Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2024, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25169
Browse
Recent Submissions
Item Influence of graphited dust on the abrasion processes of composite material based on polytetrafluoroethylene(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Bondar, N.; Tatarchuk, T.; Tomina, A.; Бондар, Н. П.; Татарчук, Тетяна Василівна; Томіна, А.-М. В.UK: Purpose. Study of the influence of graphitized dust on abrasive wear of polytetrafluoroethylene-based composites. Research methods. Experimental studies were performed using modern methods of physical and mechanical tests, which ensures the reliability of the results. A laboratory mixer with a rotating electromagnetic field and a hydraulic table press TU 10003 TORIN were used for the production of samples. Weighing of samples for experiments was carried out on a VLR-200 scale, abrasion assessment was carried out on a HECKERT machine. The friction surfaces were studied using a BIOLAM-M microscope. Results. The conducted studies showed that the index of abrasive wear of the composite with a polytetrafluoroethylene matrix decreases from 2.974 mm3/m to 2.539 mm3/m with a content of 10 % of graphitized dust. This helps to increase the service life of parts, which will reduce the frequency of their replacement, as well as reduce production costs. Given that graphitized dust is a waste of metallurgical production, its secondary use as a filler for composite materials allows to partially solve the environmental problem of disposal of production waste. Scientific novelty. Today, the production of products from composite materials is one of the promising directions of production, because the combination of a polymer matrix with various fillers makes it possible to obtain more economically profitable materials, forming the necessary physical properties. The possibility of using production waste as a filler allows solving the current problem of recycling and disposal of environmentally harmful substances. Therefore, the conducted research opens up new ways to solve a complex of environmental and economic problems. Practical value. The obtained results are important in the further process of manufacturing composite materials. The ability to increase the resistance of the material to abrasive abrasion allows the production of parts that work in friction conditions. EN: Мета роботи. Дослідження впливу графітизованого пилу на абразивне стирання композитів на основі політетрафторетилену. Методи дослідження. Експериментальні дослідження виконані із застосуванням сучасних методів фізичних та механічних випробувань, що забезпечує достовірність отриманих результатів. Для виготовлення зразків використано лабораторний змішувач з обертальним електромагнітним полем та гідравлічний настільний прес ТУ 10003 TORIN. Зважування зразків для дослідів проведено на вагах ВЛР-200, оцінка стирання – на машині HECKERT. Вивчення поверхонь тертя проведено за допомогою мікроскопу БІОЛАМ-М. Отримані результати. Проведені дослідження показали, що показник абразивного стирання композиту з матрицею політетрафторетилену зменшується з 2,974 мм3/м до 2,539 мм3/м при вмісту 10 % графітизованого пилу. Це сприяє збільшенню терміну служби деталей, що знизить частоту їх заміни, а також дозволить знизити витрати виробництва. Враховуючи, що графітизований пил є відходом металургійного виробництва, вторинне його використання в якості наповнювача для композитних матеріалів дозволяє частково вирішити екологічну проблему утилізації відходів виробництва. Наукова новизна. На сьогодні виготовлення виробів із композитних матеріалів є одними із перспективних напрямків виробництва, адже поєднання полімерної матриці з різними наповнювачами дає можливість отримувати більш економічно вигідні матеріали, формуючи необхідні фізичні властивості. Можливість використання в якості наповнювача відходів виробництва дозволяє вирішити актуальну проблему сьогодення щодо вторинної переробки та утилізації шкідливих для екології речовин. Тому проведені дослідження відкривають нові шляхи до вирішення комплексу екологічних та економічних проблем. Практична цінність. Одержані результати мають важливе значення в подальшому процесі виробництва композитних матеріалів. Можливість підвищення стійкості матеріалу до абразивного стирання дозволяє виготовляти деталі, які працюють в умовах тертя.Item Вибір теплоізоляційного матеріалу прес-форм для виготовлення виробів з композиційних матеріалів(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Плескач, Володимир Михайлович; Акімов, Іван Васильович; Кирилаха, Світлана В.; Pleskach, V.; Аkimov, I.; Kyrylakha, S.UK: Мета роботи. Полягає у розробленні методики теплового розрахунку прес-форм для виготовлення виробів з композиційних матеріалів, яка дозволяє обрати ізоляційний матеріал, що забезпечує ефективне заощаджування витрат тепла. Методи дослідження. При дослідженні проведений теоретичний аналіз існуючих теплових розрахунків пресс-форм; проведений аналіз теорії теплообміну на основі теорії подібності, використовуючи безрозмірні критерії Нуссельта, Грасгофа та Прандтля; проведений аналіз довідкових даних про властивості ізоляційних матеріалів. Отримані результати. З’ясовані та описані процеси конвективної тепловіддачі з бічної поверхні пресс-форми; розроблена методика розрахунку втрат енергії шляхом тепловіддачі при певній температурі на зовнішньої поверхні неізольованої пресс-форми; встановлено вирішальну роль для вибору ізоляційного матеріалу є температура стінки, з якої власне здійснюється тепловіддача; визначена методика зниження енерговитрат шляхом застосовування на поверхні тепловіддачі прес-форми шару з теплоізоляційного матеріалу, досягаючи на ізольованій поверхні прес-форми заданої температури; на прикладі прес-форми конкретних розмірів, обрані оптимальні матеріали і визначена їх ефективність у зниженні витрат тепла. Наукова новизна. Розроблена методики оцінювання ефективності теплоізоляційного матеріалу шляхом розрахунку температури на ізольованій поверхні прес-форми; зменшення