Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2023, №2
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25741
Browse
Recent Submissions
Item Математичне моделювання динаміки пружного півпростору з циліндричною порожниною, яка підкріплена оболонкою, при осесиметричних навантаженнях(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Засовенко, Андрій Володимирович; Фасоляк, Антон Володимирович; Zasovenko, A.; Fasoliak, A.UK:Мета роботи. Полягає у розробці математичної моделі пружного напівсередовища з циліндричною порожниною, підкріпленою оболонкою, та плитою, якою підкріплена поверхня напівсередовища на основі скінчено-елементного підходу. Проаналізувати нестаціонарний динамічний напружено-деформований стан даної механічного системи при вісесиметричних поверхневих навантаженнях, яке залежить від часу як одинична функція Хевісайда Отримати розв’язок відповідної статичної задачі та на основі отриманих результатів обчислити коефіцієнт динамічності розглянутої механічної системи. Методи дослідження. Метод скінченних елементів та - метод Вільсона для розв’язання відповідного матричного динамічного рівняння, який дозволяє звести диференціальне матричне рівняння до ітераційної послідовності квазістатичних задач. Для отримання наближеного розв’язку систем лінійних алгебраїчних рівнянь, які виникають в процесі розв’язку статичної та послідовності квазістатитичних задач, використовувався метод спряжених градієнтів. Отримані результати. Розроблена скінченно-елементна модель механічної системи пружне напівсередовище з циліндричною порожниною,підкріпленою оболонкою, та плитою, якою підкріплена поверхня напівсередовища. Проаналізовано нестаціонарний динамічний напружено деформований стан даної механічної системи при поверхневих вісесиметричних навантаженнях. Отримано розв’язок відвідної статичної задачі. На основі отриманих результатів встановлено коефіцієнт динамічності розглянутої механічної системи. Наукова новизна. Розроблений підхід дозволяє враховувати взаємний вплив циліндричної порожнини, підкріпленої оболонкою та плити, якою підкріплена поверхня напівсередовища під дією не стаціонарного динамічного навантаження, яке прикладене на поверхні плити. Практична цінність. Розроблені математичні моделі та отримані результати можуть бути використані при проектуванні підземних споруд, зокрема стволів шахт. EN: Purpose. The development of a mathematical model of an elastic semi-medium with a cylindrical cavity reinforced by a shell and a plate that reinforces the surface of the semi-medium based on the finite-element approach. The non-stationary dynamic stress-strain state of this mechanical system under axisymmetric surface loads, which depends on time as a unit Heaviside function was analyzed. The solution of the corresponding static problem was obtained. Based on the obtained results, the dynamic coefficient of the considered mechanical system was calculated. Research methods. The finite element method and the Wilson - method were used for solving static and the corresponding dynamic matrix equation correspondingly. The last one allows reducing the differential matrix equation to an iterative sequence of quasi-static problems. To obtain an approximate solution of systems of linear algebraic equations that take place in the process of solving static and a sequence of quasi-statistical problems, the conjugate gradients method was used. Results. A finite-element model of the mechanical system of an elastic semi-medium with a cylindrical cavity reinforced by a shell and a plate reinforces the surface of the semi-medium was developed. The non-stationary dynamic stress-deformed state of this mechanical system under action of the surface axisymmetric loads was analyzed. The solution of the corresponding static problem was obtained. Based of the results has been obtained, the dynamic coefficient of the considered mechanical system was determined. Scientific novelty. The developed approach allows to take into account the mutual influence of a cylindrical cavity reinforced by a shell and a plate that reinforces the surface of the semi-medium under the action of the non-stationary dynamic loads applied to the surface of the plate. Practical value. The developed mathematical models and obtained results can be used in the design of underground structures, in particular mine shafts.Item До розрахунку деталей машин на опір втоми(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Сочава, А. І.; Мартовицький, Леонід Максимович; Глушко, Василь Іванович; Фролов, Роман Олександрович; Задорожній, О. А.; Sochava, A.; Martovitskii, L.; Hlushko, V.; Frolov, R.; Zadorozhnii, О.UK: Мета роботи. Метою даної роботи було узагальнення довідкових та експериментальних даних та надання рекомендацій до проектування деталей машин на опір втомі в умовах асиметрії циклу. Методи дослідження. Для дослідження проблеми опору конструкційних матеріалів втомі в умовах асиметрії циклу була використана установка для випробування зразків при будь-яких коефіцієнтах асиметрії циклу, як при розтягуючих, так і при стискаючих середніх напруженнях. Установка була створена в НУ «Запорізька політехніка». На цій установці були проведенні випробування плоских, гладких зразків з поперечним перетином 5×20 мм, а також зразків перетином 5×24 мм, з концентратором у вигляді отвору діаметром 5мм із сталі 09Г2С відповідно до ДСТУ 8541. Дослідження гладких зразків проводилися при середніх напруженнях циклу 0, 100, 200, 300, -100, -150, -200 МПа до довговічності 5×106 циклів. Опрацьовані довідникові дані сталі з границею міцності σв=520 МПа для довговічності 2×106 циклів і ефективного коефіцієнта концентрації напружень після визначення граничних амплітуд та відповідних їм