132 "Матеріалознавство"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/51888
Переглянути
3 результатів
Результати пошуку
Документ Підвищення ресурсу деталей машин наплавленням та плазмовим напиленням композиційними матеріалами(2024) Ситников, Павло АндрійовичДисертація на здобуття наукового степеня доктора філософії за спеціальністю 132 Матеріалознавство (галузь знань 13 Механічна інженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2024 р. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі підвищення ресурсу деталей машин дуговим наплавленням і плазмовим напиленням композиційними матеріалами, отриманими з використанням самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС-процесу). Об’єкт дослідження – процеси зміцнення дуговим наплавленням і плазмовим напиленням зносостійким композиційним матеріалом деталей ґрунтообробних машин, що працюють в абразивному середовищі. Предмет дослідження – зносостійкий композиційний матеріал на основі самофлюсівного сплаву NiCrBSi, модифікованого композиційним матеріалом, одержаним самопоширюваним високотемпературним синтезом, застосований для підвищення ресурсу деталей ґрунтообробних машин. У вступі дисертації наведено обґрунтування теми роботи, мету та завдання, визначено об’єкт і предмет досліджень, описано зв'язок із посилан-нями на наукові теми та програми, перелічені методи досліджень, сформульована наукова новизна та практичне значення отриманих результатів. Перший розділ містить аналіз і систематизовані відомості про будову, умови роботи та основні причини низького ресурсу деталей ґрунтообробних машин, а також результати огляду конструктивних, експлуатаційних та тех-нологічних методів, які застосовуються для його підвищення. Встановлено, що одними з найбільш перспективних напрямів підвищення ресурсу деталей ґрунтообробних машин є використання дугового наплавлення та плазмового напилення композиційними матеріалами, які отримані з використанням СВС-процесу. Такі матеріали дають змогу одержати наплавленні шари і плазмові покриття із заданою структурою та властивостями. У другому розділі наведено методику експериментальних досліджень. В якості вихідних матеріалів для дугового наплавлення і плазмового напилення використовували композиційний матеріал, розроблений на основі самофлюсівного сплаву системи NiCrBSi марки ПГ-10Н-01, модифікованого композиційним матеріалом (МКМ), одержаним із застосуванням СВС-процесу. Як вихідні компоненти МКМ були використанні порошки титану Ti марки ПТМ-1; технічного вуглецю C марки П-803; вогнетривкої глини марки ПГОСА-0 (основа SiO₂-Al₂O₃); алюмінію Al, доданого у вигляді пудри марки ПАП-1; оксиду заліза Fe₂O₃ та термореагуючого порошку ПТ-НА-01. Також в розділі містяться відомості щодо співвідношень вихідних компонентів, які використовувалися для отримання модифікуючого композиційного матеріалу. Описано обладнання та методики проведення механічної активації шихти, способу ініціювання СВС-процесу. Розглянуто обладнання, що використовували для дугового наплавлення і плазмового напилення, а також для дослідження структури, фазового складу, механічних та триботехнічних властивостей дослідних зразків. Третій розділ містить результати досліджень структури та властивостей шарів, наплавлених отриманим композиційним матеріалом. Встановлено, що структура шару, наплавленого сплавом ПГ-10Н-01, має дендритну будову та складається з твердого розчину на основі нікелю (γ-Ni), а також евтектики γ-Ni-Ni₃B з поодинокими включеннями карбідів бору B₄C та карбідів хрому Cr₃C₂. Структура шару, наплавленого композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, складається з твердого розчину на основі нікелю (γ-Ni) та евтектики γ-Ni-Ni₃B, які додатково зміцненні включеннями карбідів титану TiC та кремнію SiC. При збільшенні МКМ кількість карбідів TiC та SiC підвищується, що впливає на показники мікротвердості та зносостійкості. Мікротвердість шару, наплавленого композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, дорівнює 660 HV, шару 20 % МКМ + 80 % ПГ-10Н-01 – 720 HV та шару 30 % МКМ + 70 % ПГ-10Н-01 – 760 HV, що перевищує мікротвердість шару, наплавленого сплавом ПГ-10Н-01, яка дорівнює 510 HV. Дослідження зносостійкості наплавлених зразків довели, що при терті закріпленими абразивними частинками зносостійкість шару, наплавленого композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, є у 1,8 рази, шару 20 % МКМ + 80 % ПГ-10Н-01 у 2,4 рази та шару 30 % МКМ + 70 % ПГ-10Н-01 в 3,5 рази більшою у порівнянні із зносостійкістю шару, наплавле-ного самофлюсівним сплавом ПГ-10Н-01. При терті незакріпленими абразивними частинками зносостійкість шару, наплавленого композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01 у 1,6 рази, шару 20 % МКМ + 80 % ПГ-10Н-01 у 1,9 рази та шару 30 % МКМ + 70 % ПГ-10Н-01 в 2,1 рази є більшою у порівнянні із зносостій-кістю шару, наплавленого сплавом ПГ-10Н-01. При збільшенні кількості МКМ в сплаві ПГ-10Н-01 зносостійкість шару підвищується. Для обґрунтування доцільності проведення СВС-процесу в розділі наведено порівняльні результати досліджень структури та властивостей шарів, наплавлених сплавом ПГ-10Н-01 з додаванням механічної суміші (МС) вихідних компонентів шихти Ti-C-Al-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-ПТ-НА-01. Структура шару, наплавленого матеріалом складу 10 % МС + 90 % ПГ-10Н-01, є твердим розчином на основі нікелю (γ-Ni), а також евтектики γ-Ni-Ni₃B з включеннями інтерметалідів типу CrSi та FeAl. При цьому, після кристалізації такого шару відбувається утворення кристалізаційних тріщин, що є наслідком окрихчуючої дії зв’язаного кисню, який міститься у вихідних ком-понентах шихти, зокрема, оксидах SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃. Мікротвердість такого шару складає 415 HV, а показник його зносостійкості в умовах абразивного зношування при терті як закріпленими, так і незакріпленими абразивними частинками складає 0,9 у порівнянні із зносостійкістю шару, наплавленого сплавом ПГ-10Н-01, прийнятим за одиницю. При збільшенні кількості доданої механічної суміші вихідних компонентів шихти до сплаву ПГ-10Н-01 показник зносостійкості при терті закріпленими та незакріпленими абразив-ними частинками зменшується у порівнянні із зносостійкістю шару, наплав-леного сплавом ПГ-10Н-01. В четвертому розділі наведено результати досліджень структури та властивостей плазмових покриттів, напилених композиційним матеріалом. Оптичною та скануючою електронною мікроскопією встановлено, що напи-ленні плазмові покриття мають ламелярну будову. Структура плазмового покриття, напиленого сплавом ПГ-10Н-01, складається з ламелей твердого розчину на основі нікелю (γ-Ni) із включеннями боридів нікелю Ni₃B та карбідів хрому Cr₃C₂. Структура плазмового покриття, напиленого композицій-ним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, крім твердого розчину на основі нікелю та вказаних вище фаз, містить фази карбідів TiC та SiC, а також включень частинок диборидів TiB₂. При збільшенні кількості вмісту МКМ в сплаві ПГ-10Н-01, кількість сполук TiC, SiC та TiB₂ в напиленому покритті збільшується, через що підвищується мікротвердість покриття та зростає його зносостійкість. Мікротвердість плазмового покриття, напиленого композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, становить 780 HV, покрит-тя 20 % МКМ + 80 % ПГ-10Н-01 – 835 HV та покриття 30 % МКМ + 70 % ПГ-10Н-01 – 880 HV, що перевищує мікротвердість плазмового покриття, напиленого сплавом ПГ-10Н-01, яка дорівнює 555 HV. Дослідженнями зносостійкості при терті закріпленими абразивними частинками встановлено, що зносостійкість плазмового покриття, напилено-го композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01 у 2,0 рази, покриття 20 % МКМ + 80 % ПГ-10Н-01 у 2,6 рази та покриття 30 % МКМ + 70 % ПГ-10Н-01 у 3,1 рази є більшою у порівнянні із зносостій-кістю плазмового покриття, напиленого сплавом ПГ-10Н-01. Дослідженнями зносостійкості при терті незакріпленими абразивними