у зв’язку з цим втрат тепла шляхом тепловіддачі досягається за допомогою обраного оптимального теплоізоляційного матеріалу, які мають відповідні теплофізичні і технологічні властивості. Практична цінність. Наведені відомості про вплив конструкції матриці прес-форми та довідкові відомості про теплопровідність теплоізоляційних матеріалів; запропонований метод розрахунку може бути використаний при проектуванні енергозаощаджувальних прес-форм для виготовлення виробів з композиційних матеріалів. EN: Purpose. The development of a method of thermal calculation of molds for the manufacture of products from composite materials, which allows you to choose an insulating material that ensures effective savings in heat consumption. Research methods. A theoretical analysis of the existing thermal calculations of the molds was carried out; an analysis of the theory of heat exchange based on the theory of similarity was carried out, using dimensionless criteria of Nusselt, Grashof and Prandtl; an analysis of reference data on the properties of insulating materials was carried out. Results. In the course of the work, the processes of convective heat transfer from the side surface of the mold were clarified and described; a method of calculating energy losses through heat transfer at a certain temperature on the outer surface of an uninsulated mold was developed; it was established that the temperature of the wall, from which the heat transfer is actually carried out, plays a decisive role in the selection of the insulating material; a method of reducing energy consumption is determined by applying a layer of heat-insulating material on the heat transfer surface of the mold, reaching a given temperature on the isolated surface of the mold; on the example of a mold of specific dimensions, the optimal materials were selected and their effectiveness in reducing heat consumption was determined. Scientific novelty. Developed methods for evaluating the effectiveness of heat-insulating material by calculating the temperature on the insulated surface of the mold; in this connection, the reduction of heat loss through heat transfer is achieved with the help of the selected optimal heat-insulating material, which has the appropriate thermophysical and technological properties. Practical value. Information on the impact of the design of the mold matrix and reference information on the thermal conductivity of heat-insulating materials are provided; the proposed calculation method can be used in the design of energy-saving molds for the manufacture of products from composite materials.Item Дія жорсткого тіла на внутрішню поверхню товстостінного біметалічного циліндра(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Пожуєв, Андрій Володимирович; Пожуєв, Володимир Іванович; Міхайлуца, Олена М.; Pozhuyev, A.; Pozhuev, V.; Mikhailutsa, O.UK: Мета роботи. Отримання точного розв’язання задачі про напружено-деформований стан довгого товстостінного біметалічного циліндра в рамках класичної теорії пружних матеріалів, а потім, використовуючи отримані при такій постановці результати, запропонувати більш прості інженерні підходи і дослідити можливості використання асимптотичних формул для експрес-аналізів на стадії проектування таких елементів конструкцій. Методи дослідження. Для основного тіла циліндра використовуються класичні рівняння теорії пружності у переміщеннях. Для зовнішнього покриття (напилення) записуються рівняння теорії оболонок, які ґрунтуються на гіпотезах Кірхгофа-Лява. Застосовується комплексне інтегральне перетворення Фур’є та метод Файлона для наближеного знаходження оригіналів напружень і переміщень. Також використовуються асимптотичні подання циліндричних функцій Бесселя для великих значень аргументу та подання невласних інтегралів у вигляді комбінацій елементарних та спеціальних табульованих функцій. Отримані результати. Побудована математична модель для аналізу напружено-деформованого стану біметалічного циліндру з тонким зовнішнім шаром з іншого матеріалу ніж матеріал внутрішнього шару. Записані різні граничні умови на внутрішній поверхні циліндра, які описують передачу від жорсткого тіла або заданих зусиль, або заданих переміщень. Для усіх розглянутих варіантів за допомогою методу інтегральних перетворень результати отримано у вигляді невласних інтегралів, для обчислення яких застосовано спеціальний метод, орієнтований на обчислення інтегралів із сильно осцилюючими функціями. Наведені приклади конкретних графіків зміни компонент напружено-деформованого стану в матеріалі циліндра. В залежності від умов на внутрішній поверхні циліндра, запропоновані більш прості моделі для опису основного тіла, які ґрунтуються в залежності від характеру опису взаємодії жорсткого тіла і циліндра на одному рівнянні теорії пружності. При такому підході невласні інтеграли обернення в деяких важливих випадках вдалося за допомогою асимптотичного підходу отримати в замкнутому вигляді, як комбінацію елементарних і спеціальних табульованих функцій. Порівняння з точним підходом дозволило довести можливість використання наближених моделей. Наукова новизна. Побудована модель поведінки біметалічного циліндра як тіла, основний шар якого описується рівняннями теорії пружності, а для зовнішнього покриття використовується теорія оболонок. Розглянуті різні способи опису передачі на внутрішню поверхню циліндра зусиль і переміщень від жорсткого тіла. Показано можливість використання асимптотичного підходу для отримання порівняно простих формул для проведення попередніх розрахунків на стадії проектування таких елементів конструкцій. Практична цінність. Отримані в роботі формули, графіки і алгоритми розрахунку можуть використовуватися в практиці роботи проектних організацій, які займаються бурильними установками, магістральними трубопроводами, артилерійськими стволами. Особливо важливо, що дані результати роботи можуть бути використані для так званих експрес-аналізів і попередньої оцінки. EN: Purpose. The goal of the work is to obtain an exact solution to the problem of the stress-strain state