0745-orgreview (Повышение надёжности материалов судовой арматуры путём модифицирования поверхности лазерной и электронно-пучковой обработкой)

министкрство НАуки и высшкго овРАзовАния Российской ФкдкРАции Институт проблем машиностроении РАН - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПМ РАН) Белинского ул., д. 85, Нижний Ноагород, 603024. Тел.!факс !8313 432-03-00. Е-та!1: йнкьфа!он.гн ОКПО 04836215, ОГРН 1025203020! 93, ИНН 5260003387, КПП 52624300! УТВЕРЖДАЮ Директор Института проблем машиностроения РАН вЂ” филиала твенного учреждения вательский адной физики аук», рофеев 2019 г.

ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ Института проблем машиностроения РАН вЂ” филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук» о диссертационной работе Кузнецова Александра Викторовича «Повышение надежности материалов судовой арматуры путем модифицирования поверхности лазерной и электронно-пучковой обработкой», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.09 — «Материаловедение (машиностроение)» А альность темы иссе та ионного весле ования. Интенсивное перевооружение Военно-морского флота (ВМФ) РФ, как н общее развитие отечественного судостроения, связанное с геополитической и экономической обстановкой, приводит к тому, что повышаются требования к общегражданским судам, кораблям ВМФ и обитаемым и необитаемым подводным аппаратам (ПА) по надежности, экономичности их обслуживания в процессе эксплуатации, при этом необходимо снижение их себестоимости в целом.

Аналогичные требования предъявляются ко всем составляющим и комплектующим судам и ПА, дополнительному и вспомогательному оборудованию, в том числе к элементам трубопроводной арматуры. В то же время элементы судовой арматуры (ЭЛС) являются одним из узких мест в конструкциях судов и ПА.

С одной стороны к ним предъявляются повышенные требования по надежности, поскольку они эксплуатируются в условиях агрессивной морской среды н, зачастую, испытывают различные динамические и циклические нагрузки. Повышенные требования к материалам арматуры означает необходимость постоянного улучшения их физико-механических свойств и состояния поверхностного слоя. Последние являются одними из основных источников повышения износостойкостн конструкций. Повышение надежности деталей требует также совершенствование методик и систем расчета, которые являются информационно-системными средствами параметрического синтеза любой конструкции.

При наличии пакета расчетных программ, главной проблемой успешного решения поставленных задач становится адекватный выбор прикладных компонентов указанных программ: аналитических зависимостей и банка данных о свойствах материалов, применяемых в разрабатываемых конструкциях. В связи с этим актуальность диссертационной работы Кузнецова А.В. не вызывает сомнения. Для решения обозначенных проблем автором корректно сформулированы цели и задачи диссертационного исследования. Со е жанне нссе та ии. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и общих выводов. Объем диссертации — 140 страниц, включая 17 таблиц, 75 рисунков, список использованных источников из 113 наименований.

Первая глава диссертации «Аналитический обзор. Методы н методики определения свойств материалов. Выбор направлений исследований» включает б разделов. Автор обстоятельно рассматривает особенности эксплуатации и конструкции основных видов ПА и судовой арматуры, проводит обзор материалов, применяемых для арматуры. Отмечено, что конструктивное исполнение судовой арматуры должно обеспечивать повышенную ударостойкость, коррозионностойкость в морской среде, а также иметь наименьшие массогабаритные параметры. Представлен внешний облик и составные части кингстонов и бортовых клапанов.

Рассмотрены особенности обработки материалов концентрированными потоками энергии, поведение материалов при динамическом нагруженин. Приведены методы определения механических и фрикционных свойств материалов и покрытий. Рассмотрена теория физической надежности технических систем.

Диссертантом показано, что по сравнению с используемыми в производстве способами упрочнения поверхности лазерные н электронно-пучковый технологии обработки материалов имеют ряд преимуществ. Отмечается, что концентрированные потоки энергии, созданные лазерными и импульсными электронными пучками, воздействуя на поверхность деталей, способствуют быстрым структурно-фазовым превращениям в поверхностных слоях металла (модификация поверхности материала).

При определенном подборе параметров пучков можно добиться резкого увеличения нзносостойкости детали. Автор показывает, что скорость нагружения н деформации влияет на ряд механических характеристик металла: предел текучести, предел прочности и относительное удлинение. Диссертант в данной главе показывает, что в теоретических решениях и расчетах на динамическую нагрузку использовать зависимость «напряжение-деформация», определенную статическим растяжением образцов, нельзя. Вторая глава диссертации «Лазерная и электронно-пучковаи модификации поверхности материалов» содержит 3 раздела, при этом раздел 2 состоит из 4 подразделов.

