satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2019-18-1-62-89sat-1924Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGЭффективность уплотнения некомпактных сплавов алмазным выглаживаниемConsolidation Efficiency of Noncompact Alloys by Diamond BurnishingВишнепольскийЕ. B.VishnepolskiyE. V.ПавленкоД. В.PavlenkoD. V.

Кандидат технических наук, доцент

Адрес для переписки: Павленко Дмитрий Викторович – Запорожский национальный технический университет, ул. Жуковского, 64, 69063, г. Запорожье. Тел.: +380 61 769-82-69    dvp1977dvp@gmail.com

 

Address for correspondence: Pavlenko Dmitriy V. – Zaporozhye National Technical University, 64 Zhukovskogo str., 69063, Zaporozhye, Ukraine.  Tel.: +380 61 769-82-69    dvp1977dvp@gmail.com

 

dvp1977dvp@gmail.comЗапорожский национальный технический университетУкраинаZaporizhzhya National Technical UniversityUkraine2019120220191816289Copyright © Вишнепольский Е.B., Павленко Д.В., 20192019Вишнепольский Е.B., Павленко Д.В.Vishnepolskiy E.V., Pavlenko D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/1924

Активное применение деталей, синтезированных с помощью аддитивных технологий из порошков, ограничивается из-за наличия остаточной пористости, способствующей снижению прочности, пластичности, вязкости разрушения, трещиностойкости, обрабатываемости резанием, а также триботехнических характеристик. Предложено для расширения сферы применения деталей, полученных из некомпактных сплавов, использовать методы упрочнения поверхностного слоя. Исследованы особенности локального поверхностно-пластического деформирования алмазным выглаживанием образцов из спеченного титанового сплава ВТ1-0, а также сплава на основе алюминидов титана LMD ОХ 45-3 (Ti–45Al–3Nb), синтезированного путем селективного лазерного спекания. Установлено, что алмазное выглаживание является эффективным способом уплотнения поверхностного слоя образцов из малопластичных некомпактных материалов, полученных различными способами. Показано, что для эффективного устранения пористости и повышения прочности поверхностного слоя несущих поверхностей деталей из этих материалов обработку необходимо выполнять в узком диапазоне режимных параметров с учетом механических свойств материала, остаточной пористости и параметров инструмента. Например, использование алмазных выглаживателей с радиусом сферы 0,5 мм вследствие маленькой контактной поверхности инструмента и низкой пластичности обрабатываемого материала приводит к разрушению поверхностного слоя, так как инструмент «проваливается» в большие поры, что ведет к скалыванию материала или неравномерному воздействию инструмента на поверхностный слой. Определено, что для результативного применения установленных режимов необходимо учитывать исходную пористость, которая имеет случайное распределение по площади поверхности исследуемых образцов. Для максимальной эффективности уплотнения сплава на основе спеченного титанового сплава ВТ1-0, а также сплава на основе алюминидов титана LMD ОХ 45-3 (Ti–45Al–3Nb) необходимо учитывать совокупное влияние параметров

Active use of parts synthesized while using additive technologies from powders is limited due to presence of residual porosity contributing to a decrease in strength, ductility, fracture toughness, crack resistance, workability by cutting, as well as tribotechnical characteristics. It has been proposed in order to expand scope of parts application derived from non-compact alloys to use methods of surface layer hardening. Specific features of local surface-plastic deformation have been investigated by diamond smoothing of samples from a sintered titanium alloy ВT1-0, as well as an alloy based on titanium aluminides LMD ОX 45-3 (Ti–45Al–3Nb) synthesized by selective laser sintering. It has been established that diamond burnishing is an effective method of compacting surface layer of samples from low-plastic non-compact materials obtained by various methods. It has been shown that in order to eliminate effectively porosity and increase strength of a surface layer for bearing surfaces of parts made from these materials, processing must be performed in a narrow range of mode parameters taking into account mechanical properties of the material, residual porosity and tool parameters. For example, application of diamond smoothers with a sphere radius of 0.5 mm leads due to a small contact surface of a tool and low ductility of the material being processed to destruction of the surface layer, as the tool “fails” into large pores, which causes spalling of the material or uneven effect of the tool on the surface layer. It has been determined that for the effective application of the established regimes it is necessary to take into account an initial porosity which has a random distribution over the surface area of the studied samples. For maximum compaction efficiency of an alloy based on a sintered titanium alloy ВT1-0, as well as an alloy based on titanium aluminides LMD ОХ 45-3 (Ti–45Al–3Nb), a cumulative effect of smoothing parameters should be taken into account.

