при нагружении: растяжение или изгиб СТ3, МПа кручение Т3, МПа 11бо 147о 132о 147о
Плотность р, г/см3 4,95 7,85
Запасенная энергия на единицу массы винтовых пружин Wр, мДж/г: 2 пружины кручения (напряжения изгиба) Ст /8Eр
182о 51о
пружины сжатия (напряжения кручения) т2/4 Gр 51о 168
Экспериментально-расчетные скорости релаксации напряжений за 25 лет эксплуатации при нормальной температуре и Т2 = 9оо—95о МПа, с-1 1о-11^1о=12 1о-1о...1о-11
В табл. 2 представлены механические свойства некоторых видов полуфабрикатов. Известно, что полнота распада р-твердого раствора при старении, обеспечивающая упрочнение сплава, определяется совокупностью факторов: структурой, то есть состоянием, материала и режимами термической обработки. Для каждого состояния материала необходимы свои режимы термоупрочнения [3]. Кроме того, режим или даже схему термического или термомеханического упрочнения материала могут определять технические требования, предъявляемые к конкретным пружинам, условиями работы, сроком службы и т. д.
Многообразие полуфабрикатов, для которых существуют разные сечения, возможности
варьирования схем и режимов термо- и термомеханического упрочнения материала, позволяет создавать и производить в ОАО «ЦНИ-ИМ» широкий спектр высокоэнергоемких, релаксационностойких и коррозионностой-ких винтовых пружин сжатия, растяжения и кручения, а также тарельчатых пружин из сплава ТС6.
Жаропрочные сплавы на основе никеля
К жаропрочным сплавам на никелевой основе необходимо отнести прежде всего сплавы ХН77ТЮР (ЭИ437Б) и ХН70МВЮ-ВД (ЭИ828-ВД) [8]. Данные сплавы имеют существенные преимущества по жаропрочности
Таблица2
Механические свойства прутков и проволоки из сплава ТС6 при нормальной температуре (средние значения по 5—10 результатам)
Характеристика Пруток Проволока холоднотянутая
горячекатаный шлифованный*
Диаметр полуфабриката 12 1о 8 4,о 4,о 1,2 о,9
Упрочненное состояние
Предел прочности ств, МПА 1462 1417 1443 14о2 164о 1551 1684
Отн. удлинение 5, % 8,5 9,8 9,7 8,6 5,1 3,2 4,3
Отн. сужение шейки у, % 16,8 16,8 16,1 27,о 22 16,3 11,7
Состояние поставки
Предел прочности ств, МПа 975 971 972 Ю39 1288 123о 1274
Отн. удлинение 5, % 23,8 25,6 29,4 15,1 2,1 2,2 3,о
Отн. сужение шейки у, % 65,7 62,7 61,6 — 49,7 23,7 21,3
* Рекристаллизованный.
(сопротивлению ползучести, релаксационной стойкости) по сравнению с высоколегированными нержавеющими сталями. Температурное изменение модулей сдвига и упругости в области повышенных температур у них более пологое, чем у сталей (рис. 1). Никелевые сплавы, имеющие гранецентрированную (ГЦК) решетку, характеризуются минимальной склонностью к хрупкому разрушению при отрицательных температурах, их достоинством является высокая структурная стабильность. Нержавеющие стали при низких температурах также пластичны, но структурно менее стабильны и могут претерпевать мартенситные превращения. Жаропрочные никелевые сплавы представляют собой многофазные системы, основу которых составляют многокомпонентные твердые растворы, упрочненные дисперсными выделениями интерметаллидных, а также карбидных фаз. Для упрочнения твердого раствора в сплав ЭИ828-ВД вводят вольфрам и молибден, а для образования интерметалли-дов — до 4,6 % алюминия. Для образования упрочняющей интерметаллидной фазы сплав ЭИ437Б легирован до 2,6 % титаном и до 0,8 % алюминием. В целях очищения границ зерен и связывания легкоплавких примесей в тугоплавкие соединения в данные сплавы вводят бор и церий. При введении бора образуются бориды, что способствует повышению сопротивления ползучести или релаксации. Для измельчения упрочняющей у'-фазы в сплавы вводятся малые добавки церия, что также способствует повышению жаропрочности [8]. В табл. 3 приведен химический состав сплавов ЭИ437Б и ЭИ828-ВД.
