Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2018, №1
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27628
Browse
Recent Submissions
Item Особливості вибору лігатури для підвищення експлуатаційних властивостей ущільнювальних покриттів деталей турбіни газотурбінних двигунів(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Грешта В.Л.; Ткач Д.В.; Сотніков Є.Г.; Леховіцер З.В.; Климов О.В.; Фасоль Є.О.; Грешта В.Л.; Ткач Д.В.; Сотников Е.Г.; Леховицер З.В.; Климов А.В.; Фасоль Е.О.; Greshta V.; Tkach D.; Sotnikov Ye.; Lehovitser Z.; Klimov A.; Fasol Ye.UK: Мета роботи. Проаналізовано вплив легування на мікроструктуру та фазовий склад ущільнювальних покриттів та запропоновано вдосконалений хімічний склад покриттів, який міг би забезпечити задовільний комплекс фізико-механічних властивостей. Для вирішення поставленої задачі було обрано ущільнювальне покриття на основі нікелю, яке застосовується на авіадвигунобудівному підприємстві України АТ «Мотор Січ». Наукова новизна. Було розроблено склад ущільнювального покриття із змінними контрольованими на окремих етапах експлуатації двигуна фізико-механічними властивостями, які обумовлені розвитком структурно-фазових перетворень, що супроводжуються появою нових шпінельних оксидних сполук та, як наслідок, покращенням ерозійної стійкості та опору газовій корозії. Методи дослідження. Проведено аналіз літературних джерел, на основі яких було поставлено практичні задачі щодо вибору складу покриттів типу КНА-82. В роботі використано результати мікроаналізу та досліджень механічних властивостей. Отримані результати. В роботі проаналізовано можливості покращення властивостей покриття типу КНА-82 із експлуатаційною стійкістю до температур 900–950°С. Сучасні тенденції з конструювання авіаційних двигунів потребують удосконалення матеріалів ущільнювальних покриттів, які б зберігали вихідні фізико-механічні властивості і не зазнавали деструктивних змін при більш високих температурах на рівні 1100–1200°С. Підвищення високотемпературної стійкості і, загалом, комплексу фізико-механічних властивостей покриттів типу КНА-82 може забезпечуватись удосконаленням їх хімічного складу при використанні окремих лігатур з рідкісноземельними металами, які б сприяли покращенню термічної стійкості поверхневих оксидних шарів з одночасною реалізацією контрольованих поетапних фазових перетворень, спрямованих на поліпшення ерозійної стійкості та міцності сформованих покриттів. У зв’язку з цим, для вирішення цієї комплексної задачі, в роботі було запропоновано використовувати комбінації лігатур з монокомпонентом ітрієм (Y), подвійною композицією – Ni-Y та зі складною системою Co-Ni-Cr-Al-Y. Вибір ітрію як складової, що буде наявна в усіх варіантах експериментальних покриттів, обумовлений багатьма факторами, зокрема це достатньо висока розповсюдженість в земній корі, висока температура плавлення, забезпечення рафінуючої дії, завдяки високій хімічній активності, позитивний вплив на морфологію включень і структурну стабільність завдяки горофільній здатності, зменшення лікваційної неоднорідності та запобігання утворенню ТЩП фаз. Отже, використання трьох лігатур різного складу, що містять ітрій, які повинні забезпечувати формування в структурі різних за природою оксидних та інтерметалідних сполук, і різні стадії перетворень, дозволяє отримати конкретні варіації структури покриттів з певним кількісним співвідношенням структурних складових, яке в кінцевому плані буде визначати функціональність запропонованих покриттів. Практична цінність. Застосування цього покриття дозволить підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна завдяки зменшенню витоку газів при збереженні розміру радіальних зазорів та знизити витрати палива за годину. RU: Цель работы. Анализ влияния легирования на микроструктуру и фазовый состав уплотнительных покрытий, предложено усовершенствованный химический состав покрытий, который мог бы обеспечить удовлетворительный комплекс физико-механических свойств. Для решения поставленной задачи было выбрано уплотнительное покрытие на основе никеля, которое применяется на авиадвигателестроительном предприятии Украины АО «Мотор Сич». Научная новизна. Был разработан состав уплотнительного покрытия со сменными контролируемыми на отдельных этапах эксплуатации двигателя, физико-механическими свойствами, которые обусловлены развитием структурно-фазовых превращений, сопровождающихся появлением новых шпинельніх оксидных соединений и, как следствие, улучшением эрозионной стойкости и сопротивления газовой коррозии. Методы исследования. Проведен анализ литературных источников, на основе которых были поставлены практические задачи по выбору состава покрытий типа КНА-82. Полученные результаты. В работе исследованы возможности улучшения свойств покрытия типа КНА-82 с эксплуатационной стойкостью до температур 900–950 °С. Современные тенденции по конструированию авиационных двигателей требуют совершенствования материалов уплотнительных покрытий, которые сохраняли бы выходные физико-механические свойства и