Дисертацію присвячено вивченню впливу лазера з імпульсами наносекундної довжини та імпульсної плазмової обробки на поверхню сталей, а також особливостей формування структури аморфізованих покриттів, нанесених газотермічним напиленням. Вперше показано: у приповерхневих шарах сталей аустенітного класу під впливом опромінення наносекундним лазером формується новий нерівноважений ГЦК-твердий розчин заліза, що має збільшений параметр кристалічної гратки, який існує водночас з основним ГЦК-твердим розчином та практично незміненим параметром гратки. Такий стан обумовлено комірчастою дислокаційною структурою, яка не супроводжена перерозподілом легуючих елементів між областями границь та тіла комірок. У вуглецевих сталях під дією наносекундного лазера параметр кристалічної гратки нерівноважного аустеніту, утвореного в даному випадку, на 0,5-0,9% вище за опромінення мілісекундним лазером. Висунуто припущення про зв'язок цього явища з підвищенням концентрації міжвузлових атомів у ГЦК-твердому розчині заліза. Виявлено, що під дією імпульсної плазмової обробки у конструктивних та інструментальних сталях формується зміцнений приповерхневий шар з тонкою мартенситно-аустенітною структурою, внаслідок розплавлення і загартування із рідкого стану, а також деформаційного зміцнення. Головним внеском у зміцнення приповерхневого шару є потужний термічний вплив імпульсів плазми, а також легування приповерхневої області елементами, що складають плазму. Визначено, що тільки частково аморфізовані покриття, нанесені газотермічним напиленням, зберігають високу твердість у межах 5 - 7 ГПа до 650 - 700 C.

  Скачати повний текст

Розвинуто наукові та технологічні засади виробництва сталевих молольних куль, що дозволяє шляхом розробки та впровадження ефективних заходів з удосконалення технології виготовлення, зокрема використання оптимальних параметрів легування та режимів термічної зміцнювальної обробки, істотно підвищити якість і експлуатаційну довговічність куль. Визначено причини крихкого руйнування куль та домінуючі механізми їх зношування під час експлуатації. Досліджено вплив структурних факторів на критерії експлуатаційної довговічності куль. Запропоновано принципи вибору матеріала, який передбачає визначення оптимального типу та мікроструктури сплаву для різних умов експлуатації куль. Установлено механізми формування осьової порожнистості у кулях під час прокатки. Надано рекомендації щодо поліпшення макроструктурного стану катаних куль. Побудовано математичні моделі та досліджено розподіл температур і напружено-деформований стан за перетином кулі під час загартування. Розроблено методику розрахункового визначення глибини загартування куль. З використанням комп'ютерного моделювання розроблено нові марки сталі з підвищеним рівнем зносостійкості та прогартованості для виробництва куль. Оптимізовано технологію їх термозміцнення для забезпечення потрібного рівня твердості за відсутності гартувальних тріщин.

  Скачати повний текст

Розроблено методику визначення міцнісних характеристик сталі з застосуванням методу "зрізування різьби". Досліджено механізм руйнації витка різьби під час визначення міцності сталі. Проведено порівняльні випробування різноманітних сталей методом "зрізування різьби" і стандартним методом. Отримано перехідні рівняння регресії переходу від одного виду випробування до іншого (стандартного). Досліджено вплив напруженого стану в елементах конструкцій на результат міцності сталі в працюючих конструкціях. Наведено результати випробувань міцності сталі в різноманітних конструкціях промислових будівель. Визначено умови застосування методу "зрізування різьби" під час випробування різноманітних конструкцій.

