автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Структура и свойства поверхностно-модифицированных слоев из сплава с памятью формы на основе никелида титана

На правах рукописи

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНО-МОДИФИЦИРОВАННЫХ СЛОЕВ ИЗ СПЛАВА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА

Специальность 05.02.01 — «Материаловедение (в машиностроении)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Кубанский государственный технологический университет"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бледнова Жесфина Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Крапошин Валентин Сидорович;

доктор технических наук, профессор Бровер Галина Ивановна

Ведущая организация: Институт Машиноведения

им. А.А. Благонравова РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится 22 декабря 2006 г. в 16:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.100.02 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. А229

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Автореферат разослан « 20 » ноября 2006г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ, диссертационный совет Д 212.100.02

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд.техн.наук, доцент

Пунтус А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В настоящее время развитие индустрии сплавов с эффектом памяти формы (ЭПФ) и ее рост связан как с разработкой новых технологий получения, так и использования в различных областях техники. Среди сплавов с ЭПФ интерметаллид никелид титана (27Л7) обладает большим обратимым формоизменением и высокими физико-механическими и технологическими свойствами. Несмотря на то, что использование материала с ЭПФ в машиностроении имеет большие перспективы, экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости самого материала использовать сплав 77Л7 как конструкционный материал. В этой связи создание ресурсосберегающих технологий путем поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ на основе никелида титана и исследование структурно-механических и функциональных свойств получаемых композиций является актуальной задачей.

Уникальные возможности ГУМ-композитов, связанные с проявлением эффектов памяти, уже успешно реализованы при создании ряда устройств и техники нового поколения аэрокосмического назначения, в приборостроении, электронике, медицине, биотехнологиях и относятся, в основном, к тонким функциональным пленкам, фольгам и волокнам с памятью, выполняющим адаптивные, сенсорные и актуаторные функции. Для машиностроения интерес представляют массивные поверхностные слои из сплава 7Шг, способные обеспечить функциональные свойства и работать в сложных условиях нагружения. Несмотря на исследования структуры, свойств и применений 7/М-сплавов, вопросы, касающиеся изучения получаемых из них покрытий, до сих пор остаются малоизученными.

Работа выполнялась по НИР "Повышение долговечности деталей машин с помощью создания поверхностных самоорганизованных структур с памятью формы" (201.01.01.115) 2001-2002 гг., а также по НИР "Повышение функционально-механических свойств сталей путем создания по-

верхностных слоев из материалов с ЭПФ" в рамках программы РНП.2.1.2.4958 (02.14.80) 2006-2008 гг. при поддержке Министерства образования и науки РФ.

Цель работы — исследование особенностей структурообразования и свойств материалов с поверхностно-модифицированным слоем из сплава с памятью формы на основе ШШ, сформированным при лазерном воздействии, с целью обеспечения функционально-механических свойств деталей.

Основные задачи исследования:

- исследовать теплофизические и технологические особенности организации структуры ЛЛ'7-покрытия в условиях процесса его формирования;

- разработать технологию поверхностного модифицирования конструкционных сталей сплавом с ЭПФ (Л№);

- оценить корреляционные связи структуры и свойств материала «сталь-сплав 71М» на различных этапах поверхностного модифицирования;

- разработать конструктивно-технологические решения с использованием поверхностно-модифицированных материалов, обеспечивающих заданные функционально-механические свойства деталей.

Методы исследования базировались на основных положениях металловедения мартенситных превращений, механики деформируемого твердого тела, механики разрушения, неравновесной термодинамики и фрактального материаловедения, технологии машиностроения, математико-статистических методов анализа экспериментальных данных.

Научная новизна:

- получено численное решение тепловой задачи процесса импульсной лазерной наплавки сплава 1УМ с определением температурных условий структурной организации поверхностного слоя;

- разработаны статистические модели технологического процесса импульсной лазерной наплавки, позволяющие оптимизировать структурно-механические свойства слоя сплава ИМ;

- предложен механизм усталостного разрушения материала с Н№-покрытием, полученным лазерной наплавкой, на основе использования структурно-энергетического критерия циклической долговечности;

- установлены статистические закономерности, позволяющие прогнозировать свойства поверхностно-модифицированного слоя сплава Г/Л7, с помощью мультифрактальной оценки структурных параметров и основных корреляционных связей технологического наследования.

Практическая значимость:

- произведена оптимизация режимов комплексного термомеханического цикла поверхностного модифицирования сталей сплавом Г/А'/', что позволяет обеспечить реализацию эффекта памяти поверхностного слоя для получения разъемных соединений деталей;

- установлено повышение усталостных, триботехнических и коррозионных свойств сталей с поверхностно-модифицированным слоем ТгМ, полученным лазерной наплавкой;

- предложен альтернативный способ получения 7Х\7-покрыти й методом термического переноса масс;

- разработан способ предохранительного разъемного соединения деталей фрикционной шпонкой с покрытием из сплава с ЭПФ (И

- произведена расчетная оценка напряженно-деформированного состояния метрических резьбовых соединений с покрытием из сплава с ЭПФ (ТгМ) методом конечно-элементного моделирования.

На защиту выносятся:

- особенности структурообразования поверхностных слоев из сплава на основе никелида титана и численного моделирования тепловых процессов, определяющих организацию структуры слоя 77Л7 в условиях импульсной лазерной наплавки;

- технология поверхностного модифицирования сталей сплавом с ЭПФ на основе никелида титана с использованием лазерной наплавки;

- механизм малоциклового разрушения сталей с поверхностным слоем ТгЩ полученным лазерной наплавкой, и результаты экспериментального исследования эксплуатационных свойств на различных этапах поверхностного модифицирования (циклической долговечности, износостойкости, коррозионной стойкости в различных средах);

- критерии оценки свойств материала «сталь-сплав 77Л7» на основе исследований эволюции его структурных параметров, мультифрактальных характеристик и технологического наследования в процессе поверхностного модифицирования;

- конструктивно-технологические способы обеспечения функционально-механических свойств деталей с использованием поверхностно-модифицированных слоев из сплава с ЭПФ (7гМ);

- конечно-элементная оценка напряженно-деформированного состояния разъемных соединений деталей, поверхностно-модифицированных сплавом 77Л7, с учетом деформационно-силовых параметров слоя с ЭПФ на основе ПШ.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы докладывались на: Межвузовской научно-методической конференции "Электромеханические преобразователи энергии", 20-21 марта 2002, Краснодар, КВАИ; Международном конгрессе "Механика и трибология транспортных систем", 10-13 сентября 2003, Ростов-на-Дону, РГУПС, Международной конференции "Новые перспективные материалы и технологии их получения-2004", 20-23 сентября 2004, Волгоград, ВГТУ; ХЫП Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", 27 сентября-1 октября 2004,. Витебск, Беларусь; 4-й Южнороссийской конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", 7-8 апреля 2005, Краснодар, КВВАУЛ; II Международной школе "Физическое материаловедение", XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", 6-10 февраля

2006, Тольятти, ТГУ; Международной конференции по теории механизмов и механике машин, 9-15 октября 2006, Краснодар, КубГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ. Общее количество страниц - 63. Получено 2 патента РФ (11с.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6 глав, перечня основных результатов и выводов, приложения. Она содержит 90 рисунков, 30 таблиц и список литературы из 180 наименований. Число страниц - 200.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дана оценка современного состояния вопроса и перспектив использования модифицированных слоев сплавов с эффектом памяти формы (ЭПФ), анализ их механических и функциональных свойств, рассмотрены инженерные аспекты применений сплавов с ЭПФ для обеспечения функционально-механических свойств деталей машин.

Значительный вклад в исследование сплавов с ЭПФ и расширение областей их использования внесли ряд отечественных (С.П. Беляев, Р.З. Валиев, А.Е. Волков, C.B. Добаткин, Ю.Н. Коваль, В.Г. Курдюмов,

B.А. Лихачев, Н.А. Махутов, С.Д. Прокошкин, В.Г. Пушин, А.И. Разов,

C.B. Шишкин и др.) и зарубежных (С.М. Вейман, Я. Ван-Хумбек, Д.Й. Ли, С. Миязаки, К. Ооцука, Э. Хорнбоген, Ф.Т. Ченг и др.) ученых.

В современном машиностроении реальные применения ЛМ-сплавов с памятью крайне ограничены, главным образом, из-за их высокой стоимости. Одно из решений этой проблемы связано с использованием композиционного материала «сталь-покрытие TiNi», которое применяется в условиях интенсивных внешних воздействий, сопровождающих работу деталей машин (знакопеременное нагружение, трение, удар, вибрации и т.п.). Но известные в настоящее время косвенные доказательства удачного применения того или иного метода плакирования либо наплавки сплава TiNi являются довольно разрозненными и противоречивыми. В этой связи необходимым является

разработка технологий инженерии поверхности для получения на сталях слоев сплава на основе TiNi, функциональные свойства которых эквивалентны свойствам сплошного никелида титана, а также исследование их структурных, технологических и функционально-механических аспектов. Анализ известных способов управления структурой и свойствами сплавов системы Ti-Ni позволил разработать основную методику обеспечения функционально-механических свойств TiNi-слоев. Сопоставление возможностей различных методов формирования покрытий со специальными свойствами указывает на преимущества способа структурной организации поверхностных слоев сплава TiNi при лазерном воздействии.

Во второй главе описываются основные положения теоретических расчетов тепловых процессов при лазерной наплавке никелида титана. В качестве модели композиции «сталь-сплав TiNi» принят двухслойный материал: для ПМ-покрытия реализовывалась теплофизическая модель тонкой пластины, для стальной основы - полубесконечного тела. В одномерной постановке поле температур описывается системой дифференциальных уравнений теплопроводности. Основополагающие уравнения теплопередачи были скорректированы согласно представлениям о геометрии зоны плавления с учетом положения фронта кристаллизации h(t) и решение отыскивали при соответствующих граничных условиях:

1 ят1 д^Т

зона 1 (жидкий расплав):---- - —^, при т > 0,/¡(г) < z s да, (1)

а, 8т dz

при 2 = И(т),Тг(0,т) = Тп(0,г), Г12(0,т) = 7-,(г,г).

1 зт

Зона 1-2 (твердый раствор):---— =—при г > 0,0 < z < h(r), (2)

аа дт dz

, г ч дТ., . дТ. т dh при z = h(r), = (3)

dz dz ат

¿аГЛш-Гхп'*.- 21n(4c)- (4)

1 ST Q^T

Зона 2 (основа):---- = —у-, при г > 0,-да <z<.0. (5)

а2 от dz

где Т,, Т12, Т2 — температуры, а,, а,2< а2 и Я;, Х12, Л*- температуро- и теплопроводности зон 1, 1-2, 2; р - плотность сплава, Ь — скрытая теплота кристаллизации. N. и ¥ш — координационное число и объемная фракция частиц порошка ПН55Т45.

Теплофизические характеристики интерполировались согласно справочным данным. Для нахождения распределения температуры по глубине использовали метод интегральных преобразований Фурье. При расчете с помощью программы МаЛСАБ получены температурные зависимости на разной глубине слоя 7УМ (0,15 мм) и стальной основы (ЗОХГСА); на стадии охлаждения решение по виду симметрично с нагревом. Распределение поля температур (рисунок 1) птоволяет оценить температурные условия формирования ЛМ-покрытия и предварительно оценить его толщину.

