Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2021, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27181
Browse
Recent Submissions
Item Повышение долговечности дисков компрессоров ГТД из титановых сплавов обработкой в псевдоожиженном слое абразива(Національний університет «Запорізька політехніка», 2021) Качан, Алексей Яковлевич; Уланов, Сергей Александрович; Качан, Олексій Якович; Уланов, Сергій Олександрович; Kachan, A.; Ulanov, S.RUS: Цель работы. Повышение долговечности дисков компрессоров ГТД из титановых сплавов обработкой в псевдоожиженном слое абразива. Методы и оборудование для исследования. Исследования проводились на дисках I ступени КНД из титан ового сплава ВТ 3-1 и дис ках IV и V ступеней КВД из тит анового сплава ВТ-9 авиационного двигателя Д-36. При изготовлении дисков компрессоров применялись технологические методы: ультразвуковое упрочнение (УЗУ) и обработка в псевдоожиженном слое абразива (ПСА). УЗУ выполнялось на серийной установке АО «Мотор Сич», а обработка в ПСА – на установке АПС-600А. Испытание дисков до и после обработки проводилось на специальном электрогидравлическом стенде с многоосной системой нагружения с применением приспособления с воспроизведением радиального и окружного напряжений в основании межпазового выступа. Испытание проводилось при температуре образцов 390 °С и 430 °С. Для измерения длины трещин и времени их появления в пазах, диски контролировали методом ЛЮМ-1-ОВ, а также с помощью микроскопа МПБ-2 и катетометра КМ-8. Полученные результаты. Установлено, что для диска I ступени КНД из титанового сплава ВТ3-1 сочетание увеличения радиуса выкружки с последующей обработкой в ПСА повышает их долговечность до появления трещины в 6 раз, а живучесть диска с трещиной – в 5,5 раз. Живучесть диска составляет от 41 % до 77,8 % от полной долговечности. Обработка дисков компрессора из титанового сплава ВТ-9 в ПСА создает в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия с максимальной величиной до 300 МПа. Испытание дисков I ступени КНД показало, что частота и форма диска влияют как на долговечность до появления трещины, так и на долговечность до разрушения дисков во всем исследованном диапазоне частот нагружения от 0,01 Гц до 1,0 Гц. Испытания дисков IV и V ступеней КВД из титанового сплава ВТ-9 показали, что изменение температуры с 390 °С до 430 °С существенного влияния на изменение долговечности не оказывает. Введение выдержки в цикл нагружения существенно влияет на малоцикловую усталость дисков компрессора. Увеличение времени выдержки до 60 с при тех же условиях нагружения снизило долговечность натурных образцов в 10 раз. Научная новизна. Показано, что обработка дисков компрессора из титановых сплавов в ПСА повышает их циклическую долговечность в 5…6 раз по сравнению с их обработкой по серийной технологии. Практическая ценность. Предложена технологическая схема и отработаны режимы обработки дисков компрессора в ПСА, обеспечивающие повышение долговечности в 5…6 раз по сравнению с серийной технологией. UK: Мета роботи. Підвищення довговічності дисків компресорів ГТД із титанових сплавів обробкою в псевдозрідженому шарі абразиву. Методи і устаткування для дослідження. Дослідження проводилися на дисках I ступеня КНТ із титанового сплаву ВТ3-1 і дисках IV і V ступенів КВТ із титанового сплаву ВТ-9 авіаційного двигуна Д-36. При виготовленні дисків компресорів застосовувалися технологічні методи:ультразвукове зміцнення (УЗЗ) і обробка в псевдозрідженому шарі абразиву (ПЗА). УЗЗ виконувалося на серійній установці АТ «Мотор Січ», а обробка в ПЗА – на установці АПС-600А. Випробування дисків до та після обробки проводилося на спеціальному електрогідравлічному стенді із багатовісною системою навантаження із застосуванням пристосування з відтворенням радіальної і окружної напруг у основі міжпазового виступу. Випробування проводилося при температурі зразків 390°С та 430°С. Для вимірювання довжини тріщин і часу їхньої появи в пазах диски контролювали методом ЛЮМ-1- ОВ, а також за допомогою мікроскопа МПБ-2 і катетометра КМ-8. Отримані результати. Установлено, що для дисків I ступеня КНТ із титанового сплаву ВТ3-1 сполучання збільшення радіуса викружки із подальшою обробкою в ПЗА підвищує їх довговічність до появи тріщини у 6 разів, а живучість дисків із тріщиною – у 5,5 разів. Живучість диска становить від 41% до 77,8% від повної довговічності. Обробка дисків компресора з титанового сплаву ВТ-9 у ПЗА створює в поверхневому шарі залишкові напруги стиску із максимальною величиною до 300 МПа. Випробування дисків I ступеня КНТ показало, що частота і фо рм а диска впливають як на довговічність до появи тріщини, так і на довговічність до руйнування дисків у всьому дослідженому діапазоні частот навантаження від 0,01 Гц до 1,0 Гц. Випробування дисків IV і V ступенів КВТ із титанового сплаву ВТ-9 показали, що зміна температури з 390°С