  Скачати повний текст

Розроблено теоретичні засади вибору рідкісноземельних металів для модифікування білих, половинчастих і сірих валкових чавунів, а також застосування комплексних модифікаторів на їх основі. Установлено закономірності формування структури та властивостей матеріалу прокатних валків з відбілом та з невираженим відбілом з чавунів з кулястим або вермикулярним графітом. Досліджено проблему освоєння прогресивних технологій модифікування чавунів для прокатних валків та їх теплової обробки. Теоретично обгрунтовано та підтверджено на практиці результати, на підставі яких розроблено високоефективні технології позапічної обробки валкових чавунів комплексними модифікаторами оптимальних складів для валків відбілених та з невираженим відбілом, механічні й експлуатаційні властивості яких значною мірою перевершують аналогічні властивості валків, виготовлених за серійними технологіями. Запропоновано й експериментально обгрунтовано застосування відходів спеціальних виробництв (шлаків, що містять рідкісноземельні метали, ніобій або цирконій, а також надпровідникових сплавів, що містять ніобій, титан, мідь або олово) як легувальних елементів. Відходи та суміші, які містять модифікувальні та легувальні компоненти, використані для лиття чавунних прокатних валків. Обробка розплавів відходами та запропонованими сумішами дозволяє зменшити витрати легувальних хімічних елементів, підвищити механічні та службові властивості матеріалу валків, утилізувати відходи, які раніше не використовувалися. Установлено оптимальні режими теплової обробки, зокрема з гарячого посаду валків з комплексномодифікованих чавунів з кулястим або вермикулярним графітом.

  Скачати повний текст

Проведені експериментальні дослідження впливу експлуатаційних та технологічних факторів на ефективність та стійкість підвищення опору крихкому руйнуванню теплостійких сталей після різних режимів попереднього термомеханічного навантаження (ПТН), а також факторів, що спричиняють цей ефект. Розроблено методику оцінки ефективності різних режимів ПТН та стійкості ефекту ПТН під впливом різних експлуатаційних факторів, яка грунтується на урахуванні зміни напружено-деформованого стану під час ПТН за рахунок затуплення вершини тріщини, деформаційного зміцнення матеріалу та залишкових напружень біля вершини тріщини. Запропоновано методику розрахунку залишкової довготривкості елементів конструкцій з поверхневими тріщинами після ПТН.

  Скачати повний текст

Вивчено вплив термоциклічної обробки на мікро- та субструктурну будову валкових і штампових сталей, механічні й експлуатаційні характеристики інструменту гарячої деформації та розроблено нові режими термоциклічної обробки (ТЦО) зі змінними температурами циклування, що допомагають гнучко керувати комплексом властивостей та підвищити довговічність інструменту. Визначено оптимальні режими ТЦО зі змінними верхніми та нижніми температурами в циклах для валкових сталей 50ХН і 60ХН, що проводяться з урахуванням переважного типу розруйнування робочої поверхні інструменту (тріщини розпалу та знос). Зазначено, що за допомогою певних параметрів ТЦО підвищено розпалостійкість в 1,4 - 1,5 рази, а також збільшено зносостійкість в 1,2 - 1,9 рази в порівнянні з типовим режимом обробки. Встановлено, що ТЦО застосовують як протифлокенову обробку, збільшуючи густину дислокацій в поверхневих шарах виробу, створюючи умови для більш ефективного видалення водню, розкрито практичне значення для сталевих валків великих розмірів. Доведено, що ТЦО штампових сталей 5ХНМ, 5Х2НМА і 5Х3В3МФС з охолоджуванням в масло з останнього нагріву і подальшим відпуском на твердість допомагає одержати більш дисперсну, однорідну мікроструктуру, підвищити стійкість сталей до розміцнення під час відпуска, покращити комплекс властивостей, підвищити зносостійкість сталі 5ХНМ на 11 - 22 %, розпалостійкість в 1,4 рази і більше, а також доведено, що ТЦО стимулює в сталях ефект вторинного твердіння.