В третьей главе описываются материалы и образцы для проведения исследования, конструктивные особенности оборудования и испытательные машины, методика исследования, средства измерения и диагностики.

Лазерная наплавка проводилась послойно на стандартных стальных образцах прямоугольного (10x5 мм, стали 40Х, 38ХНЭМФА, 12Х18Н9Т) и круглого (0 10 мм, сталь ЗОХГСА) поперечного сечения в автоматическом импульсном режиме на модернизированной установке Квант-12М (АИГ, Х.=1,0б мкм) в защитной среде аргона. Для наплавки использовали порошковый никелид титана эквиатомного состава (ПН55Т45, НПО «Тулачер-

Рисунок 1 — Тепловое поле по глубине слоя г, мм, сплава ТТЛ'/ и площади пятна нагрева 0,3 мм2

мет», размер фракций — 50-150 мкм), а также чистый никель (ПНК1-ВЛ7) в виде промежуточных тонких подслоев в соединении сталь-ГШ.

В качестве альтернативного способа формирования 7гЛ7-покрытий рассматривалась технология термического переноса масс, реализуемая с помощью предложенной конструкции установки с теплообменным контуром (патент РФ № 2224048), позволяющая получать слои TiNi как в результате термического, так и изотермического переноса масс.

После формирования 7гЛ7-покрытия его подвергали поэтапному полному термомеханическому циклу (ТМЦ) обработки. Термообработка (отжиг в инертной среде) производился в электропечи сопротивления с микропроцессорным регулятором температуры ЭКПС V-50. Термомеханическая тренировка осуществлялась методом поверхностного пластического деформирования (ППД) по двум схемам: методом обкатки цилиндрических поверхностей и обжатия плоских поверхностей. Исследования проводились в условиях комнатных и низких температур. Обкатку проводили с помощью специального трехроликового приспособления, устанавливаемого в суппорте токарного станка 1А616. Реализация ППД с обжатием осуществлялась с помощью модернизированной испытательной машины УМЭ-10ТМ и пресса ПСУ-50 в сконструированном приспособлении, оснащенном двумя матрицами пресс-формы, точно повторяющими контур образца. Изменения микрогеометрии слоев определяли с помощью микроскопа-микроинтерферометра МИС-11.

Усталостные испытания при малоцикловом нагружении в условиях симметричного изгиба и совместного действия изгиба и контактного трением проводили на 4-х позиционной установке. Весовые потери в результате износа и общей коррозии определяли гравиметрическим методом (на аналитических весах WA-33). Оценка стойкости против общей коррозии оценивалась при сопоставлении с показателями испытаний стали, чистого титана и сплава ТН (77-55,3 вес.%Л7, производства ЗАО «ПЦ Матекс»).

Металлографические исследования проводились на микроскопах ИМТД-100, МИМ-8, NU-2E (Carl Zeiss Jena) и растровом сканирующем микроскопе JSM-840 (JEOL). Рентгенофазовый анализ - на дифрактомет-рах TUR М62 и Дрон-3 (в Си-Ка излучении), химический - на дифракционном стилоскопе СЛ-13 и микроанализаторе микроскопа JSM-840, дюро-метрический — на приборе ПМТ-3. Толщина слоя TiNi контролировалась магнитными ультразвуковыми толщиномерами МТ-2007, МПТ-01.

В четвертой главе приводится описание технологических основ формирования поверхностных слоев из сплава с ЭПФ: результаты отработки технологических режимов лазерной наплавки TiNi; способов управления и взаимосвязи структуры и функционально-механических свойств 77Л7'-слоев.

При импульсной лазерной обработке, в отличие от других методов, получения интерметаллидного Г/М-покрытия на любых сталях возможно и без связующей матрицы. Для обеспечения качественного соединения использовали адгезионные подслои чистого никеля (5=0,05 мм).

Формируемый 77М-слой претерпевает трансформацию первоначального состава в пределах ~1% в связи с некоторой летучестью титана при наплавке (составляет 50,8-51 вес.%М). Характер распределения химических элементов по толщине слоя показан на рисунке 2, содержание Ti и Ni на границе снижается до 20%.

Рисунок 2 - Микроструктура стали ЗОХГСА с П№-слоем - а), х500. Характер распределения основных элементов по толщине Т1ЬП-слоя - б)

Рисунок 3 - Номограммы толщины слоя никелида титана при лазерной наплавке

В результате обработки экспериментальных данных с помощью статистического регрессионного анализа в среде SPSS Statistica 6.0 получены математические модели процесса лазерной наплавки сплава TiNi (рисунок 3). Произведена оптимизация толщины наносимого покрытия, линейной и угловой скорости обработки, диаметра пятна сфокусированного лазерного излучения, его плотности и длительности. Связь между технологическими параметрами обработки для получения Гг'/Л-покрытия толщиной &т/м'

Г = (5)

где Ро...Рз — статистически определенные истинные значения коэффициентов, являющихся случайными нормально распределенными величинами (в явном виде Ро=562,587; Р,=-1,6262; р2=-125,9615; р3=0,444); 5 - толщина обмазки, мм; v — скорость наплавки, мм/мин; dp — диаметр пятна, мм;

На основе (5) определены оптимальные режимы, приводящие к формированию Г/М-покрытия толщиной 5=0,12-0,50 мм и твердостью, достигающей 8-9 ГПа. Слои 52-сплавов TiNi имеет ультрамикрокристаллическое строение с размером зерна, изменяющимся по глубине от 0,2-0,7 мкм, и их плотностью ~(0,356-0,589)-109 мм"2 (рисунок 4). Основной фазовый состав — аустенитная Д2-фаза, побочные фазы (не более 5%) — интерметал-лидная г|-фаза TiNi3, оксиды титана.

Рисунок 4 - Микроструктура стали 12Х18Н9Т с Т1№-слоем (а), х400, и переходного слоя (б), х800. Приграничная зона лазерной наплавки "П№ на сталь ЗОХГСА, х2420 (в)

Для 77М-слоя характерна направленная кристаллизация структуры, сверхмелкое зерно, крайне сложная травимость. Ширина переходной зоны составляет 0,05-М), 1 мм, структура граничного слоя состоит из преимущественно крупных зерен, вытянутых по направлению отвода тепла (рисунок 4).

После наплавки 77Л7-покрытие подвергали отжигу в инертной среде при Т=400-500°С (1 час, охлаждение с печью). При частичном снятии внутренних напряжений отжиг приводит к стабилизации твердости и состава (проявляющейся в устранении вторичных фаз). При последующем цикле термомеханической тренировки (при ППД с охлаждением до криогенных температур) предварительная деформация по толщине слоя не превышала 10%, стальная основа деформировалась в упругой области. Целенаправленное ПДД в комбинации с температурой формирует эффект обратимой памяти формы. При сравнении локального обжатия слоя (а=280+600 МПа) и обкатки (Р= 100+500 Н) наилучшие характеристики стабильности структуры по глубине наблюдаются после трех возвратно-поступательных проходов тремя роликами при усилии 100 Н и деформацией на величину е=8 и 10%. После ППД наблюдается равномерное измельчение структуры (не более 0,1-0,2 мкм с плотностью -0,7-109мм"2), ярко выражена анизотропия формы. Основной фазовый состав сплава 7751 вес.%М составляет: фаза В2- -94,5+95%, В19'- -5+5,5%.

Микроструктура Битовые ели« сняли изображения TiNi (х400) границ «ре*

Рисунок 5 - Участки микроструктуры слоя ТМ (х8000): (а) - до и после ТО: фото и битовое изображение границ зерен, (б) — до и после цикла обработки с ППД (Р=100 Н)

б)

ЛАЗЕРНАЯ НАПЛАВКА

TMO С ОБКАТКОЙ

Эволюция структуры материала прослеживалась на каждом этапе цикла обработок с помощью мультифрактального анализа (таблица 1). С учетом масштабных параметров при изменении битовых размеров разбиений микроструктуры с помощью программы MFRDrom (ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН) определены меры устойчивости и порог адаптивности TiNi-покрьггий (таблица 1). Фрактальные карты адаптации-деградации «сталь-TiNi» четко указывают на их сугубо различное поведение и позволили выявить наличие зоны (0,05-0,1 мм) структурной деградации стальной основы, характеризующейся инвертированным спектром обобщенных энтро-пий Реньи (псевдоспектром).

Таблица 1 - Эволюционное развитие структурных параметров слоя сплава ТгШ (0,5 мм)

Материал Мультифрактапьные характеристики

Упорядоченность Однородность Фрактальная размерность Информац. размерность Корреляцион. размерность Устойчивость Разреженность Адаптивность

Д|00 _/"ioo Do D, D2 О.00 S» А'

сталь 0,205 0,66 1,701 1,65 1,635 1,776 0,301 0,568

ПН55Т45 -0,172 2,346 0,988 1,008 1,028 1,334 0,034 0,092

сплав ТН 0,170 0,213 1,332 1,39 1,449 1,484 0,184 0,497

Зона Лазерная наплавка ПН55Т45

сталь -0,454 6,125 1,344 1,433 1,465 1,407 -0,068 -0,128

СЛОЙ 0,300 0,220 1,917 1,865 1,825 1,58 0,28 0,757

Зона ТО (Т=500°С, 1 час, аргон)

сталь 0,150 0,569 1,604 1,556 1,535 1,495 0,02 0,038

слой 0,322 0,679 1,690 1,602 1,467 1,609 0,309 0,835

Зона ТО и ППД(Р=100Н)

сталь -0,150 0,790 1,560 1,5 1,503 1,415 -0,088 -0,100

слой Т*№ 0,314 0,601 1,670 1,712 1,670 1,590 0,290 0,800

Самомг Ри Мао**

Исследование структурных параметров, проведенное после отжига и ППД, показало, что наиболее чувствительной к наличию термообработки характеристикой является однородность/'т и адаптивность Ар, а к ППД - адаптивность А1*1 и устойчивость £>;(Ю. Наличие связи между указанными муль-тифрактальными характеристиками и свойствами материала «сталь-ТгЛ'г», изменяющимися при обработках в различных комбинациях, установлено при их экстраполяции на показатели, отвечающие за поведение покрытия в условиях трения. Фрактальная размерность Во, как и традиционный размер зерна с1, коррелирует с твердостью /1М.

где у/, XI, х2 - масштабные коэффициенты, отвечающие распределению по глубине слоя Г£М (структурно-механическое состояние); га, у/, у2 - коэффициенты фрактального параметра.

Однако, как показал анализ, зависимость (6) не может однозначно высту- < I / г г • • • » ■*■—тг—

О 0.2 0,4 О.в 0.0 1.0 1.2 1.4 1.в 1.9 2.0 2.2 2,4 'Я

пать в качестве критерия интенсивности Рисунок 6 - Изолинии адаптивности .Г

г поверхностных слоев сплава 77,и изнашивания / покрытия из сплава ИМ. „„ пУ1ШОТ „ ___„„„-

г стали 12Х18Н9Г к внешнему воздеи-

Во многом обусловленная неупругими ствшо в процессе трения свойствами сплавов с памятью износостойкость слоев ИМ коррелирует с адаптивностью Л4" (и может рассматриваться в связи с функциональными свойствами), установленная зависимость близка к линейной (рисунок 6).