Основной упрочняющей фазой в никелевых сплавах является интерметаллидная у'-фаза, когерентно связанная с матрицей (интерметал-лид типа №3А1 в сплаве ЭИ828-ВД, №3(Т1,А1)
Таблица 3
Химический состав никелевых сплавов
Легирующий элемент ЭИ437Б ЭИ828-ВД
С 0,07 0,07
81 0,6 0,4
Ее 4,0 4,0
Мп 0,4 0,4
Сг 19,0-22,0 9,0-11,0
N1 Основа Основа
Т1 2,4-2,8 —
А1 0,6-1,0 4,1-4,6
W — 4,5-5,5
Мо — 8,0-10,0
В 0,01 0,02
Се 0,02 0,02
Рис. 2. Структуры сплава ЭИ828-ВД с увеличением х24 000 (а) и х10 000 (б)
в сплаве ЭИ437Б). Интерметаллидные фазы с ГЦК решеткой изоморфны матрице, а периоды решеток матрицы и выделений различаются не более чем на 1 %. Частицы фазы, равномерно распределенные по зерну, эффективно упрочняют и образуют так называемую модулированную структуру (рис. 2, а). Упрочнение границ зерен достигается выделениями карбидов типа МебС (рис. 2, б). Кроме того, карбиды способствуют измельчению зерна, препятствуя собирательной рекристаллизации при высоких температурах и оказывают рафинирующее влияние на структуру, в карбидах концентрируются нежелательные примеси. Количеством упрочняющей фазы определяется жаропрочность сплава. В табл. 4 приведены значения длительной прочности при высоких температурах как показателя жаропрочности сплавов ЭИ437Б и ЭИ828-ВД.
По данным Л. Н. Зиминой [8], самом жаропрочном деформируемом отечественном промышленном никелевом сплаве ЭИ828-ВД в состаренном состоянии количество у'-фазы составляет не менее 30 %. Эта фаза термодинамически устойчива вплоть до 1000 °С и характеризуется аномальным сохранением твердости
Таблица4
Основные упрочняющие фазы и длительная прочность сплавов ЭИ437Б и ЭИ828-ВД
Характеристика ЭИ437 Б ЭИ828-ВД
Основная упрочняющая фаза: название количество, масс. % №3(Т1,А1) 10 №3А1 30
Иные избыточные фазы Т1С, Т1^ Ме6С
Ме23С6
Длительная прочность, МПа, при температуре, °С: 700 440
800 245 382
900 - 196
Максимальная рабочая
температура винтовых пружин, °С 500 900
и с повышением температур от 200 до 750-800 °С. Также у'-фаза отличается высокими энергиями активации диффузии и ползучести. Кроме того, высокое суммарное содержание тугоплавких металлов [15 % (W + Мо)] увеличивает силы межатомной связи и уменьшает скорость диффузии, тем самым повышает релаксационную стойкость пружин из сплава ЭИ828-ВД.
Таким образом, сплавы ЭИ437Б и ЭИ828-ВД, производство которых освоило ОАО «Металлургический завод «Электросталь»», предназначены для работы, в том числе в качестве пружинных материалов, при температурах 500 °С (ЭИ437Б) и 700-900 °С (ЭИ828-ВД). Однако следует отметить, что, если из сплава ХН77ТЮР «Электросталь» и ПО «Ижсталь» выпускают проволоку с минимальным диаметром 1-2 мм, то из сплава ХН70МВЮ-ВД — лишь горячекатаный пруток диаметром 14 мм и более. Попытки уменьшить диаметр катаного прутка не привели к положительному результату: происходит захолаживание подката и, как следствие, его разрушение. Охрупчивание материала обусловлено распадом у-твердого раствора при температурах деформации ниже 1050 °С. В силу специфики своего структурно-фазового состава данный сплав может успешно деформироваться вгорячую или вхолодную.
