Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні - 2018, №1

Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27628

Browse

Now showing 1 - 20 of 20

Про термодинамічні умови формування габітусу надлишкових виділень при встановленні механічної рівноваги в об’ємі металевої матриці
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Ольшанецький, Вадим Юхимович; Кононенко, Юлія Іванівна; Ol’shanetskii, V.; Kononenko, Yu.
Забезпечення динамічної якісті багатоцільових верстатів в період експлуатації
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Бойко, І. А.; Івщенко, Леонід Йосипович; Boiko, I.; Ivshchenko, L.
Нестаціонарна реакція трихшарової циліндричної оболонки, яка занурена у рідину
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Пожуєв, Андрій Володимирович; Міхайлуца, О. М.; Пожуев, А. В.; Михайлуца, Е. Н.; Pozhuyev, A.; Mikhailutsa, O.
UK: Мета роботи. Побудувати математичну модель тришарової циліндричної оболонки із заповнювачем, яка занурена в ідеальну рідину. Вивчити картину нестаціонарної деформації конструкції під дією навантаження, яке прикладається у початковий момент часу до внутрішньої оболонки, а потім рухається зі сталою швидкістю у осьовому напрямку. Методи дослідження. Розв’язок отримано шляхом сумісного застосування до кожного рівняння інтегральних перетворень Фур’є за просторовою координатою та Лапласа за часом. Для обернення інтегральних перетворень використовується алгоритм, який базується на застосуванні методу Файлона для знаходження інтегралів від функцій, які сильно осилюють. Побудова оригіналів шуканих величин відбувалася за допомогою зміщених многочленів Лежандра. Отримані результати. Розроблено чисельно-аналітичний алгоритм сумісного обернення двох інтегральних перетворень. Проведено велику кількість чисельних експериментів для знаходження кроку та верхньої границі інтегрування у методі Файлона. Побудовано графічні залежності, які ілюструють розподіл компонент напружено-деформованого стану у різні моменти часу. Наукова новизна. Запропонований підхід розширює математичні методи розв’язку початково-крайових задач механіки, у яких застосовуються інтегральні перетворення. Досліджено час встановлення процесу та перехід до стаціонарної задачі. Практична цінність. Отримані результати можуть бути використані у якості еталонних для побудови моделей тонкостінних елементів конструкцій під дією ударних хвиль у рідині, зокрема, підводних трубопроводів. RU: Цель работы. Построить математическую модель трехслойной цилиндрической оболочки с заполнителем, которая погружена в идеальную жидкость. Изучить картину нестационарной деформации конструкции под действием нагрузки, которая приложена в начальный момент времени к внутренней оболочке, а затем движется с постоянной скоростью в осевом направлении. Методы исследования. Решение получено путем совместного применения к каждому уравнению интегральных преобразований Фурье по пространственной координате и Лапласа по времени. Для обращения интегральных преобразований используется алгоритм, который базируется на применении метода Файлона нахождения интегралов сильно осциллирующих функций. Построение оригиналов искомых величин происходило с помощью смещенных многочленов Лежандра. Полученные результаты. Разработан численно-аналитический алгоритм совместного обращения двух интегральных преобразований. Проведено большое количество численных экспериментов для нахождения шага и верхней границы интегрирования в методе Файлона. Построены графические зависимости, которые иллюстрируют распределение компонент напряженно-деформированного состояния в разные моменты времени. Научная новизна. Предложенный подход расширяет математические методы решения начально-краевых задач механики, в которых применяются интегральные преобразования. Исследовано время установления процесса и перехода к стационарной задаче. Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы в качестве эталонных для построения моделей тонкостенных элементов конструкций под действием ударных волн в жидкости, в частности, подводных трубопроводов. EN: Purpose. To build a mathematical model of a three-layer cylindrical shell with a filler immersed in an ideal liquid. To study the picture of non-stationary deformation of the construction under the action of a load that is applied at the initial time to the inner shell, and then moves with a constant speed in the axial direction. Methods of research. The solution is obtained by joint use to each equation of the Fourier integral transforms in the space coordinate and Laplace transforms in time. For the inversion of integral transformations, an algorithm is used, which is based on the application of the Fileon method of finding the integrals of oscillating functions. The construction of the originals of the quantities sought was carried out using the shifted Legandre polynomials. Results. A numerical-analytical algorithm for the joint inversion of two integral transforms has been developed. A large number of numerical experiments were conducted to find the step and the upper limit of integration in the Fileon method. Graphic dependences were obtained that illustrate the distribution of the components of the stress-strain state at different points in time. Scientific novelty. The proposed approach extends the mathematical methods for solving initial-boundary-value problems of mechanics, in which integral transformations are used. The time of the process establishment and transition to the stationary problem is investigated. Practical value. The results obtained can be used as reference for building models of thin-walled structural elements under the action of shock waves in a liquid, in particular, underwater pipelines.
Аналіз розрахункових схем та методів дослідження напруженого стану системи «зерно-з’вязка»
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Музичка, Д. Г.; Музычка, Д. Г.; Muzychka, D.
UK: Ціль роботи. Проаналізувати розрахункові схеми та методи дослідження напруженого стану системи «зерно-зв’язка» з точки зору їх використання при створенні математичних та статистичних моделей процесів шліфування. Методи дослідження. При виконанні досліджень використано аналітичний метод (аналіз літературних джерел), який дозволяє виявити переваги і недоліки та порівняти кожну з розрахункових схем та методів дослідження напруженого стану, виявивши найбільш прийнятний з них. Отримані результати. Розглянуто класифікацію реальних абразивних зерен та геометричні моделі, що їх описують, з точки зору їх використання у розрахункових схемах при створенні математичних і статистичних моделей процесів шліфування. У роботі обґрунтовано доцільність моделювання різального зерна у вигляді призми і чотиригранної піраміди при дослідженні напруженого стану системи «зерно-зв’язка». Аналіз методів дослідження напруженого стану системи «зерно-зв’язка» показав, що доцільно використати аналітичні методи досліджень, які дають можливість отримати рішення задачі у вигляді функційної залежності, що може бути використана для аналізу впливу різних факторів на стійкість зерна у зв’язці шліфувального круга. Наукова новизна. Встановлено, що в алмазних шліфувальних кругах зернистістю 125/100 і 200/160 міститься найбільша кількість зерен пластинчастої форми, тому при дослідженні напруженого стану системи «зерно-зв’язка» або зношування різального алмазного зерна його доцільно апроксимувати прямокутним паралелепіпедом (призмою) і чотиригранною пірамідою. Практична цінність. Використання результатів проведеного аналізу надасть можливості науковцям використати потрібну розрахункову схему або застосувати найбільш доцільний метод дослідження напруженого стану при моделюванні процесу шліфування. RU: Цель работы. Проанализировать расчетные схемы и методы исследования напряженного состояния системы «зерно-связка» с точки зрения их использования при создании математических и статистических моделей процессов шлифования. Методы исследования. При выполнении исследований использован аналитический метод (анализ литературных источников), который позволяет выявить преимущества и недостатки и сравнить каждую из расчетных схем и методов исследования напряженного состояния, определив наиболее приемлемый из них. Полученные результаты. Рассмотрена классификация реальных абразивных зерен и геометрические модели, которыми их описывают, с точки зрения их использования в расчетных схемах при создании математических и статистических моделей процессов шлифования. В работе обоснована целесообразность моделирования режущего зерна в виде призмы и четырехгранной пирамиды при исследовании напряженного состояния системы “зерно-связка”. Анализ методов исследования напряженного состояния системы “ зе рн о-связка” показал, что целесообразно использовать аналитические методы исследований, которые дают возможность получить решение задачи в виде функциональной зависимости, которая может быть использована для анализа влияния различных факторов на стойкость зерна в связке шлифовального круга. Научная новизна. Ус тановлено, что в алмазных шлифовальных кругах зернистостью 125/100 и 200/160 содержится наибольшее количество зерен пластинчатой формы, потому при исследовании напряженного состояния системы «зерно-связка» или изнашивания режущего алмазного зерна его целесообразно аппроксимировать прямоугольным параллелепипедом (призмой) и четырехгранной пирамидой. Практическая ценность. Использование результатов проведенного анализа предоставит возможности ученым использовать нужную расчетную схему или применить наиболее целесообразный метод исследования напряженного состояния при моделировании процесса шлифования. EN: 44 Purpose. To analyse the design schemes and research methods of tension state of the “grain-binding” system from the point of view of their application in developing mathematical and statistical models of grinding processes. Methods of research. When holding the research we used analytical method (the method of literature review), which permits to reveal the advantages and drawbacks but also compare each of the design diagram and research methods of tension state, defining the most suitable among them. Results. The paper discusses a classification of real abrasive grains and geometrical models describing them, from the point of view of their application in design diagrams when developing mathematical and statistical models of grinding processes. The paper foregrounds the reasonability of modelling grinding grain shaped as prism and quadrangular pyramid when researching tension state of «grain-bond» system. The analysis of research methods for tension state of grain-bond system showed that it is necessary to use analytical research methods, which will make it possible to work out the solution of the task shaped as functional dependency, which can be used to analyse how different factors impact on the grain’s steadiness in grinding bundle. Scientific novelty. The paper establishes that almond grinding wheels with grain size 125/100 and 200/160 contain the biggest number of grains of platelet shape, that is why when researching tension state of grain-bond system or wearing out or cutting diamond grain it is reasonable to approximate it by a right-angled parallelepiped (prism) and quadrangular pyramid. Practical value. The application of the results of undertaken research will make it possible for the scientists to implement the proper design diagram or apply the most reasonable research method in order to study tension state when modelling grinding process.
Особливості механіки подрібнення грунтового шару при обробці його зубчастим робочим органом
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Шаніна, Зоя Михайлівна; Мартовицький, Леонід Максимович; Глушко, Василь Іванович; Шанина, Зоя Михайловна; Мартовицкий, Леонид Максимович; Глушко, Василий Иванович; Shanina, Z.; Martovitsky, L.; Glushko, V.
