Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 ‒ Матеріалознавство (132 – Матеріалознавство). – ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет» Міністерства освіти і науки України, Маріуполь; Національний університет «Львівська політехніка» Міністерства освіти і науки України, Львів, 2023.У дисертації вирішена актуальна науково-технічна проблема підвищення експлуатаційної стійкості металовиробів із білих легованих чавунів триботехнічного призначення. Мета дослідження досягається в роботі за рахунок оптимізації хімічного складу сплавів та застосування зміцнювальних технологій з використанням висококонцентрованих джерел енергії. Вивчено процеси модифікування структури та властивостей різних груп легованих чавунів (Cr-Mn-Ni-Mo-V, V-Mn-Ni, Cr-V-Mn-Ni) та сталей ледебуритного класу (Cr-Mn-Si-Ni-V-B, Cr-Mn-Si-Mo-B, Cr-Mn-Si-Mo-V-B) при обробці поверхні сталим плазмовим струменем. Встановлено оптимальні режим плазмового нагріву та тип вихідної структури матриці високохромистого чавуну, які забезпечують максимальний модифікувальний ефект. Показана можливість суттєвого (на порядок) подрібнення структурних складових (дендритів, карбідів) чавунів поєднанням плазмового оплавлення поверхні із пост-плазмовою термічною обробкою. Встановлено, що плазмова обробка забезпечує підвищення абразивної та абразивно-ерозійної стійкості вказаних сплавів на 20-50 %.В роботі вперше досліджено процеси модифікування чавунів/сталей та нанесення чавуноподібних покриттів при імпульсно-плазмовій обробці із використанням електротермічного аксіального плазмового прискорювача (ЕАПП). Цей спосіб забезпечує нагрів і охолодження поверхні зі швидкістю приблизно (2-4)10 6 К/с із глибиною модифікації до 30 мкм. В результаті твердість поверхні конструкційної сталі, сірого та високохромистого чавунів зростає до 800-1050 HV із відповідним збільшенням адгезійної та абразивної зносостійкості на 18-100 %. Досліджено процеси формування імпульсно-плазмових чавунних покриттів при використанні ЕАПП. В роботі вперше запропоновано використовувати в якості катоду ЕАПП леговані чавуни та сталі ледебуритного класу, що полегшує оплавлення катоду й сприяє нарощенню покриття при повторних плазмових імпульсах. Швидка кристалізація мікрокрапель на металевій поверхні призводить до формування покриття з метастабільною аустенітною структурою без крупних карбідних включень. Утворення карбідів в покритті відбувається за твердофазною реакцією при пост-плазмовій термообробці, в результаті чого твердість зростає до 1200-1550 HV із відповідним підвищенням абразивної (в 3 рази) та адгезійної (до 1200 разів) зносостійкості. Вперше встановлено факт насичення продуктів ерозії катоду атомами вуглецю, які випаровуються при розряді з поверхні діелектричних стінок камери ЕАПП, що майже у два рази підвищує об’ємну частку карбідів відносно матеріалу катоду. Запропоновано використання катодів ЕАПП композитного типу із компонентами (карбіди, металева зв’язка) з великою різницею в температурі плавлення. Легке оплавлення зв’язки дозволяє застосовувати меншу енергію розряду та запобігати розплавленню карбідів задля їх перенесення у неоплавленому стані. Запропоновані варіанти конструкції катоду (спечені сплави «WC-Сu(Бронза)», композит «Сталь+карбіди+епоксидна смола»), за допомогою яких були отримані зносостійкі покриття (без тріщин) із високим вмістом карбідів WC та TiC та різним типом матриці без пост-плазмової термообробки. Запропонована «гібридна» концепція легування, на основі якої розроблено ливарні зносостійкі сплави нового класу – мультикомпонентні W-Mo-V-Cr-Ti-Si-Mn-(1,5-3,5)%В-(0,3-1,1)%С чавуни. В сплавах формується багатофазна структура, що складається з складнолегованих карбоборидів М2(B,C)5, М(C,B), М7(C,B)3 та М3(C,B), кількість та хімічний склад яких визначаються вмістом вуглецю та бору. Визначено оптимальний хімічний склад мультикомпонентного сплаву для використання в умовах інтенсивного абразивного зношування. Результати досліджень впроваджені у вигляді параметрів модифікування та нанесення композитних чавуноподібних покриттів із застосуванням плазмового нагріву. Ключові слова: легований чавун, плазмова обробка, лазерна обробка, покриття, модифікування, мікроструктура, функціональні властивості.