середніх напружень циклу при різних коефіцієнтах асиметрії циклу. Отримані результати. Дослідження роботи конструкційних матеріалів при циклічних навантаженнях з різною асиметрією циклів дозволяє досконаліше зрозуміти фізичні процеси втоми матеріалів деталей машин, а також виявити залежність ефективного коефіцієнта концентрації напружень не тільки від амплітуди, а також від величини середнього напруження циклу. Показано, що дія концентратора напружень залежить від величини середніх напружень циклу. Наукова новизна. Запропоновано формулу для отримання повної діаграми граничних амплітуд, яка враховує довговічність. Практична цінність. Робота може бути корисною конструкторам для більш ефективного використання службових властивостей конструкційних матеріалів, а також дослідникам з метою економії відшкодувань при випробуваннях на опір втомі. EN: Purpose. The aim of the work was to summarize the reference and experimental data and to provide recommendations for the design of machine parts for fatigue resistance under conditions of cycle asymmetry. Research methods. To study the problem of resistance of structural materials to fatigue under conditions of cycle asymmetry, an installation for testing samples at any coefficients of cycle asymmetry, both at tensile and compressive average stresses, created at the National University “Zaporizhzhya Polytechnic”. On this installation, tests were carried out on flat smooth specimens with a cross section of 5×20 mm and specimens with a cross section of 5×24 mm, with a form-hole concentrator with a diameter of 5 mm, made of 09Г2С steel in accordance with DSTU 8541. The smooth specimens were tested at average cycle stresses of 0, 100, 200, 300, -100, -150, -200 MPa up to a service life of 5×106 cycles. The reference data of steel with a tensile strength of σв=520 MPa for a service life of 2×106 cycles and the effective stress concentration factor were processed after determining the ultimate amplitudes and the corresponding average cycle stresses at different cycle asymmetry factors. Results. The obtained results of studying the work of structural materials under cyclic loads with different cycle asymmetries allow us to better understand the physical processes of fatigue materials of machine parts, as well as to reveal the dependence of the effective stress concentration factor not only on the amplitude, but also on the value of the average cycle stress. The work shows that the effect of the stress concentrator depends on the value of the average cycle stress. Scientific novelty. A formula for obtaining a complete diagram of ultimate amplitudes that takes into account durability is proposed. Practical value. The work can be useful for designers to more effectively use the service properties of structural materials, as well as for researchers to save reimbursements in fatigue resistance tests.Item Аналітичний розрахунок якісних показників ливарного жароміцного нікелевого сплава ЖС3ДК-ВІ(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Наумик, О. О.; Тьомкін, Д. О.; Наумик, Валерій Владиленович; Naumyk, O.; Tоmkin, D.; Naumyk, V.UK: Мета дослідження. Проведення аналітичних розрахунків найважливіших параметрів, що визначають структурну і фазову стабільність та працездатність ливарного жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ, з використанням відомих розрахунково-аналітичних методик, для оцінки його загальної придатності для широкого застосування модифікування різними комплексами. Методи дослідження. Відповідно до розрахункових методик PHACOMP і New PHACOMP за хімічним складом γ- твердих розчинів розраховували параметри структурної стабільності: сумарну кількість електронних вакансій у γ- твердому розчині та сумарну кількість валентних електронів у γ- твердому розчині dγ, з урахування значень параметра схильності сплаву до утворення топологічно щільно упакованих (ТЩУ) фаз. ΔЕ- методом оцінювали збалансованість хімічного складу сплаву за величиною параметра дисбалансу його системи легування, з використанням комп’ютерного моделювання термодинамічних процесів методом CALPHAD в програмі (JMatPro). Відповідно до розробленої в НУ «Запорізька політехніка» комплексної розрахунково-аналітичної методики (КРАМ) визначали температурні параметри, значення границі короткочасної міцності та тривалої міцності при різних температурах для сплаву ЖДС3ДК-ВІ на різних рівнях легування за регресійними математичними моделями, отриманими на основі математичної обробки відомих експериментальних даних. Наукова новизна. Проведено комплекс розрахунково-аналітичних досліджень та визначено найважливіші параметри, що характеризують структурну і фазову стабільність та працездатність ливарного жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ. За значеннями параметрів дисбалансу системи легування ΔE та сумарної кількість валентних електронів в сплаві dС,, сплав ЖС3ДК-ВІ є досить збалансованим поблизу середнього рівня вмісту елементів. Встановлено, що у всьому діапазоні легування Cr, W та Mo значення параметрів ПТЩУ, и dγ несуттєво монотонно знижуються, що свідчить про високий рівень структурної стабільності сплаву ЖДС3ДК-ВІ. Отримані розрахункові дані свідчать про те, що сплав ЖС3ДК-ВІ явно не є розрахованим на роботу при температурах, що наближуються до 1000 ºС на протязі 1000 годин. Практична цінність. Отримані результати свідчать про достатню стабільність сплаву ЖС3ДК-ВІ та його загальну придатність для широкого застосування модифікування різними комплексами для покращення рівня фізико-механічних та експлуатаційних властивостей. EN: Purpose. Carrying out analytical calculations of the most important parameters that determine the structural and phase stability and workability of the cast