Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2022, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25853
Browse
Recent Submissions
Item Вплив модифікування ітрієм на структуру і властивості виливків, отриманих з вороття сплаву ЖС6У-ВІ(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Тьомкін, Д. О.; Клочихін, В. В.; Данілов, С. М.; Педаш, О. О.; Наумик, О. О.; Наумик, Валерій Владиленович; Tоmkin, D.; Klochikhin, V.; Danylov, S.; Pedash, O.; Naumyk, O.; Naumyk, V.UK: Мета дослідження. Вивчити вплив модифікування присадками нікель-ітрієвої лігатури на структуру і фізико-механічні властивості сплаву ЖС6У-ВІ, виплавленого із застосуванням в шихті власного технологічного вороття. Методи дослідження. На установці УППФ-3М з основним тиглем проводили дослідні плавки кондиційного технологічного вороття сплаву ЖС6У-ВІ із застосуванням високотемпературної обробки розплаву. З отриманих зливків, порізаних на мірні шихтові заготовки та очищених в дробометному барабані, методом рівноосної кристалізації в керамічних формах відливались дослідні зразки для механічних випробувань та визначення тривалої міцності. При заливанні однієї керамічної форми, розплав металу при температурі 1540 °С, піддавався модифікуванню нікель-ітрієвою лігатурою марки ІтН1 (розмір зерна 2…5 мм) у кількості 0,136% від маси шихти в тиглі з витримкою 1 хв. 15 с … 1 хв. Другий блок заливався без модифікування. Охолодження залитих блоків проводилося на плавильній ділянці за нормальної температури навколишнього середовища. Зразки проходили термообробку згідно з ОСТ 1 90126-85: нагрів до температури 1210 10 °С, витримка протягом 4 годин, охолодження на повітрі. Розрахунково-аналітичним методом оцінювали збалансованість хімічного складу дослідних сплавів. Визначали хімічний склад сплаву дослідних варіантів. Досліджували мікроструктуру, механічні властивості при кімнатній температурі. Випробування на тривалу міцність проводили при 975 °С під навантаженням 230 МПа. Отримані результати. Проведено дослідні плавки шихти, що складалась виключно з власного технологічного вороття сплаву ЖС6У-ВІ із застосуванням високотемпературної обробки розплаву та модифікування нікель-ітрієвої лігатурою. Вивчено хімічний склад, мікроструктура дослідного сплаву, його механічні властивості при кімнатній температурі, та показники жароміцності. Запропоновано методику визначення ступеня збалансованості хімічного складу сучасних жароміцних сплавів за сумарним вмістом груп легувальних елементів. Наукова новизна. Розрахунки, проведені згідно із запропонованою методикою визначення ступеня збалансованості хімічного складу сплаву показують, що для дослідних варіантів по межах зерен можуть утворюватися виділення фаз. Дослідженнями мікроструктури підтверджено виділення евтектичної фази γ-γ' у вигляді «білої» облямівки по потовщених межах зерен в металі зразка сплаву ЖС6У-ВІ. Згідно з розрахунками збалансованості системи легування металу дослідних плавок може спостерігатися не тільки потовщення меж зерен та виділення евтектичної фази γ-γ', а й зниження механічних властивостей та тривалої міцності. Застосування модифікування нікель-ітрієвої лігатурою у кількості 0,136 % у процесі переплаву із застосуванням високотемпературної обробки розплаву вороття сплаву ЖС6У-ВІ дозволяє забезпечити формування меж зерен без видимих виділень (забруднень). Встановлено, що у металі дослідної плавки із застосуванням модифікування нікель-ітрієвої лігатурою карбіди мають глобулярну та пластинчасту морфологію. Виділення евтектичної фази γ-γ' відсутнє. Механічні властивості і тривала міцність металу дослідних плавок із застосуванням високотемпературної обробки розплаву кондиційного вороття сплаву ЖС6У як із модифікуванням, так і без модифікування нікель-ітрієвою лігатурою відповідають вимогам ОСТ 1 90126-85, але при цьому нижче властивостей сплаву, відлитого із освіженням шихти. Практична цінність. Запропоновано розрахунково-аналітичний спосіб визначення ступеня збалансованості хімічного складу сучасних жароміцних сплавів за сумарним вмістом певних груп легувальних елементів. Встановлено, що модифікування присадками нікель-ітрієвої лігатури суттєво покращує мікроструктуру виливків, отриманих з технологічного вороття сплаву ЖС6У-ВІ, та створює умови для загального покращення якості матеріалу відповідальних виливків. Проведені дослідження показують, що використання 0,136% нікель-ітрієвої лігатури дозволяє очистити межі зерен, змінити морфологію неметалевих включень та протидіяти виділенню евтектичних включень у жароміцних нікелевих сплавах. EN: Purpose. To study the effect of modification of nickel-yttrium ligature with additives on the structure and physical and mechanical properties of ЖС6У-ВІ alloy, smelted using its own technological return in the charge. Research methods. On the УППФ-3М installation with the base crucible, experimental melting of standart technological return of the ЖС6У-ВІ alloy was carried out using high-temperature melt processing. Experimental samples for mechanical tests and determination of stress-rupture strength were cast from the obtained ingots, cut into measured batch blanks and cleaned in a shot blasting drum, using the method of equiaxial crystallization in ceramic molds. When pouring one ceramic mold, the metal melt at a temperature of 1540 °C was modified with a nickel-yttrium ligature of the ІтН1 brand (grain size 2...5 mm) in the amount of 0.136 % of the mass of the charge in a crucible with a holding time of 1 min 15 s ... 