Випуски $\rightarrow$ Том 25, випуск 1 (2024)

Застосування кріогенних технологій у деформаційному обробленні металів

ВОЛОКІТІНА І.Є., ДЕНІСОВА А.І., ВОЛОКІТІН А.В., ФЕДОРОВА Т.Д., ЛАВРІНЮК Д.Н.

Карагандинський індустріяльний університет, просп. Республіки, 30, 101400 Темиртау, Казахстан

Отримано 15.06.2023, остаточна версія 20.02.2024 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Оглянуто застосування кріогенних технологій у процесах термічного та деформаційного оброблень металів. Визначено найефективніші області застосування кріогенних рідин і газів для термооброблення робочих інструментів і металів (титанових, алюмінійових і мідних стопів) у вальцювальному виробництві та важкому машинобудуванні з метою поліпшення якости продукції, стійкости устаткування й інструменту, пониження екологічного впливу на довкілля та працюючий персонал. Розглянуто вплив кріогенного оброблення й охолодження на термін служби інструменту, його стійкість, зношення, температуру різання, шерсткість поверхні, точність розмірів і сили різання. У результаті застосування кріогенного оброблення та кріогенного охолодження в процесах механічного оброблення збільшується термін служби інструменту та поліпшується шерсткість поверхні, а також понижується температуру оброблюваної поверхні, споживання енергії під час роботи; таким чином зменшується зношування інструменту, що сприяє збільшенню продуктивности. Розглянуто також можливість одержання та зміни наноструктури металу за допомогою кріогенного охолодження. Тематика може бути цікавою дослідникам і вченим у галузі металурґії, матеріялознавства та нанотехнологій.

Ключові слова: кріогенне охолодження, рідкий азот, стійкість інструменту, шерсткість поверхні, низькотемпературне оброблення, наноструктурні матеріяли.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.01.161

Citation: I.E. Volokitina, A.I. Denissova, A.V. Volokitin, T.D. Fedorova, and D.N. Lavrinuk, Application of Cryogenic Technologies in Deformation Processing of Metals, Progress in Physics of Metals, 25, No. 1: 161–194 (2024)