  Скачати повний текст

Вивчено механізм зародження індукованих воднем холодних тріщин у зварних з'єднаннях високоміцних низьколегованих сталей. Проведено теоретичні дослідження та числове моделювання процесів, які відбуваються у зерні металу з ОЦК решіткою під час народження та розвитку субмікротріщини. Запропоновано математичну модель транспортування водню рухомими крайовими дислокаціями. Досліджено вплив температури металу, швидкості руху крайових дислокацій і концентрації дифузійного водню на кількість водню, транспортованого дислокаціями до місця утворення субмікротріщини. Удосконалено модель Зінера - Стро утворення субмікротріщини за дислокаційним механізмом. Розроблено розрахунково-експериментальну методику визначення параметрів енергетичних пасток водню у металі шва, а саме: енергії взаємодії водень - пастка та щільності пасток. Проаналізовано вплив параметрів енергетичних пасток на кінетику масоперенесення водню у металі на його перерозподіл у зварному з'єднанні. Наведено рекомендації для запобігання зародженню на мікрорівні у зварному з'єднанні індукованих воднем холодних тріщин.

  Скачати повний текст

Досліджено технологічні особливості лиття сплавів системи Fe - Cu - S - P, їх стуктуру, фазовий склад, триботехнічні характеристики. Оптимізовано технологічний режим виплавлення та хімічний склад сплавів з урахуванням експлуатаційних характеристик. Вивчено вплив легуючих елементів і вуглецю, термічної оборобки на особливості гетерогенної структури сплавів системи Fe - Cu - S - P.

  Скачати повний текст

Розроблено умови синтезу нітридів молібдену за методом внутрішнього азотування. Вивчено їх хімічні властивості (на прикладі нітридів, вилучених зі сплавів Fe - Mo, які містять 0,53 %, 2,16 % і 5,72 % Mo). Установлено, що нітриди молібдену як фази змінного складу можуть містити, окрім молібдену та нітрогену, інші елементи і, отже, мають нові хімічні властивості. Для вилучення нітридів застосовано електрохімічний потенціометричний метод. Установлено, що основною стадією гетерогенного процесу є хімічна взаємодія. З'ясовано порядок реакції за молібденом і установлено причини різної поведінки нітридів. Одержані відомості про хімічні властивості нітриду молібдену дозволяють оптимізувати хімічний склад легованих сталей з урахуванням можливості їх використання в агресивних середовищах.

  Скачати повний текст

Розроблено склад низьколегованих графітизованих сталей з високими показниками фізико-механічних та службових властивостей. Встановлено вплив хімічного складу та термічної обробки на показники, що визначають надійність та довговічність сталі за умов статичних, циклічних та термоциклічних навантажень. Виявлено, що опір руйнування за різних видів навантаження визначається, головним чином, за допомогою параметра форми графітових включень. Розроблено та рекомендовано для промислового впровадження три марки сталей. На підставі промислової апробації сталі 150СД2Л встановлено економічну й технічну доцільність її застосування. Даний вид сталі рекомендовано як конструкційний матеріал виливниць для лиття мідних та алюмінієвих сплавів.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Вперше детально досліджено вплив легування фосфором в широкому концентраційному інтервалі на опір зношуванню та деякі інші фізико-механічні властивості гамми перлітних чавунів. На основі експериментальних підходів з застосуванням металофізичних методів структурних досліджень виявлено існування швидкісних інтервалів та інтервалів контактних навантажень, за яких зносостійкість фосфористих чавунів забезпечується не високою твердістю фосфідних евтектичних включень, а їх здатністю перерозподілитися на поверхні тертя у вигляді тонких прошарків (до 5 мкм), орієнтованих за довжиною у напрямку тертя. Вперше для гетерогенного матеріалу, а саме чавунів з фосфідною евтектикою, з застосуванням теорії спалахів розраховано їх температуру (з урахуванням параметрів шорсткості реальних поверхонь тертя) та показано можливість її наближення до температури плавлення евтектичних виділень. Розроблено механізм впливу фосфідних включень на зносостійкість фосфористих чавунів та оптимізовано їх хімічний склад з метою мінімізації зносу в інтервалі швидкостей і контактних тисків 0,2 - 0,5 м/с та 0,5 - 5 МПа відповідно.

