Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2025, №1
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25172
Browse
Recent Submissions
Item Quality control of high-manganese steels by the paramagnetic state of austenite(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Ol’shanetskii, Vadym; Snizhnoi, Gennadii; Sazhnev, Volodymyr; Vasylenko, Olga; Onyshchenko, Denys; Ольшанецький, Вадим Юхимович; Сніжной, Геннадій Валентинович; Сажнєв, Володимир Миколайович; Василенко, Ольга Валентинівна; Онищенко, ДенисEN: Purpose. Determination of the methodology for the comprehensive evaluation of the mechanical properties of high-manganese steels according to one parameter that is sensitive to the influence of external factors, which will contribute to the reduction of laboratory research costs during the selection of the best samples (melts) of steel for the production of quality-critical products of responsible mechanical engineering. Research methods. Tearing tests were carried out on the УРМ-50 machine, the relative elongation was determined according to the standard method. Microhardness was measured using a ПMT3 device at a load of 50 g by a standard method. Determination of the specific paramagnetic susceptibility 0 of austenite (before mechanical tests) was carried out on automated magnetometric scales. Results. Based on the results of experimental studies, a correlation between mechanical properties and specific paramagnetic susceptibility 0 of austenite was established. The parameter 0 is a characteristic of the atomic-magnetic state of austenite and is a supersensitive value to the influence of various external factors. That is why it is proposed to use the specific paramagnetic susceptibility of austenite as an integral characteristic to determine the influence of various factors (chemical composition, smelting conditions, deformation, temperature, etc.) on the properties of steel. Scientific novelty. The idea of a relationship between the mechanical properties of austenitic steels and the previously formed atomic-magnetic state of the austenite matrix was proposed and experimentally confirmed. Practical value. The determined correlation between the mechanical properties of high-manganese steels and the specific paramagnetic susceptibility 0 of austenite and the proposed trend correspondence matrix make it possible to perform express forecasting and quality control of steels without conducting labor-intensive mechanical tests. UK: Мета роботи. Визначення методики для комплексної оцінки механічних властивостей високоманганових сталей за одним параметром, який є чутливим до впливу зовнішніх факторів, що сприятиме зменшенню витрат на лабораторні дослідження під час відбору найкращих зразків (плавок) сталей для виготовлення критичних до якості виробів відповідального машинобудування. Методи дослідження. Випробування на розрив проводили на машині УРМ-50, відносне видовження визначали за стандартною методикою. Мікротвердість вимірювали з використанням приладу ПМТ3 при навантаженні 50 г за стандартною методикою. Визначення питомої парамагнетної сприйнятливості 0 аустеніту (до механічних випробувань) здійснювали на автоматизованих магнетометричних терезах. Отримані результати. Виходячи з результатів експериментальних досліджень, встановлено наявність кореляції між механічними властивостями і питомою парамагнетною сприйнятливістю 0 аустеніту. Параметр 0 є характеристикою атомно-магнетного стану аустеніту і є надчутливою величиною до впливу різноманітних зовнішніх факторів. Саме тому запропоновано використовувати питому парамагнетну сприйнятливість 0 аустеніту як інтегральну характеристику для визначення впливу різноманітних факторів (хімічний склад, умови виплавлення, деформація, температура тощо) на властивості сталі. Наукова новизна. Запропоновано й експериментально підтверджено ідею про зв’язок між механічними властивостями аустенітних сталей і попередньо сформованим атомно-магнетним станом аустенітної матриці. Практична цінність. Визначений кореляційний зв’язок між механічними властивостями високоманганових сталей і питомою парамагнетною сприйнятливістю 0 аустеніту та запропонована матриця відповідності тенденцій обумовлюють можливість