Цитована література   
  1. I.Y. Huang and P.B. Prangnell, Acta Mater., 56: 1619 (2008). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.12.017
  2. I.A. Gnidin, N.S. Gubin, and Y.D. Starodubov, Sov. Phys. J., 14: 811 (1971). https://doi.org/10.1007/BF00822178
  3. L.F. Vereshchagin, E.N. Yakovlev, and Y.A. Timofeev, The Possibility of the Transition of Hydrogen to a Conductive State, 18: 746 (1975).
  4. A. Volokitin, A. Naizabekov, I. Volokitina, and A. Kolesnikov, J. Chemical Technology and Metallurgy, 57: 809 (2022).
  5. I.E. Volokitina, A.V. Volokitin, M.A. Latypova, V.V. Chigirinsky, and A.S. Kolesnikov, Prog. Phys. Met., 24, No. 1: 132 (2023). https://doi.org/10.15407/ufm.24.01.132
  6. B. Sapargaliyeva, A. Agabekova, G. Ulyeva, A. Yerzhanov, and P. Kozlov, Case Studies in Construction Materials, 18: e02162 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02162
  7. S.M. Yuan, L.T. Yan, W.D. Liu, and Q. Liu, J. Mater. Process. Technol., 211: 356 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.10.009
  8. D. Pugh, J. Less, K. Ashiroft, and D.A. Gann, The Engineer, 212: 258 (1961).
  9. Z. Zhao and S.Y. Hong, Mater. Eng. Perform., 1, No. 5: 669 (1992). https://doi.org/10.1007/BF02649248
  10. I.A. Gnidin, Metallophysics, 2: 49 (1980).
  11. I.A. Gnidin, Phys. Met. Metallurgy, 30: 986 (1970).
  12. I.A. Gnidin, M.B. Lazareva, V.M. Matsevity, Y.D. Starodubov, and V.P. Lebedev, Phys. Met. Metallurgy, 23: 756 (1967).
  13. A.P. Gulyaev, Termicheskaya Obrabotka Stali [Heat Treatment of Steel] (GNTI: 1953) (in Russian).
  14. Z.Y. Wang and K.P. Rajurkar, Wear, 239, No. 2: 168 (2000). https://doi.org/10.1016/S0043-1648(99)00361-0
  15. I.Y. Prikhodko and P.V. Krot, Metallurgical Processes and Equipment [Metallurgicheskie Protsessy i Oborudovanie], No. 1: 10 (2009) (in Russian).
  16. M.A. Tikhonovsky, A.G. Shepelev, and L.V. Panteyenko, Problems of Atomic Science and Technology. Ser.: Vacuum, Pure Materials, Superconductors, 13, No. 5: 103 (2003) (in Russian).
  17. O.I. Volchok, M.B. Lazareva, V.S. Okovit, Ya.D. Starodubov, O.V. Chernyj, and L.A. Chirkina, Low Temp. Phys., 27, No. 5: 353 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1374719
  18. S. Lezhnev, A. Naizabekov, and E. Panin, Procedia Engineering, 81: 1499 (2014). https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.180
  19. P.A. Khaimovich, Problems of Atomic Science and Technology. Ser.: Physics of Radiation Effect and Radiation Materials Science, 89, No. 4: 28 (2006) (in Russian).
  20. I.E. Volokitina, Met. Sci. Heat Treat., 61: 234 (2019). https://doi.org/10.1007/s11041-019-00406-1
  21. I.E. Volokitina, Met. Sci. Heat Treat., 62: 253 (2020). https://doi.org/10.1007/s11041-020-00544-x
  22. E. Yasa, S. Pilatin, and O. Çolak, J. Production Eng., 15, No. 2: 1 (2012).
  23. P.J. Arrazola, A. Garay, L.M. Iriarte, M. Armendia, S. Marya, and F. Le Maitre, Mater. Process. Technol., 209, 2223 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.06.020
  24. I.E. Volokitina, J. Chem. Technol. Metallurgy, 55, No. 2: 479 (2020).
  25. H. Wang, C. Ban, N. Zhao, L. Li, Q. Zhu, J. Cui, J. Mater. Res. Technol., 14: 1167 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.07.019
  26. S.Y. Hong and Y. Ding, Int. J. Machine Tools and Manufacture, 41, No. 10: 1417 (2001). https://doi.org/10.1016/S0890-6955(01)00026-8
  27. S.Y. Hong, I. Markus, and W.C. Jeong, Int. J. Machine Tools and Manufacture, 41, No. 15: 2245 (2001). https://doi.org/10.1016/S0890-6955(01)00041-4
  28. W. Li, H. Wang, X. Jiang, J. Zhu, Z. Liu, X. Guo, and C. Song, RSC Adv., 8, No. 14: 7651 (2018). https://doi.org/10.1039/C7RA13546G
  29. M. Dhananchezian and M.P. Kumar, Cryogenics, 51, No. 1: 34 (2011). https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2010.10.011
  30. K.A. Venugopal, S. Paul, and A.B. Chattopadhyay, Cryogenics, 47, No. 1: 12 (2007). https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2006.08.011
  31. S.Y. Hong, Machining Sci. Technol., 10, No. 1: 133 (2006). https://doi.org/10.1080/10910340500534324
  32. J. Yin, J. Lu, H. Ma, and P. Zhang, J. Mater. Sci., 39: 2851 (2004). https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000021463.83899.b3
  33. Y.H. Zhao, X.Z. Liao, S. Cheng, E. Ma, and Y.T. Zhu, Adv. Mater., 18, No. 17: 2280 (2006). https://doi.org/10.1002/adma.200600310