  Скачати повний текст

Теоретично й експериментально досліджено цементит у структурі залізовуглецевих сплавів. Виявлено підвищення мікротвердості цементиту після загартування та доведено відсутність впливу матриці, яка його оточує, на дане підвищення. На основі аналізу розподілу елементів між фазами та урахування впливу легувальних елементів на температуру ледебуритного й аустеніто-графітного евтектичних перетворень визначено діаграми потрійних систем Fe - C - Cr та Fe - C - Mn в області евтектики. Розглянуто механізм розшарування зневуглецьованого цементиту на суміш стехіометричного цементиту та надтонких прошарків аустеніту під впливом тепла лазерного опромінювання. Розповсюджено теорію спінодального розшарування для пересиченого вуглецем аустеніту та зневуглецьованого цементиту в системі аустеніт - цементит. Розроблено рекомендації для використання результатів досліджень у практиці кристалізації виливок та термообробки.

  Скачати повний текст

Розроблено й обгрунтовано методи оцінки міцності сталей біля концентраторів напружень різного типу, які враховують фізико-хімічну взаємодію матеріалу з корозійним середовищем. Визначено критерій, за якого відбувається зародження корозійно-втомної макротріщини, спричинене певною комбінацією локального ефективного напруження у зоні процесу та густини струму електрохімічного розчинення металу на його деформованій поверхні. Розроблено аналітичний метод прогнозування розвитку корозійної виразки (як потенційного концентратора напружень) у тришаровому матеріалі, що базується на закономірностях зміни густини корозійних струмів в околі виразки, розрахованих за запропонованим методом еквівалентного електрода.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему оптимізації процесів безперервної розливки сталі на високошвидкісних сортових МБЛЗ. Розроблено математичну модель процесів безперервної розливки у сортові заготовки на радіальних машинах, що враховує вплив конвективних процесів у рідкій лунці на динаміку кристалізації та дозволяє задавати межові умови теплообміну з ЗВО, зважаючи на локальну нерівномірність відведення тепла. Розроблено теоретичні засади для розрахунку природньої усадки заготовки, інтенсивності силової взаємодії, що має місце у кутових елементах кристалізатора. Запропоновано способи підвищення стійкості внутрішньої поверхні гільз кристалізаторів за умов застосування гільзи одного профілю для розливки всього сортаменту марок сталі. Розроблено профілі кристалізаторів, що відповідають усадці заготовок з деяких марок сталі. Обгрунтовано необхідність розподілу всіх марок сталі на декілька груп та розробки для кожної групи індивідуального профілю кристалізатора. Досліджено вплив висоти падіння відкритого струменя на нерівномірність кристалізації у різних граней радіальної заготовки. Опрацьовано використання математичної моделі з метою оптимізації роботи вторинного охолодження за критерієм рівномірного розподілу температур за поверхнею заготовки. Теоретично обгрунтовано й практично перевірено режим ЗВО, що дозволяє розширити осьову зону рівновісних кристалів заготовок, розлитих на високошвидкісних радіальних МБЛЗ.

  Скачати повний текст

Показано, що деградація корпусних сталей за сумісного впливу високої температури та наводнювального середовища як за експлуатаційних, так і за лабораторних умов виявляється на мікроструктурному рівні перерозподілом карбідів шляхом їх коагуляції та передислокації на межі субзерен і зерен. Встановлено, що газоподібний водень сприяє локальній пластифікації металу та підвищує швидкість усталеної повзучості (ШУП) сталі корпусу реактора гідрокрекінгу нафти у вихідному стані та після деградації за експлуатаційних умов. Визначено ефект інтенсифікації ШУП сталі 2,25Cr-1Mo корпусу реактора гідрокрекінгу нафти, спричинений деградацією металу за експлуатаційних умов. Розкрито відмінності у механізмах руйнування за умов повзучості у водні, зумовлені деградацією корпусних сталей. Зазначено, що тривала експлуатація корпусних сталей у наводнювальному середовищі спричиняє мікропошкодженість у вигляді глибоких ямок діаметром до 120 мкм, які виникли внаслідок декогезії неметалевих включень з матрицею.