heat-resistant nickel alloy ЖС3ДК-ВІ, using known calculation and analytical methods, to assess its general suitability for wide application of modification with various complexes. Research methods. According to the PHACOMP and New PHACOMP calculation methods, the parameters of structural stability were calculated based on the chemical composition of γ- solid solutions: the total number of electron vacancies in the γ- solid solution and the total number of valence electrons in the γ- solid solution dγ, taking into account the values of the parameter of the tendency of the alloy to form topologically densely packed (TDP) phases. The balance of the chemical composition of the alloy was assessed by the ΔE method based on the value of the imbalance parameter of its alloying system, using computer modeling of thermodynamic processes by the CALPHAD method in the program (JMatPro). In accordance with the complex calculation and analytical methodology (ССAM) developed at NU “Zaporizhzhia Polytechnic”, temperature parameters, short-term strength limit values and long-term strength values at different temperatures for the ЖС3ДК-ВІ alloy at different levels of alloying were determined using regression mathematical models obtained on the basis of mathematical processing of known experimental data. Scientific novelty. A complex of computational and analytical studies was carried out and the most important parameters characterizing the structural and phase stability and workability of the cast heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI were determined. According to the parameters of the imbalance of the alloying system ΔE and the total number of valence electrons in the dС, alloy, the ЖС3ДК-ВІ alloy is enought balanced near the average level of element content. It was established that in the entire range of Cr, W, and Mo alloying, the values of the parameters of the PTDP, and dγ decrease slightly monotonically, which indicates a high level of structural stability of the ЖС3ДК-ВІ alloy. The obtained calculation data indicate that the ЖС3ДК-ВІ alloy is clearly not designed for operation at temperatures approaching 1000 ºС for 1000 hours. Practical value. The obtained results indicate the sufficient stability of the ЖС3ДК-ВІ alloy and its general suitability for wide application of modification with various complexes to improve the level of physical-mechanical and operational properties.Item Нова технологія живлення ковальських зливків(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Кузовов, О. Ф.; Сажнєв, Володимир Миколайович; Малий, О. В.; Kuzovov, O.; Sazhnev, V.; Maly, O.UK: Мета роботи. Провести порівняльний розрахунок геометричних параметрів надливів для ковальських зливків за традиційною і експериментальною технологією з використанням сучасних теплоізоляційних виробів – ригелів вітчизняного виробництва, одним із компонентів яких є папір. Методи дослідження. Перевірені практикою інженерні методи розрахунків надливів для зливків і виливків, спираючись на численний досвід вітчизняних та закордонних ливарників, а також узагальнений власний багаторічний практичний досвід та наукові дослідження. Отримані результати. Виконані розрахунки розмірів надливів (голови) для дев’яти найменувань зливків (масою від 1 до 15 т) умовно поділених за конструкцією і виконанням на три групи. Для зливків першої групи усі частини – виливниця, наскрізний піддон і надливна надставка виконанні окремо. У зібраному вигляді ці елементи утворюють ливарну форму, яка встановлюється на піддон (2- або 4- містний) і заливається сифоном через центрову. За чинною технологією надливи зливків першої групи футерувалися звичайною формувальною сумішшю із рідким склом з ущільненням у просторі між моделлю і корпусом надливної надставки із подальшим тепловим сушінням. Для зливків другої й третьої груп виливниці також наскрізні, заливка - сифоном на піддоні. Надливна надставка також від’ємна, футерувалася шамотною цеглою із наступним сушінням. Конструктивно усі зливки уявляли собою утиснутий конус з розширенням уверх і хвилястою боковою поверхнею, донна частина зливка уявляла собою утиснутий конус з розширенням уверх і гладкою боковою поверхнею, надлив – утиснутий конус зі звуженням уверх і гладкою боковою поверхнею. Наукова новизна. Встановлено, що у переважній більшості випадків при застосуванні ригелів розрахунковий коефіцієнт корисної дії надлива складає – 0,28, що дозволило суттєво зменшити розміри надлива й отримати значну економію рідкого металу на кожний виливок або зливок. Для звичайних технологій, що традиційно використовуються в практиці виготовлення ковальських злитків, коефіцієнт корисної дії складає 0,19 (для комбінованої форми: піщаної частини форми для надлива і металевої частини для робочої частини зливка) і 0,11…0,14 – для повністю піщаної форми. Практична цінність. Розроблено методику розрахунків надливів під футерівку їх сучасними теплоізоляційними виробами – ригелями. Завдяки сприятливим теплофізичним властивостям матеріалу ригелів, можна зменшити розміри надливів і, відповідно, зменшити витрати рідкого металу. Використання ригелів замість вказаних вище технологій також значно покращує санітарно-гігієнічні умови й продуктивність праці на дільниці підготовки надливних надставок під заливку. Зроблені нові технології живлення і конструкції надливних надставок під ригелі, які знаходяться в експлуатації близько 6 років (перша група) і 3 роки (друга і третя групи). EN: Purpose. To make a comparative calculation of the geometric parameters of overfills for blacksmith ingots according to traditional and experimental technology using modern heat-insulating products - domestically produced cross-bars, one of the components of which is