UK: Мета роботи. Чорноземи України є однією з найбільших коштовностей держави та її стратегічним ресурсом. Якість та родючість ґрунтів значною мірою залежать від способу обробки та від конструктивних особливостей оброблювального інструменту. З метою інтенсифікації процесу, підвищення якості, зниження енергозатрат при обробці ґрунту запропоновано конструкцію зубчастого робочого органу (ЗРО). Поставлено задачу випробовувати працездатність нового ЗРО, дослідити механіку подрібнення ґрунту при обробці його зубчастим робочим органом та розробити моделі взаємодії ґрунту з поверхнями зубців робочого органу. Методи дослідження. Розроблено математичні моделі механіки подрібнення ґрунту при його обробці зубчастим робочим органом. Процес подрібнення складається з двох послідовних фаз. У першій фазі шар ґрунту руйнується при проходженні лобної поверхні інструмента, яка виконана по логарифмічній спіралі. Руйнування ґрунтового пласта в першій фазу залежить від швидкості руху машини та від характерного кута логарифмічної спіралі, по якій виконана лобова поверхня ЗРО. Далі шар подрібнюється на хвилястій поверхні синусного циліндра. Після подрібнення на лобовій поверхні ЗРО ґрунт потрапляє на хвилясту поверхню вже значно розпушеним. При цьому пласт отримує деформації перегину на синусній поверхні, що додатково і більш якісно руйнує цілісність і подрібнює пласт ґрунту за рахунок почергових деформацій розтягування (розриву) та стиску, викликаних впадинами та виступами синусної поверхі ЗРО. Комбінація спіральної та синусної поверхні зубчастого робочого органу забезпечує високу якість та енергоефективність обробки ґрунту. Наукова новизна. Враховуючи сучасні аграрні реалії та перспективи України, обробка ґрунту новим зубчастим інструментом із комбінованими робочими поверхнями у вигляді логарифмічної спіралі та синусного циліндра є вчасним, актуальним та новим напрямом в сільськогосподарській науці. Практична цінність. Руйнування ґрунтового пласта при обробці його наявними робочими органами в основному відбувається внаслідок деформацій розриву із зсувом. При обробці пропонованим зубчастим робочим органом за рахунок копіювання складного профілю робочої поверхні ЗРО додатково в ґрунті виникають напруження стиску, розтягу та згину. Неоднорідне поле деформацій сприяє високій якості подрібнення пласта під час обробки ґрунту з мінімальними енергозатратами. RU: Особенности механики измельчения почвенного слоя при обработке его зубчатым рабочим органом 34 Цель работы. Черноземы Украины являются одной из главных ценностей государства и его стратегическим ресурсом. Качество и плодородие почв в значительной степени зависит от способа обработки и от конструктивных особенностей обрабатывающего инструмента. С целью интенсификации процесса, повышения качества, снижения энергозатрат при обработке почв предложено конструкцию зубчатого рабочего органа (ЗРО). Поставленная задача испытать работоспособность нового ЗРО, исследовать механику разрыхления почвы при обработке ее рабочим органом и разработать модель взаимодействия почвы с поверхностями зубцов рабочего органа. Методы исследования. Разработаны математические модели механики разрыхления почвы при ее обработке рабочим органом. Процесс разрыхления состоит из двух последовательных фаз. В первой фазе слой почвы разрушается при прохождении лобной поверхности инструмента, которая выполнена по логарифмической спирали. Разрушение почвенного пласта в первой фазе зависит от скорости движения машины и от характерного угла логарифмической спирали, по которой исполнена лобовая поверхность ЗРО. Дальше слой разрыхляется на волнистой поверхности синусного цилиндра. После разрыхления почвы на лобовой поверхности ЗРО почва попадает на волнистую поверхность уже значительно разрыхленной. При этом пласт получает деформации перегиба на синусной поверхности, что дополнительно и более качественно разрушает целостность и разрыхляет пласт почвы за счет поочередных деформаций растяжения (разрыва) и сжатия, вызванных впадинами и выступами синусной поверхности ЗРО. Комбинация спиральной и синусной поверхностей зубчатого рабочего органа обеспечивает высокое качество и энергоэффективность обработки почвы. Научная новизна. Учитывая современные аграрные реалии и перспективы Украины, обработка почвы новым зубчатым инструментом с комбинированными рабочими поверхностями в виде логарифмической спирали и синусного цилиндра является своевременным, актуальным и новым направлением в сельскохозяйственной науке. Практическая ценность. Разрушение почвенного пласта при обработке его существующими рабочими органами в основном осуществляется вследствие деформаций разрыва со сдвигом. При обработке предлагаемым зубчатым рабочим органом за счет копирования сложного профиля рабочих поверхностей ЗРО дополнительно в почве возникают напряжения сжатия растяжения и изгиба. Неоднородное поле деформаций способствует высокому качеству разрыхления пласта во время обработки почвы с минимальными энергозатратами. EN: Purpose. Chernozems of Ukraine are one of the main values of the state and its strategic resource. The quality and fertility of soils largely depends on the processing method and on the design features of the processing tool. In order to intensify the process, improve the quality, reduce energy costs in the treatment of soils, the design of a gear working organ (GWO) is proposed. The task is to test the work capacity of the new GWO, to investigate the mechanics of loosening the soil when processing it with a working organ and to develop a model for the interaction of the soil with the surfaces of the teeth of the working organ. Methods of research. Mathematical models of the mechanics of loosening of the soil have been developed during its processing by the working organ. The process of loosening consists of two successive phases. In the first phase, the soil layer collapses as the frontal surface of the instrument passes through a logarithmic spiral. Destruction of the soil layer in the first phase depends on the speed of the machine and on the characteristic angle of the logarithmic spiral along which the head of the GWO is executed. Further, the layer loosens on the undulating surface of the sinus cylinder. After loosening the soil on the frontal surface of the GWO, the soil falls on a wavy surface already consider¬ably loosened. In this case, the layer gets deformations of the inflection on the sinus surface, which additionally and more qualitatively destroys the integrity and loosens the soil layer due to the alternate strains of expansion and compression, caused by depressions and protrusions of the sinus surface of the GWO. The combination of spiral and sinus surfaces of the gear working element ensures high quality and energy efficiency of tillage. Scientific novelty. Taking into account modern agrarian realities and prospects of Ukraine, tillage with a new serrated tool with combined working surfaces in the form of a logarithmic spiral and sinus cylinder is a timely, relevant and new direction in agricultural science. Practical value. The destruction of the soil layer when it is processed by existing working bodies is mainly due to distruction deformation with shear. When processing the proposed gear operating body by copying a complex profile of the working surfaces of the GWO, additional tensile and flexural compression stresses are created in the soil. A non-uniform deformation field promotes a high quality of loosening of the formation during soil cultivation with minimal energy input.
Визначення напружено-деформованого стану порожнистого циліндра з композиційного матеріалу з транстропним волокном
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Богуславська, А. М.; Клименко, М. І.; Гребенюк, С. М.; Богуславская, А. М.; Клименко, М. И.; Гребенюк, С. Н.; Boguslavska, A.; Klymenko, M.; Grebeniuk, S.
UK: Мета роботи. Отримати аналітичні співвідношення для визначення напружено-деформованого стану порожнистого циліндру із композиційного матеріалу з транстропним волокном при лінійному розподілу температури у радіальному напрямку. Методи дослідження. Для розв’язання крайової задачі термопружності використовуються аналітичні методи розв’язання крайових задач. Враховуючи низку гіпотез, задачу зведено до вісесиметричної задачі плоскої деформації для ортотропного матеріалу, до розв’язання якої застосовано аналітичні методи розв’язання крайових задач для звичайних диференційних рівнянь. При врахуванні неоднорідної структури композиційного матеріалу використано метод представницького об’ємного елементу для гомогенізації термопружних властивостей композиту. При цьому неоднорідний волокнистий композиційний матеріал представляється однорідним транстропним матеріалом, механічні властивості якого є функцією механічних характеристик ізотропної матриці та транстропного волокна і об’ємного вмісту кожного з них у композиті. Отримані результати. Розв’язано крайову задачу термопружності й визначено напружено-деформований стан порожнистого циліндру при сумісній дії внутрішнього тиску та температури, що лінійно розподілена по радіусу циліндра. Матеріал циліндру – композит з транстропним волокном та ізотропною матрицею. Армування волокном відбувалося у трьох напрямках: радіальному, тангенціальному та осьовому. Наукова новизна. Вперше отримані аналітичні співвідношення для напружень та переміщень порожнистого циліндру із композиційного матеріалу з транстропним волокном та ізотропною матрицею при сумісній дії внутрішнього тиску і лінійно розподіленої по радіусу циліндра температури. Представлено методику врахування у цих аналітичних співвідношеннях схеми розташування волокон у конструкції порожнистого циліндру. Практична цінність. За допомогою отриманих аналітичних співвідношень проаналізовано напружено-деформований стан порожнистого циліндру із композиційного матеріалу з вуглецевими волокнами залежно від схеми армування волокнами та об’ємного вмісту волокна в композиті. Наведені аналітичні співвідношення можуть бути використані для визначення напружено-деформованого стану конструкцій у вигляді порожнистих циліндрів, а саме при проектуванні різних трубопроводів, які при експлуатації знаходяться в умовах температурного впливу та внутрішнього тиску. Описаний підхід дозволяє раціонально вибрати такі параметри, як розміри конструкції, схеми армування волокнами, матеріали матриці та волокна, об’ємний вміст матриці та волокна у композиційному матеріалі. RU: Цель работы. Получить аналитические соотношения для определения напряженно-деформированного состояния полого цилиндра из композиционного материала с транстропным волокном при линейном распределении температуры в радиальном направлении. Методы исследования. Для решения краевой задачи термоупругости используются аналитические методы решения краевых задач. С учетом ряда гипотез задача сведена к осесимметричной задаче плоской деформации для ортотропного материала, для решения которой использовались аналитические методы решения краевых задач для обыкновенных дифференциальных уравнений. При учете неоднородной структуры композиционного материала применялся метод представительного объемного элемента для гомогенизации термоупругих свойств композита. При этом неоднородный волокнистый композиционный материал представляется однородным транстропным материалом, механические свойства которого являются функцией механических характеристик изотропной матрицы и транстропного волокна и объемного содержания каждого из них в композите. Полученные результаты. Получено решение краевой задачи термоупругости и определено напряженно-деформированное состояние полого цилиндра при совместном действии внутреннего давления и температуры, что линейно распределена по радиусу цилиндра. Материал цилиндра – композит с транстропным волокном и изотропной матрицей. Армирование волокном проводилось в трех направлениях: радиальном, тангенциальном и осевом. Научная новизна. Впервые получены аналитические соотношения для напряжений и перемещений полого цилиндра из композиционного материала с транстропным волокном и изотропной матрицей при совместном действии внутреннего давления и линейно распределенной по радиусу цилиндра температуры. Представлено методика учета в этих аналитических соотношениях схемы расположения волокон в конструкции полого цилиндра. Практическая ценность. С помощью полученных аналитических соотношений проанализировано напряженно-деформированное состояние полого цилиндра из композиционного материала с углеродными волокнами в зависимости от схемы армирования волокнами и объемного содержания волокна в композите. Приведенные аналитические соотношения могут быть использованы для определения напряженно-деформированного состояния конструкций в виде полых цилиндров, а именно при проектировании разных трубопроводов, находящихся при эксплуатации в условиях температурного влияния и внутреннего давления. Описанный подход позволяет рационально подбирать такие параметры, как размеры конструкции, схемы армирования волокнами, материалы матрицы и волокна, объемное содержание матрицы и волокна в композиционном материале. EN: Purpose. To obtain analytical correlations for determination of the stress-strained state of the hollow cylinder made of the composite material with the transtropic fiber when linear temperature distributing in radial direction. Methods of investigation. Analytical methods of the boundary-value problems are used for the solution of the boundary-value problem of thermoelasticity. Taking into account a number of hypotheses the problem is brought to the axisymmetric problem of the flat deformation for orthotropic material. For solution of this problem analytical methods of the boundary-value problems for usual differential equations are used. While considering heterogeneous structure of the composite material a method of representative volume element for homogenization of thermoelastic composite’s characteristics is used. In so doing heterogeneous fibrous composite material is represented by homoge¬neous transtropic material having mechanical characteristics that are the function of the mechanical feature of isotropic matrix and transtropic fiber and of the volume content of each of them in the composite. Results. The boundary-value problem of thermoelasticity is solved, and the stress-strained state of the hollow cylinder under combined influence of the internal pressure and temperature linearly dispersed through the cylinder radius, is determined. The material of the cylinder is the composite of the transtropic fiber and isotropic matrix. Fiber arming was made in three directions: radial, tangential, and axial. Scientific novelty. For the first time, analytical correlations for tensions and shifts of the hollow cylinder of the composite material with transtropic fiber and isotropic matrix under combined influence of the internal pressure and temperature linearly dispersed through the cylinder radius. The methodic of consideration of the fiber placing scheme in the construction of the hollow cylinder is represented. Practical value. Using obtained analytical correlations the stress-strained state of the hollow cylinder made of the composite material with the carbonic fibers is analyzed in dependency on the scheme of the arming with fibers and volume content of the fiber in the composite. The given analytical correlations can be used on determination of the stress-strained state of the constructions in the form of hollow cylinders, notably while projecting pipelines which during their exploitation are under conditions of temperature influence and internal pressure. The described ap¬proach allows efficiently choose such operation factors as sizes of a construction, schemes of the arming with fibers, materials of a matrix and fiber, volume content of a matrix and fiber in a composite material.