Практически единственным способом получения полуфабрикатов меньших сечений является холодное волочение. Заготовкой является пруток диаметром 14 мм (ОАО «Металлургический завод «Электросталь»»). По результатам входного контроля в ОАО «ЦНИИМ» средние значения механических свойств горячекатаных прутков в состоянии поставки:
• предел прочности св = 1426 МПа;
• условный предел текучести < 2 = 1077 МПа;
• относительное удлинение 5 = 28 %;
• относительное сужение шейки у = 48 %.
Для успешного холодного волочения прутки необходимо подвергнуть термической обработке (закалке). Наиболее простым технологическим способом термической обработки исходных прутков является скоростной нагрев с пропусканием электрического тока. После обработки при температурах 1150-1200 °С исходные заготовки обладают следующими механическими свойствами:
• предел прочности св = 1260 -г 1320 МПа;
• условный предел текучести с0 2 = 883 г г 949 МПа;
• относительное удлинение 5 = 26 г 30 %;
• относительное сужение шейки у = = 40 г 47 %.
После данной обработки прутки хорошо деформируются холодным волочением. На рис. 3 представлена зависимость механических свойств
Степень деформации в, %
Рис. 3. Зависимость механических свойств сплава ЭИ 828-ВД от степени холодной деформации волочением:
1 — относительное сужение шейки у; 2 — предел прочности <в; 3 — относительное удлинение 5, %
сплава от степени холодной деформации при волочении (диаметр уменьшается с 14 до 7 мм). Анализ кривой упрочения при волочении показывает, что с увеличением суммарной степени деформации в от 0 до 65 % предел прочности св интенсивно увеличивается с 1260-1320 МПа до 2000-2030 МПа и выходит на плато при деформациях в = 65 г 75 %. В процессе волочения пластические свойства проволоки монотонно снижаются. С увеличением степени деформации относительное удлинение 5 уменьшается с 30 (после закалки) до 4-7 % при волочении со степенью деформации в = 50 г 75 %. Относительное сужение шейки изменяется от 40-47 % до примерно 8ч10 % при максимальных степенях деформации. Проведение промежуточной скоростной закалки, например, прутков диаметром 8 мм (после деформации в = 67 %) приводит к снижению прочностных и повышению пластических характеристик сплава. После старения закаленных прутков в течение 8 ч прочностные и упругие свойства сплава повышаются, причем достигают уровня, который выше, чем тот, который получен после термоупрочнения горячекатаных прутков по аналогичному режиму. Механические свойства исходной заготовки диаметром 14 мм и прутков диаметром 8 мм в различных состояниях представлены в табл. 5. различие в свойствах в состаренном состоянии обусловлены разными скоростями нагрева, временем выдержки прутков при закалке и, как следствие, разностью структурно-фазового состава сплава перед старением. Очевидно, при изготовлении проволоки малых сечений (до 1,0 мм)
Таблица 5
Механические свойства прутков из сплава ЭИ828-ВД при нормальной температуре
Диаметр прутка, мм Состояние прутка Предел, МПа Отн. удлинение 5, % Отн. сужение шейки ш, %
прочности ств текучести пропорциональности
14 Горячекатаное 1426 1077 — 27,8 47,9
Закалка (печь), охлаждение воздухом 1134 986 — 24,9 37,2
Закалка + старение 1235 1004 — 19,6 20,3
8 Деформированное, е = 67% 1963 1315 — 4,7 10,0
Скоростная закалка 1282 923 458 26,7 30,7
Скоростная закалка + старение 1399 1044 552 21,3 29,0
это различие будет возрастать по мере увеличения количества промежуточных закалок в процессе многократного волочения, повышения скорости нагрева (из-за снижения диаметра проволоки).