експрес-прогнозування та контроль якості сталей без проведення трудомістких механічних випробувань.Item Comparative analysis of the complex of properties of nickel-based superalloy(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Byelikov, Sergiy; Kononov, Vitaliy; Hlotka, Olexandr; Sydorenko, Michael; Pychek, Sergiy; Бєліков, Сергій Борисович; Кононов, Віталій Владиславович; Глотка, Олександр Анатолійович; Сидоренко, Михайло Володимирович; Пучек, СергійEN: Purpose. To conduct comparative studies of the complex of physico-mechanical properties of the imported alloy N-155 and the domestic alloy ЗМІ-11 in order to increase the service life of the rotating blades. To conduct comparative tests on the short-term and long-term strength of the alloys in the initial state (after heat treatment), to conduct comparative tests on the short-term and long-term strength of the alloys after prolonged thermal action at T = 850 C, 950 C for 1000, 3000, 5000 hours and to conduct research by metallographic method and micro-X-ray spectral analysis of the microstructure and phase composition of the alloys. Research methods. Alloy samples were made from ingots weighing 10 kg in a vacuum induction furnace УППФ-3M in an argon environment at a pressure of 1.4–5.3 Pa in crucibles with the main lining with simultaneous pouring of samples of equiaxed crystallization. Chemical analysis was carried out by standard methods in accordance with the requirements of TU 14-1689-73 and OST 1.90127-85. Microstructure studies were carried out on microsections, the plane of which was oriented normal to the surface on a light optical microscope “Olympus IX-70” with a digital video camera “ExwaveHAD color video camera Digital Sony” at magnifications ×200, ×500, ×1000. Strength tests (GOST 1497-61, GOST 9651-61, GOST 1497-84) were carried out on standard cylindrical samples (diameter of the working part 5 mm, length 25 mm) at temperatures 200, 800, 900 and 1000C on a УМЕ-10TM brand tensile machine. Long-term strength tests (GOST 10145-81) were carried out on standard cylindrical samples at temperatures 800, 900, 10000 C and corresponding loads 600, 400, 180 MPa on an AIMA-5-2 machine. Obtained results. It was found that during tests at 800 and 900С, the tensile strength of the N-155 alloy is 1.2 times lower than that of ЗМІ-11, and the long-term strength is 5.2 times lower, respectively. It was shown that the amount of the strengthening phase in the ЗМІ-11 alloy is 6…10 % more, evenly distributed throughout the alloy body. It was established that in the composition of the strengthening phase of the ЗМІ-11 alloy, the concentration of chromium, tungsten, and molybdenum remains practically unchanged and does not depend on the presence of niobium. At the same time, in the composition of the strengthening phase of the ЗМІ-11 alloy, the concentration of cobalt increases by 1.4 times, and the concentration of aluminum and titanium decreases by 1.1 times compared to the N-155 alloy. It was established that in the process of dissolving non-equilibrium eutectic precipitates, microvolumes arise, locally supersaturated with tungsten, chromium, and titanium, in which the probability of the formation of carbides on a more complex basis increases. It was found that during prolonged thermal action carbides based on tantalum TaC and on a mixed basis (Ta, Ti) C in the ЗМІ-11 alloy are thermally more stable than carbides in the N-155 alloy. Scientific novelty. The obtained results allow us to understand the thermodynamics of phase formation processes in two alloying systems and to establish the relationships between alloying elements concentration and the phase composition of the alloy. Practical value. The obtained results allow us to recommend the domestic ЗМІ-11 as a substitute for the foreign alloy N-155 without loss of properties and service life. UK: Мета роботи. Провести порівняльні дослідження комплексу физико-механічних властивостей імпортного сплаву N-155 і вітчизняного сплаву ЗМІ-11 з метою збільшення ресурсу роботи лопаток, що обертаються. Провести порівняльні випробування на короткочасну і тривалу міцність сплавів в початковому стані (після термообробки), провести порівняльні випробування на короткочасну