Способи подрібнення зерен і підвищення міцнісних властивостей конструкційних сталей
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Калінін, О. В.; Калинин, А. В.; Kalinin, A.
UK: Мета роботи. Вивчення способів подрібнення зерна і підвищення міцності конструкційних сталей 09Г2, 09Г2С в результаті модифікування нанодисперсними композиціями, термообробки та інтенсивної пластичної деформації. Збільшення основних механічних властивостей Si-Mn сталей: міцності, а саме межі текучості (σ0,2). Методи дослідження. Були проводені металографічні дослідження зерен сталей до і після модифікування, а також механічні випробування стандартних зразків. Застосовані методи досліджень: металографічний і спектральний аналіз, вимірювання мікротвердості, механічні випробування, статистична обробка отриманих результатів. Отримані результати. Обґрунтовано вибір складу модифікатора на основі відповідності кристалічних решіток низьковуглецевих сталей з гранецентрованою решіткою TiCN. Фракція модифікатора відповідала розміру вихідного зерна аустеніту. Запропоновано зміцнююча термічна обробка заготовок: гарт з варіюванням швидкості охолодження. Пі сля охолодження структура сталей 09Г2 і 09Г2С с кладалася з фериту і троостита із середнім розміром зерна 8...10 мкм. У початковому стані розмір зерна становив 30 мкм. Проведено відпуск зразків при 500 і 600 °С. В результаті досягнуто підвищення мікротвердості з 3000 МПа до 4000 МПа сталей. Наукова новизна. Дано обґрунтування вибору типу і фракції нанодисперсного модифікатора. Способом плазмохімічного синтезу отримані нанопорошки карбонитрида титану Ti(CN) фракції 50...100 нм. Практическая ценность. Розроблено технологію введення модифікатора в сталевий розплав. Отримано якісні модифіковані виливки з однорідною структурою. Проведена інтенсивна пластична деформація і термозміцнююча обробка сталей. Ефект модифікування підтверджений подрібненням зерна Si-Mn-сталей в 3 рази з підвищенням міцності властивостей. RU: Цель работы. Изучение способов измельчения зерна и повышения прочности конструкционных сталей 09Г2, 09Г2С в результате модифицирования нанодисперсными композициями, термообработк и и интенсивной пластической деформации. Увеличение основных механических свойств Si-Mn сталей: прочностных характеристик, а именно предела текучести (σ0,2). Методы исследования. Проводили металлографические исследования зерен сталей до и после модифицирования, а также механические испытания стандартных образцов. Применены методы исследований: металлографический и спектральный анализ, измерение микротвердости, механические испытания, статистическая обработка полученных результатов. Полученные результаты. Обоснован выбор состава модификатора на основе соответствия кристаллических решеток низкоуглеродистых сталей с гранецентрированной решеткой TiCN. Фракция модификатора соответствовала размеру исходного зерна аустенита. Предложена упрочняющая термическая обработка заготовок: закалка с варьированием скорости охлаждения. После охлаждения структура сталей 09Г2 и 09 Г2С состояла из феррита и троостита со средним размером зе рна 8…10 мкм. В исходном состоянии размер зерна составлял 30 мкм. Проведен отпуск образцов при 500 и 600°С. В результате достигнуто повышение микротвердости с 3000 МПа до 4000 МПа сталей. Научная новизна. Проведено обоснование выбора типа и фракции нанодисперсного модификатора. Способом плазмохимического синтеза получены нанопорошки карбонитрида титана Ti (CN) фракции 50...100 нм. Практическая ценность. Разработана технология введения модификатора в стальной расплав. Получены качественные модифицированные отливки с однородной структурой. Проведена интенсивная пластическая деформация и термоупрочняющая обработка сталей. Эффект модифицирования подтвержден измельчением зерна Si-Mn-сталей в 3 раза с повышением прочностных свойств. EN: Purpose. The study of methods for grinding grain and increasing the strength of structural steels 09Г2, 09Г2С as a result of modifying with nano-dispersed compositions, heat treatment and severe plastic deformation. The increase of the basic mechanical properties of Si-Mn steels: strength characteristics, namely the yield strength (σ0,2). Metodology. Metallographic studies of steel grains before and after modification, as well as mecha-nical tests of standard samples were conducted. Research methods were applied: metallographic and spectral analysis, micro-hardness measurement, mechanical tests, statistical processing of the obtained results. Results. The choice of the composition of the modifier is substantiated on the basis of the correspondence of the crystal lattices of low-carbon steels with a face-centered TiCN lattice. The modifier fraction corresponded to the size of the original austenite grain. Hardening heat treatment of blanks was proposed : quenching with varying cooling rates. After cooling, the structure of 09Г2 and 09Г2С steels consisted of ferrite and troostite with an average grain size of 8...10 microns. In the initial state, the grain size was 30 мm. Samples were dispensed at 500 and 600 ° C. As a result, an increase in microhardness was achieved from 3000 MPa to 4000 MPa. Scientific novelty. The substantiation of the choice of the type and fraction of the nano-dispersed modifier is carried out. Nanopowders of titanium carbonitride Ti(CN) of fraction 50...100 nm were obtained by the method of plasma-chemical synthesis. Practical value. A technology has been developed to introduce a modifier into a steel melt. High-quality modi¬fied castings with a uniform structure were obtained. Intensive plastic deformation and heat treatment of steels was processed. The effect of modification is confirmed by grinding the grain of Si-Mn-steels 3 times with increasing strength properties.
Корозійна стійкість і термін служби устаткування, що експлуатується в лужних розчинах (огляд)
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Савонов, Юрій Миколайович; Александров, О. Г.; Осипов, Михайло Юрійович; Андрущенко, Михайло Іванович; Савонов, Юрий Николаевич; Александров, А. Г.; Осипов, Михаил Юрьевич; Андрущенко, Михаил Иванович; Savonov, Yu.; Aleksandrov, A.; Osipov, M.; Andruschenko, M.
UK: Мета роботи. Розробка технологічного процесу зварювання і контролю якості трубопроводів для підвищення надійності роботи і терміну їх служби в агресивних середовищах. Методи дослідження. Результати отримані із застосуванням електрохімічних досліджень наплавленого металу і зварних швів нержавних сталей, металографічного аналізу мікроструктур зруйнованих ділянок реальних трубопроводів. Отримані результати. Висвітлено питання корозійної поведінки зварних швів обладнання з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т в лужних розчинах. Розглянуто основні види корозійного пошкодження зварного обладнання в агресивних середовищах. Наведено зварювальні матеріали, що забезпечують високу корозійну стійкість наплавленого металу зварних швів. Наукова новизна. Устаткування зі сталі 12Х18Н10Т, яке експлуатується в лужних середовищах може піддаватися корозійному руйнуванню по зварним з’єднанням: виборчій корозії металу шва і корозійному розтріскуванню. Електрохімічні дос лі дже нн я показали, що корозія зварн их з’єднань сталі 12Х18Н10Т в лу жних розчинах проходить в пасивній ділянці, тому основним видом руйнувань є корозійне розтріскування, обумовлене наявністю залишкових напружень. Практична цінність. На основі проведеного аналізу характеру руйнувань обрані зварювальні матеріали, рекомендовані режими виконання зварних з’єднань, а також методика подальшої термічної обробки зварних швів з метою зняття залишкових напруг і збільшення терміну служби технологічного обладнання RU: Цель работы. Разработка технологического процесса сварки и контроля качества трубопроводов для повышения надежности работы и срока их службы в агрессивных средах. Методы исследования. Результаты получены с применением электрохимических исследований наплавленного металла и сварных швов нержавеющих сталей, металлографического анализа микроструктур разрушенных участков реальных трубопроводов. Полученные результаты. Исследовано коррозионное поведение сварных швов оборудования из нержавеющей стали 12Х18Н10Т в щелочных растворах. Рассмотрены основные виды коррозионного повреждения сварного оборудования в агрессивных средах. Приведены сварочные материалы, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость наплавленного металла сварных швов. Научная новизна. Оборудование из стали 12Х18Н10Т, которое эксплуатируется в щелочных средах, может подвергаться коррозионному разрушению по сварным соединениям: избирательной коррозии металла шва и коррозионному растрескиванию. Электрохимические исследования показали, что коррозия сварных соединений стали 12Х18Н10Т в щелочных растворах проходит в пассивной области, поэтому основным видом разрушений является коррозионное растрескивание, обусловленное наличием остаточных напряжений. Практическая ценность. На основе проведенного анализа характера разрушений выбраны сварочные материалы, рекомендованы режимы выполнения сварных соединений, а также методика последующей термической обработки сварных швов с целью снятия остаточных напряжений и увеличения срока службы технологического оборудования. EN: Purpose. Development of the welding process and quality control of pipelines to increase the reliability of work and their service life in corrosive environments. Research methods. The results were obtained using electrochemical studies of the weld metal and welds of stainless steels, metallographic analysis of the microstructures of the destroyed sections of real pipelines. Results. Сorrosion behavior of welds of equipment made of stainless steel 12X18H10T in alkaline solutions are studied. The main types of corrosion damage to welded equipment in corrosive environments are considered. The welding materials that provide high corrosion resistance of hard faced weld metal are given. Scientific novelty. Equipment made of steel 12X18H10T, which is operated in alkaline environments, can be subjected to corrosion damage along welded joints: selective corrosion of the weld metal and corrosion cracking. Electrochemical studies have shown that corrosion of welded joints of steel 12X18H10T in alkaline solutions takes place in the passive area, therefore, the main type of damage is corrosion cracking due to the presence of residual stresses. Practical value. Based on the analysis of the nature of the damage, welding materials were selected, performance modes for welded joints were recommended, as well as methods for subsequent heat treatment of welds in order to relieve residual stresses and increase the service life of process equipment.
Повышение технологических свойств свариваемых алюминиевых сплавов модифицированием дисперсными композиціями
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Калинина, Н. Е.; Давидюк, А. В.; Калинин, В. Т.; Носова, Т. В.; Носенко, О. П.; Савченко, И. С.; Калініна, Н. Є.; Давидюк, А. В.; Калінін, В. Т.; Носова, Т. В.; Носенко, О. П.; Савченко, І. С.; Kalinina, N.; Davyduc, A.; Kalinin, V.; Nosova, T.; Nosenko, O.; Savchenko, I.
