Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2025, №1
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25172
Browse
Recent Submissions
Item Застосування методу ортогональної диференціальної прогонки при аналізі стаціонарних динамічних задач в неоднорідних структурах(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Пожуєв, Андрій; Пожуєв, Володимир Іванович; Міхайлуца, Олена; Pozhuyev, Andriy; Pozhuev, Volodymyr; Mikhailutsa, OlenaUK: Мета роботи. Розвиток чисельного алгоритму для розв’язання широкого кола задач стаціонарної динаміки про взаємодію пластин і циліндричних оболонок з пружними інерційними основами, механічні параметри яких змінюються по товщині за довільними неперервними або дискретними законами. Розв’язання отриманим алгоритмом конкретних задач і оцінка впливу змінності характеристик середовища на основні динамічні характеристики на прикладі трьох задач стаціонарної динаміки. Методи дослідження. Для опису руху пластин і оболонок використовуються рівняння типу Тимошенко і рівняння, які базуються на гіпотезі Кірхгофа-Лява. Поведінка основи описується динамічними рівняннями теорії пружності в напруженнях, з яких з врахуванням змінності модуля Юнга і густини виведені рівняння у переміщеннях зі змінними коефіцієнтами, які в загальному випадку не вдається проінтегрувати аналітично. Для отриманої в результаті переходу до амплітуд і запису умов контакту між тонкостінною конструкцією і неоднорідною основою крайової задачі для системи звичайних диференціальних рівнянь застосовується метод ортогональної диференціальної прогонки, який на кожному кроці ортогоналізації використовує метод Рунге-Кутта для розв’язання задачі Коші. Таким чином, в задачах про вільні хвилі і власні частоти розв’язується задача на власні значення, а в задачах про рухомі навантаження треба використовувати зворотній хід і потім застосовувати метод суперпозиції. Для оцінки точності, а також оптимального вибору вузлів ортогоналізації в граничних випадках усіх розглянутих задач за умови однорідної основи знайдені аналітичні розв’язки і проведено порівняння результатів. Отримані результати. Створено пакет прикладних програм для чисельного розв’язання крайових однорідних і неоднорідних крайових задач для систем звичайних диференціальних рівнянь зі змінними коефіцієнтами, який ґрунтується на методі ортогональної диференціальної прогонки. В даному дослідженні цей пакет застосовується для задач із трьох основних класів задач стаціонарної динаміки: про розповсюдження вільних хвиль в системі циліндрична оболонка – неоднорідний пружний заповнювач, про визначення власних частот в трьохшаровій циліндричній оболонці з неоднорідним середнім шаром і про рух нормального навантаження по пластині на неоднорідній за товщиною основі. В кожній задачі показано вплив неоднорідності основи на фазові швидкості, власні частоти, переміщення пластини. Перевірена за допомогою граничних переходів до відповідних однорідних матеріалів ефективність розробленої програми для більш складних практичних задач і зроблено рекомендації по використанню даного алгоритму для середовищ зі значною кількістю шарів. Наукова новизна. Отримав розвиток для задач стаціонарної динаміки пластин і оболонок, які взаємодіють з тривимірним неоднорідним інерційним середовищем, алгоритм, який ґрунтується на методі ортогональної диференціальної прогонки. За його допомогою розв’язані три задачі з різних трьох класів даного розділу механіки деформівного твердого тіла. Вказані шляхи подальшого використання розробленого пакета на задачі таких класів. Практична цінність. Розроблений пакет програм і отримані за його допомогою результати можуть використовуватися в практиці роботи проектних організацій, які займаються розробкою елементів нової техніки, будівництва, прокладкою сучасних автомагістралей. Крім того, математична частина даної публікації може бути корисною не лише в механіці деформівного твердого тіла, а і в тих розділах науки, де виникають краєві задачі для систем звичайних диференціальних рівнянь. EN: Purpose. It is development of a numerical algorithm for solving a wide range of stationary dynamics problems on the interaction of plates and cylindrical shells with elastic inertial foundations, the mechanical parameters of which vary in thickness according to arbitrary continuous or discrete laws. Solution of specific problems by the obtained algorithm and assessment of the influence of the variability of the medium characteristics on the main dynamic characteristics using three stationary dynamics problems as an example. Research methods. Timoshenko-type equations and equations based on the Kirchhoff-Love hypothesis are used to describe the motion of plates and shells. The behavior of the foundation is described by dynamic equations of elasticity theory in stresses, from which, taking into account the changeability of Young's modulus and density, equations in displacements with variable coefficients are derived, which in the general case cannot be integrated analytically. For the boundary value problem for a system of ordinary differential equations obtained as a result of the transition to amplitudes and recording the contact conditions between a thin-walled structure and a non-uniform foundation, the orthogonal differential sweep method is used, which uses the Runge-Kutta method at each orthogonalization step to solve the problem. Thus, in problems of free waves and natural frequencies, the eigenvalue problem is solved, and in problems of moving loads, it is necessary to use the reverse move and then apply the superposition method. To assess the accuracy, as well as the optimal choice of orthogonalization nodes in the limiting cases of all the considered problems with a homogeneous foundation, analytical solutions are found and a comparison of the results is carried out. Results. A software package for numerical solution of homogeneous and heterogeneous boundary value problems for systems of ordinary differential equations with variable coefficients based on the orthogonal differential sweep method has been developed. In this study, this