до 430°С істотно не впливає на зміну довговічності. Введення витримки у цикл навантаження істотно впливає на малоциклову утомленість дисків компресора. Збільшення часу витримки до 60 с при тих самих умовах навантаження знизило довговічність натурних зразків у 10 разів. Наукова новизна. Показано, що обробка дисків компресора із титанових сплавів у ПЗА підвищує їхню циклічну довговічність у 5...6 разів порівняно з їхньою обробкою за серійною технологією. Практична цінність. Запропоновано технологічну схему і відпрацьовано режими обробки дисків компресора в ПЗА, що забезпечують підвищення довговічності у 5...6 разів порівняно із серійною технологією. EN: Purpose. Increasing fatigue life of GTE compressor disks made of titanium alloys by discs treatment in the fluidized abrasive bed. Investigation methods and equipment. The investigations were carried out using LPC stage I discs of ВТ3-1 alloy and HPC stages IV and V discs made of ВТ-9 titanium alloy of Д-36 aircraft engine. In the process of discs manufacture the following manufacturing methods were used: ultrasonic hardening and treatment in the fluidized abrasive bed. The ultrasonic hardening was carried out using Motor Sich serial installation and the fluidized abrasive bed treatment – using the АПС-600А installation. The discs were tested before and after the treatment on a special electrohydraulic test bench with a multi-axis loading system using a fixture reproducing radial and circumferential stresses at the base of an inter-slot projection. The testing was carried out at specimens temperature of 390 °С and 430 °С. For measuring the length of cracks and the time of their occurrence in the slots, the discs were inspected by ЛЮМ-1-ОВ method ant using the МПБ-2 microscope and КМ-8 cathetometer. Obtained results. It has been established that for LPC stage I discs made of ВТ3-1 alloy the increased fillet radius combined with subsequent treatment in the fluidized abrasive bed increases fatigue life of the discs by 6 times before crack occurrence, and increases durability of the disc with a crack by 5.5 times. Durability of a disc is within 41 % to 77.8 % of their total fatigue life . Treatment of the compressor dics made of ВТ-9 titanium alloy in the fluidized abrasive bed creates residual compression strain up to 300 MPa in the surface layer. Testing of the LPC stage 1 discs showed that frequency and shape of the discs effect both fatigue life prior to a crack occurrence and durability prior to discs destruction within the entire investigated loading frequency range of 0.01 Hz to 1.0 Hz. Testing of HPC stages IV and V discs of ВТ-9 titanium alloy showed that temperature variation within 390 °С to 430 °С did not contribute significantly to the fatigue life change. Introduction of endurance into the loading cycle has a considerable effect on the low-endurance fatigue of the compressor discs. Increase of the soak time up to 60 seconds under the same loading conditions decreased fatigue life of the full-scale specimens by 10 times. Scientific novelty. It was demonstrated that treatment of the compressor disks made of titanium alloys in the fluidized abrasive bed increases their cyclic life by 5 to 6 times in comparison with their treatment in accordance with serial technology. Practical effect. A process sheet was proposed and the modes of compressor discs treatment in the fluidized abrasive layer were developed that provide increase of the fatigue life by 5 to 6 times as compared with a serial technology.Item Вплив складу суміші, що насичує, на формування структури та властивостей дифузійного титанованого шару на сірому чавуні(Національний університет «Запорізька політехніка», 2021) Кондрашова, С. Г.; Саприкін, Є. В.; Наумик, Валерій Владиленович; Kondrashova, S.; Saprykin, Ye.; Naumyk, V.UK: Мета роботи. Вивчення впливу складу суміші, що насичує, на процеси поверхневого дифузійного насичення сірого чавуну. Методи дослідження. Мікроструктурні дослідження поверхневого шару сірого чавуну, отриманого з використанням сумішей, що насичують, з різними активаторами та їх відсоткового вмісту. Отримання математичних моделей відповідно до методики симплексно-гратчастого планування експерименту, що відображають залежність глибини дифузійного шару, корозійної стійкості, окислення, коефіцієнта відносної зносостійкості від складу суміші, що насичує. Аналіз отриманих залежностей. Отримані результати. На основі проведених досліджень встановлено, що при дифузійному титануванні для підвищення корозійної стійкості дифузійного шару в суміш, що насичує, необхідно вводити активатори NH4Cl та NH4F у кількості 10–13 %. Введення в суміш активаторів NH4Cl та NH4F , що насичує, при дифузійному титануванні в межах 4–6 % забезпечує підвищення окалиностійкості дифузійного титанованного шару в 10–15 разів. Наукова новизна. Встановлено