RU: Цель работы. Повышение комплекса технологических свойств свариваемых конструкционных алюминиевых сплавов за счёт металлургических методов – обработки расплавов дисперсными модификаторами. Методы исследования. Деформируемые алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mn выплавляли в промышленной индукционной печи емкостью 50 кг. Модификатор – порошковый карбид кремния в таблетированном виде вводили после расплавления шихты при механическом перемешивании. Полученные результаты. Разработана методика приготовления порошкового модификатора на основе карбида кремния в таблетированном виде. Проведен ряд опытных плавок сплавов 1201 и 2219. Проведен анализ технологичных свойств алюминиевых сплавов до и после модефицирования: жидкотекучести, склонности к образованию горячих трещин, герметичности. Модифицированные сплавы показали высокую стойкость к образованию горячих трещин. Проведен анализ состояния проблемы образования кристализационных трещин при сварке алюминиевых сплавов. Достигнуто повышение механических свойств модифицированных алюминиевых сплавов в металле шва. Достигнуто повышение жидкотекучести модифицированных сплавов на 6 %. Получена однородная дисперсная структура переходной зоны сварных соединений, что подтверждает эффект модифицирования. Научная новизна. Установлен механизм действия дисперсного модефикатора на алюминиевый расплав. Разработана методика изготовления дисперного модефикатора карбида кремния фракцией расплавы до 2 мкм в таблетированном виде. Этим способом возможно изготовление таблеток с широкими интервалами размеров, что обеспечивается сменными матрицей и пуансоном пресс-автомата. Практическая ценность. Отработана технология ввода дисперсного модификатора в алюминиевые расплавы. В результате модифицирования достигнуто повышение жидкотекучести, герметичности механических свойств свариваемых алюминиевых сплавов. UK: Мета роботи. Підвищення комплексу технологічних властивостей зварювальних конструкційних алюмінієвих сплавів за рахунок металургійних методів – обробки розплавів дисперсними модифікаторами. Методи дослідження. Деформовані алюмінієві сплави системи Al-Cu-Mn виплавляли в промисловій індукційній печі ємністю 50 кг. Модифікатор – порошковий карбід кремнію в таблетованій вигляді вводили після розплавлення шихти при механічному перемішуванні. Отримані результати. Розроблено методику приготування порошкового модифікатора на основі карбіду кремнію в таблетованому вигляді. Проведено низку дослідних плавок сплавів 1201 і 2219. Проведено аналіз технологічних властивостей алюмінієвих сплавів до і після модифікування: рідкотекучості, схильності до утворення гарячих тріщин, герметичності. Модифіковані сплави показали високу стійкість до утворення гарячих тріщин. Проведено аналіз стану проблеми утворення кристалізаційних тріщин при зварюванні алюмінієвих сплавів. Досягнуто підвищення механічних властивостей модифікованих алюмінієвих сплавів у металі шва. Досягнуто підвищення рідкотекучості модифікованих сплавів на 6 %. Отримано однорідну дисперсну структуру перехідної зони зварних з’єднань, що підтверджує ефект модифікування. Наукова новизна. Встановлено механізм дії дисперсного модифікатора на алюмінієвий розплав. Розроблено методику виготовлен ня дисперного модефікатора карбіду кремнію фракцією розплави до 2 мкм в таблетованій формі. Цим способом можливо виготовлення таблеток з широкими інтервалами розмірів, що забезпечується змінними матрицею і пуансоном прес-автомата. Практична цінність. Відпрацьовано технологію введення дисперсного модифікатора в алюмінієві розплави. Внаслідок модифікування досягнуто підвищення жидкотекучості, герметичності механічних властивостей зварюваних алюмінієвих сплавів. EN: Purpose. Increase the complex technological properties of welded structural aluminum alloys due to metallurgical methods - processing of melts with dispersed modifiers. Methods of research. Wrought aluminum alloys of the Al-Cu-Mn system were melted in an industrial induction furnace with a capacity of 50 kg. The modifier – powdered silicon carbide in tablet form was introduced after melting the mixture using mechanical stirring. Results. The method of preparation of the powder modifier based on silicon carbide in tablet form has been developed. A number of experimental melts of alloys 1201 and 2219 were carried out. The technological properties of aluminum alloys were analyzed before and after modifying: fluidity, tendency to hot cracking, tightness. Modified alloys showed high resistance to hot cracking. The analysis of the state of the problem of the formation of crystallization cracks during welding of aluminum alloys has been carried out. An increase in the mechanical properties of modified aluminum alloys in the weld metal has been achieved. Modified alloys fluidity increase by 6 % was achieved. A homogeneous dispersed structure of the transition zone of welded joints was obtained, which confirms the effect of modification. Scientific novelty. The mechanism of the action of the dispersed modifier on the aluminum melt is established. A method has been developed for manufacturing a dispersed modifier of silicon carbide with a fraction of melts up to 2 мm in tablet form. This method makes it possible to manufacture tablets with wide intervals of sizes, which is ensured by a replaceable die and punch of the press machine. Practical value. A technology has been developed to introduce a dispersion modifier into aluminum melts. As a result of the modification, an increase in the fluidity and tightness of the mechanical properties of the welded aluminum alloys was achieved.
Разработка состава литейного безрениевого жаропрочного никелевого сплава для изготовления лопаток методом направленной кристаллизации
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Милонин, Е. В.; Малиновский, П. Е.; Наумик, Валерий Владиленович; Гайдук, Сергей Валентинович; Кондрашова, С. Г.; Милонін, Є. В.; Малиновський, П. Є.; Наумик, Валерій Владиленович; Гайдук, Сергій Валентинович; Кондрашова, С. Г.; Milonin, Ye.; Malinovskii, P.; Naumik, V.; Gaiduk, S.; Kondrashova, S.
RU: Цель работы. Повысить структурную стабильность жаропрочного никелевого сплава с сохранением уровня его свойств и характеристик при значительном удешевлении стоимости, за счёт разработки оптимального комплекса легирующих элементов без содержания дорогостоящих импортных рения и ниобия. Методы исследования. Для оценки структурной и фазовой стабильности жаропрочных никелевых сплавов применяли различные расчётные методы. Методику оценки сбалансированности химического состава сплавов «ΔЕ- методом» по величине параметра дисбаланса системы легирования, с учетом параметра склонности сплава к образованию топологически плотно упакованных (ТПУ) фаз. Методы PHACOMP и New PHACOMP, согласно которым по химическому составу γ- твердых растворов рассчитывается комплекс параметров структурной стабильности сплавов. Разработанную в ЗНТУ комплексную методику, устанавливающую взаимосвязь межу различными параметрами структурной стабильности. Полученные результаты. На основе серийного сплава ЖС32-ВИ расчётно-аналитическими методами разработан состав нового эконмнолегированного жаропрочного никелевого сплава для изготовления литых лопаток методом направленной кристаллизации, который не содержит в своем составе дорогостоящего импортного рения и за счёт этого существенно дешевле своего серийного прототипа. Научна новизна. Расчётно-аналитическими методами разработан состав жаропрочного никелевого сплава на основе ЖС32-ВИ с повышенной структурной стабильностью, что позволяет обеспечить необходимый для литейных монокристаллических сплавов комплекс эксплуатационных свойств. Улучшение структурной стабильности разработанного сплава, по сравнению с серийным ЖС32-ВИ, обеспечивается за счет сбалансированного легирования: содержания в составе на среднем уровне тантала (8,5 %) и вольфрама (8,5 %), при уменьшении содержания углерода, молибдена и кобальта почти в 2 раза, при отсутствии в составе ниобия и наиболее дорогостоящего компонента – рения. Практическая ценность. Разработанный эконмнолегированный жаропрочный никелевый сплав на основе серийного сплава ЖС32-ВИ, не содержащий в своём составе дорогостоящих рения и ниобия, обеспечивает весь необходимый комплекс эксплуатационных свойств при существенном снижении стоимости и может быть рекомендован для использования при изготовлении монокристаллических литых лопаток газотурбинных установок наземного базирования. UK: Мета роботи. Підвищити структурну стабільність жароміцного нікелевого сплаву зі збереженням рівня його властивостей і характеристик при значному здешевленні вартості за рахунок розробки оптимального комплексу легувальних елементів без вмісту дорогих імпортних ренію і ніобію. Методи дослідження. Для оцінки структурної та фазової стабільності жароміцних нікелевих сплавів застосовували різні розрахункові методи. Методику оцінки збалансованості хімічного складу сплавів «ΔЕ-методом» за величиною параметра дисбалансу системи легування, з урахуванням параметра схильності сплаву до утворення топологічно щільно пакованих (ТЩП) фаз. Методи PHACOMP та New PHACOMP, згідно з якими за хімічним складом γ- твердих розчинів розраховується комплекс параметрів структурної стабільності сплавів. Розроблено в ЗНТУ комплексну методику, яка встановлює взаємозв’язок між різними параметрами структурної стабільності. Отримані результати. На основі серійного сплаву ЖС32-ВІ розрахунково-аналітичними методами розроблений склад нового економнолегованого жароміцного нікелевого сплаву для виготовлення литих лопаток методом спрямованої кристалізації, який не містить в своєму складі дорогого імпортного ренію і за рахунок цього є істотно дешевшим за свій серійний прототип. Наукова новизна. Розрахунково-аналітичними методами розроблений склад жароміцного нікелевого сплаву на основі ЖС32-ВІ з підвищеною структурної стабільністю, що дозволяє забезпечити необхідний для ливарних монокристалічних сплавів комплекс експлуатаційних властивостей. Поліпшення структурної стабільності розробленого сплаву, порівняно з серійним ЖС32-ВІ, забезпечується за рахунок збалансованого легування: утримання в складі на середньому рівні танталу (8,5 %) і вольфраму (8,5 %) при зменшенні вмісту вуглецю, молібдену і кобальту майже в 2 рази, при відсутності в складі ніобію і найбільш дорогого компонента – ренію. Практична цінність. Розроблений еконмнолегований жароміцний нікелевий сплав на основі серійного сплаву ЖС32-ВІ, який не містить у своєму складі дорогих ренію і ніобію, забезпечує весь необхідний комплекс експлуатаційних властивостей, при істотному зниженні вартості, і може бути рекомендований для використання при виготовленні монокристалічних литих лопаток газотурбінних установок наземного базування. EN: Purpose. To increase the structural stability of the heat-resistant nickel alloy while maintaining its level of properties and characteristics at a significant cost reduction, by developing an optimal complex of alloying elements without the content of expensive imported rhenium and niobium. Methods of research. To assess the structural and phase stability of heat-resistant nickel alloys, various calculation methods were used. A method for estimating the balance of the chemical composition of alloys by the «ΔE-method» from the unbal¬ance parameter of the alloying system, taking into account the alloy’s propensity to form topologically close packed (TСP) phases. PHACOMP and New PHACOMP methods according to which the complex of structural stability parameters of alloys is calculated from the chemical composition of γ - solid solutions. Complex methodology, developed in ZNTU, which establishes the relationship between various parameters of structural stability, was used. Results. Based on the serial alloy ЖС32-ВI, using calculation and analytical methods, the composition of a new economically alloyed nickel-based superalloy for the production of cast blades by the method of directional crystal¬lization, which does not contain expensive imported rhenium in its composition, and due to this it is substantially cheaper than its serial prototype, is developed . Scientific novelty. The composition of nickel-base superalloy based on ЖС 32-ВI with increased structural stability has been calculated by analytical methods, which makes it possible to provide a set of operational properties necessary for casting single-crystal alloys. Improvement of the developed alloy structural stability, as compared to the serial ЖС32-ВI, is ensured by balanced alloying: the content of tantalum (8.5 %) and tungsten (8.5 %) at the middle level, while reducing the content of carbon, molybdenum and cobalt almost by 2 times, in the absence of niobium and of the most expensive component – rhenium. Practical value. The developed nickel-base superalloy based on the ЖС 32-ВI series alloy, which does not contain expensive rhenium and niobium in its composition, provides the entire required set of performance properties, at a significant cost reduction, and can be recommended for use in manufacturing single-crystal cast blades of gas-turbine ground-based installations.
Формирование защитных диффузионных слоев и покрытий на высокоуглеродистых материалах сильноэкзотермическим взаимодействием химических реагентов в конденсированной фазе
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Ткаченко, Сергей Николаевич; Ткаченко, Сергій Миколайович; Tkachenko, S.