software package is used for problems from three main classes of stationary dynamics problems: propagation of free waves in a cylindrical shell – heterogeneous elastic filler system, determination of natural frequencies in a three-layer cylindrical shell with a heterogeneous middle layer, and motion of a normal load along a plate on a foundation heterogeneous in thickness. Each problem shows the influence of the foundation heterogeneity on phase velocities, natural frequencies, and plate displacement. The efficiency of the developed program for more complex practical problems has been tested using boundary transitions to corresponding homogeneous materials, and recommendations have been made on the use of this algorithm for media with a significant number of layers. Scientific novelty. An algorithm based on the orthogonal differential sweep method has been developed for problems of stationary dynamics of plates and shells interacting with a three-dimensional heterogeneous inertial medium. Three problems from three different classes of this section of solid mechanics have been solved with its help. The ways of further use of the developed package for problems of such classes are indicated. Practical value. The developed software package and the results obtained with its help can be used in the practice of design organizations engaged in the development of elements of new technology, construction, and the construction of modern highways. In addition, the mathematical part of this publication can be useful not only in the mechanics of a deformable solid, but also in those sections of science where boundary value problems arise for systems of ordinary differential equations.Item Дослідження впливу кута між кривошипами на запас міцності неповноопорного колінчастого валу циліндрового опозитного двигуна(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Слинько, Георгій Іванович; Корогодський, Володимир; Кушнір, Олександр; Сухонос, Роман Федорович; Слинько, Віра Василівна; Slyn’ko, Georgiy; Korohodskyi, Volodymyr; Kushnir, Olexandr; Sukhonos, Roman; Slinko, ViraUK: Мета роботи. Метою дослідження є зменшити навантаження, що діють на елементи неповноопорного колінчастого валу двоциліндрового опозитного двигуна внутрішнього згорання за рахунок вибору оптимального значення кута між кривошипами. Це дасть можливість підвищити запас надійності колінчастого валу. Методи дослідження. В роботі використовуються теоретичні (перехід від конкретного до абстрактного), емпіричні (спостереження, вимірювання, порівняння) та комплексні (абстрагування, моделювання, аналіз і синтез) методи досліджень. Для виконання дослідження використовувалась комп’ютерна програма Engine Calculation, пакет програм Microsoft Office. Об’єкт дослідження – чотиритактний двоциліндровий опозитний бензиновий мотоциклетний двигун МТ-10-36. Предмет дослідження – вплив кута між кривошипами γк неповноопорного колінчастого валу на запас міцності двоциліндрового опозитного двигуна. Отримані результати. Вирішено актуальне питання підвищення надійності двоциліндрового бензинового ДВЗ з різним кутом між кривошипами колінчастого валу γк . Розраховані сили, що діють на шатунні та корінні шийки колінчастого валу базового двигуна МТ-10-36 та двигунів зі зміненим кутом γк (всього 5 варіантів). Розраховано моменти, які набігають на всі корінні та шатунні шийки колінчастого валу, для двигунів з різним кутом γк. Розраховані чисельні значення запасів міцності елементів колінчастого валу дозволяють стверджувати, що двигуни з кутами γк = 210 град., γк = 240 град. або γк = 270 град. мають покращені показники надійності (у порівнянні з базовим двигуном). Наукова новизна. Відому методику розрахунку сил, що діють на корінні шийки ДВЗ, модифіковано для двоциліндрових опозитних двигунів, які не мають проміжної (середньої) корінної шийки; вперше отримано діаграми навантаження на корінні шийки для двоциліндрового опозитного неповноопорного ДВЗ з кривошипами, що зміщені на γк = 210 град., γк = 240 град., γк = 270 град.; вперше отримано графіки моментів, які набігають на шатунні та корінні шийки для двоциліндрового опозитного неповноопорного двигуна МТ-10-36 з кривошипами, що зміщені на γк = 210 град., γк = 240 град., γк = 270 град. Практична цінність. Методика визначення впливу кута між кривошипами неповноопорного колінчастого валу двоциліндрового ДВЗ на запас міцності колінчастого валу ДВЗ може бути використана при проектуванні нових двоциліндрових опозитних та V-подібних ДВЗ різного призначення. EN: Purpose. The purpose of the study is to reduce the loads acting on the elements of the partially supported crankshaft of a flat-twin internal combustion engine by choosing the optimal value of the angle between the crankpins. This will make it possible to increase the margin of safety of the crankshaft. Research methods. Theoretical (transition from specific to abstract), empirical (observation, measurement, comparison) and complex (abstraction, modeling, analysis and synthesis) research methods are used. The computer program Engine Calculation and Microsoft Office was used for the study. The object of the study is a four-stroke two-cylinder flat-twin gasoline motorcycle engine MT-10-36. The subject of the study is the influence of the angle between the crankpins γк of the partially supported crankshaft on the margin of safety of a crankshaft of flat-twin engine. Results. The current issue of increasing the reliability of a flat-twin gasoline internal combustion engine with a different angle between the crankshaft crankpins γк has been resolved. The forces acting on the connecting rod and main bearings of the crankshaft of the basic engine MT-10-36 and engines with a changed angle γк (5 variants) have been calculated. The impact moments on all main and connecting rod bearings of the crankshaft have been calculated for engines with different angles γк. The calculated numerical values of the safety margins of the crankshaft parts allow us to state that engines with angles γк = 210 °, γк = 240 ° or γк = 270 ° have improved reliability (in comparison with