1 min. The second block was poured without modification. Cooling of the poured blocks was carried out at the melting site at normal ambient temperature. The samples underwent heat treatment according to ОСТ 1 90126-85: heating to a temperature of 1210 10 °C, holding for 4 hours, cooling in air. The balance of the chemical composition of the experimental alloys was evaluated by the computational and analytical method. The chemical composition of the alloy of experimental variants was determined. The microstructure and mechanical properties at room temperature were studied. Stress-rupture strength tests were performed at 975 °C under a load of 230 MPa. Results. Experimental melting of the charge was carried out, which consisted exclusively of our own technological return of the ЖС6У-ВІ alloy with the use of high-temperature processing of the melt and modification with a nickel-yttrium ligature. The chemical composition, microstructure of the experimental alloy, its mechanical properties at room temperature, and heat resistance indicators were studied. A method of determining the degree of balance of the chemical composition of modern superalloys based on the total content of groups of alloying elements is proposed. Scientific novelty. Calculations carried out in accordance with the proposed method of determining the degree of balance of the chemical composition of the alloy show that for the experimental variants, phase separations may form along the grain boundaries. Studies of the microstructure confirmed the separation of the γ-γ' eutectic phase in the form of a “white” border along the thickened grain boundaries in the metal of the ЖС6У-ВІ alloy sample. According to the calculations of the metal alloying system balance for experimental melts, not only the thickening of the grain boundaries and the separation of the γ-γ' eutectic phase, but also a decrease in mechanical properties and stress-rupture strength can be observed. The application of modification with nickel-yttrium ligature in the amount of 0.136 % in the remelting process with the use of high-temperature processing of the ЖС6У-ВІ alloy return melt allows to ensure the formation of grain boundaries without visible discharges (pollution). It was established that in the metal of the experimental melting with the application of modification with nickel-yttrium ligature, carbides have globular and lamellar morphology. There is no separation of the γ-γ' eutectic phase. The mechanical properties and stress-rupture strength of the metal of the experimental melts with the use of high-temperature processing of the melt of the conditioned return of the ЖС6У-ВІ alloy, both with and without modification by nickel-yttrium ligature, meet the requirements of OST 1 90126-85, but at the same time, they are lower than the properties of the alloy cast with charge refreshment. Practical value. A computational and analytical method of determining the degree of balance of the chemical composition of modern heat-resistant alloys based on the total content of certain groups of alloying elements is proposed. It was established that the modification of nickel-yttrium ligature with additives significantly improves the microstructure of castings obtained from the technological return of the ЖС6У-ВІ alloy and creates conditions for a general improvement in the quality of the material of the responsible castings. The conducted studies show that the use of 0.136 % nickel-yttrium ligature allows to clean grain boundaries, change the morphology of non-metallic inclusions and counteract the segregation of eutectic inclusions in nickel-based superalloys alloys.Item Штампова сталь 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням) для гарячого деформування алюмінієвого сплаву(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Сидорчук, О. М.; Sydorchuk, O.UK: Мета роботи. Одержання сталі з регульованим аустенітним перетворенням при експлуатації марки 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням) за технологією електрошлакового переплаву та встановлення оптимальних режимів термічної обробки (відпал, гартування та відпуск). Виготовлення інструменту (матриць) зі сталі 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням) для гарячого деформування алюмінієвого сплаву за температури експлуатації нижче критичної точки А1. Методи дослідження. Металографічний аналіз дослідних штампових сталей 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням) та кованої 4Х5МФ1С: дослідження структури металу; визначення питомого опору; визначення пороги міцності; визначення твердості та ударної в’язкості. Одержані результати. Наведено результати досліджень щодо оптимізації режимів термічної обробки (гартування та відпуск) сталі 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням). Скорегований хімічний склад (4Х4Н5М4Ф2) та оптимізований режим термічної обробки сталі, що дозволили підвищити теплостійкість до температури 650 °С. Встановлено температуру відпуску сталі (475±25 °С) при якій відбувається відпускна крихкість першого роду. Представлено дослідно-промислові випробування сталі 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням), для гарячого деформування алюмінієвого сплаву марки АК7ч, показано, що у дослідної сталі у порівнянні з кованою сталлю Н13 (аналог 4Х5МФ1С), яка використовується на одному із китайських підприємств, практично так ж стійкість. Наукова новизна. В процесі часткової перекристалізації (неповний відпал за температури 750±20 °С) сталі 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням) утворюється сфероїдизована карбідна складова, що спричинює на поліпшення механічної обробки заготовки для виготовлення матриць. Практична цінність. Показана можливість використання сталі з регульованим аустенітним перетворенням при експлуатації марки 4Х4Н5М4Ф2 (без обробки куванням) для широкого інтервалу температур експлуатації гарячого деформування: мідно-нікелевого (за температури експлуатації вище критичної точки А3) та алюмінієвого сплаву (за температури експлуатації нижче критичної точки А1) з підвищеним ресурсом експлуатації у порівнянні з кованою сталлю 4Х5МФ1С. EN: Purpose. Production of steel with controlled