В первом разделе на основе проведенного в первой главе общего анализа материалов диссертант подробно изложил результаты лазерного легирования поверхности материалов элементов арматуры, в частности, золотниковых деталей нз бронзы марки БрАЖНМц 9 — 4-4-1. Выбранный автором рациональный режим обработки поверхности золотниковых деталей, при достаточно высокой скорости обработки позволил создать бездефектный упрочненный поверхностный слой толщиной до 700 мкм. Мощность лазерного излучения была повышена со стандартных 1,5 до 2,5 кВт. Микротвердость поверхностного слоя при данном рациональном технологическом режиме составляет от 650 до 840 НУ, что практически в два раза превосходит микротвердость поверхностного слоя золотника, изготовленного из бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4-1 по существующей традиционной технологии.

Во втором разделе приведены результаты модификация поверхности материалов электронным пучком микросекундной и наносекундной длительности. Автор представил результаты теоретических и экспериментальных исследований режимов обработки плоских поверхностей мишеней в форме дисков из нержавеющей стали 08Х18Н10Т, титанового сплава ЗМ н бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4 — 1. В результате проведенных исследований диссертантом было установлено, что с увеличением количества импульсов излучения при выбранных значениях плотности энергии излучения параметры износостойкости титанового сплава ЗМ, нержавеющей стали ОЗХ18Н10Т и бронзы БрАЖНМц 9 — 4 — 4-1 снижается в 2 — 3 раза шероховатость поверхности, повышается на 25 — 50;4 микротвердость приповерхностного слоя и увеличивается на !5 — 50% износостойкость образцов.

Также в рамках данного раздела автором показано, что модификация поверхности материалов сильноточным электронным пучком (СЭП) наносекундной длительности приводит к неудовлетворительному качеству поверхностного слоя исследованных материалов. Третья глава диссертации «Механические испытания исследуемых материалов» содержит 4 раздела. В первом разделе приведены результаты стандартных механических испытаний титанового сплава ЗМ, нержавеющей стали ОЗХ18Н10Т н бронзы марки БрАЖНМц 9-4-4 — 1. Во втором разделе приведены результаты динамических испытаний материалов при скоростях деформации, характерных для изделий судовой арматуры. На основе проведенного в первой главе анализа методов определения динамических характеристик материалов автор выбрал метод Кольского с более конкретной методикой разрезного стержня Гопкинсона.

Диссертант достаточно подробно изложил суть методики и привел основные математические зависимости, по которым определяются динамические характеристики. Полученные результаты испытаний показали, что в исследованных диапазонах скоростей деформации прочностные и пластические характеристики исследованных материалов различаются незначительно, но отличаются от тех же значений при статических испытаниях. Также автором представлены результаты динамических испытаний образцов после лазерного легирования их поверхности (легирование проводили по режиму, выбранному для золотника), которые показали, что в результате легирования увеличиваются прочностные параметры н незначительно снижаются характеристики пластичности.

В четвертом разделе данной главы представлены результаты динамических испытаний исследованных материалов после коррозионных потоковых испытаний (выдержка в проточной морской воде; скорость потока воды — б м/с). Полученные в данном разделе результаты свидетельствуют, что в целом, нахождение материалов в проточной воде приводит к их охрупчиванию (значения относительного удлинения и сужения уменьшаются).

Четвертая глава диссертации «Физико-математическое моделирование динамического поведения материалов н элементов арматуры ПА» содержит 4 раздела. В параграфе 4.1 автором описываются структурно-геометрические переходы, происходящие в динамически нагружаемых материалах, и рассматривается связь фрактальной размерности контура разрушенной поверхности с динамическим пределом прочности и динамическим значением относительного сужения. В параграфе 4.2 приведены результаты численного моделирования динамической прочности (результаты по характеристикам динамической прочности получены в разделе 3.3) стандартных корпусов кингстонов РХ40 и РХ100 и бортового клапана подводного аппарата. Результаты расчетов представлены в виде графических зависимостей «масса заряда — безопасное расстояние от центра взрыва до рассчитываемых корпусов» для различных условий прочности (наибольших деформаций и условия текучести Мизеса).