В ОАО «ЦНИИМ» разработана технология волочения проволоки диаметром до 1 мм и освоено производство винтовых пружин, работоспособных в течение длительного времени при температурах до 800 °С. Проволока диаметром до 1 мм производится многократным холодным волочением с промежуточными термообработками. разработанная в ОАО «ЦНИИМ» схема термоупрочнения винтовых пружин сжатия из сплава ЭИ828-ВД включает в себя операции обработки на твердый раствор, старения и старения под напряжением, обеспечивающие кратковременную работоспособность пружин при температурах до 800 °С при рабочих напряжениях t2 до 250 МПа. Операции обработки на твердый раствор и старения проводятся в вакуумных печах [1].
Жаропрочный ниобиевый сплав ЛН-1 (Н610В5МЦУ)
Сплав ЛН-1 (Nb — 10W — 5Мо — 1,5Zr — 0,15C) является самым высоколегированным сплавом на основе ниобия, причем углерод введен в него как легирующий элемент. В данном сплаве реализован двойной механизм упрочнения: упрочнение твердого раствора элементами замещения — вольфрамом и молибденом и дисперсионное упрочнение карбидной фазой. Основными преимуществами пружин из сплава ЛН-1 являются высокая жаропрочность (до 1100 °С), низкий модуль сдвига (40 ГПа), соответственно, высокая энергоемкость и уникальная элинварность — постоянство величин модулей упругости и сдвига в интервале температур от -196 до 1100 °С (см. рис. 1), обеспечивающая высокую стабильность силовых характеристик пружин во всем указанном интервале температур. Высокая жаропрочность
сплава гарантирует малую величину релаксации пружин при температурах до 1000 °С при длительной работе в вакууме и до 1100 °С при кратковременной работе в специальных средах, а также высокий уровень упругих напряжений пружин при температурах выше 400 °С (х3 = 200-400 МПа). Низкий модуль сдвига обеспечивает высокую энергоемкость пружин Элинварность как свойство материала проявляется — и это было показано ранее — в указанном интервале температур от -196 до 1100 °С, а стабильность силовых характеристик пружин была проверена в интервале рабочих температур от -70 до 1100 °С. Благодаря таким характеристикам сплав ЛН-1 является уникальным пружинным материалом для различных высокочувствительных регуляторов давления, работающих в широком интервале температур (см. рис. 1).
Однако высокий уровень легирования сплава элементами тугоплавких металлов (вольфрама (10 %) и молибдена (5 %)) и наличие в нем второй фазы, снижающие деформируемость материала, с одной стороны, и присутствие в сплаве в качестве основы ниобия, обладающего высокой склонностью к газонасыщению и нитенсивному окислению, — с другой, определяют параметры производства прутков. Для первичной деформации слитков из сплава ЛН-1 проводят горячую экструзию, прутки диаметром 70 м выпускает ОАО «Химико-металлургический завод им. Е. А. Юдина». В дальнейшем деформацию по технологии, разработанной ОАО «ЦНИИМ», делают путем прокатки и ротационной ковки до диаметра 5 мм, с промежуточным рекристаллизационным вакуумным отжигом. В кованых прутках из сплава ЛН-1 формируется развитая ячеистая (фрагментированная) структура, представляющая собой вытянутые конгломераты с высокоугловыми границами, которые имеют внутри собственную субструктуру [10]. Данная развитая структура обеспечивает определенный уровень механических
свойств прутков при комнатной температуре:
предел прочности св = 1000 г 1100 МПа;
• условный предел текучести с0 2 = = 920 г 940 МПа;
• предел пропорциональности спц = = 800 г 850 МПа;
• удлинение 5 = 12ч15 %;
• относительное сужение шейки у = = 30ч35 %.