austenitic transformation during operation of the 4Х4Н5М4Ф2 grade (without forging treatment) using the technology of electroslag remelting and establishing optimal modes of heat treatment (annealing, quenching and tempering). Production of tools (matrices) from 4Х4Н5М4Ф2 steel (without forging treatment) for hot deformation of aluminum alloy at operating temperatures below the critical point A1. Research methods. Metallographic analysis of experimental die steels 4Х4Н5М4Ф2 (without forging treatment) and forged 4Х5МФ1С: study of metal structure; determination of specific resistance; determination of tensile strength; determination of hardness and impact strength. Results. The results of research on the optimization of heat treatment modes (quenching and tempering) of 4Х4Н5М4Ф2 steel (without forging treatment) are given. Adjusted chemical composition (4Х4Н5М4Ф2) and optimized mode of heat treatment of steel, which allowed to increase heat resistance up to a temperature of 650 °С. The tempering temperature of steel (475±25 °С) at which irreversible temper brittleness occurs is established. Experimental and industrial tests of steel 4Х4Н5М4Ф2 (without forging treatment) for hot deformation of AK7ч aluminum alloy are presented. It is shown that compared to forged steel H13 (an analogue of 4Х5МФ1С), which is used at one of the Chinese enterprises, the experimental steel has practically the same resistance . Scientific novelty. In the process of partial recrystallization (incomplete annealing at a temperature of 750±20 °C) of 4Х4Н5М4Ф2 steel (without forging treatment), a spheroidized carbide component is formed, which leads to an improvement in the mechanical processing of the workpiece for the manufacture of matrices. Practical value. The possibility of using steel with an adjustable austenitic transformation during operation of the 4Х4Н5М4Ф2 grade (without forging treatment) is shown for a wide range of operating temperatures of hot deformation: copper-nickel (at an operating temperature above the critical point A3) and aluminum alloy (at an operating temperature below the critical point A1) with increased service life compared to forged steel 4Х5МФ1С.Item Дослідження впливу параметрів виготовлення за технологією вибіркового лазерного плавлення (ВЛП) та порівняльні дослідження механічних властивостей алюмінієвого сплаву AlSi10Mg різного способу виробництва(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Аджамський, С. В.; Кононенко, Г. А.; Подольський, Р. В.; Adjamskiy, S.; Kononenko, G.; Podolskyi, R.UK: Мета роботи. Встановити раціональні режими виготовлення зразків з алюмінієвого сплаву AlSi10Mg при товщині шару 40 мкм за технологією вибіркового лазерного плавлення, дослідження їх механічних властивостей, та порівняння зі зразками, виготовленими за традиційним способом виробництва. Методи дослідження. Для визначення структурного стану сплавів використовували оптичну мікроскопію, гранулометричний аналіз проводили за допомогою скануючого електронного мікроскопу, механічні властивості визначали за стандартною методикою з застосуванням розривної машини; визначення пористості проводили за результатами мікроструктурного аналізу як відсоток площі, який займають пори. Отримані результати. Виконані дослідження впливу зміни параметрів (швидкість сканування, відстань між треками) виготовлення зразків за технологією вибіркового лазерного плавлення на зміну щільності виробу. Встановлено, що при збільшенні швидкості сканування до 1200 мм/с більш значну роль в отриманні високої щільності відграє саме відстань між треками. З аналізу механічних властивостей встановлено, що зразки виготовлені за технологією вибіркового лазерного плавлення за рекомендованими режимами мають вище значення тимчасового опору на 28 %, та менші значення характеристик пластичності (відносне подовження та відносне звуження) на 17,4 % та 31,7 % відповідно в порівнянні зі зразками, виготовленими за традиційним способом виробництва. Наукова новизна. Встановлено залежність зміни щільності дослідних зразків виготовлених за ВЛП-технологією з AlSi10Mg від параметрів виготовлення. Встановлено, що при швидкості сканування 1000…1100 мм/с зразки мають розмір пор в середньому від 2…7 мкм; зразки, виготовлені при швидкості сканування 1200 мм/с – від 1 до 5 мкм. Практична значимість. Застосування отриманих результатів дозволить виготовляти деталі з підвищеними характеристиками міцності зі сплаву на основі алюмінію AlSi10Mg . EN: Purpose. To work out the modes of manufacturing samples from aluminum alloy AlSi10Mg with a layer thickness of 40 microns using SLP technology, studying their mechanical properties, and comparing them with the traditional method of production. Research methods. To determine the structural state of alloys, optical microscopy was used, granulometric analysis was performed using a scanning electron microscope, mechanical properties were determined according to the standard method using a tearing machine; porosity was determined based on the results of microstructural analysis as a percentage of the area occupied by pores. Results. It was established that when the scanning speed is increased to 1200 mm/s, the distance between the tracks plays a significant role in obtaining high density. From the analysis of mechanical properties, it was established that the samples made by SLP technology have a higher value of tensile strength by 28%, and smaller plastic characteristics (relative elongation and relative reduction) by 17.4% and 31.7%, respectively, compared to the traditional production method. Scientific novelty. The dependence of the change in the density of the experimental samples made by the SLP technology with AlSi10Mg on the manufacturing parameters is shown. It was established that at a scanning speed of 1000...1100 mm/s, the pore size is