і тривалу міцність сплавів після тривалої теплової дії при Т = 850 С, 950 С впродовж 1000, 3000, 5000 годин. Методи дослідження. Зразки сплавів виготовляли зі зливків вагою 10 кг у вакуумній індукційній печі УППФ-3М в середовищі аргону при тиску 1,4–5,3 Па в тиглях з основним футеруванням з одночасною заливкою зразків рівновісної кристалізації. Хімічний аналіз проводили стандартними методами згідно з вимогами ТУ 14-1689-73 і ОСТ 1.90127-85. Дослідження мікроструктури проводили на мікрошліфах, площина яких орієнтована по нормалі до поверхні на світловому оптичному мікроскопі «Olympus IX-70» з цифровою відеокамерою «ExwaveHAD color video camera Digital Sony» при збільшеннях ×200, ×500, ×1000. Випробування міцності (ГОСТ 1497-61, ГОСТ 9651-61, ГОСТ 1497-84) проводили на стандартних циліндричних зразках (діаметр робочої частини 5мм, довжина 25мм) при температурах 200, 800, 900 і 1000 С на розривній машині марки УМЭ-10ТМ. Випробування на тривалу міцність (ГОСТ 10145-81) проводили на стандартних циліндричних зразках при температурах 800, 900, 1000С і відповідних навантаженнях 600, 400, 180 МПа на машині АИМА-5-2. Отриманні результати. Встановлено, що при випробуваннях 800 та 900С границя міцності сплаву N-155 в 1.2 рази нижча ніж ЗМІ-11, а довготривала міцність в 5.2 рази менша відповідно. Показано, що кількість зміцнючої фази в сплаві ЗМІ-11 більше на 6…10 %, з рівномірним розподілом по тілу сплаву. Встановлено, що у складі зміцнюючої фази сплаву ЗМІ-11 концентрація хрому, вольфраму і молібдену залишається практично незмінною і не залежить від наявності ніобію. В той же час, у складі зміцнюючої фази сплаву ЗМІ-11 підвищується концентрація кобальту в 1,4 разу і знижується в 1,1 разу концентрація алюмінію і титану в порівнянні із сплавом N-155. Встановлено, що в процесі розчинення нерівноважних евтектичних виділень виникають мікрооб’єми, локально пересичені вольфрамом, хромом, титаном, в яких підвищується вірогідність утворення карбідів на складнішій основі. В ході досліджень було встановлено, що в процесі тривалої теплової дії карбіди на основі танталу TaC і на змішаній основі (Ta, Ti) C в сплаві ЗМІ-11 термічно стабільніші, ніж карбіди в сплаві N-155. Наукова новизна. Отримані результати дають змогу зрозуміти термодинаміку процесів фазоутворення в двох системах легування та встановити залежності між легуючими елементами та фазовим складом сплаву. Практична цінність. Отримані результати дають змогу рекомендувати як замінника закордонним N-155 на вітчизняний ЗМІ- 11 без втрати властивостей та ресурсу експлуатації.Item Аналіз ефекту модифікування ітрієм, гафнієм та ніобієм сплаву ЖС3ДК-ВІ зі зниженим вмістом вуглецю(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Тьомкін, Дмитро; Наумик, Валерій Владиленович; Tomkin, Dmytro; Naumyk, ValeriyUK: Мета роботи. Теоретичне прогнозування утворення карбідів та можливостей компенсації відсутності карбідного зміцнення у сплаві ЖС3ДК-ВІ зі зниженим вмістом вуглецю за рахунок додаткового модифікування ітрієм, гафнієм та ніобієм. Методи дослідження. Аналізом відповідних стехіометричних рівнянь реакцій визначено мінімальні умови отримання карбідів ітрію та гафнію. З використанням відомих розрахунково-аналітичних методик визначено прогнозовану 100- і 1000-годинну тривалу міцність сплаву ЖС3ДК-ВІ на різних рівнях легування без модифікування та умовного комплексно модифікованого ітрієм, гафнієм та ніобієм варіанту. Наукова новизна. Попередніми дослідженнями встановлено, що у структурі зразків зі зниженим вмістом вуглецю (0,015…0,020 % С) карбіди практично відсутні, а межі зерен дуже тонкі. При введенні ніобію, ітрію та гафнію відбувається утворення карбідів у формі глобулярних частинок в основному рівномірно розподілених в об'ємі металу. Розрахунками встановлено, що для проведення реакції карбідоутворення ітрію 0,015 % і гафнію 0,25 % достатньо 0,02014 % вуглецю. Як було раніше встановлено, при введенні 0,15...0,25 % гафнію в сплав ЖС3ДК-ВІ, всі карбіди виділені у вигляді глобулярних частинок, і розташовані по межах зерен та міждендритних просторах. Таким чином, оскільки відомо, що карбіди ітрію виділяються з розплаву і є підкладкою для зростання карбідів типів МС у вигляді глобулярних частинок, можна зробити висновок, що