of a long thick-walled bimetallic cylinder within the framework of the classical theory of elastic materials. Then, using the results obtained with this formulation, it is necessary to propose simpler engineering approaches and explore the possibilities of using asymptotic formulas for express analyzes at the design stage of such structural elements. Research methods. For the main body of the cylinder, the classical equations of the theory of elasticity in displacements are used. For the outer coating (sputtering), the shell theory equations are written based on the Kirchhoff-Love hypotheses. The complex integral Fourier transform and the Failon method are used to approximately find the original stresses and displacements. Asymptotic representations of cylindrical Bessel functions for large values of the argument and representations of improper integrals in the form of combinations of elementary and special tabulated functions are also used. Results. A mathematical model has been constructed to analyze the stress-strain state of a bimetallic cylinder with a thin outer layer of a material different from that of the inner layer. Various boundary conditions are recorded on the inner surface of the cylinder, describing the transmission from a rigid body of either specified forces or specified displacements. For all considered options, using the method of integral transformations, the results were obtained in the form of improper integrals, for the calculation of which a special method was used, aimed at calculating integrals with highly oscillating functions. Examples of specific graphs of changes in the components of the stress-strain state in the cylinder material are given. Depending on the conditions on the inner surface of the cylinder, simpler models are proposed to describe the main body, which are based, depending on the nature of the description of the interaction of the rigid body and the cylinder, on one equation of the theory of elasticity. With this approach, in some important cases it was possible to obtain improper inversion integrals using the asymptotic approach in closed form as a combination of elementary and special tabulated functions. Comparison with the exact approach allowed us to prove the possibility of using approximate models. Scientific novelty. A model of the behavior of a bimetallic cylinder as a body is constructed, the main layer of which is described by the equations of the theory of elasticity, and the theory of shells is used for the outer coating. Various methods of describing the transfer of forces and displacements from a rigid body to the inner surface of the cylinder are considered. The possibility of using the asymptotic approach to obtain relatively simple formulas for carrying out preliminary calculations at the design stage of such structural elements is shown. Practical value. The formulas, graphs and calculation algorithms obtained in the work can be used in the practice of design organizations involved in drilling rigs, main pipelines, and artillery shafts. It is especially important that these work results can be used for so-called express analyzes and preliminary assessments.Item До високопродуктивного синтезу алюмінієвих нано-часток в плазмовій струмині при атмосферному тиску(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Петров, С. В.; Коржик, В. М.; Бондаренко, С. Г.; Строганов, Д. В.; Petrov, S.; Korzhyk, V.; Bondarenko, S.; Strohonov, D.UK: Мета роботи. Метою даного дослідження є вивчення високопродуктивного випаровування мікронного алюмінієвого порошку в плазмовому струмені атмосферного тиску для синтезу наноалюмінія. Використовуючи спеціальну плазмову техніку, наночастинки можна отримати шляхом швидкого плавлення і випаровування початкових мікрометричних частинок та їх подальшої повторної нуклеації. Методи дослідження. Використані методи математичного та комп’ютерного моделювання дозвукових турбулентних плазмових струменів при атмосферному тиску та експериментальні дослідження двофазних процесів при термічній плазмовій обробці з використанням дугового плазмотрону. Отримані результати. На основі комп’ютерного моделювання спроектована і розроблена спеціальна реакторна система, що включає до свого складу плазмово-струменевий реактор з електродуговим плазмотроном для синтезу наночастинок алюмінію. Чисельне моделювання надає можливість визначити положення точки плавлення, випаровування і дроблення розплавленої частинки, еволюцію фракційного складу дисперсної фази, знайти швидкість і температуру частинки на ділянці від точки її плавлення до точки дроблення. Проведена експериментальна перевірка роботи реакторної системи при використанні дугових плазмотронів потужністю 30 та 150 кВт. Показано, що інтенсифікація дроблення дисперсної сировини в плазмовому струмені може бути корисною в технологіях отримання наноматеріалів. Наслідком процесу дроблення є перерозподіл фракційного складу порошку вздовж плазмового струменя і супутні зміни динаміки руху, нагрівання та випаровування частинок. Визначено, що коли температура найбільших частинок алюмінію досягає 2500 °С, загальна кількість випаруваної маси теоретично дорівнює 100 %. Основними параметрами, що впливають на поведінку частинок у плазмовому струмені, є діаметр частинок, швидкість впорскування порошку, швидкість потоку, температура і склад плазмового газу. Урахування цих параметрів дозволить вести процес на підвищеній продуктивності. Наукова новизна. Отримано математичний опис процесу дроблення полідисперсного порошку, заснований на континуальному підході, що надає змогу визначити положення точки дроблення розплавленої частинки, фракційний склад дисперсної фази, знайти швидкість і температуру частинки на ділянці від точки її плавлення до точки дроблення і випаровування. Вперше показано, що можна вести процес коли повне випаровування розплавленої краплі здійснюється за рахунок високої ентальпії плазми до закінчення перемішування з парою. Практична цінність. Спроектована і розроблена спеціальна реакторна система, що включає до свого складу