on average from 2...7 μm and for samples made at a scanning speed of 1200 mm/s - from 1 to 5 μm. Practical value. Application of the obtained results will lead to the manufactured parts with increased strength characteristics.Item Increasing the wear resistance of heavy loaded friction units of anti-friction gas thermal coatings(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Popov, S.; Shumykin, S.; Laptieva, H.; Yuzhakov, M.; Попов, Сергій Миколайович; Шумикін, Сергій Олександрович; Лаптєва, Ганна Миколаївна; Южаков, М. С.EN: Purpose. The purpose of this study is to establish technological conditions and parameters for obtaining materials for improving the performance of machine parts under conditions of heavily loaded friction units due to quasi-tribosystems of gas thermal sprayed anti-friction layers. Research methods. Priori data were used in combination with our own scientific developments of the dependences of the influence of the chemical composition of gas thermal sprayed anti-friction layers on the physical and mechanical properties of the surface layer of the material, which is destroyed under tribosystem conditions. Results. On the basis of the theoretical and practical scientific research, a set of relevant knowledge has been obtained, which makes it possible to determine the main criteria requirements for obtaining anti-friction layers and graphically describe the characteristics of the alloy and show the correlations of the parameters with each other. The positive role of aluminum as a soft component of anti-friction pseudoalloys, which is well sprayed by thermal metallization at an affordable cost, has been experimentally confirmed. It has been proven that gas thermal coatings in the form of pseudoalloys, consisting of particles with different physical and mechanical properties of materials, can have up to 2–3 times higher wear resistance compared to single-component coatings from materials included in the composition. Scientific novelty. Theoretical and practical scientific research with the reproduction of system analysis to increase the resistance to destruction under the conditions of quasi-tribosystems of gas thermal sprayed antifriction layers is given. It is shown that in order to ensure a good running in of the contacting surfaces in the friction zone and particles of hard material with high wear resistance and resistance against sticking with the counterbody, anti-friction pseudoalloys of coatings should contain zones of material particles with lower hardness to comply with the Charpy principle. It has been determined that when spraying composite wires for application as a solid component of anti-friction coatings, it is possible to use particles of alloying elements that form intermetallic compounds or phase components of alloys with a high hardness during melting. A comparative analysis showed that two-component coatings deposited with composite wires are characterized by higher hardness and wear resistance under high contact pressures compared to coatings of the same composition deposited with different types of solid wires. Practical value. The obtained results allow, within the framework of technical and technological accuracy, which is necessary in the practical engineering forecasts, to determine the physical and mechanical properties of wear resistant gas thermal sprayed anti-friction layers under conditions of quasi-tribosystems. Thus, in comparison with cast antifriction materials of the same composition, anti-friction layers obtained by thermal metallization have a 1.5–1.8 times higher wear resistance. UK: Мета роботи. Встановлення технологічних умов та параметрів для отримання матеріалів підвищення працездатності деталей машин в умовах важконавантажених вузлів тертя за рахунок квазітрибосистем газотермічних напилених антифрикційних шарів. Методи дослідження. Використано апріорні дані у комплексі з власними науковими розробками залежностей впливу хімічного складу газотермічних напилених антифрикційних шарів на фізико-механічні властивості поверхневого шару матеріалу, що руйнується в умовах трибосистем. Отримані результати. На основі проведених теоретико-практичних наукових досліджень одержано комплекс відповідних знань, які дозволяють визначити основні критеріальні вимоги для отримання антифрикційних шарів та графічно описати характеристики сплаву та показати кореляції параметрів між собою. Експериментально підтверджено позитивну роль алюмінію як м’якої складової антифрикційних псевдосплавів, який при доступній собівартості добре розпилюється методом термічної металізації. Доведено, що газотермічні покриття у вигляді псевдосплавів, що складаються з частинок, що володіють різними фізикомеханічними властивостями матеріалів, можуть мати до 2–3 разів більшу зносостійкість порівняно з однокомпонентними покриттями матеріалів, що входять до складу композиції. Наукова новизна. Наведено теоретико-практичні наукові дослідження з відтворенням системного аналізу для підвищення опірності до руйнування в умовах квазітрибосистем газотермічних напилених антифрикційних шарів. Показано, що для забезпечення доброго припрацювання контактуючих поверхонь у зоні тертя та частинок твердого матеріалу з високою зносостійкістю та стійкістю до злипання з контртілом антифрикційні псевдосплави покриттів повинні містити зони частинок матеріалу. з меншою твердістю для дотримання принципу Шарпі. Визначено, що при розпиленні композиційних дротів, для використання в якості твердої складової антифрикційних покриттів можливо використання часток легуючих елементів, що утворюють в процесі плавлення інтерметаліди або фазові складові сплавів, які мають більшу твердість. Порівняльний аналіз показав, що двокомпонентні покриття, напилені композитними дротами, відзначаються більш високою твердістю і зносостійкістю в умовах