не испытывали деструктивных изменений при более высоких температурах на уровне 1100–1200 °С. Повышение высокотемпературной устойчивости и, в общем, комплекса физико-механических свойств покрытий типа КНА-82 может обеспечиваться совершенствованием их химического состава при использовании отдельных лигатур с редкоземельными металлами, которые способствовали бы улучшению термической устойчивости поверхностных оксидных слоев с одновременной реализацией контролируемых поэтапных фазовых превращений, направленных на улучшение эрозионной устойчивости и прочности сформированных покрытий. В связи с этим, для решения этой комплексной задачи, в работе было предложено использовать комбинации лигатур с монокомпонентным иттрием (Y), двойной композицией – Ni-Y и со сложной системой Co-Ni-Cr-Al-Y. Выбор иттрия как составляющей,которая будет присутствовать во всех вариантах экспериментальных покрытий, обусловлен многими факторами, в частности это достаточно высокая распространенность в земной коре, высокая температура плавления, обеспечение рафинирующего действия, благодаря высокой химической активности, положительное влияние на морфологию включений и структурную стабильность благодаря горофильной способности, уменьшение ликвацийной неоднородности и предотвращения образования ТПУ фаз. Таким образом использование трех разных составов лигатур, содержащих иттрий, которые должны обеспечивать формирование в структуре различных по природе оксидных и интерметаллидных соединений, и различные стадии преобразований, позволяет получить конкретные вариации структуры покрытий с определенным количественным соотношением структурных составляющих, которое в конечном плане будет определять функциональность предлагаемых покрытий. Практическая ценность. Применение данного покрытия позволит повысить коэффициент полезного действия двигателя благодаря уменьшению утечки газов при сохранении размера радиальных зазоров и снизить расход топлива в час. EN: Purpose. Analysis of the doping effect on microstructure and phase composition of sealing coatings was carried out and improved chemical composition of coatings was suggested. This composition could provide a sufficient set of physical and mechanical properties. In order to solve the given problem, a nickel-based sealing coating was chosen. It is used at Motor Sich JSC, a Ukrainian enterprise that manufactures aircraft engines. Academic importance. The composition of the sealing coating with changeable physical and mechanical properties was developed. They can be controlled at certain stages of engine operation and are predetermined by the development of structural and phase transformations accompanied by the appearance of new spinel oxide compounds and, as a result, by improved resistance to erosion and gas corrosion. Methods. The literature review was done based on which practical problems were set as for selecting the composition of KHA-82 type coating. Results. Possibilities for improving the properties of KHA-82 type coating with operational durability up to 900–950 °C were studied. Modern trends of designing aircraft engines require improvement of the materials for sealing coatings so that they could preserve initial physical and mechanical properties without any destructive changes at higher temperatures of 1100–1200 °C. Increasing the high-temperature resistance and the overall set of physical and mechanical properties of KHA-82 type coating can be achieved by improving their chemical composition using certain ligatures with rare-earth metals which could increase heat resistance of oxide surface layers with simultaneous controlled step-by-step phase changes aimed at enhancing resistance to erosion and durability of the designed coatings. Thereby, to solve this complex problem, combinations of ligatures with a multi-component yttrium, a double Ni-Y compound and a complex Co-Ni-Cr-Al-Y system were suggested. The choice of yttrium as a component that will be present in all kinds of experimental coatings is predetermined by lots of factors, such as wide occurrence in the Earth crust, a high melting temperature, a refining effect due to high chemical activity, positive effect on the morphology of inclusions and structural stability due to horophilic capacity, reduction of liquating heterogeneity and preventing the appearance of topologically close-packed phases. So, using 3 different compositions of ligatures containing yttrium ensuring the formation of oxide and intermetallic compounds that are different in their nature, as well as to provide different stages of changes, gives us a possibility to obtain specific variations of the structure of coatings with a certain proportion of structural components which will finale determine the functionality of the suggested coatings. Practical importance. Application of this coating will give us a possibility to increase the efficiency of the engine due to the decreased leakage of gases while preserving the size of the radial clearances and reduce the fuel consumption per hour.Item Уповільнення розвитку втоми в алюмінії під впливом електричного струму(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Правда М.