  34. N. Govindaraju, A.L. Shakeel, and V. Pradeep, Applied Mechanics and Materials, 592–594: 316 (2014). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.592-594.316
  35. Y.M. Wang, M.W. Chen, H.W. Sheng, and E. Ma, J. Mater. Res., 17: 3004 (2002). https://doi.org/10.1557/JMR.2002.0436
  36. V.P. Pilyugin, L.M. Voronova, M.V. Degtyarev, and T.I. Chashchukhina, Deformation and Destruction of Materials, 1: 26 (2011).
  37. O. Kolesnikova, S. Syrlybekkyzy, R. Fediuk, A. Yerzhanov, R. Nadirov, A. Utelbayeva, A. Agabekova, M. Latypova, L. Chepelyan, I. Volokitina, N.I. Vatin, A. Kolesnikov, and M. Amran, Materials, 15, No. 19: 6980 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15196980
  38. V.P. Pilyugin, T.M. Gapontseva, T.I. Chashchukhina, L.M. Voronova, L.I. Shchinova, and M.V. Degtyarev, Phys. Metals Metallogr., 105: 409 (2008). https://doi.org/10.1134/S0031918X08040157
  39. L.M. Voronova, T.I. Chashchukhina, M.V. Degtyarev, and V.P. Pilyugin, Russ. Metallurgy, 212: 303 (2012). https://doi.org/10.1134/S0036029512040131
  40. J. Shi, L. Hou, J. Zuo, L. Zhuang and J. Zhang, Mater. Sci. Eng. A, 701: 274 (2017). https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.06.087
  41. M. Abbasi-Baharanchi, F. Karimzadeh, and M.H Enayati, Mater. Sci. Eng. A, 683: 56 (2017). https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.11.099
  42. M. Kumar, N. Sotirov, F. Grabner, R. Schneider, and G. Mozdzen, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 27, No. 6: 1257 (2017). https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60146-8
  43. G. Singh, S.S. Gill, and M. Dogra, Cleaner Production, 143: 1060 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.12.013
  44. R. Choudhary, H. Garg, M. Prasad, and D. Kumar, Mater. Today: Proc., 4, No. 2, Pt. A: 1158 (2017). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.01.132
  45. R.D. Doherty, D.A. Hughes, F.J. Humphreys, J.J. Jonas, D.J. Jensen, and M.E. Kassner, Mater. Sci. Eng. A, 238: 219 (1997). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(97)00424-3
  46. D.S. Leonov, T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, and Yu.A. Kunitsky, Defect Diffus. Forum, 273–276: 520 (2008). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.273-276.520
  47. V.A. Tatarenko and C.L. Tsynman, Solid State Ionics, 101–103: 1061 (1997). https://doi.org/10.1016/s0167-2738(97)00376-7
  48. T.M. Radchenko, O.S. Gatsenko, V.V. Lizunov, and V.A. Tatarenko, Prog. Phys. Met., 21, No. 4: 580 (2020). https://doi.org/10.15407/ufm.21.04.580
  49. T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, H. Zapolsky, and D. Blavette, J. Alloys Compd., 452, No. 1: 122 (2008). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.12.149
  50. V.N. Bugayev, V.G. Gavrilyuk, V.M. Nadutov, and V.A. Tatarenko, Fiz. Met. Metalloved., 68, No. 5: 931 (1989).
  51. V.A. Tatarenko, T.M. Radchenko, A.Yu. Naumuk, and B.M. Mordyuk, Prog. Phys. Met., 25, No. 1: 3 (2024). https://doi.org/10.15407/ufm.25.01.003
  52. I.S. Jawahir, H. Attia, D. Biermann, J. Duflou, F. Klocke, D. Meyer, S.T. Newman, F. Pusavec, M. Putz, J. Rech and V. Schulze, CIRP Annals-Manufacturing Technology, 65, No. 2: 713 (2016). https://doi.org/doi:10.1016/j.cirp.2016.06.007
  53. A. Naizabekov, A. Volokitin, E. Panin, J. Mater. Eng. Perform., 28: 1762 (2019). https://doi.org/10.1007/s11665-019-3880-6
  54. E.A. Krivonos and V.G. Solonenko, Vestnik DGTU, 7, No. 2 (33): 200 (2007) (in Russian).
  55. S.M. Yuan, L.T. Yan, W.D. Liu, and Q. Liu, J. Mater. Process. Technol., 211, No. 3: 356 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.10.009
  56. P.I. Patel and R.G. Tated, Comparison of effects of cryogenic treatment on different types of steels: a review, Int. Conf. Computational Intelligence (ICCIA, March 2012), vol. 9, p. 10.
  57. G. Plicht and H. Schillak, Cold rolling of metal using technical gases, 9th Int. & 4th Eur. Conf. Steel Rolling (Paris: 2006).
  58. H. Pawelski and H.-P. Richter, Application of low volume lubrication and liquid nitrogen in the finalstand of a tandem cold mill (Pittsburg: AISTech: 2008).
  59. S. A. Chopra and V. G. Sargade, Mater. Today: Proc., 2, Nos. 4–5: 1814 (2015). https://doi.org/doi:10.1016/j.matpr.2015.07.119
  60. Z.Y. Wang and K.P. Rajurkar, Wear, 239, No. 2: 168 (2000). https://doi.org/doi:10.1016/S0043-1648(99)00361-0

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,