високих контактних тисків у порівнянні з покриттями аналогічного складу, напиленими різнотипними суцільними дротами. Практичне значення. Отримані результати дозволяють в рамках технічної та технологічної точності, яка необхідна в практичних інженерних прогнозах, визначити фізико-механічні властивості зносостійких напилених газотермічних антифрикційних шарів в умовах квазітрибосистем. Так, порівняно з відлитими антифрикційними матеріалами аналогічного складу антифрикційні шари, отримані методами термічної металізації, відзначаються в 1,5–1,8 рази більш високою зносостійкістю.Item Determination of the optimal parameters of laser boriding to improve the wear resistance of piston ring(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Gluskova. D.; Volchuk, V.; Глушкова, Д. Б.; Волчук, В. М.EN: Purpose. The goal was to determine the effect of laser heating parameters on the structure and depth of the borated layer, since the properties of piston rings depend on the depth of the latter. Research methods. Microstructural and X- ray phase analyzes were used to determine the structural state of piston rings. Results. Application of traditional boriding methods associated with diffusion of boron into the solid phase leads to formation of the working layer having high brittleness. The conducted studies revealed that the increase in the speed of displacement of the part in the process of laser heating reduces the depth of the borated layer. Such a dependence is observed both at 0.15 mm thickness of coating and at a thickness of 0.30 mm. For all modes of workpiece displacement speed for the used boron containing envelope with the above-specified thickness a higher thickness of the borated layer and the heat affected area corresponds to a higher thickness of coating. Increase of the spot size leads to an increase in the depth of the layer. By X- ray and metallographic diffraction there were decoded the phases and structural constituents of the borated layer. Scientific novelty. An approach to solving the problem of increasing the wear resistance of piston rings without crumbling is shown. The use of laser heating during drilling ensures the formation of a new layer with special properties. However, optimal properties can be achieved only after establishing a relationship between the parameters of the process and the depth of the boron layer. X-ray and metallographic analysis determined the relationship between the rate of irradiation and the proportion of high-boron structures in the layer. It is shown that the borated layer in high-strength cast iron contains such phases as FeB, Fe2B, α- phase, borocementite Fe3(B,C). Practical value. Increased wear resistance of piston ring materials, which often limits the growth of machine productivity and their service life. Research results can be extended to other parts subject to intensive wear. UK: Мета роботи. Встановити вплив параметрів лазерного нагріву на склад та глибину шару борування, так як властивості поршневих кілець залежать від глибини останнього. Методи дослідження. Для визначення структурного стану поршневих кілець використовували мікроструктурний та рентгенофазовий аналізи. Отримані результати. Використання традиційних способів борування, пов’язаних з дифузією бору в тверду фазу, приведе до формування робочого шару, що має високу крихкість. В результаті проведених досліджень встановлено, що збільшення швидкості переміщення деталі в процесі лазерного нагріву зменшує глибину шару борування. Така залежність спостерігається як при товщині обмазки 0,15 мм, так і при товщині 0,30 мм. При всіх швидкостях переміщення зразка для використаної обмазки, що містить бор, із вказаними товщинами більша товщина борованого шару та зони термічного впливу відповідає більшій товщині обмазки. Збільшення діаметру плями сприяє зростанню глибини шару. Рентгенографічним і металографічним методами розшифровані фази і структурні складові шару борування. Наукова новизна. Показано підхід до вирішення проблеми підвищення зносостійкості поршневих кілець без окрихчування. Використання лазерного нагріву при боруванні забезпечує утворення нового шару з особливими властивостями. Однак оптимальні властивості можуть бути досягнуті тільки після встановлення зв’язку між параметрами проведення процесу і глибиною борованого шару. Рентгенографічним і металографічним аналізом визначений зв’язок між швидкістю опромінення і часткою високобористих структур в шарі. Показано, що борований шар в високоміцному чавуні містить такі фази, як FeB, Fe2B, α- фазу, бороцементит Fe3(B,C). Практична цінність. Підвищена зносостійкість матеріалів поршневих кілець, що часто обмежує зростання продуктивності машин і терміну їх експлуатації. Результати досліджень можуть бути поширені і на інші деталі, що підлягають інтенсивному зношуванню.Item Зв’язок між переривчастою пластичною течією та деформаційним зміцненням низьковуглецевої сталі(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Вакуленко, I. O.; Плітченко, С. О.; Болотова, Д. М.; Перков, О. М.; Vakulenko, І.; Plitchenko, S.; Bolotova, D.; Perkov, O.UK: Мета роботи. Визначення умов зникнення ділянки переривчастої течії та її вплив на деформаційне зміцнення низько вуглецевої сталі. Актуальність. Використання низьковуглецевих сталей з ділянкою переривчастої течії для штампування має суттєве обмеження. На підставі цього, питання впливу розміру зерна фериту на виникнення переривчастої течії є актуальними для визначення оптимального структурного стану сталей, що призначені для глибокої витяжки. Методи дослідження. Структуру зразків досліджували під світловим мікроскопом, розмір зерна фериту визначали за методиками кількісної металографії. Механічні властивості сталі визначали при розтяганні, за кімнатної температури і швидкості деформації 10-3 с-1. Характеристики зародження пластичної