paper. Research methods. Proven engineering methods of calculations of overflows for ingots and castings, based on the experience of domestic and foreign foundries, as well as our own practical experience and scientific research. Results. The calculations of the size of overburden (head) for nine ingots (weigh from 1 to 15 tons) conventionally divided into three groups by design and execution. All parts – the pourer, the through tray and the overflow attachment are made separately, for the ingots of the first group. Assembled, these elements form a casting mold, which is installed on a pallet (2- or 4-place) and filled with a siphon through the central one. According to the current technology, the castings of the first group were lined with the usual molding mixture with liquid glass, sealing in the space between the model and the case of the casting attachment, followed by thermal drying. For drains of the second and third groups, the spouts are also through, pouring - with a siphon on a pallet. The overflow attachment is also removable, it was lined with fireclay bricks and then dried. Structurally, all ingots represented a pressed cone with an upward expansion and a wavy side surface, the bottom part of the ingot represented a pressed cone with an upward expansion and a smooth side surface, the overflow – a pressed cone with an upward narrowing and a smooth side surface. Scientific novelty. The vast majority of cases, using cross-bars, the estimated efficiency coefficient of the overfill is 0.28, which made it possible to significantly reduce the size of the overfill and obtain a significant saving of liquid metal for each casting or ingot, was established. For conventional technologies traditionally used in the practice of making blacksmith ingots, the coefficient of effectiveness is 0.19 (for a combined form: the sand part of the form for the overfill and the metal part for the working part of the ingot) and 0.11...0.14 – for a completely sand form. Practical value. A method of calculating overfills under the lining with their modern heat-insulating products – cross-bars – has been developed. Due to the favorable thermophysical properties of the material of the cross-bars, it is possible to reduce the size of overflows and, thereafter, reduce the consumption of liquid metal. The use of cross-bars instead of the above-mentioned technologies also significantly improves sanitary and hygienic conditions and a productivity at the site of the preparation of overfills for pouring. New power supply technologies and constructions of overflow extensions for the cross-bars, which have been in operation for about 6 years (the first group) and 3 years (the second and third groups), have been developed.Item Регулювання властивостей піщано-глинястих формувальних сумішей добавками фосфатів натрію(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Лютий, Р. В.; Федоров, М. М.; Фесенко, М. А.; Люта, Д. В.; Liutyi, R.; Fyodorov, N.; Fesenko, M.; Liuta, D.UK: Мета роботи. Вивчення впливу добавок фосфатів натрію на властивості оборотної піщано-глинястої суміші в сирому і сухому стані для підвищення якості виливків із залізовуглецевих і алюмінієвих сплавів. Методи дослідження. Використано оборотну формувальну суміш на основі кварцового піску та каолінової глини. Досліджено вплив трьох добавок (триполіфосфат натрію, гексаметафосфат натрію та пірофосфат натрію) в кількості від 0,5 до 2,0 %. Визначено властивості: вміст глинястої складової, міцність, газопроникність, обсипаємість, текучість, формувальність, ущільнювальність суміші – за стандартними методиками. Отримані результати. Досліджено ефективні добавки для забезпечення можливостей багаторазового використання оборотних формувальних піщано-глинястих сумішей. Особливу увагу приділено регулюванню властивостей суміші в сухому стані, оскільки це питання на сьогодні значно менше досліджено. З цією метою вперше використано фосфати натрію, які виробляються хімічною промисловістю в достатній кількості. Як матеріали, які впливають на властивості суміші в цілому, їх раніше не розглядали. Наукова новизна. Вперше встановлено позитивний вплив добавок фосфатів натрію на фізико-механічні властивості оборотних піщано-глинястих сумішей (міцність та обсипаємість). Цей вплив проявляється в тому, що вказані добавки сприяють незначному покращенню властивостей у сирому стані і дуже значному покращенню цих властивостей в сухому стані. На важливі технологічні властивості (текучість, ущільнювальність, формувальність) вплив практично відсутній. Практична цінність. За результатами проведених експериментів рекомендовано використовувати добавки триполіфосфату або гексаметафосфату натрію в кількості від 0,5 до 1,0 % для значного покращення властивостей піщано-глинястих ливарних форм у сухому стані. Використання цих добавок усуває появу поверхневих дефектів у литих деталях із алюмінієвих та залізовуглецевих сплавів. EN: Purpose. Study of the effect of sodium phosphate additives on the properties of a reversible sand-clay mixture in the green and dry state to improve the quality of castings from iron-carbon and aluminum alloys. Research methods. A reversible molding mixture based on quartz sand and kaolin clay was used. The effect of three additives (sodium tripolyphosphate, sodium hexametaphosphate, sodium pyrophosphate) in amounts from 0.5 to 2.0 % was studied. Properties of mixture were determined using standard methods: clay component content, strength, gas permeability, crumbleness, flowability, formability, packing. Results. Effective additives have been studied to ensure the possibility of multiple use of reversible molding sand-clay mixtures. Special attention is paid to the regulation of the