  Скачати повний текст

На підставі узагальнення результатів аналізу сучасних тенденцій розвитку матеріалознавства зносостійких і конструкційних матеріалів розроблено комплексний підхід щодо створення технологічних процесів одержання порошкових композиційних матеріалів на основі заліза для роботи за умов підвищення навантажень та інтенсивного тертя, а також ефективних маловідходних технологій виготовлення з них виробів з метою забезпечення заданого комплексу властивостей. Обгрунтовано доцільність і встановлено ефективність використання безабразивних шламових відходів підшипникової сталі як основи для одержання виробів з порошкових зносостійких і конструкційних матеріалів. Вивчено основні технологічні та структурно-фазові характеристики газорозпилених порошків швидкоріжучої сталі й особливості сплавоутворення у процесах їх спікання (зокрема, активованому) та гарячого штампування. Розроблено новий ефективний технологічний процес одержання високощільних композитів системи сталь - карбід титану з застосуванням методу гарячого штампування спечених заготовок. Досліджено основні закономірності формування структури на всіх стадіях технологічного процесу. Створено математичні моделі для числового моделювання ряду схем гарячого штампування пористих заготовок з урахуванням контактного тертя та встановлено основні закономірності ущільнення і формоутворення.

  Скачати повний текст

Проведено дослідження структури та властивостей чавуну з одноманітно орієнтованим розміщенням графіту та запропоновано ефективні способи його виготовлення. З'ясовано вплив температури та ступеня деформації на структуру чавуну. Виконано комп'ютерне моделювання формозміни графіту на різних етапах деформування. Встановлено анізотропний характер зневуглецювання й опору корозії у деформованому чавуні. Досліджено зміцнення, густину, здатність до графітизації під час охолодження гарячекатаного чавуну. Показано роль несуцільностей у процесі деформування високоміцного чавуну. Встановлено вплив початкової структури, дисперсності графіту та попередніх термічних обробок на деформованість високоміцного чавуну під час прокатки на гладкій бочці. Розроблено режими термічної та термоциклічної обробок, що збільшують його деформованість.

  Скачати повний текст

Розроблено методологічні підходи до вивчення впливу наводнення на фізико-механічні властивості сплавів на основі Fe і Ni, легованих вуглецем та азотом. Встановлено аналітичну залежність, що зв'язує обмінну енергію феромагнітного сплаву з ГЦК-структурою та енергію активації проникання водню. Виявлено конкуруючий вплив водню та вуглецю на параметри феромагнітного перетворення в сплавах системи Fe - Ni. Визначено, що водень знижує, а вуглець підвищує температуру точки Кюрі сплаву FeNi (36 %). Запропоновано фізичний механізм покращання інварних та міцнісних властивостей цього сплаву за водневої обробки. Встановлено закономірності протікання процесу зневуглецювання (водневої корозії) сталі 10Х9ВФА за водневої обробки за умови підвищених температур. Показано, що сумісна дія водню та азоту інтенсифікує процес азотування конструкційних матеріалів. Встановлено, що термічна обробка у водні прискорює процеси атомного впорядкування у сплавах системи Ni - W - Re, що дозволяє покращити їх фізико-механічні характеристики. Запропоновано експрес-методику визначення часу зневуглецювання конструкційних матеріалів на основі вимірювання кінетики зміни їх електрофізичних властивостей та експрес-методику оптимізації умов азотування конструкційних матеріалів з азотоводневих сумішей на основі вимірювання їх водневої проникності.

  Скачати повний текст

Розглянуто основні закономірності прояву корозійного чинника в умовах кавітації конструкційних сталей різного структурного стану відповідно до природи та складу рідких середовищ, а також розроблено на даній основі методи оцінки агресивності корозійних середовищ та підвищення опору корозійно-ерозійному руйнуванню (КЕР). На підставі електрохімічних досліджень поверхні, деформованої у процесі кавітації, а також порівняльної оцінки опору сталей КЕР у корозійно інертних та агресивних середовищах, розкрито важливу роль корозійного чинника в процесах руйнування. Наведено експериментальну методику порівняльної оцінки ефективності інгібування КЕР та визначено перспективи інгібіторного захисту сталей від КЕР із домінуючим впливом корозійного чинника.

  Скачати повний текст