плазмово-струменевий реактор з електродуговим плазмотроном для синтезу наночастинок алюмінію. Визначені параметри роботи реакторної системи, що дозволить проводити процес синтезу наночастинок алюмінію з високою продуктивністю. EN: Purpose. To study the highly productive evaporation of aluminum micron powder in an atmospheric pressure plasma jet for the synthesis of nanoaluminum. Using special plasma technology, nanoparticles can be produced by rapid melting and evaporation of the initial micrometer particles and their subsequent re-nucleation. Research methods. Methods of mathematical and computer modeling of subsonic plasma turbulent jets at atmospheric pressure and experimental studies of two-phase processes during thermal plasma treatment using an arc plasma torch. Results. Based on computer modeling, a special reactor system was designed and developed, which includes a plasma-jet reactor with an electric arc plasma torch for the synthesis of aluminum nanoparticles. Numerical modeling makes it possible to determine the position of the melting point, evaporation and crushing of a molten particle, the evolution of the fractional composition of the dispersed phase, and find the speed and temperature of the particle in the area from its melting point to the crushing point. An experimental test of the operation of the reactor system was carried out using arc plasma torches with a power of 30 and 150 kW. It has been shown that intensifying the fragmentation of dispersed raw materials in a plasma jet can be useful in technologies for producing nanomaterials. The consequence of the fragmentation process is the redistribution of the fractional composition of the powder along the plasma jet and the accompanying changes in the dynamics of movement, heating and evaporation of particles. It has been determined that when the temperature of the largest aluminum particles reaches 2500 C, the total amount of evaporated mass is theoretically equal to 100 %. The main parameters influencing the behavior of particles in a plasma jet are particle diameter, powder injection rate, flow rate, temperature and composition of the plasma gas. Taking these parameters into account will allow the process to operate at increased productivity. Scientific novelty. A mathematical description of the process of fragmentation a polydisperse powder, based on a continuum approach, has been obtained, which makes it possible to determine the position of the crushing point of a molten particle, the fractional composition of the dispersed phase, and find the speed and temperature of the particle in the area from its melting point to the point of crushing and evaporation. It was shown for the first time that it is possible to carry out a process in which complete evaporation of a molten drop is achieved due to the high enthalpy of the plasma before the end of mixing with steam. Practical value. A special reactor system has been designed and developed, which includes a plasma-jet reactor with an electric arc plasmatron for the synthesis of aluminum nanoparticles. The operating parameters of the reactor system have been determined, which will allow the synthesis of aluminum nanoparticles to be carried out with high productivity.Item Оцінка фтораммонійної технології розкриття ільменіту з отриманням затребуваних матеріалів для промисловості та медицини(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Шевченко, Володимир Григорович; Баженов, Євген В.; Омельченко, Ольга Станіславівна; Шалева, Наталія Валеріївна; Shevchenko, V.; Bazhenov, Е.; Оmelchenkо, О.; Shaleva, N.UK: Мета роботи. Оцінювання переваг інноваційного напрямку одержання затребуваних оксидів титану та кремнію за технологією гідрофторування ільменітових концентратів. Методи дослідження. Оцінка якості лабораторних зразків – продуктів розкриття гідрофторуванням ільменіту щодо можливості інтеграції отриманих матеріалів як у існуючі виробничі схеми виробництва актуальної титанової та кремнієвої продукції, так і у забезпеченні сировинних потреб перспективних технологічних процесів. Хімічний аналіз виконувався методом атомарного спектрального аналізу. У лабораторних дослідженнях використовувався сировинний компонент – концентрат ільменіту Малишевського родовища (Вільногірський ГМК, Україна). В якості реагенту використовувався фторовмісний комплексоутворювач – фторид амонію (NH4F). Виконані лабораторні дослідження розкладання ільменіту у водному розчині фториду амонію при температурах, не перевищуючих 200 °С. Отримані результати. Визначення температурного діапазону та умов ведення процесу розкладання ільменіту забезпечує його високу продуктивність та отримання продуктів, які є проміжними і склад яких задає зміст наступних процесів одержання цільових продуктів. Реалізація розкладання ільменіту з використанням реакцій в твердій фазі забезпечує високий потенціал екологічної безпеки технології. Наукова новизна. Отримані дані можуть бути використані для обгрунтування працездатної версії енергозаощаджуючого технологічного процесу розкладання ільменітового концентрату. На підставі отриманих хімічних аналізів продуктів розкладання гідрофторуванням ільменіту встановлена відповідність отриманих продуктів вимогам до вихідних матеріалів ряду напрямків їх використання в металургії та медицині. Показана можливості інтеграції отриманих матеріалів як у існуючі виробничі схеми титанової та кремнієвої продукції, так і у забезпеченні сировинних потреб перспективних технологічних процесів. Практична цінність. Показники чистоти одержаних продуктів підтверджують перспективи дослідженої інтеграції розглянутої технології в існуючі виробничі схеми одержання продуктів, що містять титан і кремній. EN: Purpose. Evaluation of the advantages of the innovative direction of obtaining the sought-after titanium and silicon oxides using the technology of hydrofluorination of ilmenite concentrates Research methods. Evaluation of the quality of laboratory samples – products of hydrofluorination of ilmenite with regard to the possibility of integrating the obtained materials