RU: Цель работы. Формирование защитных слоев и покрытий на деталях из высокоуглеродистых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Методы исследования. Металлографические исследования поверхности упрочненной детали позволили определить микротвердость отдельных участков. Полученные результаты. Изучены условия формирования защитных диффузионных слоев и покрытий на высокоуглеродистых материалах газотранспортной СВС- технологией. Получены сравнительные характеристики деталей, упрочненных в изотермических условиях и оптимальной технологией в условиях СВС. Разработанные составы порошковых СВС- смесей и технологический режим СВС- процесса формирования покрытий прошли испытания в промышленных условиях. Научная новизна. Основным упрочняющим элементом являлся бор, с небольшой добавкой кремния. В качестве исследованных материалов были выбраны следующие стали: Ст40, Х12Ф1, Х12М, У8А, У10, У10А. Для составления СВС- смесей использовались смеси дисперсностью 250–400 мкм таких материалов: Si, B, Ti, Al, Cr2O3, Al2O3, Ni, Hf, Ta2O5, NH4Cl. Металл ографические исследования поверхности упрочненной детали позволили определить микротвердость отдельных участков. Установлено, что при повышении жаростойкости детали во всем температурно-временном интервале поверхностный силицированный слой состоит из двух фаз: внешней, представляющей собой силицид никеля Ni2Si, силицид гафния HfSi2 и карбидной фазы. В процессе нанесения защитного покрытия на высокоуглеродистый материал в последнем частично растворяется углерод подложки, о чем свидетельствует повышенная микротвердость слоя (Нμ = 35000– – 40000 МПа) и образование у границ раздела с основой карбида кремния толщиной 3–5 мкм. Содержание Si в поверхности слоя составляет 13 %. Анализ результатов сравнительных испытаний показал, что детали, упрочненные в оптимальном режиме в условиях СВС, имеют эксплуатационный срок службы в 2–2,5 раза больший, чем детали, упрочненные в условиях обычной химико-термической обработки. Практическая ценность. Исследовано промышленное использование разработанных порошкових СВС- смесей и технологических режимов в условиях производства ОАО «ЗСПЗ». Рассмотрено поверхностное упрочнение юбки волочильного барабана, которая связана с повышенным износом рабочей части. UK: Мета роботи. Формування захисних шарів і покриттів на деталях з високовуглецевих матеріалів методом самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС). Методи дослідження. Металографічні дослідження поверхні зміцненої деталі дозволили визначити мікротвердість окремих ділянок. Отримані результати. Вивчено умови формування захисних дифузійних шарів і покриттів на високовуглецевих матеріалах газотранспортною СВС- технологією. Отримано порівняльні характеристики деталей, зміцнених в ізотермічних умовах і оптимальною технологією в умовах СВС. Розр облен і склади порошкових СВС- сумішів і технологічний режим СВС-процесу формування покриттів пройшли випробування в промислових умовах. Наукова новизна. Основним зміцнювальним елементом був бор, з невеликою добавкою кремнію. За досліджувальні матеріали було обрано такі сталі: Ст40, Х12Ф1, Х12М, У8А, У10, У10А. Для складання СВС-сумішів використовувалися суміші дисперсностью 250–400 мкм таких матеріалів: Si, B, Ti, Al, Cr2O3, Al2O3, Ni, Hf, Ta2O5, NH4Cl. Мет ал ографічні дослідження поверхні зміцненої деталі дозволили визначити мікротвердість окремих ділянок. Встановлено, що при підвищенні жаростійкості деталі у всьому температурно-часовому інтервалі поверхневий силіційований шар складається з двох фаз: зовнішньої, що являє собою силіцид нікелю Ni2Si силіцид гафнію HfSi2, і карбідної фази. В процесі нанесення захисного покриття на високовуглецевій матеріал в останньому частково розчиняється вуглець підкладки, про що свідчить підвіщена мікротвердість кулі (Нμ = 35000–40000 МПа) і утворення біля кордонів ропозділу з основою карбіду кремнію завтовшки 3–5 мкм. Вміст Si в поверхні кулі становить 13 %. Аналіз результатів порівняльних випробувань показав, що деталі, зміцнені в оптимальному режимі в умовах СВС, мають експлуатаційний термін використання в 2–2,5 рази Практична цінність. Показано промислове використання розроблених порошкових СВС- сумішів і технолог-ічних режимів в умовах виробництва ВАТ « ЗСПЗ». Розглянуто поверхневе зміцнення спідниці волочильного бара-бана, яка пов’язана з підвищеним зношенням робочої частини. EN: Purpose. Formation of protective layers and coatings on high-carbon materials by self-propagating high-temperature synthesis (SHS). Methods of research. Metallographic studies of the surface of the hardened part made it possible to determine the microhardness of individual sections. Results. The conditions for the formation of protective diffusion layers and coatings on high-carbon materials by gas-transported SHS-technology are studied. Comparative characteristics of parts strengthened under isothermal conditions and optimal technology under SHS conditions are obtained. The developed compositions of powder SHS-mixtures and the technological regime of the SHS process of coating formation were tested in industrial conditions. Scientific novelty. The basic strengthening element was boron, with a small addition of silicon. As materials studied, the following steels were selected: 40, Х12Ф1, Х12М, У8А, У10, У10А. For the preparation of SHS mixtures, mixtures of 250–400 мm dispersions were used for such materials: Si, B, Ti, Al, Cr2O3, Al2O3, Ni, Hf, Ta2O5, NH4Cl. Metallographic studies of the surface of the hardened part made it possible to determine the microhardness of individual sections. It has been established that with increasing the heat resistance of a part in the entire temperature-time range, the surface silicate layer consists of two phases: the external phase, which is the nickel silicide Ni2Si, hafnium silicide HfSi2, and the carbide phase. In the process of depositing a protective coating on the high-carbon material, the carbon partially dissolves in the latter, as evidenced by the increased microhardness of the layer (Нμ = 35000–40000 МPа) and the formation at the interfaces with a silicon carbide substrate 3–5 мm in thickness. The Si content in the surface of the layer is 13 %. The analysis of the results of comparative tests showed that the parts hardened in optimum conditions under SHS conditions have a service life by 2–2.5 times greater than those hardened in the conditions of conventional chemical-thermal treatment. Practical value. The industrial use of the developed powdered SHS-mixtures and technological regimes in the production conditions of JSC «ZSPZ» is shown. The surface hardening of the skirt of a drawing drum is considered, which is associated with an increased wear of the working part.
Повышение механических свойств рессорно-пружинных сталей получением многофазной структуры с метастабильным аустенитом
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Малинов, Л. С.; Бурова, Д. В.; Малышева, И. Е.; Малінов, Л. С.; Бурова, Д. В.; Малишева, І. Ю.; Malinov, L.; Burova, D.; Malysheva, І.
RU: Цель работы. Повысить прочностные свойства или пластичность и ударную вязкость сталей 60С2А, 60С2ХФА, 65Г после термообработки с нагревом в межкритический интервал температур за счет получения многофазной структуры с метастабильным аустенитом, претерпевающим динамическое деформационное мартенситное превращение при нагружении. Методы исследования. Дюрометрический, металлографический и рентгеновский методы исследования. Определение механических свойств при растяжении (ГОСТ 1497-84) и ударной вязкости (ГОСТ 9454-78). Полученные результаты. Закалка из МКИТ и низкий отпуск или изотермическая закалка при рациональных термовременных режимах их проведения позволяют получить в исследованных сталях дисперсную многофазную структуру с метастабильным Закалка из МКИТ и низкий отпуск или изотермическая закалка при рациональных термовременных режимах их проведения позволяют получить в исследованных сталях дисперсную многофазную структуру с метастабильным остаточным аустенитом. Это обеспечивает исследованным сталям в одних случаях уровень механических свойств, соответствующий высокопрочному состоянию, в других – повышенную пластичность и ударную вязкость при таких же (в ряде случаев более высоких) прочностных свойствах, как у среднеуглеродистых сталей после улучшения. В зависимости от требуемых механических свойств, количеством и стабильностью остаточного аустенита по отношению к ДДМП необходимо управлять, оптимизируя их для каждого конкретного случая. Изотермическую закалку целесообразно проводить экологически чистым способом, осуществляя после аустенитизации охлаждение до температуры изотермы в воде, выдержку при ней – в печи с последующим охлаждением на воздухе. В ряде случаев после нагрева и выдержки в МКИТ следует перед охлаждением кратковременно нагреть сталь в аустенитную область. Научна новизна. Показана целесообразность создания многофазной структуры с метастабильным аустенитом в сталях 60С2А, 60С2ХФА, 65Г применением термообработки с нагревом в межкритический интервал температур. Это позволяет при определенных режимах термообработки в одних случаях получить механические свойства, соответствующие высокопрочному состоянию, в других – достичь более высокого уровня пластичности и ударной вязкости, чем у улучшаемых сталей, при таких же, как у них, или даже более высоких прочностных свойствах. Практическая ценность. Повышение прочностных свойств или пластичности и ударной вязкости рессорно-пружинных сталей 60С2А, 60С2ХФА, 65Г после термообработки с нагревом в МКИТ за счет получения многофазной структуры с метастабильным аустенитом, претерпевающим ДДМП при нагружении, что позволяет расширить области применения этих сталей. UK: Мета роботи. Підвищити властивості міцності або пластичність та ударну в’язкість сталей 60С2А, 60С2ХФА, 65Г після термообробки з нагрівом в міжкритичний інтервал температур за рахунок одержання багатофазної структури з метастабільним аустенітом, який зазнає динамічного деформаційного мартенситного перетворення при навантаженні. Методи дослідження. Дюрометричний, металографічний та рентгенівський методи дослідження. Визначення механічних властивостей при розтягуванні (ГОСТ 1497-84) та ударної в’язкості (ГОСТ 9454-78). Одержані результати. Гартування із МКІТ та низький відпуск або ізотермічне гартування при раціональних термочасових режимах їх проведення дозволяють одержати в досліджених сталях дисперсну багатофазну структуру з метастабільним залишковим аустенітом. Це забезпечує досліджуваним сталям в одних випадках рівень механічних властивостей, який відповідає високоміцному стану, в інших – підвищену пластичність та ударну в’язкість при таких само (в низці випадків більш високих) властивостях міцності, як у середньовуглецевих сталях після поліпшення. Залежно від механічних властивостей, що вимагаються, кількістю та стабільністю залишкового аустеніту щодо відносно ДДМП необхідно керувати, оптимізуючи їх для кожного конкретного випадку. Ізотермічне гартування доцільно проводити екологічно чистим способом, здійснюючи після аустенітизації охолодження до температури ізотерми у воді, витримку при цьому у печі з подальшим охолодженням на повітрі. В низці випадків після нагріву та витримки в МКІТ треба перед охолодженням короткочасно нагріти сталь в аустенітну область. Наукова новизна. Показана доцільність створення багатофазної структури з метастабільним аустенітом в сталях 60С2А, 60С2ХФА, 65Г застосуванням т е рм о о б р об к и з нагріванням в міжкритичний інтервал температур (МКІТ). Це дозволяє при певних режимах термообробки в одних випадках отримати механічні властивості, які відповідні високоміцному стану, в інших – досягти більш високого рівня пластичності та ударної в’язкості, ніж у поліпшуваних сталей, при таких самих як у них або навіть більш високих властивостях міцності. Практична цінність. Підвищення властивостей міцності або пластичності й ударної в’язкості ресорно-пружинних сталей 60С2А, 60С2ХФА, 65Г після термообробки з нагріванням в МКІТ за рахунок одержання багатофазної структури з метастабільним аустенітом, який зазнає ДДМП при навантаженні, що дозволяє розширити галузі використання цих сталей. EN: Purpose. To improve the strength properties or ductility and toughness of steels 60C2A, 60C2ХФA, 65Г after heat treatment with heating in the intercritical temperature range due to obtaining a multiphase structure with metasta-ble austenite undergoing dynamic deformation martensitic transformation under loading. Research methods. Durometric, metallographic and X-ray methods of research. Determination of tensile proper¬ties (ГОСТ 1497-84) and impact strength (ГОСT 9454-78). Obtained results. Quenching from intercritical temperature range and low tempering or isothermal quenching under rational thermal-time regimes allow to obtain a dispersed multiphase structure with metastable residual austenite in the studied steels. This provides the investigated steels in some cases, the level of mechanical properties corresponding to high strength, in others – increased ductility and toughness with the same (in some cases, higher) strength properties, as in medium carbon steels after improvement. Depending on the required mechanical properties, the amount and stability of residual austenite with respect to DDMT must be controlled, optimizing them for each specific case. It is advisable to carry out isothermal hardening in an environmentally friendly way, after austenitization, cooling to isotherm temperature in water, holding it in an oven, followed by air cooling. In some cases, after heating and holding in the intercritical temperature range, the steel should be briefly heated to the austenitic region before cooling. Scientific novelty. The feasibility of creating a multiphase structure with metastable austenite in steels 60C2A, 60C2ХФA, 65Г using heat treatment with heating in the intercritical temperature range is shown. This allows, under certain heat treatment conditions, in some cases, to obtain mechanical properties corresponding to a high strength state, in others – to achieve a higher level of ductility and toughness than that of improved steels, with the same or even higher strength properties. Practical value. Increasing the strength properties or ductility and toughness of spring steels 60C2A, 60C2ХФA, 65Г after heat treatment with heating in intercritical temperature range by obtaining a multiphase structure with metastable austenite undergoing DDMT under loading, which allows expanding the areas of application of these steels.