течії і параметри деформаційного зміцнення визначали за аналізом кривих розтягу в логарифмічних координатах. В області однорідного деформаційного зміцнення, деформацію порушення прямо пропорційного співвідношення lgσ-lgε визначали як момент формування дислокаційних структур з визначеною періодичністю. Отримані результати. Збільшення розміру зерна фериту супроводжується зменшенням ділянки переривчастої течії і зсувом моменту формування дислокаційної чарункової структури в бік малих пластичних деформацій. Швидкість деформаційного зміцнення в області однорідного деформаційного зміцнення і деформація Людерса зв’язані обернено пропорційним співвідношенням. За надмірно великих розмірів зерна фериту складнощі підтримки умов рівномірного розподілу ліній ковзання становлять одну з причин зникнення ділянки переривчастої течії на кривих деформації низьковуглецевої сталі. Наукова новизна. При збільшенні розміру зерна фериту деформація початку розпаду рівномірного розподілу дислокацій на періодичні структури, зсувається в бік зменшення. При цьому, підвищення спроможності металу до деформаційного зміцнення при формуванні смуги деформації сприяє зменшенню протяжності ділянки переривчастої течії. Практична цінність. Визначення характеру впливу розміру зерна фериту низьковуглецевої сталі на характеристики деформаційного зміцнення та формування дислокаційних періодичних структур, можуть бути корисними при визначенні оптимального структурного стану сталі для глибокої витяжки. EN: Purpose. Determination of the conditions for the disappearance of a section of intermittent flow and its effect on the strain hardening of low-carbon steel. Actuality. The use of low carbon steels with intermittent flow for stamping has a significant limitation. Based on this, the issues of the effect of ferrite grain size on the occurrence of intermittent flow are relevant for determining the optimal structural state of steels intended for deep drawing. Research methods. The structure of the samples was studied under a light microscope, the grain size of the ferrite was determined by the methods of quantitative metallography. The mechanical properties of steel were determined in tension at room temperature and a strain rate of 10-3 s-1. The characteristics of the initiation of plastic flow and the parameters of strain hardening were determined from the analysis of tension curves in logarithmic coordinates. In the region of uniform strain hardening, the deformation of the violation of the directly proportional relation lgσ-lgε was determined as the moment of formation of dislocation structures with a certain periodicity. Results. An increase in the grain size of ferrite is accompanied by a decrease in the region of intermittent flow and a shift in the moment of formation of a dislocation cellular structure towards small plastic deformations. The strain hardening rate in the region of uniform work hardening and the Lüders strain are related by an inversely proportional relationship. With excessively large grain sizes of ferrite, the difficulty of maintaining conditions for a uniform distribution of slip lines is one of the reasons for the disappearance of the intermittent flow region on the deformation curves of low-carbon steel. Scientific novelty. With an increase in the grain size of ferrite, the deformation of the beginning of the decay of a uniform distribution of dislocations into periodic structures is shifted to a decrease. At the same time, an increase in the ability of the metal to work hardening during the formation of a deformation band contributes to a decrease in the length of the intermittent flow section. Practical value. Determining the nature of the influence of the grain size of low-carbon steel ferrite on the characteristics of work hardening and the formation of dislocation periodic structures can be useful in determining the optimal structural state of steel for deep drawing.Item Про взаємодію мікролегувальних елементів з межами поділу зерен високочистих нікелю та заліза(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Ольшанецький Вадим Юхимович; Степанова, Любов Петрівна; Кононенко, Юлія Іванівна; Скребцов, Андрій Андрійович; Ol’shanetskii, V.; Stepanova, L.; Kononenko, Yu.; Skrebtsov, А.UK: Мета роботи. Доведення дійсності ефекту відтиснення деяких мікродомішок з внутрішніх меж зерен в їхні внутрішні об’єми з причин чисто термодинамічних уявлень. Методи дослідження. Вихідними даними були спеціально обрані хімічні склади модельних сплавів на основі високочистих нікелю та заліза, мікролегованих ітрієм, лантаном, цирконієм та ренієм. Вибір нікелю та заліза як основи досліджуваних сплавів обумовлений тим, що вони є базовими для численної групи промислових сплавів (жароміцних нікелевих матеріалів і широкого спектру сталей різного призначення). Визначення параметрів ґраток нікелю та заліза проводили із застосуванням удосконаленого дифрактометра типу ДРОН-1 в мідному (нікелеві сплави) і залізному (залізні сплави) рентгенівських випромінюваннях з монохроматизацією дифрагованих променів. Параметри ґраток визначали з використанням ліній (420) та (220) відповідно для нікелевих і залізних сплавів. Отримані результати. Мігруючі межі зерен в нікелі та залізі при рекристалізації утримують домішкові атоми та ще і частково «вимітають» їх з об’єму зерен. Потовщення примежових зон (тобто їх «розрихлення») запобігає можливості пересичення меж поділу мікролегувальними домішками. Встановлено ефект суттєвого відтиснення деяких мікролегувальних елементів (цирконію та ренію) вглиб зерен матричних фаз (нікель та залізо). З’ясовано, що найбільш ефективно впливають на характеристики міцності досліджених металевих матеріалів такі мікролегувальні елементи, як лантан (церій) та ітрій. Наукова новизна. Побудовані графіки зміни хімічного складу мікролегованих базових