the basic engine). Scientific novelty. The known method of calculating the forces acting on the main bearings of internal combustion engines has been modified for flat-twin engines that do not have an intermediate (middle) main bearing. For the first time, load diagrams on the main bearings have been obtained for a partially supported crankshaft of flat-twin internal combustion engine with angles between crankpins γк = 210 °, γк = 240 °, γк = 270 °. For the first time, graphs of the impact moments on the connecting rods and main bearings have been obtained for a partially supported crankshaft of flat-twin engine MT-10-36 with cranks offset by γк = 210 °, γк = 240 °, γк = 270 °. Practical value. The method for determining the influence of the angle between the cranks of a partially supported crankshaft of a flat-twin internal combustion engine on the safety margin of the engine’s crankshaft can be used in the design of new flat-twin and V-twin internal combustion engines for various purposes.Item Побудова глобальної моделі відсіку носової стійки шасі літака, та порівняння її з локальною моделлю(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Левицька, Тетяна Ігорівна; Пожуєва, Ірина Сергіївна; Манжос, Олексій; Levytska, Tetyana; Pozhuieva, Iryna; Manzhos, OleksiyUK: Мета роботи. Побудова глобальної моделі відсіку шасі літака, дослідження напружено-деформованого стану зон конструкції відсіку та порівняльний аналіз її з локальною моделлю. Основна задача цієї роботи – оцінити можливість використання глобальної моделі для подальшої оцінки ресурсу та статичної міцності конструкції відсіку шасі літака. Методи дослідження. Розроблена глобальна модель та отримані чисельні розрахунки напружено-деформованого стану відсіку носової стойки шасі літака з використанням програмного комплексу PATRAN/NASTRAN. Для створення сітки плоских елементів були використані елементи типу Quad4. Для отримання сітки задовільних розмірів використовувався інструмент Mesh Seed. Метод створення сітки – Iso Mesh. Всі балочні елементі конструкції були змодельовані з використанням Bar елементів. Для чисельного розв’язку представленої задачі використаний нелінійний вирішувач 106 – Nonlinear Static. Отримані результати. Проведено чисельний розрахунок напружено-деформованого стану носової стійки шасі літака при глобальної моделізації. Отримано візуалізація лінійного переміщення, нормальних напружень на верхній та нижній поверхні стінки, прогини стінки та пластини між елементами підкріплення, локальне зображення рівноваги елементу по осьовій силі та згинаючому моменту. Побудовано графіки цих характеристик напружено-деформованого стану конструкції. Зроблено порівняльний аналіз результатів розрахунків локальної та глобальної моделей. Наукова новизна. Застосування методики розрахунку напружено-деформованого стану складних конструкцій елементів авіаційної техніки з використанням комп’ютерних програмних комплексів в умовах сучасного розвитку авіаційної науки та техніки. Практична цінність. Результати порівняльного аналізу глобальної та локальної моделей і методику чисельного обчислення напружено-деформованого стану складної конструкції можна використовувати для подальшої оцінки ресурсу та статичної міцності конструкції відсіку шасі літака. EN: Purpose. Construction of a global model of an aircraft landing gear compartment, study of the stress-strain state of the compartment structure zones, and a comparative analysis of it with a local model. The main task of this work is to assess the possibility of using a global model for further assessment of the resource and static strength of the structure of the aircraft landing gear compartment. Research methods. A global model was developed and numerical calculations of the stress-strain state of the nose strut compartment of the aircraft landing gear were obtained using the PATRAN/NASTRAN software complex. Quad4 type elements were used to create a mesh of flat elements. The Mesh Seed tool was used to obtain a mesh of satisfactory dimensions. The mesh creation method is Iso Mesh. All beam elements of the structure were modeled using Bar elements. For the numerical solution of the presented problem, the nonlinear solver 106 - Nonlinear Static was used. Results. A numerical calculation of the stress-strain state of the nose strut of the aircraft landing gear during global modeling was carried out. Visualization of linear movement, normal stresses on the upper and lower surface of the wall, deflection of the wall and the plate between the reinforcement elements, local representation of the equilibrium of the element in terms of axial force and bending moment was obtained. Graphs of these characteristics of the stress-strain state of the structure are constructed. A comparative analysis of the results of calculations of local and global models was made. Scientific novelty. Application of the method of calculating the stress-strain state of complex structures of aviation equipment elements using computer software complexes in the conditions of modern development of aviation science and technology. Practical value. The results of the comparative analysis of global and local models and the method of numerical calculation of the stress-strain state of a complex structure can be used for further assessment of the resource and static strength of the structure of the aircraft landing gear compartment.Item Надійність деталей машин при газоабразивному зношуванні(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Плескач, Володимир Михайлович; Акімов, Іван Васильович; Pleskach, Volodymyr; Akimov, IvanUK: Мета роботи. Полягає в аналізі закономірностей газоабразивного зношування матеріалу лопаток авіаційних компресорів, у знаходженні захисних покриттів, які забезпечують ефективне зменшення зносу, та надання рекомендацій щодо оптимального типу захисного покриття. Методи дослідження. При дослідженні використовувалася установка, конструкція якої дозволяє змінювати параметри газоабразивного зношування у широких межах, які б якнайкраще відтворювали умови зношування, що існують в авіаційних