В пятой главе представлены результаты испытаний на воздухе на малоцикловую (рисунок 7) и фрикционно-механическую усталость при симметричном изгибе в условиях сухого граничного трения (рисунок 9) (толщина 77М'-покрытия составляла 0,5±0,05 мм), а также коррозионной стойкости в различных средах (таблица 2).

Осиль Ш18Н9Т • продмымймммПЖ, ТО: 723)11. Дело* Т1№. мнрнм Н1 фелой ТЩ термсмяяанннвсимЯ ц>

10* N. ЦИКЛОВ 10е 10» 10* N. ЦИКЛОВ

Рисунок 7 — Результаты малоцикловых усталостных испытаний

ои о1 £ И о»

/

Для образцов, испытанных непосредственно после наплавки сплава 77Д7, при амплитудах деформации еа>0,4+0,5% экспериментально установлено снижение циклической долговечности на ~8-30%. Полученный результат теоретически обоснован, исходя из структурно-энергетического критерия, предложенного ранее Ж.М. Бледновой:

}У-№=а-д, (7)

где IV - необратимая работа упругопластического деформирования за один цикл, N — число циклов для разрушения локального объема металла, р — эмпирический коэффициент, а — коэффициент термомеханической активности, Q — энергоемкость, определяемая на основании термодинамических характеристик и диаграммы состояния систем.

Проведенный анализ показал, что образующаяся при лазерной наплавке волнистая оболочка приводит к возникновению в поверхностном слое объемного напряженного состояния, которое можно свести к плос- Рисунок 8 - Схема напряженного состояния

кому, пренебрегая давлением сформировавшихся слоев после лазерной на-

тт _ плавки сплава"П-№

друг на друга. Неблагоприятное сочетание остаточных напряжений, напряжений от изгибающего момента и от поперечной деформации образца (рисунок 8) приводит к многоочаговой повреждаемости по-

верхностного слоя и аномальному развитию трещин в начальный период на-гружения, что и объясняет некоторое снижение циклической долговечности на этапе наплавки Г/Л7/. Циклическую долговечность стали с 7г'Л7-слоем после лазерной наплавки согласно предложенному механизму (пренебрегая давлением слоев сту) можно определить в соответствии с уравнением (7):

(8)

где а! и Ер,]- амплитуды главного напряжения и пластической деформации; ц -коэффициент Пуассона; V = сг1 /сг, - отношение амплитуд главных напряжений.

Повышение циклической долговечности обусловлено уменьшением работы упруго-пластического деформирования. Реальным методом воздействия на состояние структуры является комбинированная обработка, включающая в разных вариантах ТО и Г1ПД. Экспериментальное подтверждение этому было получено уже на этапе термообработки: долговечность повышается до исходной, а после цикла обработки с ППД сталей с 77Л7-покрытиями на одном и том же уровне амплитуды деформации еа при малоцикловом на-гружении и при совместном действии с реверсивным трением - возрастает соответственно в 2 и 1,5 раза. При испытании на фрикционно-механическую усталость (рисунок 9, материал контртела — Р6М5) излом образцов происходил вне зоны трения, а не у края площадки контакта, что более характерно.

Сравнение износостойкости стали 12X18Н9Т с 7/'Д7-слоем в цикле обработок проводили по величине интенсивности изнашивания (рисунок 10).

10* И, цикл

Рисунок 9 - Кривые ФМУ сталей 12Х18Н9Т и 38ХЮМФА: без покрытия — соответственно (1) и (3), после ошв обработки с ППД "П№ - (2) и (4)

Рисупок 10 - Изолинии интенсивности изнашивания при весовом износе I (мг/м) стали 12X18Н9Т - (а), после лазерной наплавки стоя ТТ№ и отжига - (б), после цикла обработки -(в) в зависимости от нормального усилия Р (Н) и амплитуды деформаций ^ (%) при ФМУ

На этапе лазерной наплавки высокая износостойкость Тг'М-слоев связана, в основном, с высокой твердостью поверхности. При последующем стабилизирующем отжиге и в совокупности отжига с ППД стимулируется рост релаксационных способностей ТШ, обусловливающий своего рода адаптацию к условиям трения. В результате окончательного формирования комплекса функционально-механических свойств, интенсивность изнашивания покрытия в 4 раза меньше, чем стали.

Таблица 2—Результаты коррозионных испытаний в среднеагрессивных средах

Материал Показатель коррозии р„„ г/(м2-ч) Т=20±2'С, р=760±5 мм.рт.ст.

НС1 КаСЧ Н;0

5%,1,510'ч Конц., 625ч 5% Насыщ. р/р 2,7-1О'ч 10ч,100"С

40Х - ■ 0,055 0,305 0,1271 0,080

12Х18Н9Т 0,0165 0,0305 0,015 0,160 0 0,004

Т1№:0,45мм 0,040 0,2003 0,110 0 0 0

ТН: 01 мм 0,059 0,188 - - 0 0

Повышение сопротивления химической коррозии сталей с 71\7-покрытиями подтверждает их защитные свойства в воде (при Т=20°С и 100°С), природной атмосфере, средах кислот средней агрессивности (НЖ)з, НС1, НгБОд), морской воде и имитирующих ее растворах КаС1, а также насыщенных

Рисунок 11 — Относительные потери массы ю, % при испытаниях в воде Черного моря (104 часов)

растворах NaCl (таблица 2, рисунок 10). Для высокоагрессивных кислот концентрацией более 20% и их смесей (HF, HCl, H2S04) установлены ряд лимитирующих факторов и временных стадий, связанных с ограниченной устойчивостью к коррозии. Характер разрушения обусловлен селективным извлечением титана и последующим охрупчиванием.

Оценка функционально-механических свойств материалов, поверхностно-модифицированных сплавом с TiNi (ПМС-Г/Л7), проводилась с использованием подходов механики технологического наследования, определены параметры процесса передачи свойств при лазерной наплавке, термо- и термомеханической обработке, описываемые коэффициентами наследования, показывающим количественное значение свойства. Полученная общая экспериментально установленная связь имеет вид полиномиальной функции: FSjP=kp + kpl-FSi0+kP2-F*0, 5>,=С + С,.5>+С2-5';я (8)

где Sj - исследуемое свойство материала (/= Ri...Al//), характеристика которого изменяется от исходного значения Sp до окончательного Sß> после ПМС TiNi-, Sj„, Sjm - свойства слоя сплава TiNi, изменяющееся поэтапно в комбинированном цикле посредством технологических операций i= п...пг, кР, кр:, кР2 и с, С], С2 — статистические коэффициенты процесса ПМС TiNi и сквозного описания комбинированного цикла обработки соответственно (таблица 3).

Таблица 3 - Коэффициенты экспериментальной модели технологического наследования

Свойство s; Поверхностное модифицирование (ПМ) Комбинированный цикл ПМ

к? kpi kp2 с с, Сз

Рельеф J'R, -46,55 43,79 -8,65 3223,8 24,60 -8,20

Размер зерна j-d -27040,4 -76,69 12,35 -0,15 1,35 -0,35

Твердость j=H -0,20 4,11 -0,55 -52,9 -8,75 2,25

Циклическая долговечность j=N 14,75 -3,76 1,00 -81,9 -1,55 0,95

Интенсивность изнашивания J-I 1,96 -1,34 0,20 0,70 -0,50 -2,0396-10" 16

Фрактальная размерность j— Do 1,405 0,288 -0,05 2,56 0,715 0,165

Адаптивность j=A* 0,259 1,02 ■0,15 0,676 0,30 -0,05

В шестой главе отражены: технологические принципы создания термомеханических разъемных соединений и конструктивно-технологические решения с использованием материалов, поверхностно-модифицированных сплавом с ЭПФ; расчет допусков и посадок, надежности; конечно-элементный расчет разъемных соединений с элементами сплава с ЭПФ.

Основная направленность применения разработанной технологии связана с обеспечением функциональных свойств разъемных соединений деталей. За счет : одной из сопрягаемых деталей, поверхностно-модифицированной сплавом 77Л7, в соединении осуществляется двунаправленный процесс - посадка с натягом и ее релаксация. Натяг базируется на принципе недовосстановления предварительной деформации, полученной при ППД (для исследуемых составов при температурах ниже 50°С) в результате термомеханического возврата, при охлаждении конструкцию можно разобрать без разрушения.

По этому принципу разработан способ фрикционного разъемного шпоночного соединения с поверхностным слоем 77Л7 (Зтш=0,5 мм) шпонки (патент РФ №2253764), являющегося предохранительным — при превышении предельного крутящего момента начнется поворот ступицы относительно вала, что предотвращает конструкцию от разрушения. За счет отсутствия шпоночного паза (рисунок 12, а) существенно повышается долговечность вала. Способ внедрен на ЗАО «Новомет-Пермъ» (г.Пермь) для крепления поршня на валу объемно-роторного погружного насоса для откачки нефти.

В крепежных изделиях, в частности, болтовых за счет формирования поверхностно-модифицированного слоя резьбы из Г/М-сплава с ЭПФ обычная посадка с зазором метрической резьбы после сборки переходит в посадку с натягом, что позволяет загерметизировать и фиксировать резьбу в условиях вибраций, появляется возможность использовать соединение без гайки, что существенно снижает вес конструкции. Использование 7гА7-покрытия целесообразно для болтов с диаметром более 5 мм. На основе схем расположения

допусков, предусмотренных стандартами ЕСДП (ГОСТ 16093-81), рассчитаны предельные значения толщин слоя TiNi (перед накаткой бщ^Ым), обеспечивающие необходимый минимальный и максимальный натяг.

С помощью прикладного пакета конечно-элементного моделирования MSC/NASTRAN V4,0 for Windows произведена оценка НДС резьбы (М10х1,25) рабочей части болта с 7/Л7-покрытием (параметры модельного материала - характеристики 7/-50,8ат.%.У/). За расчетную модель (рисунок 12, б-I) принималась заготовка из стали ЗОХГСА, на рабочую часть которого наплавлялся ГгМ-слой толщиной 2,2 мм. Выбор необходимой толщины производился для посадки 7H/6g согласно разработанной методике. Задача решалась в упруго пластической постановке в 2 этапа — после накатки резьбы 7/Л7-слоя (при температуре жидкого аргона/азота), а также после сборки соединения и естественного нагрева (рисунок 12,6-11, III). Исследовался характер распределения эквивалентных напряжений и пластических деформаций в поверхностном слое. Смещение материала резьбы 7УЛ7-покрытия исходной посадки с зазором 7H/6g реализуется относительно среднего диаметра, при этом устраняется максимально возможный зазор в соединении по среднему диаметру болта при образовании напряженного фиксирующего соединения.

Рисунок 12 - Соединения с ЛМ-покрытием: шпоночное (а), болтовое (модель - I) (б). Эквивалентные напряжения в слое резьбы М10х1,25 из сплава ГгЛ'/: после накатки резьбы - И и после сборки соединения - III

Основные результаты и выводы

1. Получено численное решение тепловой задачи импульсной лазерной наплавки никелида титана на сталь, характеризующее температурные условия организации структуры 27№-покрытия.