залежності, що характеризують вплив складу суміші, що насичує, на процеси дифузійного насичення сірого чавуну. Аналізом отриманих діаграми « властивість-склад» підтверджено, що за рахунок розкладання активаторів в процесі титанування йде утворення галогенідів титану, що призводить до появи активних атомів титану, дифундуючих в матеріал, що насичує. Практична цінність. Встановлено що найкращі властивості дифузійного титануванного шару спостерігається при використанні в якості активаторів NH4Cl та NH4F при вмісті їх в суміші, що насичує, від 8 до 13 %. сірий чавун EN: Purpose of work. Studying the influence of the saturating mixture composition on the processes of surface diffusion saturation of gray cast iron. Research methods. Microstructural studies of the surface layer of gray cast iron obtained using saturating mixtures with various activators and their percentage. Obtaining mathematical models in accordance with the methodology of simplex-lattice experimental design, reflecting the dependence of the depth of the diffusion layer, corrosion resistance, oxidation, the coefficient of relative wear resistance on the composition of the saturating mixture. Analysis of the obtained dependencies. Obtained results. Based on the studies, it was found that during diffusion titanium, to increase the corrosion resistance of the diffusion layer in the saturating mixture, it is necessary to introduce activators of NH4Cl NH4F in an amount of 10–13 %. The introduction of NH4Cl NH4F activators into the saturating mixture during diffusion titanation in the range of 4-6% provides an increase in the scale of the diffusion titanium layer by 10–15 times. Scientific novelty. The dependences characterizing the influence of the saturating mixture composition on the diffusion saturation of gray cast iron are established. An analysis of the obtained property-composition diagrams confirms that due to the decomposition of activators during titanation, titanium halides are formed, which leads to the appearance of active titanium atoms diffusing into the saturating material. Practical value. It has been established that the best properties of the diffusion titanated layer are observed when NH4Cl NH4F is used as activator when their content in the saturating mixture is from 8 to 13 %.Item Особливості структуроутворення високохромистих чавунів при виготовленні виливків(Національний університет «Запорізька політехніка», 2021) Нетребко, Валерій Володимирович; Netrebko, V.UK: Мета роботи. Дослідження процесів структуроутворення високохромистих чавунів, а саме формування карбідів та металевої основи біля них, а також перерозподіл хрому поміж фазами при охолодженні виливків у формі. Методи дослідження. Аналітичний аналіз публікацій. Металографічний. Мікроструктурний та локальний мікрорентгеноспектральний. Отримані результати. Виявлено, що у процесі кристалізації високохромистих чавунів утворюються фази (карбіди та металева основа) із значною хімічною ліквацією. Встановлено, що після кристалізації під час охолодження виливків у формі відбуваються процеси подібні до термічної обробки, а саме витримка при високих температурах (гомогенізація), відпал (формування вторинних структур). Дослідження усадкових пор виявило карбіди, що не контактували з металевою основою у процесі охолодження, а також металеву основу, що не контактувала з карбідами під час охолодження. За порівняння хімічного складу фаз, що сформувалися у процесі кристалізації із фазами за повного охолодження виливку, встановлено, що вміст Cr в карбідах збільшувався з 36 % до 45 %, а в зонах біля карбів знижувався з 13 % до 8 %. За перерозподілу елементів в металевій основі утворюються зони із різним електрохімічним потенціалом. Наукова новизна. Показано, що карбіди, які утворилися в рідкому стані системи, мали шарувату будову з поступовим зменшенням вмісту хрому від центральних шарів до поверхневих. Це дозволило визначити механізм перерозподілу елементів під час охолодження виливків у формі до вибивки та оптимізувати хімічні склади чавунів для виробів, що експлуатуються без термічної обробки у гідроабразивному середовищі. Практичне значущість. Отримані закономірності структуроутворення високохромистих чавунів можуть бути використані при розробці складів зносостійких чавунів в системі Fe-C-Cr-Mn-Ni для різних умов експлуатації. EN: Purpose. The study of the structure formation processes of high-chromium cast irons, namely the formation of carbides and a metallic base near them, as well as the redistribution of chromium between phases during cooling of casting in the moulds. Research methods. Analytical analysis of publications. Metallographic. Microstructural and local X-ray spectral. Obtained results. It was revealed that phases (carbides and a metallic base) by formed in during of crystalliza¬tion of high-chromium cast irons have significant