компресорах. Дослідженню піддавалися зразки зі сталі 14Х17Н2 і захисні шари, нанесені на неї азотуванням, нітроцементацією і ціануванням. Дослідження проводилося із застосуванням металографічного аналізу з метою виявлення структури, яка забезпечує оптимальний захист від газоабразивного зношування. Отримані результати. Проведений аналіз характеру і величини зносу матеріалів, що досліджувалися у потоці вільного абразиву залежно від швидкості абразивного потоку і його кута атаки. Визначено ступінь зменшення зносу сталі 14Х17Н2 при використанні захисних дифузійних покриттів. На підставі порівняльного оцінювання кількісних характеристик захисних шарів визначено покриття, яке оптимально зменшує знос сталі 14Х17Н2 при газоабразивному зношуванні. Наукова новизна. Визначена величина кутів атаки, які відповідають максимальному зношуванню, як для сталі 14Х17Н2, так і для запропонованих захисних дифузійних покриттів. На підставі металографічного аналізу виявлено, який склад (вид, величина і розташування) дисперсних частинок структури поверхневого шару забезпечує оптимальний опір газоабразивному зношуванню. Практична цінність. Результати роботи можуть бути використані конструкторами, що займаються виробами, які працюють в умовах газоабразивного зношування. На підставі отриманих залежностей матеріалів, що досліджувалися, від кута атаки є можливість обрати оптимальні матеріал і конфігурацію виробу таким чином, щоб зношування було мінімальним. EN: Purpose. Analysis of patterns of gas-abrasive wear of the material of aircraft compressor blades, finding protective coatings that provide effective wear reduction, and providing recommendations on the optimal type of protective coating. Research methods. During the study, a device was used, the design of which allows changing the parameters of gas-abrasive wear within wide limits, which would best reproduce the wear conditions existing in aviation compressors. Samples of 14X17H2 steel and protective layers applied to it by nitriding, nitrocementing, and cyanidation were tested. The study was conducted using metallographic analysis in order to identify the structure that provides optimal resistance to gas abrasive wear. Results. Analysis of the nature and amount of wear of the investigated materials was carried out in the flow of free abrasive depending on the speed of the abrasive flow and its angle of attack. The degree of wear reduction of 14X17H2 steel when using protective diffusion coatings was determined. On the basis of a comparative evaluation of the quantitative characteristics of protective layers, a coating that optimally reduces the wear of 14X17H2 steel during gas abrasive wear was determined. Scientific novelty.The value of the angles of attack corresponding to the maximum wear for both 14X17H2 steel and the proposed protective diffusion coatings was determined. Based on metallographic analysis, the composition (type, size, and location) of dispersed particles of the surface layer structure has been determined to provide optimal resistance to gas abrasive wear. Practical value. The results of this work can be used by designers who are engaged in the development of products that operate under gas-abrasive wear conditions. Based on the obtained dependencies of the studied materials on the angle of attack, it is possible to select the optimal material and configuration of the product in such a way that the wear was minimal.Item Дослідження впливу покриття різальної частини різця на вібрації при точінні(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Тришин, Павло Романович; Козлова, Олена Борисівна; Гончар, Наталя Вікторівна; Гембель, Іван; Tryshyn, Pavlo; Kozlova, Olena; Honchar, Natalia; Hembel, IvanUK: Мета роботи. Дослідження впливу покриття різальної частини різця на вібрації при точінні. Методи дослідження. Дослідження проводили експериментальним методом, при якому записували осцило-грами коливань різальної крайки різця-осцилятора. Аналітичним методом досліджували осцилограми, на яких виміряли параметри коливальної системи різця-осцилятора, що характеризують закон руху різальної крайки при автоколиваннях. Отримані результати. Підтверджено, що при застосуванні покриття різальної частини різця зменшується коефіцієнт тертя в зоні контакту інструмент-деталь. Це призводить до зміни умов стружкотворення і відображається зменшенням коефіцієнта усадки стружки в 1,14…1,28 рази. Аналіз осцилограм коливання ріжучої крайки різця-осцилятора показав, що застосування покриття майже не змінювало статичне відхилення. В той час амплітуда коливань зменшувалась в 1,1…1,4 рази. Зміна коливання ріжучої крайки відобразилась на вібраційному малюнку обробленої поверхні. При використанні ріжучої пластинки з покриттям шорсткість поверхні знижувалась в 1,05…1,18 рази. Наукова новизна. Отримані результати підтверджують вплив фрикційного ефекту на збудження і підтримання автоколивань Але враховуючи невелику величину зміни інтенсивності коливань при суттєвій зміні умов тертя можна зробити висновок, що вплив фрикційного ефекту в порівнянні з регенеративним ефектом або впливом коливання миттєвої швидкості різання набагато менший. Практична цінність. Отримані результати доводять вплив умов тертя в зоні контакту інструмент-деталь на інтенсивність автоколивань при точінні і надають можливість призначати покриття ріжучої частини інструменти для зменшення вібрацій. EN: Purpose. The aim of the work was to investigate the influence of the coating of the cutting part of the cutter on vibrations during turning. Research methods. The research was conducted by an experimental method, in which oscillograms of oscillations of the cutting edge of the cutter-oscillator were recorded. The analytical method was used to study the oscillograms on which the parameters of the oscillatory system of the cutter-oscillator were measured, which characterize the law of motion of the cutting edge during self-oscillations. Results. The results of the study confirmed that when applying a coating to the cutting part of the cutter, the friction coefficient in the tool-part contact zone