2. Разработаны статистические модели технологических параметров процесса лазерной наплавки никелида титана, позволяющие оптимизировать структурно-механические свойства и обеспечивающие формирование ультрамикро-крисгашшческих слоев В2-сплавов 77Л7. Для получаемого материала разработан технологический процесс поверхностного модифицирования с поэтапной термической обработкой и термомеханической тренировкой путем поверхностного пластического деформирования с обжатием либо обкаткой, позволяющий использовать эффекты памяти формы поверхностного слоя сплава 72Л7 для создания термомеханических разъемных соединений деталей (гладких цилиндрических, шпоночных, резьбовых) и повышающий их эксплуатационные свойства и долговечность.

3. Предложен альтернативный метод получения 7/Л7-покрытий на основе оригинального способа работы установки с помощью технологии термического переноса масс (Патент РФ № 2224048).

4. Установлены закономерности эволюции структурных параметров, муль-тифрактальных характеристик и технологического наследования свойств в процессе поверхностного модифицирования, позволяющие прогнозировать свойства материала «сталь-сплав 7гМ».

5. Предложен механизм усталостного разрушения материала с 77Л7-покрытием исходя из энергетических концепций; показано, что характер возникающего в поверхностном слое плоского напряженного состояния, вызванный импульсной лазерной обработкой, объясняет экспериментально установленное снижение циклической долговечности (-8-30% при Ёа=0,3-Ю,5%, стали 12X18Н9Т и 38ХНЭМФА).

6. Экспериментальное исследование эксплуатационных свойств показало, что после полного цикла обработки сталей с 27Л7-ПО крытая м и циклическая дол-

говечность при малоцикловом нагружении возрастает в 1,9+2,2 раза (сталь 38ХЮМФА) и в 2+2,5 раза (сталь 12X18Н9Т), а в условиях фрикционно-механической усталости - в 1,45+1,6 раз (^=0,26+0,5%, Р=175 Н), при этом износостойкость стали 12Х18Н9Т с TiNi-слоем повышается в 3,6+4 раза. Экспериментально доказаны высокие коррозионные характеристики TiNi-слоев в воде, природной атмосфере, морской среде, насыщенных растворах NaCl, и средах кислот средней агрессивности. В высокоагрессивных кислотах (HF, HCl, H2SO4) концентрацией более 20% установлен характер разрушения покрытия.

7. Разработан способ предохранительного разъемного соединения фрикционной шпонкой с поверхностным слоем из сплава TiNi с ЭПФ (патент РФ №22534764), внедренный на ЗАО «Новомет-Пермь» (г.Пермь).

8. Произведена конечно-элементная оценка метрического резьбового соединения с покрытием сплава TiNi, характеризующая НДС последовательно на двух этапах — при накатке резьбы, а также при последующем формоизменении резьбового профиля в результате проявления ЭПФ.

Публикации по теме диссертации

1. Бледнова Ж.М., Степаненко М.А. Структура и свойства TiNi-покрытий с ЭПФ, полученных лазерной наплавкой И Известия вузов. Сев.- Кавказ, регион. Технические науки. - 2005. - №12. - с.21-27.

2. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г., Степаненко М.А. Фрикционно-механическая усталость сталей, поверхностно-модифицированных сплавом с эффектом памяти формы II Механика и трибология транспортных систем: Сб. докл. Международ. Конгресса - Ростов-на-Дону: РГУПС, 2003. - с. 103-107.

3. Бледнова Ж.М., Чаевский М.И, Будревич Д.Г., Степаненко М.А. Использование порошков никелида титана для получения поверхностных слоев, обеспечивающих функциональные свойства деталей // Новые перспективные материалы и технологии их получения: Сб. науч. тр. Международ, конф. - Волгоград: ВГТУ, 2004. - т. 1.- с. 170-171.

4. Бледнова Ж.М., Чаевский М.И, Будревич Д.Г., Степаненко М.А. Комбинированные детали машин с элементами из материала с памятью формы И Актуальные проблемы прочности: Матер. XLII Международ, конф. - Витебск, Беларусь: ГНУ «Институт технической акустики HAH Беларуси», 2004.-С.170-171.

5. Бледнова Ж.М., Степаненко М.А. Поверхностное модифицирование деталей материалами с эффектом памяти формы с целью обеспечения функционально-механических свойств как фактор ресурсосбережения // Произвол-

ство и ремонт машин: Сб. науч. тр. Международ, науч.-технич. конф. -Ставрополь: «Агрус» СтГАУ, 2005. - с. 11-18.

6. Степаненко М.А. Структурно-механические особенности формирования функциональных покрытий из сплава с эффектом памяти формы при лазерном воздействии //Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки: Матер. 4-й южнороссийск. науч. конф. - Краснодар: КВВАУЛ, 2005. - с. 19-23.

7. Бледнова Ж.М., Степаненко М.А. Функционально-механическое поведение материалов, поверхностно-модифицированных сплавами с эффектом памяти формы, с позиции механики технологического наследования // Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов: Сб. науч. тр. 4-й Московск. Международ, конф. - Москва: МГУ, 2005. - с. 258-263.

8. Бледнова Ж.М., Степаненко М.А. Напряженно-деформированное состояние резьбового соединения с поверхностно-модифицированным слоем сплава с ЭПФ с учетом технологического наследования // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: Матер. И-оЙ Межд. Школы и XVIII Уральской школы металловедов-термистов. - Тольятти: ТГУ, 2006. - с.158-159.

9. Степаненко М.А., Бледнова Ж.М. Формирование функциональных покрытий Ti-Ni лазерной наплавкой и их эксплуатационные свойства // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении: Сб. докл. 7-ой Международ. Конф. - Харьков, Украина: ННЦ ХФТИ, 2006. - Т.3. - с. 144-147.

10. Бледнова Ж.М., Махутов H.A., Степаненко М.А. Особенности структуры и свойств поверхностных слоев из сплава с эффектами памяти формы, используемых в термомеханических соединениях // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2006. - Т.72, №5. — с.42-49.

11. Бледнова Ж.М., Степаненко М.А. Влияние структурного состояния на прочностные и мультифрактальные характеристики стали с TiNi-покрытием // Фазовые превращения и прочность кристаллов: Сб. тез. 4-ой Международ, конф. - Черноголовка: ИФТТ РАН, 2006. -с.99-100.

12. Пат. 2224048 Российская Федерация, МПК7 С 23 С 2/04, 10/18. Способ работы установки с тепломассообменным контуром для нанесения металлических покрытий / М.И. Чае некий, Ж.М. Бледнова, Д.Г. Будревич, М.А. Степаненко; заяв. и патентообл. КубГТУ- № 2002114390/02; заявл. 31.05.02; опубл. 20.02.04, Бюл. №5 (чЛП). - 5с.: ил.

13. Пат. 2253764 Российская Федерация, МПК7 F 16 В 3/00-3/06. Способ соединения вала со ступицей колеса и предохранительное шпоночное соединение для него / М.И. Чаевский, Ж.М. Бледнова, Д.Г. Будревич, М.А. Степаненко; заяв. и патентообл. КубГТУ. - № 2003106089/11; заявл. 03.03.03; опубл. 10.06.05, Бюл. №18 (4.IV). - 6с.: ил.

Подписано в печать йО. 11.06. Печать трафаретная. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд. л. 1,36 Тираж 100 экз. Заказ № 14.

ООО «Издательский Дом-ЮГ» 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. «В», оф. В-120 тел./факс (861) 274-68-37

Актуальность проблемы. Развитие перспективных материалов и технологий связано с активной разработкой широкого класса новых материалов и сплавов специального назначения, в том числе сплавов с эффектом памяти формы (ЭПФ) системы TiNi. Сочетание специальных (функциональных) свойств памяти формы никелида титана с высокими показателями механических характеристик нашли как уникальное, так и широкое практическое применение при создании устройств, длительно работающих в условиях циклических и ударных воздействий, интенсивного изнашивания и коррозионных сред. Однако высокая стоимость сплавов TiNi сдерживает их использование в тех отраслях производства, где наряду с нетривиальными возможностями материалов важна экономическая целесообразность.

В этой связи актуальным становится создание ресурсосберегающих технологий на основе методов поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ на основе никелида титана, а также исследование структурно-механических и функциональных свойств получаемых композиционных материалов. Разработки подобных композитов, как правило, ведутся в области медицины, структурной биоинженерии, микроэлектромеханических систем и относятся, в основном, к топким функциональным пленкам и волокнам с памятью, выполняющим адаптивные, сенсорные и актуаторные функции. Для нужд машиностроения в большей степени представляет интерес создание массивных поверхностно-модифицированных слоев из сплавов на основе никелида титана в виде покрытий, способных работать в сложных условиях нагружения. Несмотря на обширные исследования структуры, свойств и применений 77М-группы сплавов, вопросы, касающиеся разработки и изучения создаваемых из них покрытий до сих пор остаются открытыми. Одним из перспективных направлений использования функциональных материалов с поверхностно-модифицированным 77А7-слоем является обеспечение функционально-механических свойств разъемных соединений деталей машин, в которых ЭПФ слоя сплава TiNi используется для получения гарантированной посадки с натягом.

Связь работы с научно-техническими программами. Работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР на 2001-2005 гг. КубГТУ "Коп-структивно-технологические методы повышения долговечности деталей машин, работающих в сложных условиях нагружеиия" по теме "Повышение долговечности деталей машин с помощью поверхностного модифицирования материалами с эффектом памяти формы" (6.5.2.01-05), а также по НИР "Повышение долговечности деталей машин с помощью создания поверхностных самоорганизованных структур с памятью формы" подпрограммы Министерства образования РФ "Производственные технологии" (201.01.01.115) 2001-2002 гг. и по НИР "Повышение функционально-механических свойств сталей путем создания поверхностных слоев из материалов с эффектом памяти формы" в рамках программы РНП.2.1.2.4958 (02.14.80) 2006-2008 гг. при поддержке Министерства образования и науки РФ.

Цель работы - исследование особенностей структурообразования и свойств материалов с поверхностно-модифицированным слоем из сплава с памятью формы на основе никелида титана, сформированным при лазерном воздействии, с целью обеспечения функционально-механических свойств деталей. Наиболее важные задачи исследования: исследовать теплофизические и технологические особенности организации структуры Г/М-покрытия в условиях процесса его формирования;

- разработать технологию поверхностного модифицирования конструкционных сталей сплавом с ЭПФ (TiNi);

- оценить корреляционные связи структуры и свойств материала «сталь-сплав TiNi» на различных этапах поверхностного модифицирования;

- разработать конструктивно-технологические способы обеспечения заданных функционально-механических свойств деталей с использованием поверхностно-модифицированных материалов.

Объект исследования представляют металлические материалы (стали), содержащие поверхностно-модифицированный слой из сплава с ЭПФ (TiNi). Предметом исследования являются особенности структурообразования покрытий из сплава TiNi и их функционально-механические свойства.

Методология и методы проведенного исследования. Методы исследования, использованные в данной работе, базируются на основных положениях металловедения мартенситных превращений, механики разрушения, неравновесной термодинамики и фрактального материаловедения, технологии машиностроения, математико-статистического анализа. Научная новизна.

Получено численное решение тепловой задачи процесса импульсной лазерной наплавки сплава никелида титана TiNi с определением температурных условий структурной организации поверхностного слоя. Разработаны статистические модели технологических параметров процесса импульсной лазерной наплавки, позволяющие оптимизировать структурно-механические свойства слоя сплава TiNi. Предложен механизм усталостного разрушения материала с TiNi-покрытием, полученным в условиях лазерного воздействия, на основе использования структурно-энергетического критерия циклической долговечности.