частинками встановлено, що зносостійкість плазмового покриття, напиленого композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, у 1,8 рази, покриття 20 % МКМ + 80 % ПГ-10Н-01 у 2,5 рази та покриття 30 % МКМ + 70 % ПГ-10Н-01 у 2,9 рази є більшою у порівнянні із зносостійкістю плазмового покриття, напиленого сплавом ПГ-10Н-01. Плазмове покриття, напилене матеріалом з додаванням механічної суміші складу 10 % МС + 90 % ПГ-10Н-01, має ламелярну структуру, яка складається з твердого розчину на основі нікелю (γ-Ni) з включеннями карбідів хрому Cr₃C₂, боридів титану TiB₂, а також оксидів титану TiO₂ та кремнію SiO₂. На відміну від наплавлених шарів, що містять механічну суміш вихід-них компонентів шихти, напилене плазмове покриття складу 10 % МС + 90 % ПГ-10Н-01 має більшу мікротвердість (650 HV) у порівнянні з плазмовим покриттям, напиленим сплавом ПГ-10Н-01. Зносостійкість напиленого плаз-мового покриття з додаванням механічної суміші шихти складу 10 % МС + 90 % ПГ-10Н-01 є 1,2 в рази більшою у порівняні із зносостійкістю плазмо-вого покриття, напиленого сплавом ПГ-10Н-01. П’ятий розділ дисертації присвячений експлуатаційним випробуванням зміцненого комплекту стрілчастих лап культиватору КПП-8 в умовах Фермерського господарства «Кам’януватка» (Новоукраїнський район, Кіровоградської області). Зносостійкість стрілчастих лап, виготовлених зі сталі 65Г, зміцнених зі зворотного боку за схемою «носок-робочі леза» шляхом дугового наплавлення композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, в 1,7 рази є більшою у порівняні із зносостійкістю лап, виготовлених за серійною технологією. Випробування зміцнених доліт лемешів плугу Майстер-А5 довели, що зносостійкість доліт, зміцнених наплавленим шаром композиційного матеріалу, є в 1,5 рази більшою у порів-нянні із зносостійкістю доліт, виготовлених за серійною технологією. Результати проведених експлуатаційних випробувань довели, що застосування розробленого композиційного матеріалу дає змогу підвищити ресурс деталей машин, що працюють в абразивному середовищі. В розділі наведено результати випробувань плазмових покриттів, напилених композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01 в умовах зношування при терті незакріпленими абразивними частинками, які проведено Науково-виробничою фірмою «Зварконтакт» (м. Харків). Доведено, що зносостійкість плазмового покриття, напиленого розробленим композиційним матеріалом складу 10 % МКМ + 90 % ПГ-10Н-01, в 1,6 рази є більшою у порівняні із зносостійкістю покриття, напиленого сплавом ПГ-10Н-01. Відповідно узагальненню отриманих результатів проведених теоретичних та експериментальних досліджень в дисертації: Вперше: - розроблено зносостійкий композиційний матеріал для дугового наплавлення і плазмового напилення на основі самофлюсівного сплаву системи NiCrBSi, модифікованого композиційним матеріалом (МКМ), одержаним самопоширюваним високотемпературним синтезом з порошків титану марки ПТМ-1, технічного вуглецю марки П-803, вогнетривкої глини марки ПГОСА-0, алюмінію марки ПАП-1, оксиду заліза (Fe₂O₃) та термореагуючого порошку ПТ-НА-01, застосування якого підвищує ресурс деталей машин, що працюють в абразивному середовищі; - встановлено, що додавання МКМ до сплаву системи NiCrBSi забезпечує збільшення мікротвердості та зносостійкості наплавленого шару за рахунок зміцнення сплаву частинками карбідів титану TiC та кремнію SiC. - виявлено, що додавання МКМ до сплаву системи NiCrBSi забезпечує збільшення мікротвердості та зносостійкості плазмового покриття за рахунок зміцнення сплаву частинками карбідів титану TiC та кремнію SiC, а також диборидів титану TiB₂. - визначено залежність зносостійкості при терті закріпленими та незакріпленими абразивними частинками наплавлених шарів і напилених плазмових покриттів від кількості МКМ в самофлюсівному сплаві системи NiCrBSi. Удосконалено: - методику ініціювання процесу самопоширюваного високотемпера-турного синтезу через вплив на ступінь розжарення спіралі, що забезпечує контрольований підігрів шихти та ініціювання процесу. Отримало подальший розвиток: - створення енерго- та ресурсозберігаючих технологій самопоширю-ваного високотемпературного синтезу на основі застосування вогнетривкої глини в якості оксидовмісних вихідних складових композиційних матеріалів для дугового наплавлення і плазмового напилення деталей машин, що працюють в абразивному середовищі. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень в дисертації розроблено композиційний матеріал, призначений для зміцнення та відновлення дуговим наплавленням і плазмовим напиленням поверхонь деталей ґрунтообробних машин, що працюють в абразивному середовищі. Розроблений композиційний матеріал впроваджено в Фермерському госпо-дарстві «Кам’януватка» (Новоукраїнський район, Кіровоградська область) та Науково-виробничій фірмі «Зварконтакт» (м. Харків). Матеріали роботи використовується в навчальному процесі кафедри зварювання НТУ «ХПІ». Increase of the machine parts service life by deposition and plasma spraying with composite materials. – Scientific qualification work submitted as a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 132 Material Science (knowledge area 13 Mechanical Engineering). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2024. This dissertation is devoted to solving the actual applied science tasks of extending machine parts service life by arc depositing and plasma spraying with the composite materials obtained by self-propagating high-temperature synthesis (SHS process). Research object – strengthening processes arc depositing and plasma sparing with wear-resistant composite material in tillage machine parts operated in abra-sive environment. Research subject – wear-resistant composite material based on self-fluxing alloy NiCrBSi modified with composite material obtained by self-propagating high-temperature synthesis, which provides extending service life of the tillage machine parts. The dissertation introduction contains thematic justification, tasks and objective, defines the object and subject of the work, describes relationships with references to scientific topics and programs, lists research methods, and formulates scientific novelty and practical value of the results obtained. The first section contains analysis and collated information on the structure, operation conditions and principal reasons for short service life of tillage machine parts, as well as the results of the review of structural, operational, and technological methods employed to extend it. Conducted, that one of the most promising ways for extending service life of soil tillage machine parts is the use of arc depos-iting and plasma spraying with composite materials obtained using the SHS process. Such materials allow to obtain deposited layers and plasma coatings with desired structure and properties. The second section describes the methodology of the experimental research. The composite material developed from self-fluxing NiCrBSi alloy type PG-10N-01 modified with composite material (МCМ) obtained by the SHS process was used as initial material for arc depositing and plasma spraying. Titanium (Ti) powder type PTM-1; technical carbon (C) type P-803; refractory clay type PGOSA-0 (based on SiO₂-Al₂O₃); aluminium Al added in the form of powder type PAP-1; ferrous oxide Fe₂O₃, and thermosetting powder type PT-NA-01 were used as initial MCM components. Additionally, this section contains information about the initial component ratios that were used to obtain the modifying composite material. Equipment and methods for the mechanical charge activation and methods for initiating the SHS process are described. The equipment used for arc depositing and plasma spraying, as well as for research of structure, phase composition, mechanical and tribotechnical properties of the prototypes. The third section contains the results of the structure and properties research of the layers deposited with the