отриманої за розрахунками кількості ітрію і гафнію, може бути достатнім для утворення округлих карбідів у металі ЖС3ДК-ВІ із вмістом вуглецю 0,06…0,11 % (відповідно ОСТ 1.90.126-85). Таким чином можна зробити висновки, що при малому вмісті вуглецю: - ітрій не бере участі в карбідних реакціях, а витрачається на локальне легування поверхні розділу фаз, що уповільнює дифузійні процеси, підвищує структурну стабільність і жароміцність сплаву, зменшує розміри зерен, і подрібнює дендритну структуру; - гафній перешкоджає руйнуванню меж зерен за рахунок пригнічення виділення вторинних карбідів, і зміцнює γ´-фазу. Для компенсації браку карбідного зміцнення сплаву із вмістом вуглецю 0,015…0,020 %, розрахунково-аналітичними методиками вивчено можливості зміцнення γ´- фази за рахунок легування сплаву гафнієм та ніобієм. Практична цінність. Встановлено розрахункове збільшення тривалої міцності умовного комплексно модифікованого гафнієм, ніобієм та ітрієм сплаву до ~12 % щодо серійного сплаву ЖС3ДК-ВІ за ОСТ 1.90.126-85. Виходячи з отриманих даних, можна зробити висновок, що присадка гафнію в кількості 0,25 % і ніобію – 0,50 % компенсує відсутність карбідного зміцнення сплаву ЖС3ДК-ВІ при знижених вмістах вуглецю. EN: Purpose. Theoretical prediction of carbide formation and possibilities of compensating for the lack of carbide strengthening in the ЖС3ДК-ВІ alloy with a reduced carbon content through additional modification with yttrium, hafnium, and niobium. Research methods. By analyzing the corresponding stoichiometric reaction equations, the minimum conditions for obtaining yttrium and hafnium carbides were determined. Using known computational and analytical techniques, the predicted 100- and 1000- hour long-term strength of the ЖС3ДК-ВІ alloy at different alloying levels without modification and a conditional complexly modified with yttrium, hafnium and niobium variant were determined. Scientific novelty. Previous studies have established that in the structure of samples with a reduced carbon content (0.015...0.020 % C) carbides are practically absent, and the grain boundaries are very thin. When niobium, yttrium and hafnium are introduced, carbides are formed in the form of globular particles, mainly evenly distributed in the volume of the metal. Calculations have established that 0.02014 % carbon is sufficient for the carbide formation reaction of 0.015% yttrium and 0.25 % hafnium. As was previously established, when 0.15...0.25 % hafnium is introduced into the ЖС3ДК-ВІ alloy, all carbides are isolated in the form of globular particles, and are located along the grain boundaries and interdendritic spaces. Thus, since it is known that yttrium carbides are released from the melt and are a substrate for the growth of carbides of the MС type in the form of globular particles, we can conclude that the amount of yttrium and hafnium obtained by calculations may be sufficient for the formation of rounded carbides in the metal ЖС3ДК-ВІ with a carbon content of 0.06…0.11% (according to OST 1.90.126-85). Thus, it can be concluded that with a low carbon content: - yttrium does not participate in carbide reactions, but is spent on local alloying of the phase interface, which slows down diffusion processes, increases the structural stability and heat resistance of the alloy, reduces grain size, and refines the dendritic structure; - hafnium prevents the destruction of grain boundaries by suppressing the release of secondary carbides, and strengthens the γ´- phase. To compensate for the lack of carbide strengthening of the alloy with a carbon content of 0.015…0.020 %, the possibilities of strengthening the γ´- phase by alloying the alloy with hafnium and niobium were studied using computational and analytical methods. Practical value. The calculated increase in the long-term strength of a conventional alloy complexly modified with hafnium, niobium and yttrium up to ~12 % relative to the serial alloy ЖС3ДК-ВІ according to OST 1.90.126-85 has been established. Based on the data obtained, it can be concluded that the addition of hafnium in an amount of 0.25% and niobium – 0.50 % compensates for the lack of carbide strengthening of the ЖС3ДК-ВІ alloy at reduced carbon contents.