into existing production schemes for the production of current titanium and silicon products, as well as in providing raw materials for promising technological processes. Chemical analysis was carried out by the method of atomic spectral analysis. In the laboratory studies, the raw material component was used – ilmenite concentrate from the Malyshev deposit (Vilnohirsky MMC, Ukraine). A fluorine-containing complexing agent – ammonium fluoride (NH4F) was used as a reagent. Laboratory studies of the decomposition of ilmenite in an aqueous solution of ammonium fluoride at temperatures not exceeding 200 °C were performed. Obtained results. Determination of the temperature range and conditions for conducting the ilmenite decomposition process ensures its high productivity and obtaining products that are intermediate and the composition of which determines the content of the subsequent processes of obtaining the target products. Implementation of decomposition of ilmenite using reactions in the solid phase provides a high potential for environmental safety of the technology. Scientific novelty. The obtained data can be used to justify a workable version of the energy-saving technological process of decomposition of ilmenite concentrate. Based on the obtained chemical analyzes of the decomposition products by hydrofluorination of ilmenite, the compliance of the obtained products with the requirements for the starting materials of a number of areas of their use in metallurgy and medicine was established. The possibilities of integration of the obtained materials into the existing production schemes of titanium and silicon products, as well as in providing the raw material needs of promising technological processes are shown. Practical value. The indicators of the purity of the obtained products confirm the prospects of the researched integration of the considered technology into the existing production schemes for obtaining products containing titanium and silicon.Item Оцінка корозійно-механічних властивостей матеріалів та прогнозування безпеки деталей газових турбін(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Бєліков, Сергій Борисович; Вініченко, Валерій Степанович; Засовенко, Андрій Володимирович; Михайлов, Юрій Сергійович; Михайлов, Олексій С.; Макаров, Ігор С.; Шмирко, Віра Іванівна; Byelikov, S.; Vinichenko, V.; Zasovenko, A.; Mykhaylov, Y.; Mykhaylov, O.; Makarov, I.; Shmyrco, V.UK: Мета роботи. Визначення можливості застосування температурно-часових параметричних залежностей Міллера-Ларсона, Менсона-Хаферда, Шербі-Дорна для тривалого прогнозування характеристик міцності деталей, що зазнають окислювального і високотемпературного сульфідно-окислювального впливу. Методи дослідження. Дослідження тривалої міцності проводили на зразках із сплаву ВЖЛ-12У та ЗМІ-3У в синтетичній золі (66,2 % Na2SO4, 20,4 % Fe2O3, 8,3 % NiO, 3,3% CaO, 1,8 % V2O5) та окисному середовищі при температурі 800 ºС, 850 ºС. Для прогнозу межі міцності матеріалів в окисному та корозійному середовищі було застосовано температурно-часові параметричні залежності Міллера-Ларсона, Менсона-Хаферда, Шербі-Дорна. Мікроструктуру зразків досліджували з використанням оптичного мікроскопу МІМ-8М Отримані результати. Отримані результати свідчать про високий рівень корозійної стійкості зразків марки ЗМІ-3У при температурі 800 ºС, 850 ºС та можливість розрахунковим методом визначити границю міцності матеріалу на термін 1000, 5000 та 10000годин. Проведені випробування зразків сплаву ВЖЛ-12У в синтетичній золі показали розбіжність експериментального часу до руйнування зразків і розрахункового значення незалежно від параметричного методу, що вказує на безпосередню залежність тривалої міцності від ступеня корозійної пошкоджуваності поверхні зразків. Наукова новизна. Підтверджена можливість застосування температурно-часових параметричних залежностей Міллера-Ларсона, Менсона-Хаферда, Шербі-Дорна для тривалого прогнозування характеристик міцності деталей в окислювальному середовищі. В умовах сульфідно-окисного середовища застосування параметричних методів для визначення характеристик міцності на термін до 10000 годин можливе лише для корозійностійких сплавів. Інтенсивне корозійне пошкодження сплаву ВЖЛ12-У призводить до прискореної деформації, обмежує застосування температурно-часових залежностей для ефективного прогнозування часу руйнування деталей із даного матеріалу. Практична цінність. Визначення достовірного методу прогнозування характеристик міцності жароміцних сплавів в окисному та корозійному середовищі дозволяє знизити часові і фінансові витрати на проведення тривалих натурних досліджень. EN: Purpose. Determination of the possibility of using the temperature-time parametric dependences of Miller-Larson, Manson-Haferd, and Sherby-Dorn for long-term prediction of the strength characteristics of parts subjected to oxidation and high-temperature sulfide-oxidation effects. Research methods. Long-term strength studies were performed on samples of ВЖЛ-12У and ЗМІ-3У alloys in synthetic ash (66.2 % Na2SO4, 20.4 % Fe2O3, 8.3 % NiO, 3.3 % CaO, 1.8 % V2O5) and an oxidizing environment at temperatures of 800 °C and 850 °C. The Miller-Larson, Manson-Haferd, and Sherby-Dorn temperature-time parametric dependences were used to predict the tensile strength of materials in an oxidizing and corrosive environment. The microstructure of the samples was studied using an optical microscope MIM-8M. Results. The results obtained indicate a high level of corrosion resistance of ЗМІ-3У samples at 800 °C and 850 °C and the possibility of determining the tensile strength of the material for a period of 1000, 5000, and 10000 hours by the calculation method. Tests of ВЖЛ-12У alloy samples in synthetic ash showed a discrepancy between the experimental time to fracture and the calculated value, regardless of the parametric method, which indicates a direct dependence of long-term strength on the degree of corrosion damage to the surface of the samples. Scientific novelty. The possibility of using the