Механізми корозійного руйнування в пітінгах сплаву 06ХН28МДТ у модельних оборотних водах
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Нарівський, Олексій Едуардович; Бєліков, Сергій Борисович; Яр-Мухамедова, Г. Ш.; Наривский, Алексей Эдуардович; Беликов, Сергей Борисович; Яр-Мухамедова, Г. Ш.; Narivsky, A.; Belikov, S.; Yar-Mukhamedovа, G.Sh.
UK: Мета роботи. Встановити механізми впливу хімічного складу і структури сплаву 06ХН28МДТ на його корозійне руйнування в метастабільних і стабільних пітінгах. Методи дослідження. Рентгеноспектральний аналіз на спектрометрі СРМ-15, металографічний аналіз на оптичному мікроскопі ММР-2Р [2; 10; 11]. Корозійні втрати Δ Gr, Δ Ni, Δ Fe з пітінгів на поверхні сплаву визначали фотометричним аналізом хлоридовмісних розчинів після витримки в ній зразків при температурі 70 °С протягом 70 годин [3]. Регресійні залежності між корозійними втратами ΔGr, ΔNi, ΔFe сплаву з пітінгів і параметрами сплаву визначали регресійним аналізом, методом найменших квадратів [18, 21, 13]. Для їх аналізу використовували дані про характерні особливості селективного розчинення металів у пітінгах на поверхні сплаву в модельних оборотних водах. Отримані результати. Встановлено, що в метастабільних і стабільних пітінгах на поверхні сплаву 06ХН28МДТ Cr і Mo прискорюють розчинення Cr і Fe в них. Це сприяє збідненню поверхні пітінгів Cr і Ni, що прискорює твердофазну дифузію цих атомів до їх поверхні. В результаті зустрічної твердофазної дифузії атомів Cr і кисню утворюється щільна оксидна плівка на поверхні метастабільних пітінгів і вони репасивуються. Виявлено, що чим більші включення у сплаві, тим інтенсивніша твердофазна дифузія атомів Fe до поверхні стабільних пітінгів, що утворюються при них. Це сприяє утворенню вакансій, що коагулюють в пори, внаслідок чього зростає інтенсивність росту стабільних пітінгів. Наукова новизна. Cr і Mo в сплаві 06ХН28МДТ сприяють збільшенню інтенсивності твердофазної дифузії атомів Cr до поверхні метастабільних пітінгів, що сприяє їх репасивації і зростанню стабільних пітінгів. Збільшення розмірів включень в металі спричиняє зростання кількості дефектів структури аустеніту біля них і зростання стабільних пітінгів. Практична цінність. Підприємствам, які виробляють теплообмінники зі сплаву 06ХН28МДТ, що працюють в оборотних водах рекомендується використовувати плавки, які мають мінімальний вміст Cr і Mo, а також мають розмір включень не більше 5 мкм. Це зменшить імовірність виразкової корозії теплообмінників при їх експлуатації. RU: Цель работы. Установить механизмы влияния химического состава и структуры сплава 06ХН28МДТ на его коррозионное разрушение в метастабильных и стабильных питтингах. Методы исследования. Рентгеноспектральный анализ на спектрометре СРМ-15, металлографический анализ на оптическом микроскопе ММР-2Р[2; 10; 11]. Коррозионные потери Δ Gr, Δ Ni, Δ Fe с питтингов на поверхности сплава определяли фотометрическим анализом хлоридсодержащих растворов после выдержки в ней образцов при температуре 70 °С в течении 70 часов [3]. Регрессионные зависимости между коррозионными потерями Δ Gr, Δ Ni, Δ Fe сплава из питингов и параметрами сплава определяли регрессионным анализом, методом наименьших квадратов [18, 21, 13]. Для их анализа использовали данные о характерных особенностях селективного растворения металлов в питтингах на поверхности сплава в модельных оборотных водах. Полученные результаты. Установлено, что в метастабильных и стабильных питтингах на поверхности сплава 06ХН28МДТ Cr и Mo ускоряют растворение Cr и Fe в них. Это способствует обеднению поверхности питтингов Cr и Ni, что ускоряет твердофазную диффузию этих атомов к их поверхности. В результате встречной твердофазной диффузии атомов Cr и кислорода образуется плотная оксидная плёнка на поверхности метастабильных питтингов и они репасивируются. Выявлено, что чем крупнее включения в сплаве, тем интенсивней твердофазная диффузия атомов Fe к поверхности стабильных питтингов, образующихся около них. Это способствует образованию вакансий, коагулирующих в поры, вследствие этого возрастает интенсивность роста стабильных питтингов. Научная новизна. Cr и Mo в сплаве 06ХН28МДТ способствуют увеличению интенсивности твердофазной диффузии атомов Cr к поверхности метастабильных питтингов, что способствует их репасивации и росту стабильных питтингов. Увеличение размеров включений в сплаве способствует возрастанию количества дефектов структуры аустенита около них и росту стабильных питтингов. Практическая ценность. Предприятиям, производящим теплообменники из сплава 06ХН28МДТ, работающих в оборотных водах рекомендуется использовать плавки, имеющие минимальное содержание Cr и Mo, а также имеющие размер включений не более 5 мкм. Это уменьшит вероятность питтинговой коррозии теплообменников при их эксплуатации. EN: Purpose. To install mechanisms of influence of the chemical composition and structure of alloy 06KH28MDT on his corrosion destruction in metastable and stable pittings. Research methods. The X-ray spectral analysis on SRM-15 spectrometer, the metalgraphic analysis on an optical microscope of MMP-2P[2; 10; 11]. Corrosion losses Δ Gr, Δ Ni, Δ Fe from pittings on the surface of alloy determined by the photometric analysis of chloride-containing solutions after endurance of samples in her at a temperature of 70 °C within 70 hours [3]. Regression dependences between corrosion losses Δ Gr, Δ Ni, Δ Fe alloy from pittings and parameters of alloy determined by the regression analysis, method of the smallest squares [18, 21, 13]. For their analysis data on characteristics of selective dissolution in pittings on the surface of alloy in model reverse waters was used. Results. It is established that in metastable and stable pittings on the surface of alloy 06KH28MDT Cr and Mo accelerate dissolution of Cr and Fe. It promotes pitting surface loss of Cr and Ni that accelerates solid-phase diffusion of these atoms to their surface. As a result of counter solid-phase diffusion of Cr atoms and oxygen the dense oxidic film on the surface of metastable pittings is formed and they are repassivated. It is revealed that larger inclusion dimensions in alloy , the more intensively solid-phase diffusion of Fe atoms to the surface of the stable pittings which are formed near them. It promotes formation of the vacancies coagulating during a time thereof the intensity of growth of stable pittings increases. Scientific novelty. Cr and Mo in alloy 06KH28MDT promote increase in intensity of solid-phase diffusion of Cr atoms to the surface of metastable pittings that promotes their repasivation and growth of stable pittings. Increase in the amount of inclusions in alloy promotes increase of amount of defects of austenite structure near about them and growth of stable pittings. Practical value. For the enterprises produsing heat exchangers from alloy 06KH28MDT, that work in reverse waters it is recommended to use the swimming trunks having minimum content of Cr and Mo and also having the amount of inclusions no more than 5 microns. It will reduce probability of pitting corrosion of heat exchangers at their operation.
О контактном плавлении при перитектической кристализации стали
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Мазур, В. И.; Мазур В. І.; Mazur V.
RU: Цель работы. Исследовать микроскопическую кинетику многоступенчатого перитектического превращения в стали Методы исследования. Микроскопическую кинетику превращения исследовали с помощью анализа на основе термодинамики необратимых процессов (версия переноса) и диаграммы фазовых равновесий в системе Fe-C. Полученные результаты. Показано, что действие локальных диффузионных потоков атомов данного компонента (Fe или С) вблизи фазовых границ / и L/ противоположны по отношению к устойчивости - фазы: после зарождения и роста аустенита на - феррите, на границе / начинается контактное плавление +   L. Затем жидкая прослойка затвердевает (L  ). На новой границе / контактное плавление с новым слоем - феррита повторяется. Научная новизна. Впервые показано, что перитектическое превращение стали имеет многоступенчатый характер, включающий многократное контактное плавление на границе /у с последующей кристаллизацией аустенита. Практическая ценность. Найден метод борьбы с образованием перитектических трещин в углеродистых и малолегированных сталях, кристаллизация которых включает перитектическое превращение. UK: Ціль роботи. Дослідити мікроскопічну кінетику перитектичного перетворення в сталі. Методи досліджень. На основі термодинаміки незворотних процесів (версія перенесення) та діаграми фазових рівноваг в системі Fe-C відпрацьовано методику аналізу мікроскопічної кінетики перитектичного перетворення в сталі. Отримані результати. Показано, що дія локальних дифузійних потоків атомів цього компоненту (Fe або С) поблизу фазових границь / і L/ протилежні відносно стабільності - фази: після зародження і росту аустеніту на - фериті на границі 8/у починається контактне плавлення: +   L. Після чього рідкий прошарок твердіє (L  ), утворюється нова границя / і процес контактного плавлення повторюється з новим шаром - фериту. Наукова новизна. Вперше показано, що перитектичне перетворення сталі має багатоступеневий характер, що містить багаторазове контактне плавлення на границі S/y з наступною кристалізацією аустеніту. Практична цінність. Знайдено метод боротьби з утворенням перитектичних тріщин у вуглецевих та малолегованих сталях, кристализація яких містить перитектичне перетворення. EN: Purpose. To investigate the microscopic kinetics of peritectic transformation in a steel. Methods of research. The microscopic kinetics of peritectic transformation in steel has been studied with the help of analyze developed on the base of the thermodynamics of irreversible processes (transfer version) and Fe-C phase diagram. Results. It is shown that the effect of the local diffusion fluxes of atoms of given component (Fe or C) near the phase borders / and L/ are opposite with respect to the - phase stability. After nucleation and growth of austenite on - ferrite, contact melting +   L begins near the / boundary. After this, the liquid layer solidifies L   new / boundary is formed and the process is repeated with a new layer of the - ferrite. Scientific novelty. For the first time it has been shown that the peritectic transformation in the steel has a multistage character. It includes multiple contact melting on the border /, followed by - phase crystallization. Practical value. A method to prevent the formation of peritectic cracks in the low carbon and low alloyed steels undergoing peritectic transformation is proposed.
О механизме образования и модифицирования неметаллических включений при ковшевой обработке стали сплавами силикобария
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Белов, Б. Ф.; Троцан, А. И.; Карликова, Я. П.; Рябчиков, И. В.; Паренчук, И. В.; Бєлов, Б. Ф.; Троцан, А. І.; Карлікова, Я. П.; Рябчіков, І. В.; Паренчук, І. В.; Belov, B.; Trotsan, A.; Karlikova, Ia.; Riabchikov, I.; Parenchuk, I.