І.; Сейдаметов С.В.; Правда М.И.; Сейдаметов С.В.; Pravda M.; Seidametov S.UK: Мета роботи. Дослідити процес розвитку втоми металів в умовах пропускання через них постійного електричного струму. Методи дослідження. Для дослідження розвитку втоми в алюмінії під впливом електричного струму використовувалася методика випробувань металів на симетричний знакозмінний вигин. Отримані результати. Проведені випробування на симетричний знакозмінний вигин зразків з алюмінію технічної чистоти в умовах пропускання через зразок постійного електричного струму та без нього. Виявлено, що пропускання струму через зразок сприяє уповільненню розвитку втоми металу. Наукова новизна. Запропонований механізм збільшення довговічності зразків з алюмінію при випробуваннях на симетричний знакозмінній вигин в умовах пропускання через зразок постійного електричного струму. Збільшення довговічності пов’язано з релаксацією дефектної структури при проходженні через зразок постійного електричного струму внаслідок перебудови кристалічної решітки, в результаті чого відбувалося деяке уповільнення розвитку втоми металу. Практична цінність. Отримані результати уповільнення розвитку втоми в алюмінії під впливом електричного струму дозволяють використовувати електричний вплив для збільшення довговічності та ресурсу деталей машин та конструкцій. RU: Цель работы. Исследовать процесс развития усталости металлов в условиях пропускания через них постоянного электрического тока. Методы исследования. Для исследования развития усталости в алюминии под воздействием электрического тока использовалась методика испытаний металлов на симметричный знакопеременный изгиб. Полученные результаты. Проведены испытания на симметричный знакопеременный изгиб образцов из алюминия технической чистоты в условиях пропускания через образец постоянного электрического тока и без него. Обнаружено, что пропускание тока через образец способствует замедлению развития усталости металла. Научная новизна. Предложен механизм увеличения долговечности образцов из алюминия при испытаниях на симметричный знакопеременный изгиб в условиях пропускания через образец постоянного электрического тока. Увеличение долговечности связано с релаксацией дефектной структуры при прохождении через образец постоянного электрического тока в результате перестройки кристаллической решетки, в результате чего происходило некоторое замедление развития усталости металла.Практическая ценность. Полученные результаты замедления развития усталости в алюминии под воздействием электрического тока позволяют использовать электрическое воздействие для увеличения долговечности и ресурса деталей машин и конструкций. EN: Slow down fatigue development in aluminum under the influence of electric current 44 Purpose. To study the process of development of metal fatigue under the conditions of passing a permanent electric current through them. Methods of research. To study the development of fatigue in aluminum under the influence of electric current, the method of testing metals for symmetric alternating bending was used. Results. Tests for symmetric alternating bending of samples made of technical purity aluminum under conditions of passing a direct electric current through the sample and without it were conducted. It was found that the current flow through the sample helps to slow the development of metal fatigue. Scientific novelty. A mechanism for increasing the durability of aluminum specimens during tests on symmetric alternating bending under conditions of passing a permanent electric current through the sample is proposed. The increase in durabiliti is associated with the relaxation of the defective structure when a direct electric current passes through the sample as a result of the restructuring of the crystal lattice, as a result of which there has been a slight slowdown in the development of metal fatigue. Practical value. The obtained results of slowing the development of fatigue in aluminum under the influence of electric current make it possible to use electric influence to increase the durability and resource of machine parts and structures.Item Вплив умов плавки та газонасиченості на формоутворення графіту в чавунах(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Іванов, Валерій Григорович; Ivanov, V.UK: Мета роботи. У цій статті наведено аналіз впливу умов плавки чавунів з різною морфологією графітової фази (пластинчастого, пластівчастого, кулястого) на газонасиченість чавунів. Методи дослідження. Застосовували металографічний, мікроренгеноспектральний і петрографічний методи аналізу чавунів. Отримані результати. Найбільш помітною виявилася залежність морфології графіту від вмісту кисню, не зважаючи на те, що з усіх газів найбільшим вмістом відрізнявся азот (до 0,016 %), а найменшим – водень (0,0002–0,0003 %). Менший вміст газів спостерігався при плавці чавунів в індукційних печах. Вміст