chemical segregation. It has been established that after crystalli¬zation during the cooling of castings in the mold the during of processes such as the heat treatment at high temper¬atures (homogenization) and annealing (formation of secondary structures) occur. A study of shrinkage pores revealed carbides that did not contact the metal base during cooling, as well as a metal base that did not contact carbides during cooling. Comparison of the chemical composition of phases formed during crystallization with phases formed after complete cooling of the casting showed that the Cr content in carbides increased from 36% to 45%, and in the zones near carbides decreased from 13% to 8%. With the redistribution of elements in a metal base, zones with different electrochemical potential are formed. Scientific novelty. It was shown that carbides formed in the liquid state of the system had a layered structure with a gradual decrease in the chromium content from the central layers to the surface. This made it possible to determine the mechanism of redistribution of elements during cooling in the castings form to knockout and to optimize the chemical compositions of cast irons for products operated without heat treatment in a hydroabrasive medium. Practical value. The obtained patterns of structure formation in high-chromium cast irons can be used in the development of wear-resistant cast iron compositions in the Fe-C-Cr-Mn-Ni system for various operating conditions.Item Ефективність сходинкового старіння сплаву з інтерметалідно-карбідним зміцненням для інструментів гарячого деформування металів(Національний університет «Запорізька політехніка», 2021) Грабовський, Володимир Якович; Шило, Д. О.; Grabovsky, V.; Shilo, D.UK: Мета роботи. Підвищення твердості та високотемпературної міцності сплаву ХН30ВМЮ зі змішаним інтерметалідно-карбідним зміцненням шляхом використання сходинкового старіння замість одинарного. Методи досліджень. Для пошуку найбільш ефективних режимів сходинкового старіння дослідженого сплаву використана методика математичного планування експерименту. При дослідженні особливостей виділення в сплаві зміцнювальних фаз застосовано метод електронної мікроскопії (вуглецеві репліки). Отримані результати. Визначено найбільш ефективний режим сходинкового старіння сплаву зі змішаним інтерметалідно-карбідним, що забезпечує йому, порівняно з одинарним старінням, зростання твердості і високотемпературної міцності без зниження характеристик пластичності. Наукова новизна. Показано, що для сплаву зі змішаним інтерметалідно-карбідним зміцненням сходинкове старіння, порівняно з одинарним, забезпечує більш значне дисперсійне твердіння. При цьому старіння за схемою НТ + ВТ має переваги порівняно зі схемою ВТ + НТ. Ефективності сходинкового старіння сприяє утворенню частинок фази Лавеса типу Fe2(W, Mo) на попередньо виділених частинках карбіду типу М23С6, як на підкладці. Сходинкове старіння дослідженого сплаву призводить до більшої дисперсності, а отже, і кількості частинок зміцнювальних фаз. Практична ценність. Досягнуто зростання твердості та високотемпературної міцності сплаву ХН30ВМЮ при застосуванні сходинкового старіння замість одинарного, що, забезпечує кращу працездатність виготовленого з нього інструменту для гарячого деформування металів. EN: Purpose. Increasing the hardness and high temperature strength of the ХН30ВМЮ alloy with mixed intermet-alide-carbide hardening by using stepwise aging instead of single. Research methods. To search for the most effective modes of stepwise aging of the investigated alloy, the experi¬mental mathematical planning technique was used. In studying the features of the precipitation in the alloy of the strengthening phases, the electron microscopy method (carbon replicas) was used. Results. The most effective stepwise aging regime has been determined, which provides it, in comparison with single aging, an increase in hardness and high temperature strength without reducing the ductility characteristics. Scientific novelty. It is shown that for alloys with mixed intermetalide-carbide hardening, stepwise aging, in comparison with single, provides more significant dispersion hardening. At the same time, the aging according to the НТ + ВТ scheme has an advantage compared to the ВТ + НТ scheme. The efficiency of step aging is facilitated by the formation of particles of the Laves phase of type Fe2(W,Mo) on previously isolated particles of carbide type M23C6, as on a substrate. The stepwise aging of the investigated alloy leads to greater dispersion, and hence the number, of particles of the strengthening phases. Practical value. An increase in hardness and high-temperature strength of the ХН30ВМЮ alloy was achieved using stepwise aging instead of single, which ensures better performance of the tool for hot deformation of metals made from it.