- Установлены статистические закономерности, позволяющие прогнозировать свойства поверхностно-модифицированного слоя сплава TiNi, с помощью мультифрактальной оценки структурных параметров и основных корреляционных связей технологического наследования. Практическая значимость.

- Произведена оптимизация режимов комплексного термомеханического цикла поверхностного модифицирования сталей сплавом TiNi, что позволяет обеспечить реализацию эффектов памяти формы слоя сплава TiNi для получения разъемных соединений деталей.

Установлено повышение усталостных, триботехнических и коррозионных свойств сталей после поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ (TiNi), полученным с помощью технологии лазерной наплавки. Предложен альтернативный способ получения 77М-покрытий с помощью технологии термического переноса масс.

Разработан способ предохранительного разъемного соединения деталей фрикционной шпонкой с 77Л7-покрытием сплава с ЭПФ. - Проведена расчетная оценка напряженно-деформированного состояния метрических резьбовых соединений с TiNi-покрытием сплава с ЭПФ методом конечно-элементного моделирования.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы докладывались на: Межвузовской научно-методической конференции "Электромеханические преобразователи энергии", 20-21 марта 2002, Краснодар, KB АН; Международной конференции "Новые перспективные материалы и технологии их получения-2004", 20-23 сентября 2004, Волгоград, ВГТУ; XLIII Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", 27 сентября-1 октября 2004, Витебск, Беларусь; 4-й Южнороссийской конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", 7-8 апреля 2005, Краснодар, КВВАУЛ; II Международной школе "Физическое материаловедение", XVIII Уральской школе металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", 6-10 февраля 2006, Тольятти, ТГУ; Международной конференции по теории механизмов и механике машин, 9-15 октября 2006, Краснодар, КубГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 2 - в центральной печати, 9 - статей по материалам конференций, 4 -тезисов. Общее количество страниц - 63. Получено 2 патента РФ (11с.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 200 страницах, состоит из введения, 6 глав, заключения, содержащего перечень основных результатов и выводов. Диссертация содержит 90 рисунков, 30 таб

I. СПЛАВЫ С ЭПФ В ВИДЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ.141.1. Новые материалы. Функциональные сплавы с памятью.141.1.1. Эффекты памяти формы и сверхупругости. Механизмы и термомеханические характеристики.161.1.2. Никелид титана TiNi с ЭПФ. Способы получениясплавов Ti-Ni.23« 1.2. Механические свойства сплавов с ЭПФ (TiNi).281.2.1. Диаграммы деформирования. Циклическая долговечность.281.2.2. Триботехнические свойства.301.2.3. Коррозионная, эрозионная стойкость, биосовместимость.341.3. Способы управления структурой и функционально-механическими свойствами TiNi-сплавов с ЭПФ.371.3.1. Влияние состава сплава на свойства.371.3.2. Термическая и термомеханическая обработка.401.3.3. Технологическое наследование.441.4. Инженерные аспекты применений сплавов с ЭПФ в областимашиностроения: технологии, достижения и новые тенденции. 45II. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ TiNi ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯОРГАНИЗАЦИЕЙ СТРУКТУРЫ.52II. 1. Анализ возможностей использования лазерного воздействия для создания поверхностных слоев из TiNi сплава с ЭПФ.5211.2. Энергетические характеристики импульсной лазерной наплавки никелида титана.5411.3. Численное моделирование тепловых процессов при лазерной наплавке TiNi на сталь.56II.3.1. Анализ и выбор методики расчета.57иII.3.2. Распределение поля температур в слое TiNi.62III. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.65III. 1. Исследуемые материалы и образцы.65111.2. Конструктивные особенности и технологические возможности используемого оборудования.67III.2.1. Лазерная наплавка.67111.2.2. Комбинированный метод обработки.68111.2.3. Метод термического переноса масс.71111.3. Методика исследования структуры и свойств.72Ш.3.1. Металлографический, рентгенофазовый, химический идюрометрический анализ.73111.3.2. Метод мультифрактальной параметризации.75111.3.3. Исследование коррозионной стойкости.76111.3.4. Исследование усталостных и триботехнических свойств.77IV. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ СЛОЕВ ИЗ СПЛАВА С ЭПФ.79IV. 1. Технология лазерной наплавки TiNi.79IV. 1.1. Технологические особенности.79IV. 1.2. Оптимизация параметров лазерной наплавки TiNi.81IV.2. Структурные особенности поверхностныхслоев из сплава TiNi.87IV.3. Эволюция структурообразования в условиях процессалазерной наплавки TiNi.94IV.3.1. Возможности мультифракталыюго анализав материаловедении.94IV.3.2. Количественная оценка структуры и свойств слоя из сплаваTiNi методом мультифрактальной параметризации.95IV.4. Управление параметрами структуры и функционально-механических свойств поверхностных слоев из сплава с ЭПФ (TiNi).102IV.4.1. Варьирование составом поверхностных слоев^^ чна основе сплава TiNi.103IV.4.2. Влияние ТО на структуру, характеристики устойчивости и функционально-механические свойстваслоя сплава TiNi.104IV.4.3. Управление комплексом свойств TiNi-слоевметодами ППД.108IV.4.4. Оценка механических свойств TiNi-покрытий по фрактальным характеристикам в процессе обработки.117ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ СЛОЕВ СПЛАВА С ЭПФ (TiNi).122V. 1. Твердость слоев из сплава TiNi на различных этапах циклакомбинированной обработки.122V.2. Прочность сталей, содержащих поверхностный слой сплавас ЭПФ (TiNi), при малоцикловом нагружении.123V.2.1. Анализ технологии лазерной наплавки сплава с ЭПФ для повышения усталостной прочности и циклической долговечности деталей.124V.2.2. Результаты испытаний на малоцикловую усталость.125V.2.3. Механизм усталостного разрушения материалас TiNi-покрытием.128V.2.4. Влияние Ti-Ni-покрытий на повышениетрибоусталостных свойств стали в условияхфрикционно-механической усталости.131V.3. Износостойкость поверхностных слоев из TiNi сплава с ЭПФ. 135V.4. Коррозионная стойкость TiNi-покрытий.138V.4.I.Воздействие растворов солей и кислот.139V.4.2. Атмосферная коррозия: вода, морская среда и воздух.145V.4.3.Общие результаты коррозионных испытаний.147V.5. Технологическое наследование функционально-механическихсвойств поверхностно-модифицированного TiNi материала.149V.5.1. Анализ механизмов наследования.149V.5.2.Основные закономерности технологического наследования.150VI. ПРИМЕНЕНИЕ ЭПФ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СПЛАВА TiNi ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.157VI. 1. Технологические принципы и условия создания разъемных соединений, управляемых за счеттермомеханического возврата.157VI.2. Соединение вал-втулка фрикционной шпонкойс элементами сплава с ЭПФ.159VI.3. Параметры функционирования TMPC с элементамисплава с ЭПФ в контакте с другими деталями.161VI.4. Применение покрытий из сплавов с ЭПФ для расширения функционально-механических возможностей крепежных изделий.168VI.4.1. Болтовое соединение с элементами сплава с ЭПФдля работы в условиях вибраций.170VI.4.2. Допуски и посадки резьбовых соединений,поверхностно-модифицированных сплавом с ЭПФ.172VI.4.4. Оценка напряженно-деформированного состояниярезьбового соединения с поверхностно-модифицированным слоем сплава с ЭПФ МКЭ с учетомтехнологического наследования.175Основные результаты и выводы.182Список использованных источников.184Приложения.20112ВведениеНовый класс функциональных материалов, к которому отнесены сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ), характеризуется широкими возможностями, исключительными с точки зрения традиционно применяемых в инженерии материалов, успешно реализуется в современных агрегатах и конструкциях. Технологии, использующие сплавы с ЭПФ, является интенсивно развивающейся и самостоятельной областью современного материаловедения, которая по объему вкладываемого капитала, наряду с нанотехнологиями, выходит на многомиллиардные (в долларовом исчислении) обороты и аюуальны для таких областей производства, как авиа- и автомобилестроение, приборо- и машиностроение, медицина, космическая техника. С точки зрения экономичности принципиально новые возможности открывают принципы создания изделий, в которых функциональный материал составляет незначительную долю общей массы. В связи с этим, возникла необходимость разработки и развития высокоэффективных технологий поверхностного модифицирования сплавами с ЭПФ. В настоящее время, как показывает инженерная практика, покрытия из сплавов с ЭПФ (тонкие пленки 0,01ч-10 мкм) используются в индустрии микроэлектромеханических систем. Создаваемые с помощью микротехнологий они не могут быть использованы для получения композиционных материалов макроуровня, представляющих наибольший интерес в машиностроении. На данном этапе не проведено комплексных исследований структуры и свойств покрытий из сплавов с ЭПФ, обеспечивающих функционально-механические свойства объемного материала с памятью, и практически используемых в деталях машин и элементах конструкций. Что делает актуальным поставленные цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование особенностей структурообразования и свойств материалов с поверхностно-модифицированным слоем из сплава с ЭПФ на основе никелида титана с целью обеспечения функционально-механических свойств деталей.

Содержание диссертационной работы построено следующим образом: - в первой главе дана оценка современного состояния вопроса и перспектив использования сплавов с ЭПФ в виде поверхностно-модифицированныхслоев в машиностроении, анализ их свойств, существующих технологий и инженерных аспектов применений;во второй главе анализируются возможности лазерной технологии для получения покрытий из сплавов с ЭПФ, рассматриваются вопросы численного моделирования тепловых процессов при лазерной наплавке сплава TiNi; в третьей главе описываются материалы и образцы для проведения исследования, конструктивные особенности и технологические возможности используемого оборудования, испытательные машины, методика исследования, средства измерения и диагностики;в четвертой главе приводится описание результатов отработки технологических режимов лазерной наплавки сплава TiNi на стали 40Х, ЗОХГСА, 12Х18Н9Т, З8ХНЗМФА; взаимосвязи и способов управления структурой и функционально-механическими свойствами слоя сплава TiNi методами термической и комбинированной обработки. Показаны возможности прогнозирования и оценки свойств 7Ш/-покрытий на основе эволюционного развития структурных параметров;в пятой главе представлены результаты следующих испытаний: чистой механической и фрикционно-механической усталости при малоцикловом нагружении, коррозионной стойкости. Для оценки циклической долговечности поверхностных слоев сплава TiNi после лазерной наплавки использован структурно-энергетический критерий. Развитие функционально-механического поведения поверхностных слоев сплава с ЭПФ в процессе поверхностного модифицирования рассмотрено с позиций технологического наследования;в шестой главе отражены: технологические принципы создания разъемных соединений, управляемых с помощью термомеханического возврата; новые конструктивно-технологические решения с применением поверхностных 77М-слоев с ЭПФ; расчетная оценка разъемных соединений с элементами сплава с ЭПФ.

Основные результаты и выводы

Получено численное решение тепловой задачи импульсной лазерной наплавки никелида титана на сталь, характеризующее температурные условия организации структуры Г/yV/-покрытия.