properties of the mixture in the dry state, since this issue has been much less researched today. For this purpose, sodium phosphates, which are produced by the chemical industry in sufficient quantities, were used for the first time. As materials that affect the properties of the mixture as a whole, they have not been considered before. Scientific novelty. For the first time, the positive effect of sodium phosphate additives on the physical and mechanical properties such as strength and crumbleness of reversible sand-clay mixtures was established. This effect is manifested in the fact that additives contribute to a slight improvement of properties of the green mixture and a very significant improvement of these properties of the dry mixture. There is practically no effect on important technological properties (flowability, formability, packing). Practical value. Based on the results of the experiments, it is recommended to use sodium tripolyphosphate or hexametaphosphate additives in the amount of 0.5 to 1.0 % to significantly improve the properties of dry sand-clay foundry molds. The use of these additives eliminates the appearance of surface defects in cast parts from aluminum and iron-carbon alloys.Item Створення спеціального конструкційного матеріалу методом прокатування асиметричних пакетів для виробів подвійного призначення(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Міщенко, Валерій Григорович; Бєліков, Сергій Борисович; Клімов, Олександр Володимирович; Кріпак, А. О.; Тонконог, Д. М.; Корнієнко, В. В.; Харченко, А. О.; Mishchenko, V.; Belikov, S.; Klimov, O.; Kripak, A.; Tonkonoh, D.; Kornienko, V.; Kharchenko, A.UK: Мета роботи. Об’єктом дослідження було створення біметалевого матеріалу з підвищеними механічними та експлуатаційними властивостями методом прокатування асиметричних пакетів. За попередніми результатами досліджень структури та властивостей були вибрані оптимальні склади основи та плакувального шару біметалевої заготовки з найменшою різницею коефіцієнтів термічного розширення. За допомогою асиметричного прокатування пакетів основи – сталь 14Х17Н13КМБч + плакувального шару – сталь 03Х17Н3Г9МБДЮч виготовлено біметалеву заготовку, яка мала низькі напруження в зварному шві та зоні термічного впливу, на відміну від пакету 14Х17Н13КМБч+10ХФТБч. Тому в процесі магнієтермічного виробництва губчастого титану на зразках біметалу не спостерігали жолоблення та термічних тріщин. Натікання нікелю в губчастий титан з поверхні плакувального шару в процесі відновлення не перевищувало 0,004 % мас. в перших п’яти блоках титану з початку експлуатації. Методи дослідження. Металографічний, дюрометричний, дилатометричний. Отримані результати. За допомогою дилатометричного дослідження були отримані коефіцієнти теплового розширення зразків сталей основи – 14Х17Н13КМБч, та сталей плакувального шару - 10ХФТБч та 03Х17Н3Г9МБДЮч. В результаті досліджень близьких до виробничих умов отримано біметалеву заготівлю, яка не піддається жолобленню, є тріщиностійкою та не спричиняє натікання нікелю у титанову губку. Наукова новизна. На основі експериментальних даних встановлений розвиток руйнування внутрішньої поверхні реакторів магнієтермічного процесу отримання губчастого титану, яка зазнає дії температури, механічного навантаження і періодичного контакту з тетрахлоридом титану, рідким магнієм та хлоридом магнію, що призводить до жолоблення, появи тріщин реактору та натікання нікелю в титанову губку. Показано, що для усунення цих небажаних явищ необхідно застосовувати біметалевий матеріал різного хімічного складу з близькими структурою та фізико-механічними властивостями: коефіцієнту термічного розширення, твердості та границі міцності. Практична цінність. На підставі результатів досліджень розроблено хімічний склад основи – сталь 14Х17Н13КМБч, плакувального шару – сталь 03Х17Н3Г9МБДЮч та режим гарячої деформації, що дозволило отримати необхідні структуру, фізико-механічні та службові властивості. EN: Purpose. The object of research in this work was the creation of a bimetallic material with increased mechanical and operational properties by rolling asymmetric packages. According to the preliminary results of the structure and properties research, the optimal compositions of the base and cladding layer of the bimetallic workpiece with the smallest difference in thermal expansion coefficients were selected. With the help of asymmetric rolling of base packages – steel 14Х17Н13КМБх + cladding layer – steel 03Х17Н3Г9МБДЮч, a bimetallic workpiece was made, which had low stresses in the welded seam and the zone of thermal influence, unlike the package 14Х17Н13КМБх + 10ХФТБх. Therefore, no grooving and thermal cracks were observed in the bimetal samples during the magneithermal production of spongy titanium. The inflow of nickel into spongy titanium from the surface of the plating layer during the recovery process did not exceed 0.004 % by mass. in the first five blocks of titanium since the beginning of operation. Research methods. Metallographic, durometric, dilatometric. Results. With the help of dilatometric research, the coefficients of thermal expansion of samples of base steels – 14Х17Н13КМБх, and steels of the cladding layer – 10ХФТБх and 03Х17Н3Г9МБДЮч were obtained. As a result of research close to production conditions, a bimetallic workpiece was obtained, which is not subject to gouging, is crack-resistant and does not cause nickel to flow into the titanium sponge. Scientific novelty. On the basis of experimental data, the development of destruction of the inner surface of the reactors of the magnetothermal process for the production of sponge titanium, which is subjected to temperature, mechanical load and