RU: Цель работы. Исследование механизма образования и модифицирования неметаллических включений при ковшевой обработке стали сплавами силикобария. Методы исследования. Структурно-химический анализ дуплекс-системы силикаты-силициды бария с помощью полигональных диаграмм состояния бинарной окисной BaO-SiO2 и металлической Ba-Si систем, построенных графо-аналитическим методом во всем интервале концентраций твердых и жидких исходных компонентов. Полученные результаты. На основании структурно-химического анализа определены состав и структура силикатов и силицидов бария. Исследован механизм раскисления, образования и модифицирования неметаллических включений при ковшевой обработке стали сплавами силикобария марки С70Ба30 на основе интерметаллида Si12Ba. Установлено, что при ковшевой обработке стали сплавами силикобария образуются первичные стекловидные силикаты бария, которые присадками кальцийсодержащих материалов (известь, кальций) переходят в модифицированные жидкоподвижные фазы эвтектического состава типа ранкинит, образующих глобулярные неметаллические включения в металле. Установлено, что раскислительная способность щелочноземельных металлов определяется их сродством к кислороду и не описывается константами раскисления в связи с отсутствием их растворимости в железоуглеродистых расплавах. Научная новизна. Результаты получены на основе теории строения металлургических фаз в твердом и жидком состоянии по модели гармонических структур, являющейся парадигмой современного материаловедения стали и сплавов. Практическая ценность. С помощью стохастического анализа представлен последовательный ряд структурно-химических реакций раскисления сплавами силикобария, феррокальция и модифицирования образующихся неметаллических включений при взаимодействии силикатов бария и оксидов кальция с образованием эвтектической фазы типа ранкинит. По уравнению материального баланса этих реакций рассчитаны количество присадочных материалов (сплавов), обеспечивающих заданный уровень раскислительности, состав и количество жидкоподвижных в металлическом расплаве и глобулярных неметаллических включений в металле. UK: Про механізм утворення і модифікування неметалевих включень під час ковшової обробки сталі сплавами силікобарію 24 Мета роботи. Дослідження механізму утворення і модифікування неметалевих включень під час ковшової обробки сталі сплавами силікобарію. Методи дослідження. Структурно-хімічний аналіз дуплекс-системи силікати-силіциди барію за допомогою полігональних діаграм стану бінарної окисної BaO-SiO2 і металевої Ba-Si систем, побудованих графоаналітичним методом у всьому інтервалі концентрацій твердих і рідких вихідних компонентів. Отримані результати. На підставі структурно-хімічного аналізу визначено склад і структура силікатів і силіцидів барію. Досліджено механізм розкислення, утворення і модифікування неметалевих включень під час ковшової обробки сталі сплавами силікобарію марки С70Ба30 на основі інтерметаліда Si12Ba. Встановлено, що при ковшовій обробці сталі сплавами силікобарію утворюються первинні склоподібні силікати барію, які присадками кальцієвмісних матеріалів (вапно, кальцій) переходять в модифіковані рідкорухомі фази евтектичного складу типу ранкініт, що утворюють глобулярні неметалеві включення в металі. Встановлено, що розкислювальна здатність лужноземельних металів визначається їх спорідненістю до кисню і не описується константами розкислення у зв’язку з відсутністю їх розчинності в залізовуглецевих розплавах. Наукова новизна. Результати отримані на основі теорії будови металургійних фаз в твердому і рідкому стані за моделлю гармонійних структур, що є парадигмою сучасного матеріалознавства сталі і сплавів. Практична цінність. За допомогою стохастичного аналізу представлений послідовний ряд структурно-хімічних реакцій розкислення сплавами силікобарію, ферокальцію і модифікування неметалевих включень, що утворюються при взаємодії силікатів барію і оксидів кальцію з утворенням евтектичної фази типу ранкініт. За рівнянням матеріального балансу цих реакцій розраховані кількість присадних матеріалів (сплавів), що забезпечують заданий рівень розкислення, склад і кількість рідкорухомих в металевому розплаві і глобулярних неметалевих включень в металі. EN: Purpose. Investigation of the mechanism of formation and modification of non-metallic inclusions during ladle treatment of steel with silicobarium alloys. Research methods. Structural and chemical analysis of the duplex system of barium silicates-silicides using polygonal diagrams of the state of binary oxide BaO-SiO2 and metallic Ba-Si systems, constructed by the graphoan-alytical method in the whole range of concentrations of solid and liquid source components. Research results. Based on the structural chemical analysis, the composition and structure of barium silicates and silicides were determined. The mechanism of deoxidation, formation and modification of non-metallic inclusions during the ladle treatment of steel with silicone alloys of C70Ба 30 type based on the intermetallic compound Si12Ba, is investigated. It has been established that during the ladle treatment of steel with silicium-barium alloys, primary vitreous barium silicates are formed, which, by addition of calcium-containing materials (such as lime, calcium), transform into modified fluid-mobile phases of the rankinite type eutectic composition, forming globular nonmetallic inclusions in the metal. It has been established that the deoxidizing ability of alkaline-earth metals is determined by their sensitivity to oxygen and is not described by the deoxidation constants due to the absence of their solubility in iron-carbon melts. Scientific novelty. The obtained results are based on the theory of the structure of metallurgical phases in the solid and liquid state according to the model of harmonic structures, which is the paradigm of modern materials science of steel and alloys. Practical value. Using a stochastic analysis, a sequential series of structural and chemical reactions of deoxida-tion by silicium-barium alloys, ferrocalcium and modification of the resulting nonmetallic inclusions due the inter¬action of barium silicates and calcium oxides with the formation of a rankinite eutectic phase is presented. From the material balance equation of these reactions, the amount of filler materials (alloys) that provide a given level of deoxidation, the composition and amount of liquid-mobile in a metal melt and globular non-metallic inclusions in a metal are calculated.
On the study of the influence of external pressure and carbon on structure and properties of compacts made on the basis of rapidly cooled alloys of Nd-Fe-(В,C)-Cu-Ti
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Gulyaeva T. V.; Гуляєва, Тетяна Василівна
EN: Purpose. Complex study of thermodynamic and physico-chemical conditions of phase formation in ready-made permanent magnets produced on the basis of systems Fe-Nd-B. Methods of research: metallographic, x-ray, x-ray spectral, magnetometer. Results. The influence of external pressure and insignificant amount of carbon (0,17...0.86 % at) on the structure and properties of permanent magnets made on the basis of Nd-Fe-B system doped with copper and titanium. For the manufacture of permanent magnets with high magnetic energy fast cooling products from the liquid state are used. To do this, the scales obtained by the LRS method were pressed in a mold and fused in a vacuum. The mold and bolts that hold them together are made of alloys posessing different coefficients of linear expansion. This method allows to achieve high pressure (≈ 1 GPa) during sintering. Sintering was performed in vacuum at a pressure of 10-5 mm of mercury and at a temperature of 1323 K, annealing occurred at a temperature of 823 K. Choice of these temperatures is due to the technological process of obtaining sintered magnets by the method of powder metallurgy. As a result, sintered lump pacts with different degrees of hardness were obtained. The results of x-ray and x-ray spectral analyses showed that the main phases are Nd2Fe14B, Nd1.1Fe4B4, Nd and NdCu2. Metallographic studies have shown that phase Nd2Fe14B under these conditions it does not have time to form into individual grains, and the size of the phase NdCu2 is such that do not interfere with the movement of domain boundaries, in this case, the value of the coercive force of the sample remains almost constant and equals is 100...200 kA/m. Statistical processing of the results of metallographic studies showed that the size of the paramagnetic phase NdCu2 in the range of 0.3...2.2 µm. Comparison of mono-domain phase particle sizes Nd2Fe14B (53.65 nm) with paramagnetic phase dimensions NdCu2 showed that one particle accounts for 5 to 34 domains. Therefore, despite the fact that the structure of the compact paramagnetic phase NdCu2 is present as well the areas of imperfections clusters (Suzuki-Kotrell cloud, dislocation nuclei, etc.), they are not an obstacle to the displacement of domain boundaries. Scientific novelty. It was found that the sintering of rapidly cooled alloy flakes Nd15,2Fe75,5-хCхB6,6Cu1,57Ті1,38 in conditions of high pressure of about 0.9 GPA at 1323 K promotes volume growth of phases Nd2Fe14В, NdCu2, but it does not lead to their disintegration, which, in turn, negatively influence the physical properties of compacts (НСі and Br). Practical significance. The obtained results are important for the further development of physical materials science of magnetically rigid materials and modern technology. UK: Мета роботи. Комплексне дослідження термодинамічних та фізико-хімічних умов утворення фаз в готових постійних магнітах, що виготовляються на основі систем Fe-Nd-B. Методи дослідження: металографічний, рентгенографічний, рентгеноспектральний, магнітометричний. Отримані результати. Досліджується вплив зовнішнього тиску та незначної кількості вуглецю (0,17…0,86 % ат) на структуру та властивості постійних магнітів, які виготовлені на основі системи Nd-Fe-B, що леговані міддю та титаном. Для виготовлення постійних магнітів з високою магнітною енергією використано продукти швидкого охолодження з рідкого стану. Для цього лусочки, що отримані методом ЗРС, пресували у прес-формі та спікали у вакуумі. Прес-форма та болти, що їх скріплюють, виготовлені зі сплавів, у яких різні коефіцієнти лінійного розширення. Цей метод дає змогу досягти високого тиску (≈ 1 ГПа) під час спікання. Спікання виконували у вакуумі під тиском Р = 10-5 мм рт. ст. та при температурі 1323 К, відпал відбувався при температурі 823 К. В результаті було отримано спечені компакти з різним ступенем ущільненості. Результати рентгенографічного та рентгеноспектрального аналізів показали, що основними фазами є фази Nd2Fe14B, Nd1.1Fe4B4, Nd та NdCu2. Металографічні дослідження показали, що фаза Nd2Fe14B в даних умовах не встигає сформуватися в окремі зерна, а розміри фази NdCu2 такі, що не перешкоджають руху границь доменів, то в цьому випадку значення коерцитивної сили зразка залишається практично постійним і складає 100…200 кА/м. Статистична обробка результатів металографічних досліджень показала, що розміри парамагнітної фази NdCu2 коливаються у межах 0,3…2,2 мкм. Порівняння розмірів монодоменої частинки фази Nd2Fe14B (53,65 нм) з розмірами парамагнітної фази NdCu2 показали, що на одну частинку припадає від 5 до 34 доменів. Тому, не дивлячись на те, що у структурі компакту присутня парамагнітна фаза NdCu2 та зони скупчень недосконалостей (хмара Сузукі-Котрелла, ядра дислокації та ін.), вони не є перешкодою для зміщення границь доменів. Наукова новизна. Встановлено, що спікання швидко охолоджених лусочок сплавів Nd15,2Fe75,5-хCхB6,6Cu1,57Ті 1,38 в умовах високого тис ку порядку 0,9 ГПа при температурі 1323 К сприяє об’ємному зростанню фаз Nd2Fe14В, NdCu2, але не призводить до їх розпаду, що, в свою чергу, негативно впливає на фізичні властивості компактів (НСі і Br). Практична цінність. Одержані в роботі результати мають важливе значення для подальшого розвитку фізичного матеріалознавства магнітожорстких матеріалів та сучасної техніки.
Особливості вибору лігатури для підвищення експлуатаційних властивостей ущільнювальних покриттів деталей турбіни газотурбінних двигунів
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Грешта, Віктор Леонідович; Ткач, Дар'я Володимирівна; Сотніков Є. Г.; Леховіцер З. В.; Климов, Олександр Володимирович; Фасоль, Єлизавета Олександрівна; Greshta V.; Tkach D.; Sotnikov Ye.; Lehovitser Z.; Klimov A.; Fasol Ye.