composite material obtained. It has been estab-lished that the layer deposited with PG-10N-01 alloy features a dendrite structure and comprises nickel-based (γ-Ni) solid solution and γ-Ni-Ni3B eutectic with single inclusions of boron carbide (B₄C) and chromium carbide (Cr₃C₂). The struc-ture of the layer deposited with composite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 comprises nickel-based (γ-Ni) solid solution and γ-Ni-Ni₃B eutectic, additionally strengthened with inclusions of titanium and silicon carbides (TiC, SiC). Increasing the MCM content results in increasing the content of TiC and SiC carbides, which affects the microhardness and wear resistance values. The layer deposited with composite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 features microhardness of 660 HV, while 20 % MCM + 80 % PG-10N-01 layer – 720 HV, and 30 % MCM + 70 % PG-10N-01 layer – 760 HV, that exceeds the microhardness of the layer deposited with PG-10N-01 alloy, which makes up 510 HV. It was proved by deposited specimen investigation that, when exposed to friction with fixed abrasive particles, the wear resistance of the layers deposited with composite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 is 1.8 times, 20 % MCM + 80 % PG-10N-01 – 2.4 times, and 30 % MCM + 70 % PG-10N-01 – 3.5 times greater than wear resistance of the layer deposited with self-fluxing alloy PG-10N-01. When exposed to friction with unfixed abrasive particles, wear resistance of the layers deposited with composite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 is 1.6 times, 20 % MCM + 80 % PG-10N-01 – 1.9 times, and 30 % MCM + 70 % PG-10N-01 – 2.1 times greater than wear resistance of the layer deposited with self-fluxing alloy PG-10N-01. Increasing the MCM content in the PG-10N-01 alloy results in increasing wear resistance of the layer. To validate SHS process feasibility, this section contains comparative results of structure and properties discovered in layers deposited with PG-10N-01 alloy doped with mechanical mixture (MM) of the charge initial components Ti-C-Al-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-PT-NA-01. The structure of the layer deposited with material comprising 10 % MM + 90 % PG-10N-01 is represented as a nickel-based (γ-Ni) solid solution, as well as eutectic γ-Ni-Ni₃B with intermetallide inclusions like CrSi and FeAl. Along with that, crystallizing this layer is followed by fracturing, which is derived from the embrittling effect of the bound oxygen contained in ini-tial charge components including oxides SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃. The microhardness of such layer makes up 415 HV, and its abrasive wear resistance value under friction with fixed as well as with unfixed abrasive particles makes up 0.9, while the wear resistance value of the layer deposited with PG-10N-01 alloy is taken for 1.0. Increasing quantity of the charge initial components of the mechanical mixture added to PG-10N-01 alloy leads to the reduction of abrasive wear resistance value under friction with fixed as well as with unfixed abrasive particles, as compared to the wear resistance value of the layer deposited with PG-10N-01 alloy. The fourth section contains the results of structure research of plasma coat-ings sprayed with the composite material. It was established with optical and scanning electronic microscopy that plasma sprayed coatings have lamella structure. The structure of the plasma coating sprayed with PG-10N-01 alloy features com-prises lamellas of nickel-based (γ-Ni) solid solution with nickel boride Ni3B and chromium carbide Cr₃C₂ inclusions. Additionally to nickel-based solid solution and aforementioned phases, the structure of the plasma coating sprayed with com-posite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 contains TiC and SiC carbide phases, as well as TiB₂ diboride particles. Increasing the MCM content in PG-10N-01 alloy leads to increasing TiC, SiC, and TiB₂ content in the coating sprayed, which results in increasing the coating microhardness and wear resistance. The microhardness of the plasma coating sprayed with composite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 equals 780 HV, while 20 % MCM + 80 % PG-10N-01 coating features 835 HV, and 30 % MCM + 70 % PG-10N-01 coating – 880 HV, that exceeds microhardness of the plasma coating sprayed with PG-10N-01 alloy, which makes up 555 HV. It was established by wear resistance investigation that, when exposed to friction with fixed particles, the wear resistance of the coatings sprayed with com-posite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 was 2.0 times, 20 % MCM + 80 % PG-10N-01 – 2.6 times, and 30 % MCM + 70 % PG-10N-01 – 3.1 times greater than wear resistance of the coating sprayed with PG-10N-01 alloy. It was established by wear resistance investigation by abrasive wear with unfixed particles that wear resistance of the coatings sprayed with composite mate-rial comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 was 1.8 times, 20 % MCM + 80 % PG-10N-01 by 2.5 times, and 30 % MCM + 70 % PG-10N-01 by 2.9 times greater than wear resistance of the coating sprayed with PG-10N-01 alloy. Plasma coating sprayed with material doped with a mechanical mixture comprising 10 % MM + 90 % PG-10N-01 features a structure comprising nickel-based solid solution (γ-Ni) with inclusions of chromium carbide Cr₃C₂, titanium boride TiB₂, as well as titanium and silicon oxides (TiO₂ and SiO₂). Unlike depos-ited layers containing a mechanical mixture of initial charge components, plasma sprayed coating comprising 10 % MM + 90 % PG-10N-01 features increased microhardness (650 HV), when compared to PG-10N-01 alloy plasma sprayed coating. The wear resistance of the plasma sprayed coating doped with a mechani-cal mixture of initial charge components comprising 10 % MM + 90 % PG-10N-01 is 1.2 times greater than the wear resistance of the plasma coating sprayed with PG-10N-01 alloy. The fifth section of the dissertation is devoted to operational tests with strengthening duckfoot blade set of KPP-8 cultivator carried out under conditions of Kamianuvatka farm (Novoukrainka district, Kirovohrad region). The wear resistance of the duckfoot blades made of 65G grade steel strengthened on the reverse side according to the "toe-working blade” scheme by arc depositing com-posite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 is 1.7 times greater compared to the wear resistance of the blades produced with serial technology. It was proven by testing the strengthened Maister A5 plough chisels that the wear resistance of the chisels strengthened with deposited composite material layer is 1.5 times greater than the wear resistance of the chisels produced with serial technology. Operational testing results proved that utilizing the material developed facilitates extending the service life of parts operated in abrasive environments. The section also contains results of testing plasma coatings sprayed with composite material comprising 10 % MCM + 90 % PG-10N-01 under frictional wear with unfixed abrasive particles, which was carried out by the scientific production company «Zvarkontakt» ( Kharkiv). It was proved that the wear resistance of the plasma coating sprayed with the developed material comprising 10 % MM + 90 % PG-10N-01 is 1.6 times greater than the wear resistance of the plasma coating sprayed with PG-10N-01 alloy. According to generalized theoretical and experimental research findings obtained in the dissertation: Novelties: - a wear-resistant composite material has been developed for arc depositing and plasma spraying, which is based upon self-fluxing NiCrBSi system alloy modified with composite material (MCM) obtained by self-propagating high-temperature synthesis from the powders of titanium type PTM-1, technical carbon type P-803, refractory clay type PGOSA-0, aluminium type