Кроме того, низкая температура хладноломкости кованых прутков позволяет проводить успешную навивку винтовых цилиндрических пружин с индексами до 4 (отношение среднего диаметра пружины к диаметру полуфабриката), используя незначительный подогрев.
Для получения полуфабрикатов сечением менее 2 мм в ОАО «ЦНИИМ» разработана технология волочения проволоки из сплава ЛН-1. Она изготавливается из шлифованных прутков диаметром 3,5-4,0 мм многократным волочением с промежуточными вакуумными отжигами [11]. Формированием вытянутой ячеистой структуры с высокоугловыми границами обусловлены высокие прочность (ств = 1200 г 1250 МПа), пластичность (у = 55 %) и низкая температура хладноломкости Тх проволоки, позволяющая проводить навивку пружин практически при комнатной температуре. Технологическая схема термомеханического упрочнения пружин из сплава ЛН-1 предусматривает обработку на твердый раствор при температуре 1800 °С, охлаждение с этой температуры с высокой скоростью, двухступенчатое старение, старение под напряжением при рабочих температурах и стабилизацию. Все термообработки проводятся в вакууме с остаточным давлением в рабочей зоне не выше 1,3 • 10 3 Па. Полный цикл термообработок обеспечивает жаропрочность сплава и работоспособность пружин. Однако на протекание процессов выделения мелкодисперсной фазы при старении сплава оказывает наследственное влияние структурно-фазовый состав сплава, сформированный при изготовлении полуфабрикатов [11]. Данную особенность сплава ЛН-1 необходимо учитывать при выпуске полуфабрикатов и пружин, чтобы добиться формирования наиболее термодинамически стабильного монокарбида МеС на заключительных стадиях производства.
Таким образом, при разработке новых конструкций и изготовлении пружин со специальными свойствами из приведенных в данном обзоре высоколегированных сплавов на основе титана, никеля и ниобия надо не только учитывать, но и использовать возможности формирования оптимальных свойств пружины на всех этапах производства, в том числе
и на стадии изготовления полуфабрикатов. Для этого на производстве пружин должны быть не только пружинно-навивочные, термические и другие участки, но и участки изготовления полуфабрикатов, испытательные, исследовательские подразделения, куда целесообразно привлечь профессиональные кадры и поставить соответствующее оборудование. Кроме того, данное производство должно иметь возможность не только разрабатывать технологии изготовления конкретных пружин, но и выпускать, регистрировать и хранить соответствующую нормативно-технологическую документацию (технические условия, технологические процессы, чертежи). Очевидно, таким условиям могут соответствовать производства, создание либо при промышленных предприятиях, либо, как в нашем случае, на базе научно-исследовательского института. В настоящее время существующие, в частности в Санкт-Петербурге, многочисленные фирмы по производству пружин, даже самые крупные и давно работающие, имеют другие приоритеты и ставят перед собой иную задачу — выпуск широкой номенклатуры пружин, но в основном из традиционных пружинных материалов.
Литература
1. Виторский Я. М., Шаболдо О. П., Караш-тин Е. А. Термомеханически упрочняемые высокопрочные и жаропрочные пружинные материалы // Труды Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии «СММТ — 2009». СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. С. 483-484.
2. Крылов Б. С., Зеленов Б. А., Петров В. А. Высокопрочный титановый бета-сплав марки ТС-6. Технология, свойства, области применения // ЦНИИ материалов — 90 лет в материаловедении: Науч.-техн. сб. Вып. 2/ФГУП «ЦНИИМ» СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. С. 125-139.
3. Шаболдо О. П., Строганов А. А. Влияние термомеханических режимов производства проволоки на механические свойства пружинного Ь-титанового сплава ТС6// Металлообработка. 2010. № 1. С. 50-56.
4. Шаболдо О. П., Караштин Е. А., Строганов А. А. Отработка режимов холодного волочения проволоки и термомеханического упрочнения пружин из высокопрочного титанового сплава ТС6 // Труды Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (СММТ — 2009). СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. С. 358-359.