UK: Мета роботи. Проаналізовано вплив легування на мікроструктуру та фазовий склад ущільнювальних покриттів та запропоновано вдосконалений хімічний склад покриттів, який міг би забезпечити задовільний комплекс фізико-механічних властивостей. Для вирішення поставленої задачі було обрано ущільнювальне покриття на основі нікелю, яке застосовується на авіадвигунобудівному підприємстві України АТ «Мотор Січ». Наукова новизна. Було розроблено склад ущільнювального покриття із змінними контрольованими на окремих етапах експлуатації двигуна фізико-механічними властивостями, які обумовлені розвитком структурно-фазових перетворень, що супроводжуються появою нових шпінельних оксидних сполук та, як наслідок, покращенням ерозійної стійкості та опору газовій корозії. Методи дослідження. Проведено аналіз літературних джерел, на основі яких було поставлено практичні задачі щодо вибору складу покриттів типу КНА-82. В роботі використано результати мікроаналізу та досліджень механічних властивостей. Отримані результати. В роботі проаналізовано можливості покращення властивостей покриття типу КНА-82 із експлуатаційною стійкістю до температур 900–950°С. Сучасні тенденції з конструювання авіаційних двигунів потребують удосконалення матеріалів ущільнювальних покриттів, які б зберігали вихідні фізико-механічні властивості і не зазнавали деструктивних змін при більш високих температурах на рівні 1100–1200°С. Підвищення високотемпературної стійкості і, загалом, комплексу фізико-механічних властивостей покриттів типу КНА-82 може забезпечуватись удосконаленням їх хімічного складу при використанні окремих лігатур з рідкісноземельними металами, які б сприяли покращенню термічної стійкості поверхневих оксидних шарів з одночасною реалізацією контрольованих поетапних фазових перетворень, спрямованих на поліпшення ерозійної стійкості та міцності сформованих покриттів. У зв’язку з цим, для вирішення цієї комплексної задачі, в роботі було запропоновано використовувати комбінації лігатур з монокомпонентом ітрієм (Y), подвійною композицією – Ni-Y та зі складною системою Co-Ni-Cr-Al-Y. Вибір ітрію як складової, що буде наявна в усіх варіантах експериментальних покриттів, обумовлений багатьма факторами, зокрема це достатньо висока розповсюдженість в земній корі, висока температура плавлення, забезпечення рафінуючої дії, завдяки високій хімічній активності, позитивний вплив на морфологію включень і структурну стабільність завдяки горофільній здатності, зменшення лікваційної неоднорідності та запобігання утворенню ТЩП фаз. Отже, використання трьох лігатур різного складу, що містять ітрій, які повинні забезпечувати формування в структурі різних за природою оксидних та інтерметалідних сполук, і різні стадії перетворень, дозволяє отримати конкретні варіації структури покриттів з певним кількісним співвідношенням структурних складових, яке в кінцевому плані буде визначати функціональність запропонованих покриттів. Практична цінність. Застосування цього покриття дозволить підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна завдяки зменшенню витоку газів при збереженні розміру радіальних зазорів та знизити витрати палива за годину. EN: Purpose. Analysis of the doping effect on microstructure and phase composition of sealing coatings was carried out and improved chemical composition of coatings was suggested. This composition could provide a sufficient set of physical and mechanical properties. In order to solve the given problem, a nickel-based sealing coating was chosen. It is used at Motor Sich JSC, a Ukrainian enterprise that manufactures aircraft engines. Academic importance. The composition of the sealing coating with changeable physical and mechanical properties was developed. They can be controlled at certain stages of engine operation and are predetermined by the development of structural and phase transformations accompanied by the appearance of new spinel oxide compounds and, as a result, by improved resistance to erosion and gas corrosion. Methods. The literature review was done based on which practical problems were set as for selecting the composition of KHA-82 type coating. Results. Possibilities for improving the properties of KHA-82 type coating with operational durability up to 900–950 °C were studied. Modern trends of designing aircraft engines require improvement of the materials for sealing coatings so that they could preserve initial physical and mechanical properties without any destructive changes at higher temperatures of 1100–1200 °C. Increasing the high-temperature resistance and the overall set of physical and mechanical properties of KHA-82 type coating can be achieved by improving their chemical composition using certain ligatures with rare-earth metals which could increase heat resistance of oxide surface layers with simultaneous controlled step-by-step phase changes aimed at enhancing resistance to erosion and durability of the designed coatings. Thereby, to solve this complex problem, combinations of ligatures with a multi-component yttrium, a double Ni-Y compound and a complex Co-Ni-Cr-Al-Y system were suggested. The choice of yttrium as a component that will be present in all kinds of experimental coatings is predetermined by lots of factors, such as wide occurrence in the Earth crust, a high melting temperature, a refining effect due to high chemical activity, positive effect on the morphology of inclusions and structural stability due to horophilic capacity, reduction of liquating heterogeneity and preventing the appearance of topologically close-packed phases. So, using 3 different compositions of ligatures containing yttrium ensuring the formation of oxide and intermetallic compounds that are different in their nature, as well as to provide different stages of changes, gives us a possibility to obtain specific variations of the structure of coatings with a certain proportion of structural components which will finale determine the functionality of the suggested coatings. Practical importance. Application of this coating will give us a possibility to increase the efficiency of the engine due to the decreased leakage of gases while preserving the size of the radial clearances and reduce the fuel consumption per hour.
Уповільнення розвитку втоми в алюмінії під впливом електричного струму
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Правда, Михайло Іванович; Сейдаметов, Станіслав Валерійович; Pravda M.; Seidametov S.
UK: Мета роботи. Дослідити процес розвитку втоми металів в умовах пропускання через них постійного електричного струму. Методи дослідження. Для дослідження розвитку втоми в алюмінії під впливом електричного струму використовувалася методика випробувань металів на симетричний знакозмінний вигин. Отримані результати. Проведені випробування на симетричний знакозмінний вигин зразків з алюмінію технічної чистоти в умовах пропускання через зразок постійного електричного струму та без нього. Виявлено, що пропускання струму через зразок сприяє уповільненню розвитку втоми металу. Наукова новизна. Запропонований механізм збільшення довговічності зразків з алюмінію при випробуваннях на симетричний знакозмінній вигин в умовах пропускання через зразок постійного електричного струму. Збільшення довговічності пов’язано з релаксацією дефектної структури при проходженні через зразок постійного електричного струму внаслідок перебудови кристалічної решітки, в результаті чого відбувалося деяке уповільнення розвитку втоми металу. Практична цінність. Отримані результати уповільнення розвитку втоми в алюмінії під впливом електричного струму дозволяють використовувати електричний вплив для збільшення довговічності та ресурсу деталей машин та конструкцій. EN: Slow down fatigue development in aluminum under the influence of electric current 44 Purpose. To study the process of development of metal fatigue under the conditions of passing a permanent electric current through them. Methods of research. To study the development of fatigue in aluminum under the influence of electric current, the method of testing metals for symmetric alternating bending was used. Results. Tests for symmetric alternating bending of samples made of technical purity aluminum under conditions of passing a direct electric current through the sample and without it were conducted. It was found that the current flow through the sample helps to slow the development of metal fatigue. Scientific novelty. A mechanism for increasing the durability of aluminum specimens during tests on symmetric alternating bending under conditions of passing a permanent electric current through the sample is proposed. The increase in durabiliti is associated with the relaxation of the defective structure when a direct electric current passes through the sample as a result of the restructuring of the crystal lattice, as a result of which there has been a slight slowdown in the development of metal fatigue. Practical value. The obtained results of slowing the development of fatigue in aluminum under the influence of electric current make it possible to use electric influence to increase the durability and resource of machine parts and structures.
Вплив умов плавки та газонасиченості на формоутворення графіту в чавунах
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Іванов, Валерій Григорович; Ivanov, V.
UK: Мета роботи. У цій статті наведено аналіз впливу умов плавки чавунів з різною морфологією графітової фази (пластинчастого, пластівчастого, кулястого) на газонасиченість чавунів. Методи дослідження. Застосовували металографічний, мікроренгеноспектральний і петрографічний методи аналізу чавунів. Отримані результати. Найбільш помітною виявилася залежність морфології графіту від вмісту кисню, не зважаючи на те, що з усіх газів найбільшим вмістом відрізнявся азот (до 0,016 %), а найменшим – водень (0,0002–0,0003 %). Менший вміст газів спостерігався при плавці чавунів в індукційних печах. Вміст кисню в досліджуваних чавунах не перевищував 0,001–0,003 % (за масою). Більший вміст кисню відповідав сірим чавунам з пластинчастим графітом, менший – ковким чавунам з пластівчастим графітом, і найбільш низький – високоміцним чавунам з кулястим графітом. Рентгеноспектральним аналізом встановлено, що кисень, головним чином міститься у графітовій фазі. У пластинчастих включеннях графіту було виявлено до 7 % кисню і до 3,5 % кисню – в кулястих. Наукова новизна. Незважаючи на досить велику вивченість впливу газів на структуроутворення чавунів, до сьогодні в практиці виробництва виливків контролю газів не приділяють належної уваги. Причому найбільш дискусійним залишається питання про форму наявності газів у чавунах і механізму їх впливу на структуроутворення і, особливо, формування графітової фази. Петрографічними дослідженнями встановлено, що кисень у чавунах здатний утворювати субоксиди. Утворення субоксидів (кремнію, магнію, алюмінію та ін.) відбувається в умовах дефіциту кисню в чавунах при взаємодії цих елементів з оксидом вуглецю (СО). Практичне значення. Отримані дані необхідні для розкриття механізму впливу газової фази на графітизацію чавунів і розробці оптимальних технологічних процесів отримання чавунних виливків з необхідними структурними показниками і комплексом фізико-механічних властивостей. EN: Purpose. The melting conditions effect for cast irons with different graphite phase morphologies (lamellar, flaky, globular) on cast irons gas saturation were analyzed. Methods of research. Metallographic, X-ray spectral and petrographic methods of cast iron analysis were used. Results. The dependence of the graphite morphology on the oxygen content was the most noticeable, despite the fact that nitrogen has its highest content of all gases (up to 0.016 %), and hydrogen has the lowest one (0.0002–0.003%). The smaller content of gases corresponded to cast irons melting in induction furnaces. The oxygen content in investigated cast iron does not exceed 0.001–0.003 % (by weight). Greater oxygen content corresponded to gray cast iron with lamellar graphite, the less one to ductile cast iron with flake graphite, and the lowest one to high-strength cast iron with nodular graphite. X-ray spectral analysis showed that oxygen is mainly contained in the graphite phase. In lamellar inclusions of graphite up to 7 % of oxygen and up to 3.5% of oxygen were detected in spherical inclusions. Scientific novelty. Despite relatively large number of gases impact stadies on the formation of cast irons in castings manufacture up to the present, the control of gases is neglected. And the most controversial is still the issue concerning the gases presence form in the cast irons and the mechanism of their influence on the structure formation and, in particular, the graphite phase formation. Petrographic studies showed that oxygen in cast iron is capable to form sub-oxides. The formation of sub-oxides (silicon, magnesium, aluminum, etc.) occurs under conditions of oxygen deficiency in cast irons when these elements interact with carbon monoxide (CO). Practical significance. The obtained data are necessary for revealing the mechanism of the gas phase impact on cast irons graphitization and the development of optimal technological processes for manufacturing iron castings with the necessary structural parameters and a complex of physical and mechanical properties.
Исследование диссипативных свойств и характеристик поверхностного слоя наноструктурированных покрытий пера лопаток
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2018) Пухальская, Гульнара Викторовна; Подгорский, К. Н.; Гликсон, И. Л.; Степанова, Любовь Петровна; Щербина, М. А.; Пухальська, Гульнара Вікторівна; Підгорський, К. Н.; Гліксон, І. Л.; Степанова. Любов Петрівна; Щербина, М. А.; Puhalskaya, G.; Podgorsky, K.; Glikson, I.; Stepanova, L.; Shcherbyna, M.

Browse

Recent Submissions