decreases. This leads to a change in the chip formation conditions and is reflected in a decrease in the chip shrinkage coefficient by 1.2…1.35 times. Analysis of the oscillograms of the oscillation of the cutting edge of the cutter-oscillator showed that the application of the coating almost did not change the static deviation. At the same time, the amplitude of the oscillations decreased by 1.1…1.3 times. The change in the oscillation of the cutting edge was reflected in the vibration pattern of the machined surface. When using a cutting insert with a coating, the surface roughness decreased by 1.05…1.17 times. Scientific novelty. The obtained results confirm the influence of the friction effect on the excitation and maintenance of self-oscillations. However, taking into account the small magnitude of the change in the intensity of oscillations with a significant change in friction conditions, it can be concluded that the influence of the friction effect is much smaller compared to the regenerative effect. Practical value. The obtained results prove the influence of friction conditions in the tool-part contact zone on the intensity of self-oscillations during turning and provide an opportunity to choose the coating of the cutting part of the tool to reduce vibrations. self-oscillation,Item Influence of the working environment on the high-temperature corrosion of gas turbine unit parts(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Byelikov, Sergiy; Kononov, Vitaliy; Hlotka, Oleksandr; Vinichenko, Valeriy; Mykhaylov, Yuriy; Mykhaylov, Oleksiy; Makarov, Igor; Bulka, Andriy; Бєліков, Сергій Борисович; Кононов, Віталій Владиславович; Глотка, Олександр Анатолійович; Вініченко, Валерій Степанович; Михайлов, Юрій; Михайлов, Олексій; Макаров, Ігор; Булка, АндрійEN: Purpose The main objective of the work was to study the influence of the working environment on the performance of the ГТК-10I hollow working blades. Research methods. Microstructure studies were carried out on microsections under a “Neophot-2” microscope and a “Stereoscan” microscope-analyzer. Microhardness was measured with a ПМТ-5 device. Phase composition and lattice periods of the main components were measured on a ДРОН-1 diffractometer in copper Kα radiation. The content of chemical elements was measured on a REM-106I scanning electron microscope. Short-term strength tests (GOST 1497-61, GOST 9651-61, GOST 1497-84) were carried out on standard cylindrical samples (diameter of the working part 5 mm, length 25 mm) at temperatures of 200, 800, 900 and 10000C on a УМЕ-10TM tensile machine. Long-term strength tests (GOST 10145-81) were performed on standard cylindrical samples at temperatures of 800, 900, 10000C and corresponding loads of 600, 400, 180 MPa on the AIMA-5-2 machine by uniaxial stretching of samples under constant load. Comparative experimental studies of high-temperature corrosion of alloys were carried out in synthetic ash using a method widely used in the industry. For corrosion tests, standard cylindrical samples (diameter 10 mm, length l = 12 mm) were used, on which, after preliminary degreasing, measurement and weighing on an analytical balance with an accuracy of (± 0.0005 g), synthetic ash in an amount of 12 mg / cm2 was applied to their surface, simulating the combustion products of gas turbine fuel of the following composition, which were placed and kept in a furnace on a platform made of refractory material in an air atmosphere. Obtained results. Studies of the influence of the working environment on the performance of the ГТК-10I hollow blades. It is shown that the working environment significantly affects the performance of the ГТК-10I hollow blades. It was established that the outer layer of the profile part did not show deep damage due to their removal by a high-speed gas flow. It was established that corrosion damage begins from the beginning of operation and the damaged layer contains sulfides of the TiS and Ti2S3 types. It is shown that the short-term strength of the ЗМІ-3 alloy relative to the initial values (passport data) decreases by approximately 16–20 %. It was established that due to structural changes in the alloy during operation, the time to fracture of the samples under load decreased by approximately 18–22 %. Based on the studies performed, the use of protective coatings is necessary to increase performance. Scientific novelty. Obtained results make it possible to evaluate the processes that occur during operation on the surface of products and to establish relationships between alloying elements concentration and the corrosion rate. Practical value. Obtained results allow us to recommend domestic alloys as a substitute for foreign alloys without losing the properties and durability of the products. UK: Мета роботи. Дослідження впливу робочого середовища на працездатність робочих порожнистих лопаток ГТК-10І. Методи дослідження. Дослідження мікроструктури проводилися на мікрошліфах під мікроскопом «Неофот-2» і мікроскопом-аналізатором «Стереоскан». Мікротвердість вимірювали приладом ПМТ-5. Фазовий склад і періоди грат основних складових – на дифрактометрі ДРОН-1 в мідному Кα -випромінюванні. Вміст хімічних елементів – на растровому електронному мікроскопі РЕМ-106І. Випробування на короткочасну міцність (ГОСТ 1497-61, ГОСТ 9651-61, ГОСТ 1497-84) проводили на стандартних циліндричних зразках (діаметр робочої частини 5мм, довжина 25мм) при температурах 200, 800, 900 і 1000 С на розривній машині марки УМЭ-10ТМ. Випробування на тривалу міцність (ГОСТ 10145-81) проводили на стандартних циліндричних зразках при температурах 800, 900, 1000 С і відповідних навантаженнях 600, 400, 180 МПа на машині АИМА–5-2 шляхом одновісного розтягування зразків при постійному навантаженні. Порівняльні експериментальні дослідження високотемпературної корозії сплавів проводилися в синтетичній золі за методикою, яка широко застосовується в галузі. Для корозійних випробувань використовувалися стандартні циліндричні зразки (діаметр 10 мм, довжина l = 12 мм), на які після попереднього знежирення, вимірювання