кисню в досліджуваних чавунах не перевищував 0,001–0,003 % (за масою). Більший вміст кисню відповідав сірим чавунам з пластинчастим графітом, менший – ковким чавунам з пластівчастим графітом, і найбільш низький – високоміцним чавунам з кулястим графітом. Рентгеноспектральним аналізом встановлено, що кисень, головним чином міститься у графітовій фазі. У пластинчастих включеннях графіту було виявлено до 7 % кисню і до 3,5 % кисню – в кулястих. Наукова новизна. Незважаючи на досить велику вивченість впливу газів на структуроутворення чавунів, до сьогодні в практиці виробництва виливків контролю газів не приділяють належної уваги. Причому найбільш дискусійним залишається питання про форму наявності газів у чавунах і механізму їх впливу на структуроутворення і, особливо, формування графітової фази. Петрографічними дослідженнями встановлено, що кисень у чавунах здатний утворювати субоксиди. Утворення субоксидів (кремнію, магнію, алюмінію та ін.) відбувається в умовах дефіциту кисню в чавунах при взаємодії цих елементів з оксидом вуглецю (СО). Практичне значення. Отримані дані необхідні для розкриття механізму впливу газової фази на графітизацію чавунів і розробці оптимальних технологічних процесів отримання чавунних виливків з необхідними структурними показниками і комплексом фізико-механічних властивостей. EN: Purpose. The melting conditions effect for cast irons with different graphite phase morphologies (lamellar, flaky, globular) on cast irons gas saturation were analyzed. Methods of research. Metallographic, X-ray spectral and petrographic methods of cast iron analysis were used. Results. The dependence of the graphite morphology on the oxygen content was the most noticeable, despite the fact that nitrogen has its highest content of all gases (up to 0.016 %), and hydrogen has the lowest one (0.0002–0.003%). The smaller content of gases corresponded to cast irons melting in induction furnaces. The oxygen content in investigated cast iron does not exceed 0.001–0.003 % (by weight). Greater oxygen content corresponded to gray cast iron with lamellar graphite, the less one to ductile cast iron with flake graphite, and the lowest one to high-strength cast iron with nodular graphite. X-ray spectral analysis showed that oxygen is mainly contained in the graphite phase. In lamellar inclusions of graphite up to 7 % of oxygen and up to 3.5% of oxygen were detected in spherical inclusions. Scientific novelty. Despite relatively large number of gases impact stadies on the formation of cast irons in castings manufacture up to the present, the control of gases is neglected. And the most controversial is still the issue concerning the gases presence form in the cast irons and the mechanism of their influence on the structure formation and, in particular, the graphite phase formation. Petrographic studies showed that oxygen in cast iron is capable to form sub-oxides. The formation of sub-oxides (silicon, magnesium, aluminum, etc.) occurs under conditions of oxygen deficiency in cast irons when these elements interact with carbon monoxide (CO). Practical significance. The obtained data are necessary for revealing the mechanism of the gas phase impact on cast irons graphitization and the development of optimal technological processes for manufacturing iron castings with the necessary structural parameters and a complex of physical and mechanical properties.Item Исследование диссипативных свойств и характеристик поверхностного слоя наноструктурированных покрытий пера лопаток(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Пухальская, Гульнара Викторовна; Подгорский, К. Н.; Гликсон, И. Л.; Степанова, Любовь Петровна; Щербина, М. А.; Пухальська Гульнара Вікторівна; Підгорський, К. Н.; Гліксон, І. Л.; Степанова. Любов Петрівна; Щербина, М. А.; Puhalskaya, G.; Podgorsky, K.; Glikson, I.; Stepanova, L.; Shcherbyna, M.RUS: Цель работы. Исследовать характеристики поверхностного слоя и диссипативные свойства наноструктурированных покрытий лопаток ГТД. Методы исследования. Исследования проводили на лопатках из титанового сплава ВТ3-1, покрытых наноструктурированной медью и серебром после ультразвукового упрочнения шариками. Покрытия получали методом электронно-лучевого испарения и конденсации материала покрытия в вакууме [3]. Испытания по исследованию диссипативных свойств проводили на виброэлектродинамическом стенде ВЭДС-400 согласно [11]. Рентгеноструктурные исследования проводились на дифрактометре ДРОН-3 в медном монохроматическом излучении с фильтрацией дифракционных отражений и компьютерной обработкой данных. Полученные результаты. Приведены результаты исследований диссипативных свойств наноструктурированных покрытий из меди и серебра рабочих поверхностей лопаток. Показано, что лопатки обладают большей демпфирующей способностью, чем исходные без покрытия; причем конденсаты из наноструктурированной меди приводят к большей диссипации энергии. Результаты измерения шероховатости и микротвердости свидетельствуют о том, что покрытие не ухудшает