алмазное выглаживаниетитаналюминид титананекомпактный сплавпорошковая металлургияаддитивные технологииdiamond burnishingtitaniumaluminide titaniumnoncompact alloypowder metallurgyadditive technologiesReferencesМанохин, А. И. Развитие порошковой металлургии / А. И. Манохин, М. X. Шорников. М.: Наука, 1988. 77 с.Manokhin A. I., Shornikov M. Kh. (1988) Development of Powder Metallurgy. Moscow, Nauka Publ. 77 (in Russian).Назаров, А. П. Типовые образцы изделий, получаемых методом селективного лазерного спекания / А. П. Назаров, А. А. Окунькова // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2012. Т. 67, № 3. С 76–83.Nazarov A. P., Okunkova A. A. (2012) Type Specimens of Products Obtained while Using Method of Selective Laser Sintering. Vestnik Saratovskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Vestnik Saratov State Technical University, 67 (3), 76–83 (in Russian).Анциферов, В. Н. Перспективные материалы и технологии порошковой металлургии / В. Н. Анциферов. Пермь: Пермский госуд. техн. ун-т, 2014. 109 с.Antsiferov V. N. (2014) Prospective Materials and Technologies of Powder Metallurgy. Perm, Perm State Technical University. 109 (in Russian).Егоров, М. С. Технология и особенности изготовления деталей методом порошковой металлургии / М. С. Егоров, Ю. М. Вернигоров, Р. В. Егорова; под общ. ред. М. С. Егорова. Р-на-Д: Изд-во ДГТУ, 2017. 63 с.Egorov M. S., Vernigorov Yu. M., Egorova R. V. (2017) Technology and Features of Manufacturing Parts by Powder Metallurgy. Rostov-na-Donu, Don State Technical University. 63 (in Russian).Effect of Harmonic Structure Design with Bimodal Grain Size Distribution on Near-Threshold Fatigue Crack Propagation in Ti–6Al–4V Alloy / K. Shoichi [et al.] // International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 92. P. 616–622. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.02.038.Shoichi K., Takafumi I., Hiroki K., Yoshikazu N., Mie O., Akira U., Kei A. (2016) Effect of Harmonic Structure Design with Bimodal Grain Size Distribution on NearThreshold Fatigue Crack Propagation in Ti–6Al–4V Alloy. International Journal of Fatigue, 92, 616–622. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.02.038.Павленко, Д. В. Оценка газонасыщения спеченных титановых сплавов, синтезируемых из порошков с применением винтовой экструзии / Д. В. Павленко // Порошковая металлургия. 2017. № 5/6. С. 46–59.Pavlenko D. V. (2017) Gas Saturation Assessment of Sintered Titanium Alloy Synthesized from Powder while Using Screw Extrusion. Poroshkovaya Metallurgiya = Powder Metallurgy, (5/6), 46–59 (in Russian).Каблов, Е. Н. Интерметаллиды на основе титана и никеля для изделий новой техники / Е. Н. Каблов, В. И. Лукин // Автоматическая сварка. 2008. № 11. С. 76–82.Kablov E. N., Lukin V. I. (2008) Intermetallides Based on Titanium and Nickel for Products Used in New Equipment. Avtomaticheskaya Svarka = Automatic Welding, (11), 76–82 (in Russian).Влияние режимов прессования и спекания на пористость спеченных титановых изделий / А. Е. Капустян [и др.] // Обработка материалов давлением. 2015. Т. 41, № 2. С. 221–225.Kapustyan A. E., Ovchinnikov A. V., Pavlov V. V., Shul'ga K. S., Shevchenko V. G. (2015) Influence of Pressing and Sintering Modes on Porosity of Sintered Titanium Products. Obrabotka Materialov Davleniem: Sbornik Nauchnykh Trudov [Pressure Material Treatment: Collection of Scientific Papers]. Kramatorsk, 41 (2), 221–225 (in Russian).Получение деталей из сплавов титана аддитивными методами / А. А. Cкребцов [и др.] // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. трудов. Днепропетровск, 2017. Вып. 95. С. 118–122. (Стародубовские чтения-2017).Skrebtsov A. A., Ovchinnikov A. V., Shevchenko V. G., Mikhailyutenko O. A., Zhila T. A. (2017) Obtaining Products from Titanium Alloys while Using Additive Methods. Stroitel'stvo, Materialovedenie, Mashinostroenie: Sb. Nauch. Trudov [Construction, Material Science, Mechanical Engineering: Collection of Scientific Papers. Starodubovskiye Reading-2017). Dn?propetrovsk, 95, 118–122 (in Russian).Петрик, И. А. Разработка порошков титановых сплавов для аддитивных технологий применительно к деталям ГТД / И. А. Петрик, А. В. Овчинников, А. Г. Селиверстов // Авиационно-космическая техника и технология. 2015. Т. 125, № 8. С. 11–16.Petrik I. A., Ovchinnikov A. V., Seliverstov A. G. (2015) Development of Titanium-Alloy Powder for Additive Technologies with Regard to Gas-Turbine Engine Parts. Aviatsionno-Kosmicheskaya Tehnika i Tehnologiya [Aviation and Space Equipment and Technology], 125 (8), 11–16 (in Russian).