Разработаны статистические модели технологических параметров процесса лазерной наплавки никелида титана, позволяющие оптимизировать структурно-механические свойства и обеспечивающие формирование ультрамикрокристаллических слоев В2-сплавов TiNi. Для материала «сталь-сплав TiNi» разработан технологический процесс поверхностного модифицирования с последующей поэтапной термической обработкой и его термомеханической тренировкой путем поверхностного пластического деформирования с обжатием плоских либо обкаткой цилиндрических поверхностей, позволяющий использовать эффекты памяти формы поверхностного слоя сплава TiNi для получения термомеханических разъемных соединений деталей (гладких цилиндрических, шпоночных, резьбовых) и повышающий их эксплуатационные свойства и долговечность.

Предложен альтернативный метод получения 77М'-покрытий на основе оригинального способа работы установки с помощью технологии термического переноса масс (Патент РФ № 2224048).

Установлены закономерности эволюции структурных параметров, муль-тифрактальных характеристик и технологического наследования свойств в процессе поверхностного модифицирования сплавом с ЭПФ, позволяющие прогнозировать свойства материала «сталь-сплав TiNi». Предложен механизм усталостного разрушения материала с TiNi-покрытием исходя из энергетических концепций; показано, что характер возникающего в поверхностном слое плоского напряженного состояния, вызванный импульсной лазерной обработкой, объясняет экспериментально установленное снижение циклической долговечности (-8-30% при еа=0,3-0,5%, стали 12Х18Н9Т и 38ХНЗМФА).

Экспериментальные исследования эксплуатационных свойств показали, что после полного цикла обработки сталей с Г/М-покрытиями циклическая долговечность при малоцикловом нагружении возрастает в 1,9+2,2 раза (сталь 38ХНЭМФА) и в 2+2,5 раза (сталь 12Х18Н9Т), а в условиях фрикци-онно-механической усталости - в 1,45+1,6 раз (£„=0,26+0,5%, Р=175Н), при этом износостойкость стали 12Х18Н9Т с TiNi-слоем повышается в 3,6+4 раза. Экспериментально доказаны высокие коррозионные характеристики TiNi-слоев в воде, природной атмосфере, морской среде, насыщенных растворах NaCl, и средах кислот средней агрессивности. Для высокоагрессивных кислот сильной концентрации (>20%) на основе плавиковой HF, соляной НС1, серной H2SOj существует ряд лимитирующих факторов и стадий, связанных с растворением слоя и потерей устойчивости к коррозионному действию.

Разработан способ предохранительного соединения вала со ступицей колеса фрикционной призматической шпонкой с поверхностным слоем из сплава TiNi с ЭПФ (Патент РФ №22534764), рассчитанных на работу в заданных условиях нагружения. Способ внедрен на ЗАО «Новомет-Пермь» (г. Пермь).

Произведена конечно-элементная оценка метрического резьбового соединения с покрытием сплава TiNi с ЭПФ, характеризующая НДС последовательно на двух этапах - при накатке резьбы, а также при последующем формоизменении резьбового профиля в результате проявления ЭПФ. Результаты исследований, являющиеся решением научной задачи обеспечения функционально-механических свойств деталей поверхностным модифицированием сплавами с ЭПФ, внедрены в учебный процесс КубГТУ при разработке спецкурсов «Сопротивление материалов» и «Механика».

1. Перспективные материалы. Структура и методы исследования / Под ред. Д.Л. Мерсона. ТГУ, МИСиС, 2006. - 536с.

2. Новые материалы / Под ред. Ю.С. Карабасова. М.: МИСиС, 2002. - 736с.

3. Прусаков Б.А. Проблемы материалов в XXI веке (обзор) // МиТОМ. 2001.- №1. -с.3-5.

4. Молодцов Г.А. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов / Г.А. Молодцов, В.Е. Биткин, В.Ф. Симонов и др.. М.: Машиностроение, 2000. - 352с.

5. Коваль Ю.М. Сплавы с эффектом памяти формы мощный класс функциональных материалов// Наукатапшовацн.-2005.-№2. - с.80-95.

6. Ооцука К. Сплавы с эффектом памяти формы / К.Ооцука, К.Симидзу, Ю. Суд-зуки // Под ред. X. Фунакубо. М.: Металлургия, 1990. - 224с.

7. Курдюмов Г.В. Открытие № 239. Явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа (эффект Курдюмова) / Г.В. Курдюмов, Л.Г. Хандрос // Открытия. Изобретения. -1980.

8. Лихачев В.А. Структурно-аналитическая теория прочности / В.А. Лихачев, В.Г. Малинин. -СПб.: Наука, 1993.-471с.

9. Волков А.Е. Микроструктурное моделирование деформации сплавов при повторяющихся мартеиситных превращения // Изв. АН, сер. Физическая. 2002.- т.66. №9. - с. 1290-1297.

10. Лихачев В.А. Эффект памяти формы / В.А.Лихачев, С.Л. Кузьмин, З.П. Каменева.- Л.: ЛГУ, 1987.-216с.

11. Лихачев В.А. Эффект памяти формы // Соросовский образовательный журнал. Физика. -1997. -№3.- С. 107-114.

12. Duering Т. W. Engineering Aspects of Shape Memory Alloys / T. W. Duering и др. // London: Buttenworth-Heinemann, 1990.-499 p.

13. Хачин B.H. Никелид титана. Структура и свойства / В.Н. Хачин, В.Г. Путин, В.В. Кондратьев. М.: Наука. - 1992. - 160 с.

14. Егоров С.А. Особенности взаимосвязи механического поведения фазовых и структурных превращений в сплаве TiNi / С.А. Егоров, М.Е. Евард // ФММ. -1999. Т.88. - №5. - с.488-492.

15. Хачин В.Н. Два эффекта обратимого изменения формы в пикелиде титана / В.Н. Хачин, В.Э. Гюнтер, Д.Б. Чернов//ФММ. -1976. Т.42. -№3.- с.658-661.

16. Перкинс Д. Термомеханические характеристики сплавов с термоупругим мартенситом. Эффект памяти формы в сплавах / Д. Перкинс, Г.Р. Эвардс, С.Р. Сач и др.. М.: Металлургия. - 1979. - с.230-254.

17. Shape Memory Application Inc. // Веб-ресурс. http: // www.sma-inc.com.

18. Otsuka К. Science and technology of shape-memory alloys: new developments / K. Otsuka, T. Kakeshita // Веб-ресурс. http: // www.mrs.org/publicatios/bulletin.

19. Liu Y. Some aspects of the properties of NiTi shape memory alloy / Y. Liu, J. Van Humbeeck, R. Stalmans и др. // J.of Alloys and Compounds. 1997. - Vol.247. -p.l 15-121.

20. Proceedings of International Conference on Martensitic Transformations (ICOMAT-02). Espoo, Finland. / Ed. J. Pietikainen, O. Soderberg. J. Phys. IV. - 2003. -Vol. 112. - P.I. - pp. 1 -635 / P.II. - pp.635-1240.

21. Ming H. Fabrication of Nitinol Materials and Components // Proc. of Int. Conf. SMST. Kunming, China. 2001.-pp.285-292.

22. Andreasen G.F. Alloys, Shape Memory / G.F. Andreasen, J.L. Fahl // Encyclopedia of medical devices and instrumentation / Ed. J.G. Webster. New York: Wiley, 1987. -Vol.2.-pp. 15-20.

23. Аксенов Г. И. Фазовый состав и свойства спеченных образцов, спрессованных из порошковой смеси никеля и титана / Г.И. Аксенов, И.А. Дроздов, A.M. Сорокин // Порошковая металлургия. -1981. №5. - С. 39-42.

24. Скороход В.В. Спекание порошка никелида титана / В.В. Скороход, С. М. Солонин, И.Ф. Мартынова и др. // Порошковая металлургия. -1990. №4. -С. 17-21.

25. McNeese M.D. Processing of TiNi from elemental powders by hot isostatic pressing / M.D. McNeese, D.C. Lagoudas, T.C. Pollock // J. Materials Science and Engineering A. 2000. - Vol.280. - p.334-348.

26. Братчиков А. Д. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез никелида титана / А.Д. Братчиков, А.Г. Мержанов, В.И. Итин // Порошковая металлургия.-1980.-№1.-С. 6-11.

27. Мизин С. В. Мартенситные превращения в закаленном из жидкого состояния сплава Ni-Ti, близком к эквиатомному составу / С.В. Мизин, А.И. Новиков, С.А. Фаткулина // ФММ. 1990. - №9. - С. 150-154.

28. Конверистый Ю. К. Мартенситное превращение в сплавах системы TiNi-TiCu, полученных сверхбыстрым охлаждением расплава / Ю.К. Конверистый, Н.М. Матвеева, Л.А. Матлахова // МиТОМ. 1988. - №11. - С. 38-41.

29. Гюнтер В.Э. Физико-механические свойства и структура сверхэластичных пористых сплавов на основе никелида титана / В.Э. Гюнтер, Ю.Ф. Ясенчук, А.А. Клопотов и др. // ПЖТФ. 2000. - т.26, вып. 1. - с.71 -76.

30. Melton K.N. Fatigue of NiTi thermoeiastic martensites / K.N. Melton, O. Mercier // Acta metalurgica. 1979. - Vol.27, № 1. - p. 137-144.

31. Melton K.N. The mechanical properties of NiTi-based shape memory alloys / K.N. Melton, O. Mercier//Acta metalurgica. -1981. Vol. 29- № 2. - p. 393-397.

32. McNichols J.L. NiTi fatigue behavior / J.L. McNichoIs, P.C. Brookes, J.S. Cory // J. ofAppl. Phys.-1981.-Vol. 52- №12,- pp. 7442-7444.

33. Tobushi H. Thermomechanical properties of TiNi shape memory alloys / H. Tobushi, К. Tanaka, C. Lexcellent // J. Phys. IV. 1996a. - Vol.C 1. - № 6. - pp. 385-393.

34. Miyazaki S. Fatigue Life of Ti-50at%Ni and Ti-40Ni-10Cu(at%) Shape Memory Alloy Wires / Proc. of ICOMAT-98 // J. Materials Science and Engineering. 1999. -A273-275. - pp. 658-663.

35. Li D.Y. The mechanism responsible for high wear resistance of Pseudo-elastic TiNi alloy a novel tribo-material / D.Y. Li, R. Liu // J. Wear. - 1999. - Vol. 225-229. - pp. 777-283.

36. Li D.Y. A new type of wear-resistant material: pseudo-elastic Ti-Ni alloy // J. Wear. -1998.-Vol. 221.-pp. 116-123.

37. Jin J., Wang H. // Acta Metall. Sinica. 1988. - Vol. 24, A66. - p. 11.

38. Clayton P. The relations between wear behavior and basic material properties for pearlitic steels // J. Wear. 1980. - Vol. 60. - pp. 75-93.

39. Fu Y. Deposition of TiN layer on TiNi thin films to improve surface properties / Y. Fu, H. Du, S. Zhang // Surface and Coating Technology. 2003. - pp. 129-136.

40. Lin H.C. The wear-resistance of TiNi intermetallics with TiN coating / П.С. Lin, H.M. Liao, J.L. He и др. // TMS Annual Meeting: Advances in coatings technologies II-1997,-p.356-361.

41. Fu Y. Functionally graded TiN/TiNi shape memory alloy films / Y. Fu, H. Du, S. Zhang // J. Materials Letters. Vol.57. - 2003. - pp. 2995- 2999.