розчинів (нікелю та заліза) при збереженні тонкої будови меж зерен. У випадку їх розрихлення цей ефект відтиснення зникає. Практична цінність. Оскільки ефект мікролегування (як показано в наведених роботах) суттєво впливає на міцносні характеристики матеріалів, результати дослідження показали, які з обраних мікролегувальних елементів діють в цьому напрямку найбільш ефективно. EN: Purpose. Proof of the reality of the effect of displacement of some microadditives from the internal boundaries of the grains into their internal volumes for reasons of purely thermodynamic concepts. Research methods. The initial data were specially selected chemical compositions of model alloys based on high-purity nickel and iron, which are microalloyed with yttrium, lanthanum, zirconium and rhenium. The choice of nickel and iron as the basis for the alloys under study is due to the fact that they are the base for a large group of industrial alloys (heat-resistant nickel materials and a wide range of steels for various purposes). The lattice parameters of nickel and iron were determined using an improved DRON-1 type diffractometer in copper (nickel alloys) and iron (iron alloys) X-ray radiation with monochromatization of diffracted beams. The lattice parameters were determined, respectively, using the (420) and (220) lines, respectively, for nickel and iron alloys. Results. During recrystallization, migrating grain boundaries in nickel and iron retain impurity atoms and still partially “sweep” them out of the grain volume. The thickening of the boundary zones (that is, their "loosening") prevents the possibility of supersaturation of the interfaces with microalloying impurities. The effect of significant displacement of some microalloying elements (zirconium and rhenium) deep into the grains of the matrix phases (nickel and iron) has been established. It has been found that such microalloying elements as lanthanum (cerium) and yttrium have the most effective influence on the strength characteristics of the studied metallic materials. Scientific novelty. Graphs of changes in the chemical composition of microalloyed basic solutions (nickel and iron) are plotted while maintaining the fine structure of grain boundaries. If they are loosened, this crowding out effect disappears. Practical value. Since the effect of microalloying (as shown in the presented works) significantly affects the strength characteristics of materials, the results of the study showed which of the selected microalloying elements act most effectively in this direction.Item Вплив хімічного складу високохромистого чавуну на вміст хрому у зонах біля карбідів після відпалу при 720 °С(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Нетребко, Валерій Володимирович; Netrebko, V.UK: Мета роботи. Підвищення корозійної стійкості зносостійких високохромистих матеріалів, що працюють в умовах рідкого абразивного середовища, дозволяє збільшити експлуатаційну стійкість виробів з цих матеріалів, що є важливим завданням матеріалознавства. Однією з основних причин виникнення руйнівних корозійних процесів є нерівномірність розподілу хрому в металевій основі, що призводить до утворення мікрогальванічних пар на поверхні деталей, що знаходяться в електролітичному середовищі. Створення зносостійких високохромистих сплавів, в металевій основі яких не утворюються мікрогальванічні пари, є перспективним напрямком підвищення корозійної стійкості таких матеріалів. Дослідження процесів розподілу хрому після термічної обробки деталей з високохромистих чавунів, а саме формування зон металевої основи біля карбідів було здійснено. Методи дослідження. Аналітичний огляд публікацій. Металографічний, мікроструктурний та локальний мікро-рентгеноспектральний аналізи. Математичне модулювання процесів. Отримані результати. Виявлено, що в процесі термічної обробки в високохромистих чавунах утворюються структури із значною ліквацією хрому. Встановлено, що після відпалу виливок при 720 °С мінімальний вміст хрому в металевій основі спостерігається у зонах біля карбідів, а максимальний у центральних частинах зерен. Наявність в металевій основі зон із вмістом хрому більше 12 % (позитивний потенціал) і менше 12 % (негативний потенціал) призводить до утворення мікрогальванічних пар, що є головною причиною пришвидшення корозійного руйнування. Визначена залежність вмісту хрому в зонах біля карбіду після відпалу при 720 °С від хімічного складу чавуну. Наукова новизна. Запропоновано математичну модель визначення вмісту хрому в зонах біля карбідів після відпалу при 720 °С з витримкою 9 годин від хімічного складу чавуну в системі Fe-C-Cr-Mn-Ni. Це дозволяє прогнозувати вміст хрому у зонах біля карбів та запобігати утворенню мікрогальванічних пар. Практичне значущість. Отримана залежність (математична модель) може бути використана при розробці складів високохромистих зносостійких чавунів, з підвищеної корозійною стійкістю та оброблюваністю різанням. EN: Purpose. Increasing the corrosion resistance of wear-resistant high-chromium materials operating in a liquid abrasive environment makes it possible to increase the service life of products made from these materials, which is an important task in materials science. One of the main reasons for the occurrence of damage during corrosion processes is the uneven distribution of chromium in the metal base, which leads to the formation of microgalvanic pairs on the surfaces of parts in an electrolytic environment. The creation alloys of wear-resistant high-chromium, in the metal base of which microgalvanic vapors are not formed, is a promising direction for increasing the corrosion resistance of such materials. Investigation of chromium distribution processes after heat treatment parts of high-chromium cast iron, namely the formation of metal base zones near carbides. Research