Miller-Larson, Manson-Haferd, and Sherby-Dorn temperature-time parametric dependences for long-term prediction of the strength characteristics of parts in an oxidizing environment has been confirmed. In a sulfide-oxide environment, the use of parametric methods to determine strength characteristics for up to 10,000 hours is possible only for corrosion-resistant alloys. Intensive corrosion damage to ВЖЛ-12У alloy leads to accelerated deformation, which limits the use of temperature and time dependencies for effective prediction of the time of failure of parts made of this material. Practical value. Determining a reliable method for predicting the strength characteristics of heat-resistant alloys in an oxidizing and corrosive environment allows reducing the time and financial costs of conducting lengthy field studies.Item Strength calculation methodology for the technological containers for chemical heat treatment of workpieces(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Shevchenko, V.; Ryagin, S.; Onyshchenko, R.; Шевченко, Володимир Ггигорович; Рягін, Сергій Львович; Онищенко, Р. В.EN: Purpose. Development of a strength calculation methodology for the special technological containers for chemical heat treatment of workpieces, which considers the consequences of complex influence of the load and the main technological factors. Creation of possibility of full-value mathematical modelling of the special technological containers with complex three-dimensional geometric shape for chemical heat treatment of workpieces using the finite element method. Research methods. Mathematical modeling taking into account the hypothesis of linear failure accumulation from low-cycle fatigue and creep of material. Results. A strength calculation methodology for the special technological containers for chemical heat treatment of workpieces has been developed, which considers the consequences of complex influence of the load and the main technological factors: high-temperature corrosion, interaction with the chemical environment, creep, low-cycle fatigue. This methodology makes it possible to determine safe operation life of the containers. Load combinations have been considered. The main features of the design of the technological containers for chemical heat treatment of workpieces have been considered. Scientific novelty. It has been considered at calculations of the special technological containers the consequences just of the complex influence of the load and the main technological factors which occur during the chemical heat treatment of workpieces: high-temperature corrosion, interaction with the chemical environment, creep, low-cycle fatigue. Practical value. The developed methodology provides the possibility of full-value mathematical modelling of the special technological containers for chemical heat treatment of workpieces using the finite element method. It opens a way for multi-criteria optimization of the design of the containers with complex three-dimensional geometric shape with prospect of reduction of their weight with a certain resource of safe operation. This is one of the main factors of the practical value of this work because the containers for chemical heat treatment of workpieces are made of expensive heat-resistant steels. One factor more is the possibility to determine safe operation life and thus satisfy the requirements of safety engineering. UK: Мета. Розробка методики розрахунку міцності спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей, яка враховує наслідки комплексного впливу навантаження та головних технологічних факторів. Створення можливості повноцінного математичного моделювання спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей, яка має складну просторову геометричну форму, із застосуванням методу скінчених елементів. Методи дослідження. Математичне моделювання з урахуванням гіпотези лінійного підсумовування ушкоджень матеріалу від малоциклової втоми та повзучості. Отримані результати. Розроблена методика розрахунку міцності спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей, яка враховує наслідки комплексного впливу навантаження та головних технологічних факторів: високотемпературної корозії, взаємодії з хімічним середовищем, повзучості, малоциклової втоми. Ця методика дає можливість визначення ресурсу безпечної експлуатації тари. Враховано комбінації навантажень. Розглянуто основні особливості конструкції технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей. Наукова новизна. Врахування при розрахунку спеціальної технологічної тари наслідків саме комплексного впливу навантаження та головних технологічних факторів, що виникають при хіміко-термічній обробці деталей: високотемпературної корозії, взаємодії з хімічним середовищем, повзучості, малоциклової втоми. Практична цінність. Розроблена методика надає можливість повноцінного математичного моделювання спеціальної технологічної тари для хіміко-термічної обробки деталей із застосуванням методу скінчених елементів. Це відчиняє шлях до багатокритеріальної оптимізації конструкції тари, яка має складну просторову геометричну форму, з перспективою зменшення її маси при певному ресурсі безпечної експлуатації. Оскільки тару для хіміко-термічної обробки деталей виготовляють з коштовних жаростійких сталей, це є одним з головних факторів практичної цінності розробки. Іншим фактором є можливість визначити ресурс безпечної експлуатації та таким чином задовільнити вимоги техніки безпеки.Item Pulse deposition method for wire and arc additive manufacturing(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Molochkov, D.; Kulykovskyi, R.; Молочков, Деніс Є.; Куликовський, Руслан АнатолійовичUK: Purpose. To reduce the waviness of the side surfaces of wire and arc additive manufactured parts. Research methods. Two groups of deposited specimens were used. The waviness of the side surfaces was measured from digital images of the cross sections of the specimens. The images were obtained by optical digital scanning. To establish a functional relationship between the geometric