periodic contact with titanium tetrachloride, liquid magnesium and magnesium chloride, which leads to grooving, the appearance of cracks in the reactor and the inflow of nickel into the titanium sponge, has been established. It is shown that in order to eliminate these undesirable phenomena, it is necessary to use a bimetallic material of different chemical composition with similar structure and physical and mechanical properties: coefficient of thermal expansion, hardness and strength limit. Practical value. On the basis of research results, the chemical composition of the base – steel 14Х17Н13КМБч, cladding layer – steel 03Х17Н3Г9МБДЮч and the mode of hot deformation were developed, which made it possible to obtain the necessary structure, physico-mechanical and service properties.Item Аналіз графітової фази у відцентрових заготівках з високоміцного чавуну(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Іванов, Валерій Григорович; Матвейшин, Микита Віталійович; Ivanov, V.; Matveishyn, M.UK: Мета роботи. Визначити характерні геометричні параметри кулястих графітних вкраплень за перерізом чавунної заготівки для поршневих кілець. Методи дослідження. Циліндричну заготівку для поршневих кілець отримували відцентровим способом. Хімічний склад заготівки відповідав марці ВЧ 500-2 (ДСТУ 3925-99). Для отримання кулястого графіту використовували нікель-магнієву лігатуру (15 % Mg) та вторинне графітизуюче модифікування феросилікобарієм ФС65Ба4. Кількість кожної добавки складала 1,0 % від маси металу. Кулястий графіт оцінювали згідно ГОСТ 3443 та за декількома характерними геометричними параметрами. Для цього використовували комп’ютерний аналізатор зображень на базі мікроскопу «ZEISS. Epityp-2» з цифровою відеокамерою «Baumer». Отримані результати. Розглянуто геометричні параметри графітних вкраплень за перерізом відцентрової заготівки з високоміцного чавуну. Встановлено суттєву різницю геометричних параметрів кулястих вкраплень графіту за декількома розмірними групами, що утворюються у різних шарах чавунної заготівки, яку отримують відцентровим способом лиття. Наукова новизна. Класифіковано вкраплення кулястого графіту у маслотній заготівці за 6-ти розмірними групами ГОСТ 3443 та 11-ти розмірними групами, побудованими в арифметичній прогресії. Встановлено суттєві відмінності зовнішнього та центрального шарів виливки: у 2,14 рази – за кількістю дрібних (5…10 мкм) вкраплень; у 1,59 рази – за кількістю вкраплень розміром 10…15 мкм, у 1,4 рази – за кількістю вкраплень розміром 20…25 мкм; у 3…9 разів – за кількістю великих (понад 35 мкм вкраплень). Практична цінність. Порівняльна оцінка морфології кулястого графіту у зовнішньому, центральному та внутрішньому шарах відцентрованої заготівки дозволить вдосконалити технологічні параметри виробництва литих поршневих кілець з метою забезпечення високого ресурсу двигунів або компресорів. EN: Purpose. To determine the characteristic geometric parameters of spherical graphite inclusions in the cross-section of a cast iron billet for piston rings. Research methods. A cylindrical blank for piston rings was obtained by the centrifugal method. The chemical composition of the blank according to the ВЧ 500-2 brand (DSTU 3925-99). To obtain spherical graphite, nickel-magnesium ligature (15 % Mg) and secondary graphitizing modification with ferrosilicobarium ФС65Ба4 were used. The amount of each additive was 1.0 % of the metal mass. Spherical graphite was evaluated according to GOST 3443 and several characteristic geometric parameters. A computer image analyzer based on a “ZEISS Epityp-2” microscope with a digital video camera “Baumer” was used. Results. The geometric parameters of graphite inclusions in the cross-section of a centrifugal billet made of high-strength cast iron are examined. A significant difference in the geometric parameters of spherical inclusions of graphite according to several size groups formed in different layers of the cast iron billet obtained by centrifugal casting was established. Scientific novelty. Spherical graphite inclusions in the oil billet are classified according to 6 size groups of GOST 3443 and 11 size groups built in arithmetic progression. Significant differences between the outer and central layers of the casting were established: 2.14 times – by the number of small (5...10 μm) inclusions; 1.59 times – by the number of inclusions with a size of 10...15 μm, 1.4 times – by the number of inclusions with a size of 20...25 μm; 3.9 times – by the number of large (more than 35 μm inclusions). Practical value. A comparative assessment of the morphology of spherical graphite in the outer, central and inner layers of the centered workpiece will allow to improve the technological parameters of the production of cast piston rings in order to ensure a high resource of engines or compressors.Item Методика прискорених випробувань матеріалу металоконструкцій на основі багатофазних сплавів(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Воденніков, Сергій Анатолійович; Скачков, В. О.; Воденнікова, О. С.; Гнатишак, Р. В.; Vodennikov, S.; Skachkov, V.; Vodennikova, О.; Gnatishak, R.UK: Мета роботи. На основі кількісної оцінки швидкостей корозії багатофазних металів та сплавів розробити методику прискорених корозійних випробувань в умовах електрохімічної корозії з визначенням швидкостей корозії по кожній фазі та масового корозійного пошкодження металоконструкцій протягом заданого часу їх експлуатації. Методи дослідження. Досягнення рішення поставленої мети базується на застосуванні розрахунково-експериментальних методів оцінки електрохімічної корозії багатофазних сплавів з визначенням швидкостей корозії по кожній фазі окремо та швидкості окислення загалом по