PAP-1, ferrous oxide (Fe₂O₃) and thermosetting powder PT-NA-01, and which usage provides extending the service life of the machine parts operated in abrasive environment; - it has been established that the addition of MCM to the alloy of the NiCrBSi system provides an increase in the microhardness and wear resistance of the deposited layer due to the strengthening of the alloy with particles of TiC titanium carbides and SiC silicon. - it has been established that the addition of MCM to the alloy of the NiCrBSi system provides an increase in the microhardness and wear resistance of the plasma coating due to the strengthening of the alloy with particles of titanium carbides TiC and silicon SiC, as well as titanium diboride TiB₂. - the dependence of the wear resistance during friction with attached and unattached abrasive particles of deposited layers and sprayed plasma coatings on the amount of MCM in the self-fluxing alloy of the NiCrBSi system was deter-mined. Improvements: - self-propagated high-temperature synthesis initiating method that enables to affect the coil incandescence degree and thus implement controlled charge heat-ing and process initiation. Further developments: - creating energy and material saving technologies of self-propagated high-temperature synthesis utilizing refractory clay as oxide-containing initial compo-nents of the composite materials for arc depositing and plasma spraying on machine parts operated in abrasive environments. The composite material developed based on theoretical and experimental research described in this dissertation is designed for strengthening and renovating surfaces of tillage machine parts operated in abrasive environments by arc deposit-ing and plasma spraying. The composite material developed has been introduced at Kamianuvatka farm (Novoukrainka district, Kirovohrad region) and scientific production company «Zvarkontakt» (Kharkiv). Work materials are used in the educational process at Welding chamber of NTU KhPI.Документ Термічна стабільність нано- та мікрокристалічних псевдосплавів на основі міді(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Рябоштан, Валентин АнатолійовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 - Матеріалознавство (13 - Механічна інженерія). - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2023. Роботу виконано на кафедрі «Матеріалознавство» Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» за адресою: 61002, м. Харків, вул. Кирпичова 2. У дисертаційній роботі представлені результати експериментальних та теоретичних досліджень формування структури та закономірностей структурних змін під впливом температури у псевдосплавах міді з низькою концентрацією таких легуючих елементів, як молібден та тантал, що були отримані методом вакуумної конденсації із парової фази (method PVD). Метою дисертаційної роботи є дослідження процесів формування вакуумних конденсатів міді з низькою концентрацією легуючого елементу (молібден/тантал), структурні зміни, що відбуваються в них під дією температури, та механізми термічної стабілізації структури легуючими елементами, що знаходяться в матричному металі у різному структурно-фазовому стані. Об’єктом дослідження є термічна стабільність мікро та наноструктурних матеріалів, що є актуальною проблемою для всіх дисперсних сплавів та композиційних матеріалів. Предметом дослідження процеси та явища, що призводять значного підвищення термічної стабільності та механічних властивостей у системах Cu-Mo та Cu-Ta, при вмісті легуючого компоненту в диапазоні від 0,3 до 0,4 ат%. Методичною та теоретичною базою дослідження є фундаментальні положення теорії фізичної адсорбції, методичні розробки та наукові праці провідних вчених з питань вивчення адсорбційних та рекристалізаційних процесів. При вирішенні завдань дисертаційного дослідження застосовано сучасні загальнонаукові та спеціальні методи: методи отримання зразків у вигляді фольг псевдосплавів; спеціальні методи вивчення стану структури (мікроскопія, електронна мікроскопія, рентгенівська діфрактометрія, рентгенофлуоресцентний метод (РФА) та енергодисперсійну рентгенівську спектроскопію (EDS)); методи вибіру фізичних властивостей (напр., вимір мікротвердості за допомогою твердоміра ПМТ-3); метод температурної обробки у вакуумі; спеціальні методи отримання, обробки та обчислення інформації, яку дають знімки структури, отримані різними способами; математичне та комп’ютерне моделювання; абстрактно-логічні методи - для теоретичних узагальнень результатів дослідження. Актуальність теми роботи пов'язана з проблемою підвищення стабільності нано- і субмікрокристалічних металів, що мають унікальні функціональні властивості, але їхнє практичне використання обмежується низькою термічною стабільністю вихідного стану. Теоретичні і експериментальні результати, які є в світовій літературі, дозволяють зробити висновок про можливість розв’язання цієї проблеми шляхом цілеспрямованого легування матричних металів елементами, що мають по відношенню до них ексклюзивні фізико-хімічні властивості. Атоми цих речовин в певних технологічних умовах отримання металу, або термічної обробки здатні формувати сегрегації на границях зерен матричних металів і в результаті стабілізувати вихідний структурний стан і фізико-механічні властивості при температурному або іншому енергетичному впливі. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, наведено наукову новизну та сформовано практичне значення одержаних результатів. В першому розділі “аналітичний огляд наукової літератури” проведено аналіз літературних даних за тематикою дослідження. Встановлено сучасний стан дослідженнь та підходів до вирішення проблемати низької термічної стабільності дисперсних матеріалів вцілому та композиційних матеріалів зокрема. Приведені теоретичні дані та обгрунтовано підгрунтя проведеного дослідження. Наведені особливості формування структури досліджуваних зразків у різноманітних умовах отримання. У другому розділі “характеристика об’єктів і методів дослідження” приводяться дані про об’єкти дослідження, технологічні умови отримання цих матеріалів, дані про контроль елементного складу отриманих зразків. Описані методики віміру мікротвердості, питомого електроопору та вивчення термічної стабільності отриманих фольг псевдосплавів. У третьому розділі “формування та розпад аномальних розчинів молібдену і танталу в міді” описуються результати досліджень, присвячених умовам формування аномального пересиченого твердого розчину легуючих компонентів у матриці міді, умовам його розпаду, а також структурно-фазовим процесам, якими вони супроводжуються. Наведена низка нових експериментальних даних. Висунуто теорію щодо механізму формування цих аномальних пересичених розчинів у матриці міді. У четвертому розділі “вплив умов отримання на похідну структуру конденсатів Cu-Mo та Cu-Та” наведено результати дослідження закономірності формування структури цих зразків в умовах, в яких не відбувається утворення аномального пересиченого твердого розчину, що був описаний у розділі 3. Оцінюється вплив температури підкладки та швидкості конденсації характер та властивості похідної структури як конденсатів Cu-Mo, так і на конденсати Cu-Ta. Описані аналогічні та відмінні риси сформованої структури. У п’ятому розділі “еволюція структурних компонентів в конденсатах міді під впливом температури” описані процеси, що відбуваються у структурі зразків під впливом різної температури ізотермічного відпалу в діапазоні від 0,6 від температури плавління і до температури, близької до температури плавління міді, а також відмічаються основні фактори, що впливають на термічну стабільність та інші властивості псевдосплавів цих систем. У шостому розділі “вплив сеграгацій легуючих елементів на термічну стабільність вакуумних конденсатів” приведені результати досліджень, зусереджених на сегрегаціях молібдену та танталу, що знаходятся у границях зерна у різних структурно-фазових станах, взаємодії цих сегрегацій з