і зважування на аналітичних вагах з точністю (± 0,0005 г), наносилася на їх поверхню синтетична зола в кількості 12 мг / см2, що імітує продукти згоряння газотурбінного палива, які розміщувалися і витримувалися в печі на платформі з вогнетривкого матеріалу в повітряній атмосфері. Отриманні результати. Проведено дослідження впливу робочого середовища на працездатність робочих порожнистих лопаток ГТК-10І. Показано, що робоче середовище суттєво впливає на працездатність робочих порожнистих лопаток ГТК-10І. Встановлено, що зовнішній шар профільної частини не показав глибоких пошкоджень за рахунок їх винесення швидкісним газовим потоком. Встановлено, що корозійні пошкодження починаються з початку експлуатації та в пошкодженому шару містяться сульфіди типу TiS та Ti2S3. Показано, що короткочасна міцність сплаву ЗМІ-3 відносно початкових значень (паспортні дані) зменшується приблизно на 16–20 %. Встановлено, що внаслідок структурних змін у сплаві при експлуатації, час до руйнування зразків під навантаженням знизився приблизно 18–22 %. Для підвищення працездатності необхідно використання захисних покриттів. Наукова новизна. Отримані результати дають змогу оцінити процеси, що проходять під час експлуатації на поверхні виробів та встановити залежності між легуючими елементами та швидкістю корозії. Практична цінність. Отримані результати дозволяють рекомендувати вітчизняні сплави, як замінника закордонного сплаву без втрати властивостей та довговічності експлуатації виробів.Item Quality control of high-manganese steels by the paramagnetic state of austenite(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Ol’shanetskii, Vadym; Snizhnoi, Gennadii; Sazhnev, Volodymyr; Vasylenko, Olga; Onyshchenko, Denys; Ольшанецький, Вадим Юхимович; Сніжной, Геннадій Валентинович; Сажнєв, Володимир Миколайович; Василенко, Ольга Валентинівна; Онищенко, ДенисEN: Purpose. Determination of the methodology for the comprehensive evaluation of the mechanical properties of high-manganese steels according to one parameter that is sensitive to the influence of external factors, which will contribute to the reduction of laboratory research costs during the selection of the best samples (melts) of steel for the production of quality-critical products of responsible mechanical engineering. Research methods. Tearing tests were carried out on the УРМ-50 machine, the relative elongation was determined according to the standard method. Microhardness was measured using a ПMT3 device at a load of 50 g by a standard method. Determination of the specific paramagnetic susceptibility 0 of austenite (before mechanical tests) was carried out on automated magnetometric scales. Results. Based on the results of experimental studies, a correlation between mechanical properties and specific paramagnetic susceptibility 0 of austenite was established. The parameter 0 is a characteristic of the atomic-magnetic state of austenite and is a supersensitive value to the influence of various external factors. That is why it is proposed to use the specific paramagnetic susceptibility of austenite as an integral characteristic to determine the influence of various factors (chemical composition, smelting conditions, deformation, temperature, etc.) on the properties of steel. Scientific novelty. The idea of a relationship between the mechanical properties of austenitic steels and the previously formed atomic-magnetic state of the austenite matrix was proposed and experimentally confirmed. Practical value. The determined correlation between the mechanical properties of high-manganese steels and the specific paramagnetic susceptibility 0 of austenite and the proposed trend correspondence matrix make it possible to perform express forecasting and quality control of steels without conducting labor-intensive mechanical tests. UK: Мета роботи. Визначення методики для комплексної оцінки механічних властивостей високоманганових сталей за одним параметром, який є чутливим до впливу зовнішніх факторів, що сприятиме зменшенню витрат на лабораторні дослідження під час відбору найкращих зразків (плавок) сталей для виготовлення критичних до якості виробів відповідального машинобудування. Методи дослідження. Випробування на розрив проводили на машині УРМ-50, відносне видовження визначали за стандартною методикою. Мікротвердість вимірювали з використанням приладу ПМТ3 при навантаженні 50 г за стандартною методикою. Визначення питомої парамагнетної сприйнятливості 0 аустеніту (до механічних випробувань) здійснювали на автоматизованих магнетометричних терезах. Отримані результати. Виходячи з результатів експериментальних досліджень, встановлено наявність кореляції між механічними властивостями і питомою парамагнетною сприйнятливістю 0 аустеніту. Параметр 0 є характеристикою атомно-магнетного стану аустеніту і є надчутливою величиною до впливу різноманітних зовнішніх факторів. Саме тому запропоновано використовувати питому парамагнетну сприйнятливість 0 аустеніту як інтегральну характеристику для визначення впливу різноманітних факторів (хімічний склад, умови виплавлення, деформація, температура тощо) на властивості сталі. Наукова новизна. Запропоновано й експериментально підтверджено ідею про зв’язок між механічними властивостями аустенітних сталей і попередньо сформованим атомно-магнетним станом аустенітної матриці. Практична цінність. Визначений кореляційний зв’язок між механічними властивостями високоманганових сталей і питомою парамагнетною сприйнятливістю 0 аустеніту та запропонована матриця відповідності тенденцій обумовлюють можливість експрес-прогнозування та контроль якості сталей без проведення трудомістких механічних випробувань.Item Comparative analysis of the complex of properties of nickel-based superalloy(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Byelikov, Sergiy; Kononov, Vitaliy; Hlotka, Olexandr; Sydorenko, Michael; Pychek, Sergiy; Бєліков, Сергій Борисович; Кононов, Віталій Владиславович; Глотка, Олександр Анатолійович; Сидоренко, Михайло Володимирович; Пучек, СергійEN: Purpose. To conduct comparative studies of the complex