сплаву. Отримані результати. Отримано кінцеві формули та методики проведення лабораторних експериментів з оцінки швидкостей корозії багатофазних сплавів. Наведено методики прискорених корозійних випробувань, що базаруються на попередніх лабораторних дослідженнях з точним розрахунком технологічних параметрів пролонгованих на час експлуатації реальної конструкції в умовах електрохімічної корозії. Наукова новизна. Розкрито нові механізми оцінки швидкостей корозії окремих фаз багатофазних сплавів залишкової мікронеоднорідності поверхні корозії в умовах невизначеної загальної товщини корозійного шару. Запропоновано алгоритм розрахунку технологічних параметрів прискорених випробувань, еквівалентних реальним умовам експлуатації металоконструкцій на основі багатофазних сплавів протягом заданого терміну експлуатації. Практична цінність. Запропонований підхід дозволяє визначити кількісні параметри електрохімічної корозії металоконструкцій, розрахувати зниження несучої здатності та оцінити працездатність таких конструкцій протягом заданого терміну експлуатації. EN: Purpose. Based on the quantitative assessment of the corrosion rates of multiphase metals and alloys, methodology for accelerated corrosion tests under conditions of electro-chemical corrosion with the determination of corrosion rates for each phase and mass corrosion damage of metal structures during the specified time of their operation was developed. Research methods. Achieving the solution of the set goal is based on the application of computational and experimental methods of evaluating the electro-chemical corrosion of multi phase alloys with the determination of corrosion rates for each phase separately and oxidation rates in general for the alloy. Results. The final formula and methods of conducting laboratory experiments on the assessment of corrosion rates of multi phase alloys were obtained. Methods of accelerated corrosion tests based on preliminary laboratory studies with accurate calculation of technological parameters prolonged during the operation of a real structure in conditions of electro-chemical corrosion are given. Scientific novelty. New mechanisms for estimating the corrosion rates of individual phases of multiphase alloys of the residual micro-heterogeneity of the corrosion surface under conditions of an uncertain total thickness of the corrosion layer was shown. An algorithm for calculating the technological parameters of accelerated tests, equivalent to the real conditions of operation of metal structures based on multiphase alloys during the given period of operation, is proposed. Practical value. The proposed approach makes it possible to determine the quantitative parameters of electrochemical corrosion of metal structures, calculate the reduction in load-bearing capacity, and assess the performance of such structures during a given period of operation.Item Дослідження впливу легування сріблом на мікроструктуру та властивості магнієвого сплаву NZ30K для імплантатів при остеосинтезі(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Грешта, Віктор Леонідович; Шаломєєв, Вадим Анатолійович; Джус, Анна Вячеславівна; Greshta, V.; Shalomeev, V.; Dzhus, A.UK:Мета роботи. Вивчення впливу легування сріблом магнієвого сплаву NZ30K на його механічні властивості для застосування у виготовленні біодеградовних імплантатів. Методи дослідження. Границю міцності та відносне видовження зразків визначали на розривній машині Р5 при кімнатній температурі. Мікроструктуру зразків досліджували з використанням оптичного електронного мікроскопу «Carl Zeiss» із застосуванням програмного забезпечення «Observer.D1m». Використано зразки після травлення реактивом, що містить 1 % азотної кислоти, 20 % оцтової кислоти, 19 % дистильованої води, 60 % етиленгліколю. Фрактографічний аналіз зламів зразків проводили на електронному скануючому мікроскопі «JSM-6360LA». Фазовий аналіз структурних складових магнієвих сплавів вивчали на електронному мікроскопі – мікроаналізаторі з енергодисперсійною приставкою РЕММА 202М та РЕМ 16И. Дослідження на біокорозію проводили шляхом витримки зразків у розчині гелофузіну – штучного замінника крові впродовж 2, 4, 6 тижнів, з використанням термостату ТС-20 MICROmed. Отримані результати. Показано, що срібло входило до складу комплексно легованих інтерметалідних фаз, які були додатковими центрами кристалізації. При цьому середній розмір зерна знижується майже втричі порівняно з вихідним сплавом. Встановлено, що оптимальний комплекс властивостей досягається введенням 0,1 %Ag, водночас, границя міцності підвищується на 7,9 %, а відносне видовження збільшується майже вдвічі. Встановлено, що магнієвий сплав зі сріблом (0,1 %) сповільнює біокорозійні процеси та сприяє збереженню високого рівня границі міцності (σВ = 205МПа) після витримки впродовж 6 тижнів у розчині гелофузіну. Отже, срібло є перспективним матеріалом для покращення структури та підвищення рівня механічних властивостей біодеградовних імплантатів із магнієвих сплавів. Наукова новизна. Визначено вміст срібла для легування сплаву NZ30K, що становить 0,1 % Ag, при якому формується оптимальне співвідношення показників міцності та пластичності, подрібнення зеренної структури, а також уповільнення біокорозійних процесів . Практична цінність. Сплав NZ30K з додаванням 0,1 % срібла є перспективним для використання у виготовленні імплантатів. Досліджений сплав забезпечує необхідний рівень властивостей до повної консолідації перелому. EN: Purpose. Study of the influence of silver alloying of magnesium alloy NZ30K on its mechanical properties for use in the manufacture of biodegradable implants. Research methods. The tensile strength and relative elongation of the samples were determined