границями зерен міді (тип їх зв’язку з матрицею, умови формування та руйнування цього зв’язку) та впливу взаємодії матричного металу та легуючого компененту, що призводить до росту здатності супротиву термічної дії. Наукова новизна проведеного дослідження полягає у явищах, що вперше були зафіксовані під час експерементів, а також висунутих теоріях щодо механізмів, за якими ці явища відбуваються. В дисертаційній роботі здобуті нові знання про механізми формування структури псевдосплавів міді під час їх осадження з парової фази у вакуумі та умови формування й розпаду аномальних розчинів легуючих елементів, що в звичайних умовах не мають розчинності, у матриці міді; про механізми та фактори, що підвищуюють термічну стабільність мікро- та наноструктурних матеріалів на основі міді. Здобувачем зафіксовано низку нових явищ під час експерименту та висунуто ряд тез, що пояснюють ці явища. На основі експериментальних результатів проведено моделювання фізичної взаємодії між атомами легуючого компоненту та поверхнею зерна матричного металу. Основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи: 1. Досліджено вплив умов отримання вакуумних конденсатів Cu-Mo та Cu-Ta на їх структуру та властивості. Встановлено, що молібден і тантал мають схожий характер взаємодії з матрицею міді. Легування матриці міді як молібденом, так і танталом призводить до значного диспергування похідної структури матриці та росту механічних властивостей. Зафіксовано аномальну залежність розміру зерна від температури підкладки при концентрації молібдену приблизно 0,3ат%. Висунуто припущення, що цей процес пов’язаний з характером розподілення атомов молібдену між більше- та малокутовими границями зерен при низькій температурі. Зафіксовано, що молібден і тантал проявляють схильність до формування сегрегацій на границях зерна матриці міді, що переймають кристалічну гратку міді. Це призводить до появи на електронограмах рефлексів нетипової для молібдену та танталу ГЦК-модифікації кристалічної гратки. 2. Проведені експерименти допомогли вивчити умови формування аномальних пересичених розчинів молібдену і танталу у матриці міді. Встановлено, що ступінь розчинності збільшується при підвищенні концентрації легуючого елементу, швидкості осадження та зниженні температури підкладки. Запропоновано якісний механізм утворення цих розчинів, що заключається у кінетичному захваті атомів легуючого елементу фронтом кристалізації під час сумісної конденсації у вакуумі із парової суміші. Виявлено температурно-часові інтервали розпаду розчину, які значно вищі, ніж аналогічні процеси в металах і сплавах. Показано, що старіння може мати двоетапний характер. Перший пік дисперсійного твердіння зумовлений розпадом твердого розчину. Другий максимум мікротвердості пов'язаний з процесами, що відбуваються у другій фазі на межах зерна. 3. Вивчалася еволюція зеленної структури конденсатів міді під впливом температури. Проведено серію ізотермічних відпалів при температурах від 600 до 1000ОС. Встановлено, що середній розмір зерна матричного металу залишається ультрадисперсним навіть після відпалу при 0,8Т плавлення міді. Тобто молібден і тантал сильно підвищують термічну стабільність дисперсних псевдосплавів міді. Когерентний зв’язок між матричним металом та легуючими елементами, що був утворений під час формування похідної структури, зберігається навіть після відпалу при температурах, близьких до температури плавлення міді. Вперше виявлено ефект спадковості у вигляді ділянок, вільних від частинок другої фази у відпаленій структурі. 4. Досліджено вплив сегрегацій легуючих елементів на термічну стабільність вакуумних конденсатів міді легованих молібденом і танталом у кількості приблизно 0,3-0,4 ат%. Встановлено, що осадження у вакуумі при більш низькій температурі стимулює адсорбційні процеси і формування атомарно розподілених шарів легуючих елементів на кордонах зерен матричного металу, що вносять вагомий вклад у гальмування руху границі зерна, знижуючи їх поверхневу енергію. Проведена оцінка вкладу кінетичного механізму підвищення термічної стабільності, що заключається у гальмування руху границь зерен частками легуючого елементу. Зафіксоване значне відхилення від теоретичної залежності розміру зерна від розміру часток легуючого елементу (піннінг Зіннера). На основі цього припускається, що термічна стабільність зеленної структури визначається спільним впливом кінетичного (піннінг Зіннера/гальмування руху зерна частками легуючого елементу) і термодинамічного механізму (гальмування руху границь зерен за рахунок зниження поверхневої енергії атомами легуючого елементу, що адсорбуються на їх поверхні) 5. Виявлено, що температура початку росту зерен мідної матриці лімітується не механічною дією частинок молібдену або танталу (механізм Зіннера), а руйнуванням атомно розподілених адсорбційних шарів домішок. Після їх руйнування швидкість міграції меж зерен визначається за кінетичним механізмом. 6. Встановлено, що частинки другої фази зберігають певну структурну відповідність у вигляді часткової когерентності навіть після ізотермічного відпалу за високої температури. На основі експериментальних даних, отриманих під час ретельного аналізу тонкої структури електронограм, проведено моделювання цієї структурної відповідності між поверхнею зерна та частками легуючого елементу. Показано, що незвичайний зв’язок між матричним металом та легуючим елементом виражаються у взаємодії атомів легуючого елементу з адсорбційними комірками матриці міді. Результати експериментальних і теоретичних досліджень, отримані при виконанні роботи, можуть бути використані в якості наукової основи нових технологій отримання нано- і субмікрокристалічних металів у вигляді плівок, фольг, покриттів і масивних виробів з надвисоким поєднанням міцневих і електропровідних властивостей. Особливістю цих металів в порівнянні з існуючими аналогами, які виробляють в Україні і за кордоном, є специфічний структурний стан, стабільний до 0,8-0,9 від температури плавлення матричного металу, що на 200-300°С перевищує аналогічні показники, застосовувані в даний час для сплавів на основі міді. Розроблені метали на основі міді можуть бути використані в якості покриттів і самостійних елементів електроконтактних матеріалів, наконечників, електродів точеного зварювання, високопровідних і термічно стабільних елементів електронної техніки і т.д. Отримані в дисертації результати можуть бути використані в наукових центрах і університетах України і за її межами, де розвивається аналогічна тематика досліджень. Результати теоретичних і експериментальних досліджень впроваджені в наступних держбюджетних темах: «Розробка матеріалознавчих основ структурної інженерії на основі Cu і Al» (ДР № 0119U002567), «Підвищення характеристик виробів військового призначення шляхом аналізу та синтезу властивостей матеріалів на основі мікроструктурних моделей» (ДР № 0117U004970). Окрім того дослідження Рябоштана В.А. впроваджене в навчальний процес НТУ «ХПІ» в наступному напрямі: результати дослідження Рябоштана В.А успішно використовувалися при викладанні таких наукових дисциплін, як «Спеціальні методи електронної мікроскопії», «Фізичні основи міцності і пластичності матеріалів», «Наноматеріали», «Наноструктурні матеріали та покриття» та «Тонкі методи дослідження матеріалів» . Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the specialty 132 - Materials Science (13 - Mechanical Engineering). - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2023. The work was performed at the Department of Materials Science, National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine. The thesis is available in the library of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" at: 2, Kyrpychova St., Kharkiv, 61002. The thesis presents the results of experimental and theoretical studies of structure formation and patterns of structural changes under the influence of temperature in copper pseudoalloys with a low concentration of alloying elements such as molybdenum and tantalum, which were obtained by the method of vacuum condensation from the vapor phase (PVD method). The goal of this thesis is to study the processes of formation of vacuum copper condensates with a low concentration of alloying element (molybdenum/tantalum), structural changes occurring in them under the influence of temperature, and mechanisms of thermal stabilization of the structure by alloying elements in the matrix metal in different structural and phase states. The object of the study is the thermal stability of micro- and nanostructured materials, which is an urgent problem for all dispersed alloys and composite materials. The subject of the study is the processes and phenomena that lead to a significant increase in thermal stability and mechanical properties in Cu-Mo and Cu-Ta systems, with the content of the alloying component in the range from 0.3 to 0.4 at%. The methodological and theoretical basis of the study is the fundamental principles of the theory of physical adsorption, methodological developments and scientific works of leading scientists on the study of adsorption and recrystallization processes. In solving the problems of the dissertation research, modern general scientific and special methods were used: methods for obtaining samples in the form of pseudo-alloy foils; special methods for studying the state of the structure (microscopy, electron microscopy, X-ray diffractometry, X-ray fluorescence method (XRF) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS)); methods for selecting physical properties (e.g, measurement of microhardness using the “ПMT-3” hardness tester); method of temperature treatment in vacuum; special methods for obtaining, processing and calculating information provided by structure images obtained in various ways; mathematical and computer modeling; abstract and logical methods for theoretical generalizations of research results. The relevance of the research topic is related to the problem of increasing the stability of nano- and submicrocrystalline metals, which have unique functional properties, but their practical use is limited by the low thermal stability of the initial state. Theoretical and experimental results available in the world literature suggest that this problem can be solved by targeted doping of matrix metals with elements that have exclusive physical and chemical properties in relation to them. The atoms of these substances under certain technological conditions of metal production or heat treatment are capable of forming segregations at the grain boundaries of matrix metals and, as a result, stabilizing the initial structural state and physical and mechanical properties under temperature or other energy effects. The introduction substantiates the relevance of the research objectives, presents the scientific novelty, and outlines the practical significance of the results. The first chapter, "Analytical review of scientific literature," analyzes the literature data on the subject of the study. The current state of research and approaches to solving the problem of low thermal stability of dispersed materials in general and composite materials in particular is established. Theoretical data are presented and the basis of the study is substantiated. The peculiarities of the structure formation of the studied samples under various conditions of preparation are presented. The second section, "Characterization of the objects and methods of research," contains data on the objects of research, technological conditions for obtaining these materials, and data on the control of the elemental composition of the samples obtained. The methods for measuring microhardness, resistivity, and studying the thermal stability of the obtained pseudoalloy foils are described. The third chapter, "Formation and decomposition of anomalous solutions of molybdenum and tantalum in copper," describes the results of studies on the conditions of formation of an anomalous supersaturated solid solution of alloying components in the copper matrix, the conditions of its decomposition, and the structural and phase processes that accompany them. A number of new experimental data are presented. A theory of the mechanism of formation of these anomalous supersaturated solutions in the copper matrix is put forward. Chapter 4, "Influence of preparation conditions on the derivative structure of Cu-Mo and Cu-Ta condensates," presents the results of studying the regularity of the structure formation of these samples under conditions in which there is no formation of an anomalous supersaturated solid solution, which was described in Chapter 3. The influence of substrate temperature and condensation rate on the character and properties of the derivative structure of both Cu-Mo and Cu-Ta condensates is evaluated. Similar and distinctive features of the formed structure are described. The fifth section, "Evolution of structural components in copper condensates under the influence of temperature," describes the processes occurring in the structure of samples under the influence of different isothermal annealing temperatures in the range from 0.6 of the melting point to a temperature close to the melting point of copper, and also notes the main factors affecting the thermal stability and other properties of pseudoalloys of these systems. The sixth chapter, "Influence of alloying element segregations on the thermal stability of vacuum condensates," presents the results of studies focused on molybdenum and tantalum segregations located at grain boundaries in different structural and phase states, the interaction of these segregations with copper grain boundaries (the type of their connection with the matrix, the conditions for the formation and destruction of this connection), and the influence of the interaction of the matrix metal and the alloying complement, which leads to an increase in the ability to resist thermal action. The scientific novelty of the study lies in the phenomena that were first observed during the experiments, as well as the theories put forward regarding the mechanisms by which these phenomena occur. The dissertation work provides new knowledge about the mechanisms of formation of the structure of copper pseudo-alloys during their deposition from the vapor phase in vacuum and the conditions of formation and decay of anomalous solutions of alloying elements that are not normally soluble in the copper matrix; about the mechanisms and factors that increase the thermal stability of micro- and nanostructured materials based on copper. The applicant recorded a number of new phenomena during the experiment and put forward a number of theses explaining these phenomena. Based on the experimental results, the physical interaction between the atoms of the alloying component and the grain surface of the matrix metal was modeled. Main scientific and practical results of the dissertation: 1. The influence of the conditions for obtaining Cu-Mo and Cu-Ta vacuum condensates on their structure and properties was investigated. It was found that molybdenum and tantalum have a similar nature of interaction with the copper matrix. The alloying of the copper matrix with both molybdenum and tantalum leads to a significant dispersion of the derivative structure of the matrix and an increase in mechanical properties. An anomalous dependence of the grain size on the substrate temperature at a molybdenum concentration of about 0.3 at% was recorded. It was suggested that this process is related to the nature of the distribution of molybdenum atoms between large- and small-angle grain boundaries at low temperature. It has been documented that molybdenum and tantalum show a tendency to form segregations at the grain boundaries of the copper matrix, which take over the copper crystal lattice. This leads to the appearance of an atypical for molybdenum and tantalum HCC modification of the crystal lattice on the electron diffraction patterns. 