42. Гришков В.Н. Структурные превращения и эволюция мезострутуры при деформировании гетерогенно-слоевых сплавов на основе TiNi / В.Н. Гришков, А.И. Лотков, В.Н. Тимкин // Физическая мезомеханика. 2004. -Т.7. - Спец. Выпуск. 4.2. - с. 131 -134.

43. Li D.Y. Development of novel tribo composites with TiNi shape memory alloy matrix // J. Wear. Vol.255, Is. 1-6. - 2003. - pp.617-628.

44. Савченко H.JI. Триботехнические исследования трансформационно-упрочненных металломатричных композитов TiC-NiTi / Н.Л. Савченко, С.Н. Кульков, П.В. Королёв // Трение, износ, смазка. 2001. - т.З. - №4.

45. Ni W. Recovery of microindents in a nickel-titanium shape memory alloy: A "self healing" effect / W. Ni, Y.-T. Cheng, D.S. Grummon // J. Applied Physics Letters. -2002. Vol.80 (18). - p. 3310-3313.

46. Liang Y.N. Wear behavior of a TiNi alloy / Y.N. Liang, S.Z. Li, Y.B. Jin // J. Wear. -Vol. 97.-1996.-pp. 236-241.

47. He J.L. Cavitation-resistant TiNi films deposited by using cathodic arc plasma ion plating / J.L. He, K.W. Won // J. Wear. 1999. - Vol. 233-235. - pp. 104-110.

48. Weng J.R. Solid/liquid erosion behavior of gas tungsten arc welded TiNi overlay / J.R. Weng, J.T. Chang, K.C. Chen // J. Wear. 2003. - Vol.255. - Is. 1-6 - pp. 219-224.

49. Corrosion resistance of TiNi alloys // Веб-ресурс. -http://www.aerofit.com/SMA/ corrwref.pdf.

50. Duering T.W. The use of superelasticity in medicine / T.W. Duering, A.R. Pelton, D. Stockel // Metal 1. Heidelberg. Sonderdruck aus Heft 9/96. p. 569-574.

51. Otsuka K. Martensitic transformation in nonferrous shape memory alloys / K. Otsuka, X. Ren //J.Materials Science and Engin. 1999. - A273-275. - p.89-105.

52. Ильин A.A. Медицинский инструмент и имплантанты из никелида титана: металловедение, технология, применение / А.А. Ильин, М.10. Колеров, В.И. Хачин и др. // Металлы. 2002. - №3. - с. 105-110.

53. Корнилов И.И. Дилатометрическое исследование превращения в соединении TiNi / И.И. Корнилов, Е.В. Качур, O.K. Белоусов // ФММ. 1971. -т.32, №2. - с.420-422.

54. Melton K.N. Alloys with shape memory effects / K.N. Melton, O. Mercier // Iron Age Metalwork. 1981. - Vol. 20, №6. - p.32.

55. Buehler W.J. A summary of recent research on Nitinol alloys and their potential application in ocean engineering / W.J. Buehler, F.E. Wang // Ocean Engineering. 1968.-№!.- p.105-120.

56. Чернов Д.Б. Проблемы разработки материалов с памятью формы с заданными свойствами // Диаграммы состояния в металловедении. Киев, 1984. -с.72-77.

57. Сурикова Н.С. Влияние примесей азота на деформацию монокристаллов TiNi (Fe, Mo) / Н.С. Сурикова, О.В. Лысенко // Веб-ресурс. -http://www.tsuab.ru /50LET/ACT/12tezl3.html

58. Siegmann S. Vacuum plasma sprayed coatings and freestanding parts of Ni-Ti shape memory alloy / S. Siegmann, K. Halter, B. Wielage // Proc. of Int. Thermal Spray Conf. (ITSC 2002). Essen, 2002. - p.357-361.

59. Мейснер Л.Л. Мартенситные превращения в сплавах TiNi-TiZr / Л.Л. Мейс-нер, В.П. Сивоха // ФММ. 1999. - Т.88. - № 6. - С.59-62.

60. Беляев С.П. Исследование процессов окисления и сегрегации на поверхности никелида титана / С.П. Беляев, Ф.З. Гильмутдинов, О.М. Канунникова // ПЖТФ. 1999. - Т.25. - вып.З. - с.89-93.

61. Суслов А.Г. Научные основы технологии машиностроения / А.Г. Суслов, A.M. Дальский. М.: Машиностроение, 2002. - 685с.

62. Хейфец М.Л. Технологическое наследование эксплуатационных параметров качества восстанавливаемых деталей / М.Л. Хейфец, B.C. Точило, В.И. Семенов и др. //Тяжелое машиностроение. 2005. - №4. -5 с.

63. Патраков Д.Н. Моделирование дискретных технологических систем в производстве деталей аэрокосмической техники с позиции технологического насле-дования//Веб-ресурс.-ИЦр://1и4.ЬтзШ.ги/коп1/2003/5Ьогп{к/52 25^ос.-с. 143-146.

64. Хейфец М.Л. Пути повышения эффективности процессов формирования поверхностей с позиций синергетики// Вестник машиностроения.-1994.№2.-с.22-25.

65. Иванова, B.C. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов,- М.: Наука, 1992.

66. Тихонов А.С. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении / А.С.Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова. М.: Машиностроение. - 1981.-81с.

67. Пат. 4198081 США, МКИ6 F16. Heat recoverable metallic coupling / Harrison J.D., Jervis J.E.; заявитель и патентообладатель Raychem Corporation. -№ 800892,1977.

68. Maji B.C. The microstructure of an Fe-Mn-Si-Cr-Ni stainless steel shape memoy alloy / B.C. Maji, M. Krishnan, V.V. Rama Rao // Metallurgical and materials transactions A. 2003. - Vol.34A.- pp. 1029-1032.

69. Jee K.K. New method of pipe joining using shape memory alloys / K.K. Jee, J.H. Han, W.Y. Jang // Proc. of Int. Conf. on Martensitic Transformations (ICOMAT-05). Shanghai, 2005. - 4p.

70. Pushin V.G. The nanostructured TiNi shape-memory alloys: new properties and application /V.G. Pushin., R.Z. Valiev// J.Sol id State Phenomena.- 2003 .-Vol. 94,- pp. 13-24.

71. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. -Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 200с.

72. Fu Y. Deposition of TiN layer on TiNi thin films to improve surface properties / Y. Fu, H. Du, S. Zhang // Surface and Coatings Technology. 2003. - Vol. 167. - p. 129-136.

73. Grummon D.C. Progress on sputter-deposited thermoactive titanium nickel films / D.C. Grummon, S.L. Hou, Z. Zhao и др. // J.Phys.l V, 32. 1995.- p.504.f!

74. LaGrange Т. An ion implantation processing technique used to develop shape memory TiNi thin film micro-actuator devices / T. LaGrange, R. Gotthardt // J. Phys.IV, 115.-2004.-p.47.

75. Amano M. Evaluation of damage suppression effect of TiNi shape memory alloy foils embedded in carbon fiber reinforced plastic laminates / M. Amano, I. Taketa // Adv. Composite Mater. 2005. - Vol.14. - № 1. - pp.43-61.

76. Xu Y. Development of shape memory alloy smart composites // AIST Today. -2002.-Vol.2.-№8.-p.l 2.

77. Paine J.S.N. The response of SMA hybrid composite materials to low velocity impact / J.S.N. Paine, C.A. Rogers // J. of Intelligent Material Systems and Structures. 1994. - Vol. 5. - pp.530-535.

78. Kamat G.R. Solid-state diffusion welding if nickel to stainless steel // Welding Journal. 1988. - Vol. 67. - pp. 44-46.

79. Grummon D.S. Fabrication of cellular shape memory alloy materials by transient-liquid reactive brazing using niobium / D.S. Grummon, J.A. Shaw, J. Foltz // Proc. of Int. Conf. on Martensitic Transformations (ICOMAT-05). Shanghai, 2005. - 4p.

80. Cheng F.T. NiTi cladding on stainless steel by TIG surfacing process: Part I. Cavitation erosion behavior / F.T. Cheng, K.H. Lo, H.C. Man // J. Surface and Coatings Technology. 2003. - Vol. 172. - Iss.2/3. - pp.308-315.

81. Chiu K.Y. Cavitation erosion resistance of AISI 316L stainless steel laser surface-modified with NiTi / K.Y. Chiu, F.T. Cheng, H.C. Man // J. Materials Science and Engineering Technology. 2005. - A 392. - pp.348-358.

82. Бледнова, Ж.М. Структурно-механические свойства материалов, поверхностно-модифицированных сплавами с эффектом памяти формы / Ж.М. Бледнова, Д.Г. Будревич, Н.А. Махутов, М.И. Чаевский // Заводская лаборатория. 2003. - №9. - с.61 -64.

83. Бледнова Ж.М. Получение покрытий из сплава нитинол с эффектом памяти формы на поверхности сталей 45 и 40Х аргонодуговой наплавкой / Ж.М. Бледнова, Д.Г. Будревич, Н.А. Махутов и др. // МиТОМ. 2003. - № 10.- С.26-29.

84. Комбинированные детали машин с элементами из материала с памятью формы / Ж.М. Бледнова, М.И. Чаевский, М.А. Степаненко, Д.Г. Будревич // Актуальные проблемы прочности: Матер. XLII Междупарод, конф. Витебск, респ. Беларусь, 2004 . - с. 170-171.

85. Пат. 2249731 Российская Федерация, МПК7 F16 СЗ/02. Способ закрепления на пустотелом валу сопрягаемых деталей / Бледнова Ж.М., Чаевский М.И., Мышевский И.С.; заявитель и патентообладатель КубГТУ. № 2003125197/11; заявл. 14.08.03; опубл. 10.04.05.

86. Пат. 2265769 РФ, МПК7 F 16 L 51/00. Компенсатор для трубопроводов / Чаевский М.И., Бледнова Ж.М., Вотинов А.В., Стрелевский ДА.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО КубГТУ .-№ 2004128659/06; заявл. 27.09.04; опубл. 10.12.05.

87. Пат. 55904 РФ, МПК F16 D1/00. Соединение цилиндрических деталей одного диаметра / Бледнова Ж.М., Чаевский М.И., Мышевский И.С. ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО КубГТУ. № 2006115050/22; заявл. 02.05.06; опубл. 27.08.06.

88. Бондарев А.А. Лазерная сварка алюминиевых сплавов (обзор) / А.А. Бондарев, А.А. Бондарев //Автоматическая сварка. 2001. - №12, - с.21-28.

89. Леонтьев П.А. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / П.А. Леонтьев, Н.Т. Чекапова, М.Г. Хан // М: Металлургия. 1986. - 142с.

90. Лазерное легирование сталей и сплавов из покрытий, полученных разными способами / Бровер Г.И., Пустовойт В.Н., Бровер А.В., Магомедов М.Г. // Перспективные материалы. 2001. - № 5. - С.74 -81.

91. Крапошин B.C. Обработка поверхности металлических материалов лазерным излучением // Поверхность. Физ., химия, мех. 1982. - № 2. - с. 1 -12.

92. Хокинг М. Металлические и керамические покрытия: Получение, свойства и применение / М. Хокинг, В. Васантасри, П. Сидки. М.: Мир, 2000. - 518с.