Павленко, Д. В. Влияние деформирования методом винтовой экструзии на структуру и свойства сплава ВТ1-0 в разных состояниях / Д. В. Павленко, А. В. Овчинников // Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2015. № 1. С. 50–57.Pavlenko D. V., Ovchinnikov A. V. (2015) Influence of Deformation on Structure and Properties of ??1-0 Alloy in Various States while Using Method of Screw Extrusion. F?ziko-Kh?m?chna Mekhan?ka Mater?al?v [Physical and Chemical Mechanics of Materials], (1), 50–57 (in Russian).Павленко, Д. В. Повышение технологической пластичности спеченных титановых сплавов / Д. В. Павленко // Процеси механічної обробки в машинобудуванні. 2015. № 15. С. 102–112.Pavlenko D. V. (2015) Increase of technological Plasticity in Sintered Titanium Alloys. Protsesi Mekhan?chnoy Obrobki v Mashinobuduvann? [Processes of Mechanical Machining in Machine-Building], (15), 102–112 (in Russian).Pavlenko, D. V. Vortices in Noncompact Blanks During Twist Extrusion / D. V. Pavlenko, Ya. E. Beygel’zimer // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2016. Vol. 54, No 9–10. P. 517–524. https://doi.org/10.1007/s11106-0169744-9.Pavlenko D. V., Beygel’zimer Ya. E. (2016) Vortices in Noncompact Blanks During Twist Extrusion. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 54 (9–10). 517–524. https://doi.org/10.1007/s11106-016-9744-9.Вишнепольский, Е. В. Повышение сопротивления усталости мест концентрации напряжений в цилиндрических оболочках алмазным выглаживанием / Е. В. Вишнепольский, Г.В. Пухальская, И. Л. Гликсон // Вісник двигунобудування. 2009. № 1. С. 90–94.Vishnepol'skii E. V., Pukhal'skaya G. V., Glikson I. L. (2009) Increase of Fatigue Resistance in Stress Concentration Zones of Cylindrical Shells while Using Diamond Burnishing. V?snik Dvigunobuduvannja = Herald of Aeroenginebuilding, (1), 90–94 (in Russian).Эльдарзаде, Э. Г. Особенности шлифования деталей из порошковых материалов на основе железа / Э. Г. Эльдарзаде, А. А. Кулиев // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. Т. 1, № 12. С. 154–148.Eldarzade E. G., Kuliev A. A. (2016) Specific Features in polishing of Parts Made from Powder Materials Based on Iron. Aktualnye Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk [Current Problems of Humanitarian and Natural Sciences], 1 (12), 154–148 (in Russian).Папшев, Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием / Д. Д. Папшев. М.: Машиностроение, 1978. 152 с.Papshev D. D. (1978) Finish Machining and Strengthening Treatment while Using Surface Plastic Deformation. Moscow, Mashinostroenie Publ. 152 (in Russian).Одинцов, Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием / Л. Г. Одинцов. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.Odintsov L. G. (1987) Strengthening and Finishing of Parts while Using Surface Plastic Deformation. Moscow, Mashinostroenie Publ. 328 (in Russian).Грановский, Э. Г. Измерение износа алмазных выглаживателей / Э. Г. Грановский // Известия вузов. Машиностроение, 1968. № 11. С. 128–131.Granovsky E. G. (1968) Measuring of Wear in Diamond Smoothing Devices. Izvestiya Vuzov. Mashinostroenie [News of Higher Educational Institutions], (11), 128–131 (in Russian).Microstructure and Oxide Particle Stability in a Novel ODS -TiAl Alloyprocessed by Spark Plasma Sintering and Laser Additive Manufacturing / C. Kenel [et al.] // Intermetallics. 2017. Vol. 90. P. 63–73. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2017.07.004.Kenel C., Dawson K., Barras J., Hauser C., Dasargyri G., Bauer T., Colella A., Spierings A. B., Tatlock G. J., Leinenbach C., Wegener K. (2017) Microstructure and Oxide Particle Stability in a Novel ODS ?-TiAl Alloyprocessed by Spark Plasma Sintering and Laser Additive Manufacturing. Intermetallics, 90, 63–73. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2017.07.004.Pavlenko, D. V. Effect of Deformation by the Method of Screw Extrusion on the Structure and Properties of ВТ1-0 Alloy in Different States / D. V. Pavlenko, А. V. Ovchinnikov // Materials Science. 2015. Vol. 51, Is. 1. P. 52–60. https://doi.org/10.1007/s11003-015-9809-9.Pavlenko D. V., Ovchinnikov ?. V. (2015) Effect of Deformation by the Method of Screw Extrusion on the Structure and Properties of ??1-0 Alloy in Different States. Materials Science, 51 (1), 52–60. https://doi.org/10.1007/s11003-015-9809-9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.