parameters of the beads and the main deposition parameters, regression and analysis of variance were performed on the measured data. Results. It was found that different combinations of the main process parameters resulted in a surface waviness of 1.21 ± 0.23 mm. Based on the results obtained, a pulse deposition method was developed. The implementation of regular pauses reduced the heat input and the time spent by the material in the molten state, which limited its distribution. The proposed method resulted in a significantly lower waviness of 0.47±0.08 mm and a significant improvement in the stability of the resulting surface irregularity. Scientific novelty. It has been shown for the first time that the waviness of the side surfaces in wire and arc additive manufacturing does not depend on the main deposition parameters, but is related to the nature of the arc-based deposition process. The developed method of pulsed deposition limits the time the metal remains in the molten state, which reduces the waviness of the surfaces by up to 60% and improves the stability of the geometry by three times, reducing the standard deviation to 0.08 mm. Practical value. Pulsed deposition improves the predictability of the printed geometry by improving the accuracy and quality of the side surfaces. This reduces the required machining allowance, speeds up production, and reduces material waste. In some cases, the predictability of the geometry makes it possible to eliminate post-processing. EN: Мета роботи. Зменшення хвилястості бокових поверхонь деталей, які виготовляються методом адитивного виробництва на основі електродугового зварювання. Методи дослідження. Використано дві групи зразків, виготовлених методом адитивного виробництва на основі електродугового зварювання. Хвилястість бокових поверхонь вимірювалась на основі цифрових зображень поперечних перерізів зразків. Зображення отримано шляхом оптично-цифрового сканування. Для встановлення функціонального зв’язку між геометричними параметрами валиків і технологічними параметрами процесу виконувався регресійний та дисперсійний аналізи виміряних даних. Отримані результати. Визначено, що різні комбінації основних технологічних параметрів забезпечують хвилястість поверхонь 1,21 ±0,23 мм. Виходячи з отриманих результатів було розроблено метод імпульсного нанесення матеріалу. Впровадження періодичних переривань дозволило зменшити тепловнесення і час перебування матеріалу в розплавленому стані, що обмежило його розтікання. Запропонований метод забезпечив значно меншу хвилястість 0,47±0,08 мм і значне покращення стабільності утворюваної нерівномірності поверхонь. Наукова новизна. Вперше показано, що хвилястість бокових поверхонь при адитивному виробництві на основі електродугового зварювання не залежить від основних технологічних параметрів вирощування, а пов’язана саме з природою процесу нанесення розплавленого металу в цьому методі. Розроблений метод імпульсного нанесення матеріалу обмежує час перебування металу в розплавленому стані, чим досягається зменшення хвилястості поверхонь на величину до 60 % і покращення стабільності геометрії в три рази, за рахунок зменшення стандартного відхилення до 0,08 мм. Практична цінність. Імпульсний метод формоутворення покращує передбачуваність вирощуваної геометрії за рахунок покращення точності та якості бокових поверхонь. Це дозволяє зменшити величину припуску на обробку і пришвидшити виробництво, а також скоротити відходи. В окремих випадках передбачуваність геометрії дозволяє відмовитись від пост-обробки.Item Залежність мікротвердості покриттів з порошку АСД-1 від режимів холодного газодинамічного напилювання(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Шорінов, О. В.; Поливяний, С. О.; Shorinov, O.; Polyviany, S.UK: Мета роботи. Побудувати залежності мікротвердості алюмінієвого покриття з порошку АСД-1, отриманого холодним газодинамічним напилюванням, від температури та тиску газу на вході в сопло, а також дистанції напилювання. Методи дослідження. Планування та проведення експериментальних досліджень виконано з використанням методики планування багатофакторних експериментів та регресійного аналізу. Оброблення отриманих результатів експериментів здійснювалося в програмному пакеті для аналізу статистичних даних Stat-Ease 360. Дослідження мікротвердості напилених покриттів проводилося відповідно до ГОСТ 9450–76. «Вимірювання мікротвердості вдавлюванням алмазних наконечників» з використанням твердоміру мікро-Віккерс LECO AMH5 на підготовлених мікрошліфах зразків з покриттями. Отримані результати. Побудовано тривимірні (поверхні відгуку) та контурні графіки залежності мікротвердості покриттів, напилених холодним газодинамічним методом з порошку АСД-1, від основних параметрів процесу – температури та тиску газу на вході в сопло, а також дистанції напилювання в широкому діапазоні значень. За результатами встановлено, що температура газу ти дистанція напилювання мають найбільший вплив на мікротвердість покриттів. Описано зв’язок досліджуваних параметрів напилювання з температурно-швидкісними характеристиками частинок порошку та впливу на значення мікротвердості. Наукова новизна. Досліджено комплексний вплив основних параметрів процесу холодного газодинамічного напилювання, а саме температури та тиску газу на вході в сопло, а також дистанції напилювання, на мікротвердість алюмінієвих покриттів з порошку АСД-1 в широкому діапазоні значень. Практична цінність. Отримані залежності мікротвердості покриттів від параметрів процесу можуть бути використані при розробленні науково-обґрунтованих рекомендацій та технологічних процесів напилювання захисних й відновлювальних покриттів холодним газодинамічним методом, зокрема на деталі авіаційних двигунів. EN: Purpose. To investigate the effect of the main parameters of the cold spraying process, particularly the temperature and pressure of the gas at the nozzle inlet and stand-off distance, on the microhardness of the ASD-1 aluminum coating. Research methods. The planning and conducting of experimental research were carried out using