of physico-mechanical properties of the imported alloy N-155 and the domestic alloy ЗМІ-11 in order to increase the service life of the rotating blades. To conduct comparative tests on the short-term and long-term strength of the alloys in the initial state (after heat treatment), to conduct comparative tests on the short-term and long-term strength of the alloys after prolonged thermal action at T = 850 C, 950 C for 1000, 3000, 5000 hours and to conduct research by metallographic method and micro-X-ray spectral analysis of the microstructure and phase composition of the alloys. Research methods. Alloy samples were made from ingots weighing 10 kg in a vacuum induction furnace УППФ-3M in an argon environment at a pressure of 1.4–5.3 Pa in crucibles with the main lining with simultaneous pouring of samples of equiaxed crystallization. Chemical analysis was carried out by standard methods in accordance with the requirements of TU 14-1689-73 and OST 1.90127-85. Microstructure studies were carried out on microsections, the plane of which was oriented normal to the surface on a light optical microscope “Olympus IX-70” with a digital video camera “ExwaveHAD color video camera Digital Sony” at magnifications ×200, ×500, ×1000. Strength tests (GOST 1497-61, GOST 9651-61, GOST 1497-84) were carried out on standard cylindrical samples (diameter of the working part 5 mm, length 25 mm) at temperatures 200, 800, 900 and 1000C on a УМЕ-10TM brand tensile machine. Long-term strength tests (GOST 10145-81) were carried out on standard cylindrical samples at temperatures 800, 900, 10000 C and corresponding loads 600, 400, 180 MPa on an AIMA-5-2 machine. Obtained results. It was found that during tests at 800 and 900С, the tensile strength of the N-155 alloy is 1.2 times lower than that of ЗМІ-11, and the long-term strength is 5.2 times lower, respectively. It was shown that the amount of the strengthening phase in the ЗМІ-11 alloy is 6…10 % more, evenly distributed throughout the alloy body. It was established that in the composition of the strengthening phase of the ЗМІ-11 alloy, the concentration of chromium, tungsten, and molybdenum remains practically unchanged and does not depend on the presence of niobium. At the same time, in the composition of the strengthening phase of the ЗМІ-11 alloy, the concentration of cobalt increases by 1.4 times, and the concentration of aluminum and titanium decreases by 1.1 times compared to the N-155 alloy. It was established that in the process of dissolving non-equilibrium eutectic precipitates, microvolumes arise, locally supersaturated with tungsten, chromium, and titanium, in which the probability of the formation of carbides on a more complex basis increases. It was found that during prolonged thermal action carbides based on tantalum TaC and on a mixed basis (Ta, Ti) C in the ЗМІ-11 alloy are thermally more stable than carbides in the N-155 alloy. Scientific novelty. The obtained results allow us to understand the thermodynamics of phase formation processes in two alloying systems and to establish the relationships between alloying elements concentration and the phase composition of the alloy. Practical value. The obtained results allow us to recommend the domestic ЗМІ-11 as a substitute for the foreign alloy N-155 without loss of properties and service life. UK: Мета роботи. Провести порівняльні дослідження комплексу физико-механічних властивостей імпортного сплаву N-155 і вітчизняного сплаву ЗМІ-11 з метою збільшення ресурсу роботи лопаток, що обертаються. Провести порівняльні випробування на короткочасну і тривалу міцність сплавів в початковому стані (після термообробки), провести порівняльні випробування на короткочасну і тривалу міцність сплавів після тривалої теплової дії при Т = 850 С, 950 С впродовж 1000, 3000, 5000 годин. Методи дослідження. Зразки сплавів виготовляли зі зливків вагою 10 кг у вакуумній індукційній печі УППФ-3М в середовищі аргону при тиску 1,4–5,3 Па в тиглях з основним футеруванням з одночасною заливкою зразків рівновісної кристалізації. Хімічний аналіз проводили стандартними методами згідно з вимогами ТУ 14-1689-73 і ОСТ 1.90127-85. Дослідження мікроструктури проводили на мікрошліфах, площина яких орієнтована по нормалі до поверхні на світловому оптичному мікроскопі «Olympus IX-70» з цифровою відеокамерою «ExwaveHAD color video camera Digital Sony» при збільшеннях ×200, ×500, ×1000. Випробування міцності (ГОСТ 1497-61, ГОСТ 9651-61, ГОСТ 1497-84) проводили на стандартних циліндричних зразках (діаметр робочої частини 5мм, довжина 25мм) при температурах 200, 800, 900 і 1000 С на розривній машині марки УМЭ-10ТМ. Випробування на тривалу міцність (ГОСТ 10145-81) проводили на стандартних циліндричних зразках при температурах 800, 900, 1000С і відповідних навантаженнях 600, 400, 180 МПа на машині АИМА-5-2. Отриманні результати. Встановлено, що при випробуваннях 800 та 900С границя міцності сплаву N-155 в 1.2 рази нижча ніж ЗМІ-11, а довготривала міцність в 5.2 рази менша відповідно. Показано, що кількість зміцнючої фази в сплаві ЗМІ-11 більше на 6…10 %, з рівномірним розподілом по тілу сплаву. Встановлено, що у складі зміцнюючої фази сплаву ЗМІ-11 концентрація хрому, вольфраму і молібдену залишається практично незмінною і не залежить від наявності ніобію. В той же час, у складі зміцнюючої фази сплаву ЗМІ-11 підвищується концентрація кобальту в 1,4 разу і знижується в 1,1 разу концентрація алюмінію і титану в порівнянні із сплавом N-155. Встановлено, що в процесі розчинення нерівноважних евтектичних виділень виникають мікрооб’єми, локально пересичені вольфрамом, хромом, титаном, в яких підвищується вірогідність утворення карбідів на складнішій основі. В ході досліджень було встановлено, що в процесі тривалої теплової дії карбіди на основі танталу TaC і на змішаній основі (Ta, Ti) C в сплаві ЗМІ-11 термічно стабільніші, ніж карбіди в сплаві N-155. Наукова новизна. Отримані результати дають змогу зрозуміти термодинаміку процесів фазоутворення в двох системах легування та встановити залежності між легуючими елементами та фазовим