93. Свариваемость сплавов системы Ni-Ti с эффектом памяти формы / Б.Е. Па-тон, Д.М. Калеко, В.П. Шевченко, Ю.Н. Коваль и др. // Автоматическая сварка. 2006. - №5. - с.3-10.

94. Haas Т., Schuessler А. // Proc. of Int. Conf. on Shape Memory and Superelas-ticity Technologies (SMST-99). Antwerp, Belgium. 1999. - p. 103.

95. ЮЗ.Рыкалин H.H. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов / Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, И.В. Зуев // Справочник. М.: Маш-е, 1985. - 496 с.

96. Бровер Г.И. О роли массопереноса в создании структурной картины при импульсной лазерной обработке / Г.И. Бровер, М.Г. Магомедов, А.В. Бровер // Вестник ДГТУ. 2001. - Т. 1, №2. - С.42 - 50.

97. Коваленко B.C. Лазерная технология // Учебник. К.: Выща шк., 1989. - 280с.

98. Лахтин Ю.М. Лазерная химико-термическая обработка и наплавка сплавов / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. М.: Машиностроение, 1986. - 59с.

99. Бровер Г.И. Физические и технологические основы процессов поверхностной термической обработки и легирования с лазерным нагревом / Автореф. дисс. . д-ра техн. наук. Ростов-на-Дону, 1997.

100. Smurov I. Peculiarities of pulse laser alloying: influence of spatial distribution of the beam /1. Smurov, L. Covelli, K. Tagirov и др. // J.Appl.Phys. 1992. -Vol.71 (7).-pp. 3147-3158.

101. Анякин Н.И. Повышение производительности и качества лазерной обработки материалов / Н.И. Анякин, B.C. Коваленко, А.С. Козырев и др. // Автоматическая сварка. 2001. - № 12. - с.39-46.

102. De A. Prediction of cooling rate and microstructure in laser spot welds / A. De, C.A. Walsh, S.K. Maiti и др.// Science and Technology of Welding and Joining. 2003. - Vol.8. - №6. - pp.391-399.

103. Kar A. One-dimensional model for extended solid solution in laser cladding / A. Kar, J. Mazumber// J.Appl.Phys. 1987.-61 (7).

104. Григорьянц А.Г. Методы поверхностной лазерной обработки / А.Г. Григорь-янц, А.Н. Сафонов. М.: Высшая школа, 1987. - 187с.

105. Рыкалин Н.Н. Лазерная обработка материалов / Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов,

106. A.Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1975. - 296с.

107. Таблицы физических величин // Справочник: Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

108. Жигунов В.В. Диффузионные взаимодействия при получении порошков никелида титана / В.В. Жигунов, В.И. Котенев // Сб.науч.тр. Тула: ТПИ, 1986. - с.67-71.

109. Полевой С.Н. Упрочнение машиностроительных материалов / С.Н. Полевой,

110. B.Д Евдокимов // Справочник. М.: Машиностроение, 1994. - 496с.

111. Чаевский М.И. Создание композиционных оболочек методом термического переноса масс / М.И. Чаевский, Ж.М. Бледнова, М.А. Степаненко // Электромеханические преобразователи энергии: Матер, межвуз. науч.-метод. копф. Краснодар: KB АИ, 2002. - с. 129-131.

112. Коваленко B.C. Металлографические реактивы // Справочник. М.: Металлургия, 1973.- 112с.

113. Беккерт М. Способы металлографического травления / М. Беккерт, X. Клемм // Справочник. М.: Металлургия, 1988. - 398с.

114. Встовский Г.В. Фрактальная параметризация структур в металлах и сплавах // Автореф. дис. .д-ра физ.-мат. наук. Москва, 2001.

115. Коррозия // Справ. Изд.: Под ред. Шрайера Л.Л. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1981.-632с.

116. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М.: Химия, 1975. - 816с.

117. Ганина Н.И. Диаграммы состояния металлических систем /11.И. Ганина, A.M. Захаров и др.. М.: ВИНИТИ, 1989. - Вып. XXXIII. - 670 с.

118. Корнилов И.И., Борискина Н.Г. // Доклады АН СССР, 1956. Т. 108. - №6. -с.1083-1085.

119. Основы лазерной обработки материалов.- М.: Машиностроение, 1989.-304 с.

120. Бледнова Ж.М. Комплексные методы управления локальными свойствами металлов для повышения механических свойств //Автореф. дис. .д-ра техн. наук. Киев, 1989.-35с.

121. Ван Флек J1. Теоретическое и прикладное материаловедение. М.: Атом-издат, 1975.-472с.

122. Чулошников П.Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1974.-232с.

123. Джонсон Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке / Н. Джонсон, Ф. Лиоп.-М.: Мир, -1981.-т. 1,2.

124. Бровер Г.И. Модифицирование химических покрытий лазерной обработкой / Г.И. Бровер, В.Н. Варавка, А.В. Бровер // Сб.науч.тр. междунар. конф. «НПМ-2004». Волгоград. 2004. - В 2-х т. Т.2. - с.73-75.

125. Баррет Ч.С. Структура металлов / Ч.С. Баррет, Т.Б. Массальский М.: Металлургия, 1984.-352с.

126. Иванова B.C. Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, А.С. Балапкин, И.Ж. Бунин, и др.. М.: Наука. - 1994. - 383с.

127. Божокин С.В. Фракталы и мультифракталы / С.В. Божокин, Д.А. Паршин. -Москва- Ижевск: РХД, 2001.

128. Панин В.Е. Мезополосовые структуры и фрагментация сварных соединений низкоуглеродистой стали при растяжении / В.Е. Панин, В.С.Плешаиов,

129. С.А.Кобзева // Современные проблемы прочности: Матер, международ, симпоз. имени В.А. Лихачёва. Старая Русса, 2003. - с.212-217.

130. Кривоносова Е.А. Фрактальный анализ структурообразования сварных швов // Сварочное производство. 2005. - №7. - с.3-6.

131. Моделирование процессов в синергетических системах // Сб.статей. Улан-Удэ - Томск: ТГУ, 2002. - 250с.

132. Закирничная М.М. Методика идентификации фуллеренов, выделенных из железо-углеродистых сплавов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. - №8.- С. 22-28.

133. Иванова B.C. Мультифрактальный метод тестирования устойчивости структур в материалах / B.C. Иванова, Г.В. Встовский, А.Г. Колмаков и др. // Уч.-мет. пособ. М: Интерконтакт Наука. - 2000. - 54с.

134. Фракталы и прикладная синергетика 2005 / Сб. статей: Под ред. Ю.К. Ковне-ристого и др.. М.: Интерконтакт Наука, 2005. - 279с.

135. Laserwerkstoffbearbeitung von Formgedaechtnislegierungen // Schweipen und Schneiden.- 1999. 51, №12.

136. Решетов Д.Н. Надежность машин / Д.Н. Решетов, А.С. Иванов, В.З. Фадеев. -М.: Высшая школа. 1988. - 238с.

137. Васильева А.Г. Деформационное упрочнение закаленных конструкционных сталей. М.: Машиностроение, 1981.-231с.

138. Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич // Справочник. М.: Машиностроение, 1979. - 702с.

139. Шишкин С.В. Экспериментальное определение обобщенной термомеханической диаграммы сплавов с памятью формы / С.В. Шишкин, Н.А. Махутов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1994. - Т. 60, № 2.; - 1993. - №11, №12; - 1991-№1.

140. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием // Справочник. М.: Машиностроение, 1987. - 328с.

141. Махутов Н.А. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении / Н.А. Махутов, А.З. Воробьев, М.М. Гаденин и др.. М.: Наука, 1983. - с.272.

142. Бледнова Ж.М. Прогнозирование циклической долговечности бинарных сплавов и материалов с покрытиями // Заводская лаборатория. 1988. - № 7. -С. 76-81.

143. Степаненко М.А. Определение износостойкости покрытий из сплава с памятью формы на различных этапах ТМО/ М.А. Степаненко, В.В. Карев-ский // Сб. СНР, отмеченных наградами на конкурсах. Краснодар: Изд. КубГТУ, 2006. - вып.7.- с.67-68.

144. Бледнова Ж.М. Структура и свойства TiNi-покрытий с ЭПФ, полученных лазерной наплавкой / Ж.М. Бледнова, М.А. Степаненко // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки. 2005. Спецвыпуск. - с.21 -26.

145. Хокинг М. Металлические и керамические покрытия / М. Хокинг, В. Васан-тасри, П. Сидки. М.: Мир, 2000. - 518 с.

146. Бородулин Г.М. Нержавеющая сталь / Г.М.Бородулип, Е.И.Мошкевич. М.: Металлургия, 1973. - 318 с.

147. Рачев X. Справочник по коррозии / X. Рачев, С. Стефанова // Пер. с болг. С.Н. Нейковского. Под. ред. Н.И. Исаева. М.: Мир, 1982. - 520с.

148. Коррозия / Справочник: Под ред. Л.Л. Шрайера М.: Металлургия, 1981. - 632с.

149. Иванова B.C. Нелинейная динамика самоорганизации наноструктур при интенсивной пластической деформации металлов / B.C. Иванова, А.В. Корзников // Металлы. 2002. - №1. - с. 103-111.

150. Будревич Д.Г. Повышение долговечности деталей машин поверхностным модифицированием сплавми с эффектом памяти формы // Автореф. дис. канд. техн. наук. Краснодар, 2003. - 24с.

151. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора / Справочник. Л.: Машиностроение, 1984.- 484с.

152. Пат. 2246084 РФ, МПК7 F 27 В 5/05 С 23 С 10/22. Вакуумная электропечь для нанесения покрытий с памятью формы на пустотелых валах / Чаевский М.И., Бледнова Ж.М.; заявитель и патентообладатель КубГТУ. № 2003125196/02; заявл. 14.08.03; опубл. 10.02.05.

153. ЕСДП СЭВ в машиностроении и приборостроении / Справочник. М.: Изд-во стандартов, 1982. - Т.2. - 292с.

154. Берникер Е. И. Посадки с натягом в машиностроении / Справочник. M.-JL: Машиностроение, 1966.- 168 с.

155. Допуски и посадки / Справочник: Под ред. В.Д.Мягкова. JL: Машиностроение, 1978.-4.1-544с./4.2.-С.545-1032.

156. Аркуша А.И. Техническая механика / А.И. Аркуша, М.И. Фролов. М.: Высшая школа. -1983. - 294с.

157. Chiodo J.D. An initial investigation into active disassembly using shape memory polymers / J.D. Chiodo, D.J. Harrison, E.H. Billett // Proc. Instn. Mech. Engrs (IMechE-2001). 2001. - Vol. 215. - Part В. - pp.733-741.

158. Пат. 5484244 США, МКИ6 F 16 В 35/04. Self-locking threaded fasteners / Glovan и др.; заявитель и патентообладатель MSE. Inc. № 192696 ; заявл. 07.02.94 ; опубл. 16.01.96.- НКИ 411/424.

159. Широких А.С. Моделирование фрикционных соединений на высокопрочных болтах методом конечных элементов // Нефтегазовое дело / Веб-ресурс. -http://www.ogbus.ru. 2005. 9с.

160. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC.visualNASTRAN for Windows. -М.: ДМК Пресс, 2004. 704 с.1РЖШ&€ШАЖ ФВДЕ1РА1ЩЖШ$$$$$