Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2024, №2
Постійне посилання зібранняhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25169
Переглянути
Нові надходження
Документ 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.Документ 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.Документ 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.Документ 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.Документ 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.