2. The experiments helped to study the conditions for the formation of anomalous supersaturated solutions of molybdenum and tantalum in the copper matrix. It has been found that the degree of solubility increases with increasing concentration of the alloying element, deposition rate, and decreasing substrate temperature. A qualitative mechanism for the formation of these solutions has been proposed, which consists in the kinetic capture of alloying element atoms by the crystallization front during joint condensation in vacuum from a vapor mixture. The temperature and time intervals of solution decomposition are found to be much higher than similar processes in metals and alloys. It is shown that aging can have a two-stage character. The first peak of dispersion hardening is caused by the decomposition of the solid solution. The second maximum of microhardness is associated with processes occurring in the second phase at the grain boundaries. 3. The evolution of the green structure of copper condensates under the influence of temperature was studied. A series of isothermal anneals at temperatures ranging from 600 to 1000°C was performed. It was found that the average grain size of the matrix metal remains ultrafine even after annealing at 0.8T of copper melting. That is, molybdenum and tantalum greatly increase the thermal stability of dispersed copper pseudoalloys. The coherent connection between the matrix metal and alloying elements, which was formed during the formation of the derivative structure, is preserved even after annealing at temperatures close to the melting point of copper. The effect of heredity in the form of areas free of second-phase particles in the annealed structure was first detected. 4. The influence of segregations of alloying elements on the thermal stability of vacuum condensates of copper alloyed with molybdenum and tantalum in the amount of about 0.3-0.4 at% was studied. It has been found that vacuum deposition at a lower temperature stimulates adsorption processes and the formation of atomically distributed layers of alloying elements at the grain boundaries of the matrix metal, which make a significant contribution to the inhibition of grain boundary motion, reducing their surface energy. The contribution of the kinetic mechanism of increasing thermal stability, which consists in the inhibition of grain boundary motion by alloying element particles, was evaluated. A significant deviation from the theoretical dependence of the grain size on the size of the alloying element particles (Zinner's pinning) was recorded. On this basis, it is assumed that the thermal stability of the green structure is determined by the joint influence of the kinetic (Zinner pinning/inhibition of grain movement by alloying element particles) and thermodynamic mechanisms (inhibition of grain boundary movement due to the reduction of surface energy by atoms of the alloying element adsorbed on their surface) 5. It was found that the temperature of the beginning of the growth of copper matrix grains is limited not by the mechanical action of molybdenum or tantalum particles (Zinner mechanism), but by the destruction of atomically distributed adsorption layers of impurities. After their destruction, the rate of grain boundary migration is determined by the kinetic mechanism. 6. It has been established that the particles of the second phase retain a certain structural conformity in the form of partial coherence even after isothermal annealing at high temperature. On the basis of experimental data obtained during a thorough analysis of the fine structure of electron micrographs, this structural correspondence between the grain surface and alloying element particles was modeled. It is shown that the unusual connection between the matrix metal and the alloying element is expressed in the interaction of the alloying element atoms with the adsorption cells of the copper matrix. The results of experimental and theoretical studies obtained in this work can be used as a scientific basis for new technologies for the production of nano- and submicrocrystalline metals in the form of films, foils, coatings, and massive products with an ultra-high combination of strength and conductive properties. The peculiarity of these metals in comparison with existing analogues produced in Ukraine and abroad is a specific structural state stable up to 0.8-0.9 of the melting point of the matrix metal, which is 200-300°C higher than the similar indicators currently used for copper-based alloys. The developed copper-based metals can be used as coatings and independent elements of electrical contact materials, tips, electrodes for chiseled welding, highly conductive and thermally stable elements of electronic equipment, etc. The results obtained in this thesis can be used in research centers and universities in Ukraine and abroad, where similar research topics are being developed. The results of theoretical and experimental research have been implemented in the following state budget topics: "Development of material science bases of structural engineering based on Cu and Al" (State Research Project No. 0119U002567), "Improvement of military products characteristics by analysis and synthesis of material properties based on microstructural models" (State Research Project No. 0117U004970). In addition, the research of V. A. Ryaboshtan was implemented in the educational process of NTU "KhPI" in the following direction: the results of the research of V. A. Ryaboshtan were successfully used in teaching such scientific disciplines as "Special methods of electron microscopy", "Physical bases of strength and plasticity of materials", "Nanomaterials", "Nanostructured materials and coatings" and "Fine methods of materials research".Документ Удосконалення технології зварювання дефектів литих корпусів турбін(2023) Артьомова, Світлана ВіталіївнаДисертація на здобуття накового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерство освіти і науки України, Харків, 2022. Об’єктом дослідження є технологія заварювання дефектів литих конструкцій із перлітних сталей способом поперечної гірки (СПГ) електродами ТМЛ-3У та УОНИ 13/45 без попереднього і супутнього підігрівання та після зварювального відпуску. Предметом дослідження є зв'язок структурного стану зварюваного металу в зоні термічного впливу з комплексом властивостей, що характеризують надійність зварних з'єднань, отриманих під час заварювання дефектів литва стосовно хромо-молібдено-ванадієвих сталей. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення ефективності технології виправлення браку литва за допомогою застосування удосконаленої технології заварювання способом поперечної гірки. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі здійснений аналітичний огляд сталей, що використовують для корпусних турбін, їх властивості, загальна характеристика та особливості їх зварювання та термічної обробки. Розглянуті сучасні технології зварювання при виготовленні і ремонті великогабаритних конструкцій зі сталей перлітного класу, їх труднощі та недоліки. Оцінені фактори, що впливають на тріщиноутворення та схильність до крихких руйнувань теплостійких сталей. Поставлені основні задачі дисертаційної роботи, обрано напрями досліджень. У другому розділі розглянуті експериментальні і розрахункові методи, які застосовувалися в процесі виконання роботи. Оскільки головна увага приділялася розгляду впливу зварювання способом поперечної гірки без попереднього та супутнього підігрівання теплотривких сталей на рівень механічних властивостей, а також на їх стійкість проти крихкого руйнування, були застосовані методи дослідження короткочасної міцності та пластичності (σв, σ₀ꓹ₂, δ, Ψ), ударної вязкості (KCU, KCV). За цими даними будували графіки залежності рівня властивостей в різних зонах зварного з'єднання від способу та режиму зварювання, а також від температури випробування. Проводили порівняльний аналіз запропонованого методу зі штатною технологією заврювання дефектів. Використовували декілька методів вимірювання твердості (по Віккерсу HV, мікротвердість Нµ), особливу увагу надавали високотемпературній області ЗТВ. Під час розгляду процесів структуроутворення на різних масштабних рівнях були застосовані методи різноманітної прецизійної здатності (оптична і електронна мікроскопія, рентгеноструктурний аналіз). За допомогою методу електротензометрії проводили вимірювання залишкових зварювальних напружень (поздовжніх σx та поперечних σy щодо осі шва) в поверхневих шарах зварного з’єднання з ціллю побудови епюр. Особливу увагу надавали напругам розтягування, які спричиняють основний негативний вплив на зниження рівня тріщиностійкості. Оцінювання опору зон зварних з'єднань крихкому руйнуванню при статичному вигині проводили за величиною критичного коефіцієнту інтенсивності напружень К₁с у верхівці тріщини. У третьому розділі представлені результати досліджень якості зварного з'єднання зі сталі 15Х1М1Ф, виконаного СПГ без подальшої термообробки по макроконтролю. Наведено результати виміру твердості HV з двох сторін шва на трьох рівнях по висоті в основному металі, ЗТВ та в металі шва. На підставі поміченої особливості зміни твердості в ЗТВ для отримання більш точного розподілу твердості, проведли вимірювання мікротвердості Нµ на різних відстанях від межі сплавлення. Досліджено мікроструктуру в місцях виміру твердості, що дозволило підвищити точність її класифікації. Проведено випробування короткочасних механічних властивостей. У вигляді графіків наведена залежність рівня σв, σ₀ꓹ₂, δ, Ψ, KCU, KCV від зони вирізки зразку (основний метал, ЗТВ, метал шва) та від температури випробування. Для порівняння виконали дослідження та аналіз вищезгаданих характеристик для зварних зєднань, отриманих при зварюванні за штатною технологією. За даними досліджень цього розділу одержано наступні результати: - на зразках після зварювання СПГ без відпуску дефектів макроструктури не виявлено; - характер зміни твердості HV на усіх рівнях по висоті швів як з термообробкою після зварювання, так і без, однаковий. У зразках, що не піддавалися після зварювання термічній обробці, твердість основного металу знаходиться на тому ж рівні; в ЗТВ відбувається нерівномірне її підвищення: в середині ЗТВ значення твердості можуть бути вищі, ніж поблизу межі сплавлення, що пов'язано з процесами, обумовленими автотермообробкою при термоциклу ванні. Метал зварного шва має більш високу твердість в порівнянні з іншими ділянками з'єднань. Значне підвищення твердості з двох сторін межі сплавлення можна пояснити наявністю підзагартування; - у зразках, що пройшли після зварювання термічну обробку у вигляді високого відпуску в порівнянні з основним металом твердість в ЗТВ і металі шва поблизу межі сплавлення залишається більш високою; - виміри мікротвердості в ЗТВ зварного з'єднання підтверджують достовірність вимірів твердості HV, що вказують на більш високу твердість в середині ЗТВ, чим поблизу межі сплавлення; - зварювання СПГ не знижує опір крихкому руйнуванню в зоні термічного впливу і шві в порівнянні з основним металом в початковому стані, а після високого відпуску, проведеного після зварювання, ударна в'язкість ЗТВ навіть вище, ніж основного металу; - при зварюванні СПГ, завдяки підвищенню частоти термоциклування, автопідігрівання діє ефективніше, що і сприяє уповільненню швидкості охолодження. Це призводить до утворення сприятливої структури верхнього зернистого бейніту. Четвертий розділ присвячено дослідженню здатності металу шва і зони термічного впливу чинити опір крихкому руйнуванню після зварювання СПГ, виконаних за штатною технологією та без додаткової термообробки, шляхом визначення критичної температури крихкості та тріщиностійкості при кімнатній та мінусових температурах. Побудовано графіки зміни ударної в’язкості металу різних ділянок зварних з’єднань зі сталі 15Х1М1Ф, виконаних за різними технологічними варіантами. Доведено, що майже при усіх температурах випробування ударна в'язкість KCV у високотемпературній області ЗТВ значно вище у зразків, які після зварювання не піддавалися термічній обробці. Представлені результати вказують на те, що після зварювання СПГ в зоні термічного впливу поблизу межі сплавлення утворюється структура з більш високим опором крихкому руйнуванню в порівнянні із структурою основного металу і металу шва. При цьому перехідна критична температура крихкості цієї ділянки ЗТВ зміщується до низьких температур. Характерним для обох способів зварювання є ідентичне значення критичної температури крихкості високотемпературної області ЗТВ (Т50 = −20ºC), яка не змінюється після проведення високого відпуску. За допомогою електронного мікроскопу детально досліджено фрактографію зламів зразків після випробування ударний вигин. Експериментально доведено, що рівень твердості в зварних з'єднаннях, виконаних СПГ і за штатною технологією близькі за абсолютними показниками. Для порівняння преведено дослідження впливу підвищених режимів на структуру і механічні властивості. Результати випробувань розривних зразків показують, що підвищення режимів зварювання призводить до зниження міцносних характеристик металу ЗТВ, проте вони дещо вищі за основний метал. Найбільш високими показниками характеризується метал шва. Характеристики пластичних властивостей, незважаючи на відмінності в твердості і міцності, мало відрізняються. Також негативний вплив спостерігається на опір крихкому руйнуванню металу високотемпературної області ЗТВ. Головною причиною, найімовірніше, являється утворення бейніту неоднорідної морфології. Встановлено, що істотної різниці в напруженому стані зварних з'єднань, виконаних ОСС з підігріванням до 350 – 400ºС в порівнянні із СПГ без підігрівання не виявлено, тому таке підігрівання застосовувати при виправленні дефектів недоцільно. Спектроскопічно досліджено тонку структуру зразків після СПГ без додаткової термообробки, визначено хімічний склад карбідів. П'ятий розділ присвячено вивченню впливу зварювання способом поперечної гірки на розподіл твердості, рівень механічний властивостей та структуру зварних з'єднань зі сталі 25Л. Дослідження виконані на зразках в обсязі: з попереднім підігріванням, з високим відпуском після зварювання і без попередньої та наступної термообробки. Залежність зміни твердості від способу зварювання та від зони виміру наведено у вигляді графіків. Встановлено, що незалежно від технології зварювання відзначається підвищення твердості в ЗТВ поблизу межі сплавлення. Представлені механічні властивості основного металу, металу шва та високотемпературної області ЗТВ. Спостерігається, що разом з високими характеристиками міцності метал шва після наведених технологій обробки має високу пластичність (особливо високі значення має характеристика відносного стискування ψ). При цьому пластичність найбільш висока в зразках, які після зварювання підлягали термічній обробці . Пластичні властивості основного металу і металу високотемпературної області ЗТВ, в порівнянні з металом швів, помітно знижуються, особливо ψ (після усіх варіантів обробок така властивість зменшується більш ніж в два рази). Термічна обробка після зварювання у вигляді високого відпуску сприяє підвищенню ударної в'язкості KCV металу шва. Отже, після зварювання СПГ високотемпературна область ЗТВ, незважаючи на підвищену твердість, має однакову з основним металом здатність опору утворенню холодних тріщин. Це може бути обумовлено подрібненням зеренної будови ЗТВ в результаті теплової і деформаційної дії при зварюванні. За результатами металографічних досліджень встановлено, що при багатошаровому зварюванні СПГ мікроструктура ЗТВ і наплавленого металу шва завдяки високотемпературному нагріву при наплавленні шарів перекристалізується і стає дрібнозернистою і являє собою бейніт з рівноосними зернами фериту.