methods. Analytical review of publications. Metallographic, microstructural and local X-ray microanalysis. Mathematical modeling of processes. Results. It was revealed that during the heat treatment in high-chromium cast irons, structures with significant segregation of chromium are formed. It has been established that after annealing of castings at 720 °C, the minimum chromium content in the metal base is observed in the zones near carbides, and the maximum in the central zones of the graids. The presence zones with a chromium content of more than 12 % (positive potential) and less than 12 % (negative potential) leads to the formation of microgalvanic couples, which is the main reason for the acceleration of corrosion damage in the metal base. The dependence of the chromium content in the zones near the carbides after annealing at 720 °C on the chemical composition of cast iron has been determined. Scientific novelty. The mathematical model is proposed for determining the chromium content in the zones near carbides after annealing at 720 °C with an exposure of 9 hours from the chemical composition of cast iron in the Fe-C-Cr-Mn-Ni system. This makes it possible to predict the chromium content in the zones near the carbides and prevent the formation of microgalvanic pairs. Practical value. The dependence (mathematical model) obtained can be used in the development of compositions of high-chromium wear-resistant cast irons with increased corrosion resistance and machinability.Item Підвищення властивостей жароміцних нікелевих сплавів спрямованої кристалізації оптимізацією хімічного складу(Національний університет "Запорізька політехніка", 2022) Ольшанецький Вадим Юхимович; Глотка, Олександр Анатолійович; Грешта, Віктор Леонідович; Хвостак, Василь Володимирович; Ol’shanetskii, V.; Glotka, O.; Greshta, V.; Khvostak, V.UK: Мета роботи. Полягає у встановленні впливу хімічного складу на тип, хімічний склад та морфологію первинних карбідів жароміцного нікелевого сплаву, що дозволяє збільшити експлуатаційні властивості деталей шляхом структури карбідної складової. Методи дослідження. Моделювання процесів здійснювалось методом CALPHAD. Вихідними даними були хімічні склади модельних сплавів з різною концентрацією карбідоутворюючих елементів. Результатом обчислення були хімічні склади карбідів, що виділяються у відповідних системах. Експериментальні значення оброблялися статистичними методами з отриманням кореляційних залежностей типу «параметр-властивість» та встановленням математичних рівнянь регресійних моделей, які оптимально описують ці залежності. Отримані результати. Встановлено закономірності впливу хімічного складу металу на морфологію карбідів типу МС. Показано, що залежно від введених хімічних елементів у системі можуть змінюватись основа карбідів, що викликає зміну їх форми та збільшення тріщиностійкості матеріалу. Показано, що отримані залежності тісно корелюють з металографічними дослідженнями сплавів цього класу. Наукова новизна. Встановлені залежності впливу варіювання хімічного складу багатокомпонентної системи Ni-Cr-Co-Al-W-Re-Ta-Mo-Nb-C на хімічний склад та морфологію карбідів. Це дає змогу змінювати основу карбідів, їх склад та морфологію, цим самим покращуючи механічні властивості матеріалу, перш за все втомні та жароміцні характеристики. Практична цінність. Запропоновано ефективне рішення по встановленню структурно-фазового стану жароміцних нікелевих сплавів шляхом оптимізації їх хімічного складу, що дало змогу підвищити експлуатаційні властивості матеріалу. Встановлені залежності можуть бути використані при оптимізації складу промислових жароміцних ливарних нікелевих сплавів та при розробці нових композицій. EN: Purpose. It consists in establishing the influence of the chemical composition on the type, chemical composition and morphology of the primary carbides of the nickel-based superalloy, which allows to increase the operational properties of the parts through the structure of the carbide component. Research methods. Process modeling was carried out using the CALPHAD method. The initial data were the chemical compositions of model alloys with different concentrations of carbide-forming elements. The result of the calculation was the chemical composition of the carbides released in the corresponding systems. The experimental values were processed by statistical methods to obtain correlation dependencies of the “parameter-property” type and establish mathematical equations of regression models that optimally describe these dependencies. Results. The regularities of the effect of metal chemical composition on the morphology of carbides of MC type have been established. It is shown that depending on chemical elements introduced in the system, the basis of carbides can change, which causes a change in their shape and an increase in the crack resistance of the material. It is shown that the obtained dependences are closely correlated with metallographic studies of alloys of this class. Scientific novelty. The dependences of the influence of the chemical composition variation of the multicomponent system Ni-Cr-Co-Al-W-Re-Ta-Mo-Nb-C on the chemical composition and morphology of carbides have been established. This makes it possible to change the basis of the carbides, their composition and morphology, thereby improving the mechanical properties of the material, especially fatigue and heat-resistant characteristics. Practical value. An effective solution for establishing the structural-phase state of nickel-based superalloys by optimizing their chemical composition is proposed, which made it possible to improve the operational properties of the material. The established dependencies can be used in the optimization of the composition of industrial cast nickel-based superalloys and in the development of new compositions.