5. Колачев В. А., Рыденков Д. В. О сопоставлении состава и свойств титановых сплавов по эквивалентам молибдена и алюминия // Металлы. 1995. № 4. С. 68-76.
6. Леринман Р. М., Мурзаева Г. В. Структурные изменения, происходящие при термической и ме-
ханико-термической обработке высокопрочных Ь-титановых сплавов // Структура и механические свойства металлов и сплавов/Под ред. В. А. Павлова. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1975. С. 90-107.
7. Павлов В. А., Носкова Н. И., Кузнецов Р. И. Влияние дефектов упаковки на механические свойства металлов // Физика металлов и металловедение. 1967. Т. 24, вып. 5. С. 947-965.
8. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1969. 752 с.
9. Зимина Л. Н. Влияние легирующих элементов и термообработки на кинетику структурных превращений и свойства жаропрочных сплавов системы никель-хром-алюминий // Специальные
стали и сплавы: Сб. трудов. Вып. 46/ЦНИИЧМ. М.: Металлургия, 1966. С. 114-139.
10. Виторский Я. М., Шаболдо О. П., Заплат-кин Ю. Ю. Формирование структуры и свойств прутков из легированного сплава ниобия ЛН-1 при теплой деформации. // ЦНИИ материалов — 90 лет в материаловедении: Науч.-техн. сб. Юбилейн. вып./ФГУП «ЦНИИМ». СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. С. 102-107.
11. Шаболдо О. П. Влияние режимов холодного волочения на структуру и свойства проволоки и характеристики пружин из высоколегированного сплава ниобия ЛН-1 // Металлообработка. 2009. № 4. С. 35-40.
От редакции: в следующем номере в разделе «Станки и оборудование» будет опубликована статья «Специализированное пружинное производство ОАО „ЦНИИМ"».
УДК 530 (075.8)
Применение наноструктурированных покрытий
В. М. Петров, В. М. Майстро, В. Б. Хмелевская, М. Б. Мяконьков, Р. Н. Гаврилюк, Б. А. Юшин
В статье приведены данные относительно изготовления порошков и их введения в детали механизмов средних размеров. Определено влияние введения и сочетания порошков и масла (суспензии) на триботехнические характеристики сопряженных пар механизмов перемещения. На основании теоретических и экспериментальных данных о влиянии на структуру механических и акустических воздействий произведены исследования напыления плазменных покрытий с ультразвуковой обработкой. Данные исследований показали, что при определенных режимах такого напыления получены наноструктуриро-ванные покрытия размером 10 нм.
Триботехнические характеристики деталей
Поверхности материалов деталей оказывают превалирующее влияние на износостойкость механизмов при трении, а следовательно, и эффективность их работы во многом зависят от материала поверхностей деталей механизма. Современная теория трибологии рассматривают разрушение на основании механических и энергетических свойств материалов, пластических и упругих, шероховатости, однако в последнее время наблюдается
всплеск интереса к тому, как эти характеристики рассматриваются в энергетической теории, основанной на энергетических характеристиках материалов сопряженных пар, к числу которых относится, например, работа выхода электронов. Согласно обеим теориям, три-ботехнические параметры и износостойкость сопряженных пар зависят от структуры кристаллов, определяющей фазовый состав материалов в зависимости от распределения атомов.
Мелкодисперсная структура снижает коэффициент трения Кт и повышает износостойкость сопряженных пар при трении. Данные А. А. Маркова объясняют эти явления более высокой энергетикой мелких кристаллических структур [1]. Согласно Б. И. Костец-кому и Д. Бакли, низкий коэффициент трения в поверхностях мелкодисперсных структур сопряженных пар является результатом создания особой структуры с соединением элементов в среде [2, 3]. Процесс получения мелкодисперсных структур порошков и химических пленочных покрытий (наноструктур) для создания износостойких сопряженных пар при трении и механических износостойких материалов стал одним из объектов исследования особого научного направления — нанотехнологии.