^UThesis for the Doctor’s degree of Engineering Sciences in the specialty 05.02.01 – Materials Science (132 – Materials Science). – State Higher Educational Institution “Pryazovskyi State Technical University” of the Ministry of Education and Science of Ukraine; Lviv Polytechnic National University of the Ministry of Education and Science of Ukraine; Lviv, 2023.The thesis solves the actual scientific and technical problem of increasing the operational stability of metal products made of white alloyed cast iron for tribological applications. The goal of the research is achieved due to the optimization of the chemical composition of alloys and the application of surface strengthening technologies using highly concentrated energy sources. The processes of modifying the structure and properties of various groups of alloyed cast irons (Cr-Mn-Ni-Mo-V, V-Mn-Ni, Cr-V-Mn-Ni) and steels of the ledeburite class (Cr-Mn-Si-Ni- V-B, Cr-Mn-Si-Mo-B, Cr-Mn-Si-Mo-V-B) during surface treatment with a solid plasma flux are studied. The optimal mode of plasma heating and the type of the initial matrix structure of high-chromium cast iron, which provides the maximum modifying effect, have been established. The possibility of significant (by an order of magnitude) refinement of structural components (dendrites, carbides) of cast irons by a combination of plasma melting of the surface with post-plasma heat treatment is shown. Plasma processing ensures an increase in the abrasive and abrasive-erosion resistance of the specified alloys by 20-50%.In the work, the processes of modification of cast irons/steels and the deposition of cast-iron-like coatings during pulsed plasma processing using an electrothermal axial plasma accelerator (EAPP) were investigated for the first time. This method provides heating and cooling of the surface at a speed of (2-4)106 K/s with a modification depth of up to 30 μm. As a result, the surface hardness of structural steel, gray- and high-chromium cast irons increases to 800-1050 HV with a corresponding increase in adhesive and abrasive wear resistance by 18-100%.The processes of forming pulse-plasma cast-iron-like coatings using EAPP were investigated. In the work, for the first time, it is proposed to use alloyed cast irons and steels of the ledeburite class as the cathode of EAPP, which facilitates the melting of the cathode and contributes to the increase of the coating during repeated plasma pulses. Rapid crystallization of microdroplets on the metal surface leads to the formation of a coating with a metastable austenite structure without large carbide inclusions. The formation of carbides in the coating occurs by a solid-phase reaction during post-plasma heat treatment, as a result of which the hardness increases to 1200-1550 HV with a corresponding increase in abrasive (3 times) and adhesive (up to 1200 times) wear resistance. For the first time, the fact of saturation of cathode erosion products with carbon atoms, which evaporate during discharge from the surface of the dielectric walls of the EAPP chamber, has been established, which almost doubles the volume fraction of carbides relative to the cathode material. It is proposed to use the EAPP cathodes of composite type with components (carbides, metal binder) having a large difference in melting temperature. The easy melting of the binder allows for the use of lower discharge energy thus preventing the carbides melting for transfer in the unmelted state. The variants of the cathode design (sintered alloys «WC-Cu(Bronze)», composite «Steel+carbides+epoxy resin») are proposed, with the help of which the wear-resistant coatings with a high content of WC and TiC carbides and different types of the matrix were obtained without post-plasma heat treatment. The «hybrid» concept of alloying is formulated, on the basis of which cast wear-resistant alloys of a new class were developed – multicomponent W-Mo-V-Cr-Ti-Si-Mn-(1.5-3.5)%В-(0.3 -1.1)%C cast irons. A multiphase structure is formed in the alloys, consisting of complex alloyed carboborides М2(B, C)5, М(C, B), М7(C, B)3, and M3(C, B), the amount and chemical composition of which are determined by the carbon content and boron The optimal chemical composition of the multicomponent alloy for use in conditions of intensive abrasive wear was determined. The results of the research are implemented as the technological parameters of modification and deposition of the composite cast-iron-like coatings using plasma heating.keywords: alloyed cast iron, plasma treatment, laser treatment, coating, modification, microalloying, microstructure, functional properties.