складом сплаву. Практична цінність. Отримані результати дають змогу рекомендувати як замінника закордонним N-155 на вітчизняний ЗМІ- 11 без втрати властивостей та ресурсу експлуатації.Item Аналіз ефекту модифікування ітрієм, гафнієм та ніобієм сплаву ЖС3ДК-ВІ зі зниженим вмістом вуглецю(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Тьомкін, Дмитро; Наумик, Валерій Владиленович; Tomkin, Dmytro; Naumyk, ValeriyUK: Мета роботи. Теоретичне прогнозування утворення карбідів та можливостей компенсації відсутності карбідного зміцнення у сплаві ЖС3ДК-ВІ зі зниженим вмістом вуглецю за рахунок додаткового модифікування ітрієм, гафнієм та ніобієм. Методи дослідження. Аналізом відповідних стехіометричних рівнянь реакцій визначено мінімальні умови отримання карбідів ітрію та гафнію. З використанням відомих розрахунково-аналітичних методик визначено прогнозовану 100- і 1000-годинну тривалу міцність сплаву ЖС3ДК-ВІ на різних рівнях легування без модифікування та умовного комплексно модифікованого ітрієм, гафнієм та ніобієм варіанту. Наукова новизна. Попередніми дослідженнями встановлено, що у структурі зразків зі зниженим вмістом вуглецю (0,015…0,020 % С) карбіди практично відсутні, а межі зерен дуже тонкі. При введенні ніобію, ітрію та гафнію відбувається утворення карбідів у формі глобулярних частинок в основному рівномірно розподілених в об'ємі металу. Розрахунками встановлено, що для проведення реакції карбідоутворення ітрію 0,015 % і гафнію 0,25 % достатньо 0,02014 % вуглецю. Як було раніше встановлено, при введенні 0,15...0,25 % гафнію в сплав ЖС3ДК-ВІ, всі карбіди виділені у вигляді глобулярних частинок, і розташовані по межах зерен та міждендритних просторах. Таким чином, оскільки відомо, що карбіди ітрію виділяються з розплаву і є підкладкою для зростання карбідів типів МС у вигляді глобулярних частинок, можна зробити висновок, що отриманої за розрахунками кількості ітрію і гафнію, може бути достатнім для утворення округлих карбідів у металі ЖС3ДК-ВІ із вмістом вуглецю 0,06…0,11 % (відповідно ОСТ 1.90.126-85). Таким чином можна зробити висновки, що при малому вмісті вуглецю: - ітрій не бере участі в карбідних реакціях, а витрачається на локальне легування поверхні розділу фаз, що уповільнює дифузійні процеси, підвищує структурну стабільність і жароміцність сплаву, зменшує розміри зерен, і подрібнює дендритну структуру; - гафній перешкоджає руйнуванню меж зерен за рахунок пригнічення виділення вторинних карбідів, і зміцнює γ´-фазу. Для компенсації браку карбідного зміцнення сплаву із вмістом вуглецю 0,015…0,020 %, розрахунково-аналітичними методиками вивчено можливості зміцнення γ´- фази за рахунок легування сплаву гафнієм та ніобієм. Практична цінність. Встановлено розрахункове збільшення тривалої міцності умовного комплексно модифікованого гафнієм, ніобієм та ітрієм сплаву до ~12 % щодо серійного сплаву ЖС3ДК-ВІ за ОСТ 1.90.126-85. Виходячи з отриманих даних, можна зробити висновок, що присадка гафнію в кількості 0,25 % і ніобію – 0,50 % компенсує відсутність карбідного зміцнення сплаву ЖС3ДК-ВІ при знижених вмістах вуглецю. EN: Purpose. Theoretical prediction of carbide formation and possibilities of compensating for the lack of carbide strengthening in the ЖС3ДК-ВІ alloy with a reduced carbon content through additional modification with yttrium, hafnium, and niobium. Research methods. By analyzing the corresponding stoichiometric reaction equations, the minimum conditions for obtaining yttrium and hafnium carbides were determined. Using known computational and analytical techniques, the predicted 100- and 1000- hour long-term strength of the ЖС3ДК-ВІ alloy at different alloying levels without modification and a conditional complexly modified with yttrium, hafnium and niobium variant were determined. Scientific novelty. Previous studies have established that in the structure of samples with a reduced carbon content (0.015...0.020 % C) carbides are practically absent, and the grain boundaries are very thin. When niobium, yttrium and hafnium are introduced, carbides are formed in the form of globular particles, mainly evenly distributed in the volume of the metal. Calculations have established that 0.02014 % carbon is sufficient for the carbide formation reaction of 0.015% yttrium and 0.25 % hafnium. As was previously established, when 0.15...0.25 % hafnium is introduced into the ЖС3ДК-ВІ alloy, all carbides are isolated in the form of globular particles, and are located along the grain boundaries and interdendritic spaces. Thus, since it is known that yttrium carbides are released from the melt and are a substrate for the growth of carbides of the MС type in the form of globular particles, we can conclude that the amount of yttrium and hafnium obtained by calculations may be sufficient for the formation of rounded carbides in the metal ЖС3ДК-ВІ with a carbon content of 0.06…0.11% (according to OST 1.90.126-85). Thus, it can be concluded that with a low carbon content: - yttrium does not participate in carbide reactions, but is spent on local alloying of the phase interface, which slows down diffusion processes, increases the structural stability and heat resistance of the alloy, reduces grain size, and refines the dendritic structure; - hafnium prevents the destruction of grain boundaries by suppressing the release of secondary carbides, and strengthens the γ´- phase. To compensate for the lack of carbide strengthening of the alloy with a carbon content of 0.015…0.020 %, the possibilities of strengthening the γ´- phase by alloying the alloy with hafnium and niobium were studied using computational and analytical methods. Practical value. The calculated increase in the long-term strength of a conventional alloy complexly modified with hafnium, niobium and yttrium up to ~12 % relative to the serial alloy ЖС3ДК-ВІ according to OST 1.90.126-85 has been established. Based on the data obtained, it can be concluded that the addition of hafnium in an amount of 0.25% and niobium – 0.50 % compensates for the lack of carbide strengthening of the ЖС3ДК-ВІ alloy at reduced carbon contents.