the design of experiment methodology and regression analysis. The analysis of the obtained results of the experiments was carried out in the software package for statistical data Stat-Ease 360. The research of the microhardness of the sprayed coatings was carried out following GOST 9450-76 “Measurements microhardness by diamond instruments indentation@ using a LECO AMH5 micro-Vickers hardness tester on the prepared cross-section of samples with coatings. Results. Three-dimensional (response surfaces) and contour graphs of the dependence of the microhardness of coatings deposited by the cold spraying method from ASD-1 powder on the main process parameters - the temperature and pressure of the gas at the nozzle inlet and stand-off distance in a wide range of values - were constructed. According to the results, it was established that the gas temperature and the spraying distance have the most significant influence on the microhardness of the coatings. The relationship between the investigated parameters of spraying with the temperature and velocity characteristics of the powder particles and their effect on the microhardness is described. Scientific novelty. The complex effect of the main parameters of the cold spraying process, particularly the temperature and gas pressure at the nozzle inlet and the stand-off distance, on the microhardness of ASD-1 aluminum coatings in a wide range of values, was investigated. Practical value. The obtained dependences of coating microhardness on process parameters can be used in developing scientifically-based recommendations and technological processes of deposition of protective and restorative coatings by cold spraying, particularly on parts of aircraft engines.Item Structural changes during thermal strengthening of the railway wheel(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Vakulenko; Plitchenko, S.; Gubarev, S.; Khlebnikov, A.; Вакуленко, І. О.; Плітченко, С. О.; Губарєв, С. В.; Хлєбніков А. В.UK: Purpose. Justification of mechanism of the structure transformations in the carbon steel of the railway wheel during disk thermal strengthening. Research methods. The material for the study was carbon steel of a railway wheel with a content of 0.57 % C, 0.65 % Si, 0.45 % Mn, 0.0029 % S, 0.014 % P and 0.11 % Cr. The railway wheel was heated to temperatures higher than Ac3, kept at this temperature to complete austenite homogenization process, and disk was rapidly cooled to the specified temperature. Degree defectiveness structure of the metal after accelerated cooling was assessed using technique of X-ray structural analysis. Strength stress, yield stress and relative elongation of the carbon steel were determined at stretching at rate of deformation 10-3 s-1. Results. At accelerated cooling of the carbon steel, the sources of strengthening are the processes of blocking mobile dislocations due to the condensation of carbon atoms on them and dispersion strengthening from the formed particles of the carbide phase. At temperatures of termination of forced cooling of carbon steel above 300…350 °C, the reduction rate of strength properties is determined by the excess of total effect of softening from decomposition of the solid solution, acceleration of spheroidization and coalescence of cementite particles over the blocking of dislocations by carbon atoms and dispersion hardening. Scientific novelty. The level of strength and plasticity characteristics of carbon steel of the railway wheel disc, depending on the temperature end forced cooling, is determined by the ratio of the influence of degree super saturation of the solid solution and the dispersion strengthening by carbide phase. Practical value. For temperatures termination of accelerated cooling of 200…300 °C, degree of super saturation of the solid solution is the main factor that determines the level of strength and plasticity characteristics. When manufacturing an all-rolled railway wheel, the strength limit of the disc metal can be increased by accelerated cooling to the middle range of temperature. EN: Мета роботи. Обґрунтування механізму структурних перетворень при термічному зміцненні диску залізничного колеса. Методи дослідження. Матеріалом для дослідження була вуглецева сталь залізничного колеса зі вмістом 0,57 % C, 0,65 % Si, 0,45 % Mn, 0,0029 % S, 0,014 % P, 0,11 % Cr. Залізничне колесо піддавали нагріву до температур вище Ac3, витримували при цій температурі для завершення процесу гомогенізації аустеніту та прискорено охолоджували диск до визначеної температури. Оцінку ступеня дефектності структури металу після прискореного охолодження здійснювали з використанням методики рентгенівського структурного аналізу. Границі міцності, плинності і відносне видовження вуглецевої сталі визначали при розтяганні зі швидкістю деформації 10-3 с-1. Отримані результати. За умов прискореного охолодження вуглецевої сталі, джерелами зміцнення є процеси блокування рухомих дислокацій за рахунок виділення на них атомів вуглецю і дисперсійного зміцнення від сформованих частинок карбідної фази. При температурах припинення примусового охолодження вуглецевої сталі вище за 300…350 °С, темп зниження властивостей міцності визначається перевищенням сумарного ефекту пом’якшення від розпаду твердого розчину, прискорення сфероїдизації і коалесценції частинок цементиту над блокуванням дислокацій атомами вуглецю і дисперсійним зміцненням. Наукова новизна. Рівень характеристик міцності і пластичності вуглецевої сталі диску залізничного колеса в залежності від температури закінчення примусового охолодження визначається співвідношенням впливу від пересичення твердого розчину і дисперсійного зміцнення від карбідної фази. Практична цінність. Для температур припинення прискореного охолодження 200…300 °C, зниження ступеню пересичення твердого розчину є основним чинником, що визначає рівень характеристик міцності і пластичності. При виготовленні суцільнокатаного залізничного колеса підвищити границю міцності металу диску можна прискореним охолодженням до середнього інтервалу температур.