качество поверхности и не приводит к изменению твердости подслойной области и сердцевины. Установлено, что покрытие пера лопаток из наноструктурированной меди и серебра не приводит к снижению выносливости лопаток и не изменяет частоту собственных колебаний лопатки. Научная новизна. Установлено, что наноструктурированные покрытия меди и серебра текстурованы и имеют ориентационное расположение плотноупакованных плоскостей (111) и, частично, плоскостей (100), параллельно поверхности лопатки, что должно обеспечивать хорошее сцепление покрытия с поверхностью лопатки. Практическая ценность. Установлено, что покрытие пера лопаток наноструктурированной медью приводит к значительному повышению демпфирующей способности лопаток и обеспечивает благоприятные характеристики поверхностного слоя, что позволяет рассматривать его в качестве возможной составляющей композитных защитных покрытий лопаток ГТД. UK: Мета роботи. Дослідити характеристики поверхневого шару та дисипативні властивості наноструктурованих покриттів лопаток ГТД. Методи дослідження. Дослідження проводили на лопатках з титанового сплаву ВТ3-1 з нанесеними покриттями наноструктурованої міді і срібла після ультразвукового зміцнення поверхні кульками. Покриття отримували методом електронно-променевого випаровування й конденсації матеріалу покриття у вакуумі [3]. Випробування дисипативних властивостей проводили на віброелектродинамічному стенді ВЕДС-400 згідно з [11]. Рентгеноструктурні дослідження проводилися на дифрактометрі ДРОН-3 в мідному монохроматичному випромінюванні з фільтрацією дифракційних променів і комп’ютерним обробленням даних. Отримані результати. Наведено результати досліджень дисипативних властивостей наноструктурованих покриттів з міді та срібла на робочі поверхні лопаток. Показано, що лопатки мають більшу демпфувальну здатність, ніж вихідні без покриття; причому конденсати з наноструктурованої міді приводять до більшої дисипації енергії. Результати вимірювання шорсткості й мікротвердості свідчать про те, що покриття не погіршує якість поверхні і не призводить до зміни твердості підшарової області і серцевини. Встановлено, що покриття пера лопаток з наноструктурованої міді і срібла не приводить до зниження витривалості лопаток і не змінює частоту власних коливань лопатки. Наукова новизна. Встановлено, що наноструктуровані покриття міді і срібла текстуровані і мають орієнтаційне розташування щільноупакованих площин ( 111 ) та частково площин (100), паралельно поверхні лопатки, що має забезпечувати гарне зчеплення покриття з поверхнею лопатки. Практична цінність. Встановлено, що нанесення покриття з наноструктурованої мідї на перо лопатки приводить до значного підвищення демпфувальної здатності лопаток і забезпечує сприятливі характеристики поверхневого шару, що дозволяє розглядати його як можливу складову композитних захисних покриттів лопаток ГТД. EN: Purpose. Investigate the characteristics of the surface layer and dissipative properties of nanostructured coatings of GTE blade. Methods of research. Studies were performed on blades of titanium alloy VT3-1 coated with nanostructured copper and silver after ultrasonic hardening with balls. Coatings were obtained by electron beam evaporation and condensation of the coating material in vacuum [3]. Tests for the study of dissipative properties were carried out on a VEDS-400 vibroelectrodynamic test bench according to [11]. X-ray diffraction studies were carried out on a DRON-3 diffractome-ter in monochromatic copper radiation with filtration of diffraction reflections and computer data processing. Results. The results of studies of the dissipative properties of nanostructured coatings of copper and silver on the working surfaces of blades are presented. It is shown that the these blades have a greater damping ability than the original without coating; moreover, condensates of nanostructured copper lead to greater energy dissipation. The results of measuring the roughness and microhardness indicate that the coating does not impair the quality of the surface and does not lead to a change in the hardness of the sublayer region and core. It has been established that the coating of blades feather made of nanostructured copper and silver does not lead to a decrease in the endurance of the shoulder-blades and does not change the frequency of natural oscillations of the blades. Scientific novelty. It has been established that nanostructured copper and silver coatings are textured and have an orientation arrangement of close-packed (111) planes and, partially, (100) planes, parallel to the shoulder-blade surface, which should ensure good adhesion of the coating to blade surface. Practical value. It has been established that the coating of feather blades with nanostructured copper leads to a significant increase in the damping capacity of the blades and provides favorable characteristics of the surface layer, which makes it possible to consider it as a possible component of composite protective coatings for GTE blades.