on a P5 tensile machine at room temperature. The microstructure of the samples was studied using a “Carl Zeiss” optical electron microscope using the “Observer.D1m” software. Samples were used after etching with a reagent containing 1 % nitric acid, 20 % acetic acid, 19 % distilled water, and 60 % ethylene glycol. Fractographic analysis of sample fractures was performed on a JSM-6360LA scanning electron microscope. The phase analysis of the structural components of magnesium alloys was studied using an electron microscope – a microanalyzer with an energy dispersive attachment РEMMA 202М and РЕМ 16I. Research on biocorrosion was carried out by keeping the samples in a solution of gelofusin – an artificial blood substitute for 2, 4, 6 weeks, using a TC-20 MICROmed thermostat. Results. The study showed that silver was a part of the complex alloyed intermetallic phases, which were additional crystallization centers. In this case, the average grain size decreases by almost three times compared to the original alloy. It was found that the optimal set of properties is achieved by the introduction of 0.1 % Ag, while the tensile strength increases by 7.9 % and the relative elongation almost doubles. It was found that the magnesium alloy with silver (0.1%) slows down biocorrosion processes and helps to maintain a high level of tensile strength (σB = 205 MPa) after 6 weeks of exposure to a solution of helofusine. Thus, silver is a promising material for improving the structure and increasing the mechanical properties of biodegradable magnesium alloy implants. Scientific novelty. The silver content for alloying the NZ30K alloy was determined to be 0.1 % Ag, which forms the optimal ratio of strength and ductility, grain structure refinement, and slowing down biocorrosion processes. Practical value. NZ30K alloy with the addition of 0.1 % silver is promising for use in the manufacture of implants. The studied alloy provides the required level of properties until complete fracture consolidation.Item Мікроструктура та фазовий склад жароміцного сплаву Inconel 718 після селективного лазерного сплавлення, гарячого ізостатичного пресування та термобробки(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Касай, П. О.; Педаш, О. О.; Наумик, Валерій Владиленович; Кasay, P.; Pedash, О.; Naumyk, V.UK: Мета роботи. Вивчення мікроструктури та фазового складу зразків жароміцного нікель-хром-залізного сплаву Inconel 718, отриманих методом селективного лазерного сплавлення, що були піддані наступному гарячому ізостатичному пресуванню (ГІП) та стандартній термічній обробці, що полягала у високотемпературній гомогенізації та наступному двоступеневому довготривалому старінні. Методи дослідження. Мікроструктурний аналіз та дослідження фазового складу проводили методами оптичної та сканувальної електронної металографії відповідно на оптичному та електронному мікроскопах. Отримані результати. Вивчено структуру матеріалу зразків в стані побудови та встановлено, що вона характеризується пошаровим сплавленням у вигляді дугоподібних ліній з наявністю епітаксиального росту стовбчастих дендритів. Після термічної обробки зміцнення в сплаві досягається в основному за рахунок виділення інтерметалідної γ″- фази типу Ni3Nb. Металографічними дослідженнями встановлено, що активна сегрегація ніобію в міждендритні простори, в умовах високої швидкості кристалізації та в процесі наступної термічної обробки, призвела до формування в структурі сплаву орторомбічної - фази пластинчастої морфології. Застосування ГІП перед стандартною для сплаву Inconel 718 термічною обробкою сприяє отриманню більш однорідної структури. Наукова новизна. Одержано нові дані щодо фазового стану сплаву Inconel 718 після ГІП й термічної обробки. Вивчено тонку будову жароміцного сплаву системи нікель-хром-залізо, отриманого методом селективного лазерного сплавлення. Практична цінність. Одержані результати розширюють можливості використання сплаву Inconel 718 та дозволяють визначити перспективи практичного застосування технології селективного лазерного сплавлення для виготовлення деталей авіаційного призначення. EN: Purpose. Study of microstructure and phase content of Inconel 718 nickel-chromium-iron superalloy obtained via selective laser melting with subsequent hot isostatic pressing (HIP) and standard heat treatment with high-temperature homogenization and two-steps long term ageing. Research methods. Microstructure analysis and phase content investigation was carried out with optical and scanning electronic metallography on optical and electronic microscope respectively. Results. Material structure of in-built specimens are investigated that is characterized by layer-by-layer fusing in the form of arcuate lines with a presence of epitaxial growth of columnar dendrites. Strengthening of alloy is achieved after heat treatment, basically, due to intermetallic γ″- phase (with Ni3Nb type) precipitation. With metallographic investigation showed that active segregation of niobium in interdendritic spaces, provided due high crystallization rate during selective laser melting and subsequent heat treatment, lead to forming orthorhombic - phase in alloy structure with lamellar morphology. HIP application before standard for Inconel 718 heat treatment, promotes more homogeneous structure. Scientific novelty. New data’s was obtained for phase state of Inconel 718 alloy after HIP and heat treatment. Fine structure of Ni-Cr-Fe-superalloy obtained via selective laser melting was studied. Practical value: Obtained results expands possibilities for Inconel 718 alloy application and allow to determine perspectives of practical usage of selective laser melting process for aviation parts production.