Дисертації (ЗВ)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Фізико-металургійні та термодеформаційні процеси при зварюванні тонкостінних конструкцій із алюмінієвих сплавів з використанням лазерного випромінювання(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Пелешенко, Святослав Ігорович; Квасницький, Віктор ВячеславовичПелешенко С. І. Фізико-металургійні та термодеформаційні процеси при зварюванні тонкостінних конструкцій із алюмінієвих сплавів з використанням лазерного випромінювання. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертація присвячена дослідженню та створенню технологій зварювання виробів космічної промисловості з високоміцних алюмінієвих сплавів із використанням лазерного випромінювання шляхом розрахункового вибору параметрів режимів (щільності потужності, швидкості, розміру і часу існування зварювальної ванни) з подальшою експериментальною перевіркою, визначення впливу режимів та умов ведення процесу на формування напруженодеформованого стану та зміну геометричної форми виробів, розрахунковому прогнозуванню параметрів зварювання берилієвих сплавів. У роботі визначені характерні дефекти зварювання та шляхи їх усунення, створені методика та обладнання для визначення компонент напружено-деформованого стану та неруйнівного контролю виробів, зварених із використанням розроблених технологій, проведене конструювання дослідно-промислового комплексу для реалізації розроблених технологій. Дисертаційна робота складається з п'яти розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертаційної роботи. У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми дослідження, визначені мета та задачі дослідження, приведені методи дослідження, сформульовані наукова новизна та практична цінність отриманих результатів. У першому розділі приведені результати аналізу особливостей зварювання легких сплавів на основі алюмінію і берилію із використанням сучасних зварювальних технологій. Розглянуто особливості використання лазерного випромінювання для зварювання тонкостінних конструкцій із легких сплавів, в тому числі актуальні проблеми при зварюванні тонкостінних конструкцій із легких сплавів, зокрема з неповним проплавленням. На основі проведеного аналізу визначені мета та завдання досліджень. Другий розділ присвячений опису застосованих стандартизованих та розроблених методик проведення дослідження, наведені опис та характеристики обраних матеріалів, технологічного обладнання для проведення експериментів та металографічних досліджень. Для досягнення мети реботи та вирішення поставлених завдань була прийнята наступна методика досліджень: вибір зварюваних алюмінієвих сплавів і підготовка зразків; математичне модельне дослідження особливостей поглинання лазерного випромінювання при зварюванні легких високоміцних сплавів; виконання розрахункових експериментів на основі моделювання розподілу теплових полів у виробах з легких високоміцних сплавів, прогнозування параметрів режимів зварювання з використанням лазерного випромінювання; створення лабораторного стенду для проведення технологічних досліджень; експериментальна перевірка точності розрахунків, металографічні дослідження зварених зразків, визначення характерних дефектів та шляхів їх усунення, корегування режимів; розробка комбінованого способу розрахунково-експериментального визначення залишкових деформацій та напружень у звареному виробі; створення методики та обладнання неруйнівного дослідження компонент напружено-деформованого стану (НДС) тонкостінних зварних виробів із високоміцних легких сплавів шляхом обробки цифрових стереозображень; створення технологічних рекомендацій щодо зварювання виробів космічної галузі з легких високоміцних сплавів з використанням лазерного випромінювання; проектування зварювальних головок для реалізації процесів зварювання легких високоміцних сплавів із застосуванням лазерного випромінювання в умовах камери з контрольованою атмосферою; проектування комплексу дослідно-промислового обладнання для герметизації зварюванням високоточних тонкостінних виробів космічної галузі з легких високоміцних сплавів і апаратури неруйнівного контролю НДС зварних виробів. В третьому розділі дисертаційної роботи приведені результати моделювання з’єднання легких сплавів лазерним зварюванням та лазерномікроплазмовим зварюванням, описана методика вибору параметрів режимів зварювання тонкостінних виробів з легких сплавів із ненаскрізним проплавленням із застосуванням лазерного випромінювання, приведені результати експериментальної перевірки використаної методики вибору режимів зварювання та результати металографічних досліджень отриманих зварних з'єднань, а також аналіз характерних дефектів та шляхів їх усунення. В роботі вперше досліджені особливості впливу супутнього плазмового підігріву на поглинання лазерного випромінювання поверхнею алюмінієвих сплавів і зроблений прогноз щодо особливостей поглинання випромінювання берилієвими сплавами. Визначено, що при переході легких сплавів від твердого до рідкого стану частка поглиненого лазерного випромінювання стрибкоподібно зростає до 5 разів для алюмінію і на 20% для берилію. Встановлено, що завдяки приблизно втричі більшій теплопровідності берилію та його сплавів, порівняно із теплопровідністю алюмінієвих сплавів, погонна енергія лазерного зварювання берилієвих сплавів має приблизно вдвічі перевищувати енергію, яка необхідна для лазерного зварювання алюмінієвих сплавів. У разі застосування супутнього локального мікроплазмового підігріву зварювальної ванни таке підвищення погонної енергії зменшується до 30%. Для такого супутнього підігріву визначений вплив дистанції між фокусом лазерного випромінювання і центром анодної плями плазмової дуги на тенденції формування шва і ступінь прояву синергетичного ефекту взаємодії цих двох енергетичних джерел. Створені методики попереднього розрахункового визначення параметрів режимів зварювання з використанням лазерного випромінювання (лазерного і лазерно-мікроплазмового процесів) та залишкового напружено-деформованого стану виробів космічної промисловості з високоміцних алюмінієвих і берилієвих сплавів. За допомогою експериментальної перевірки розроблених методик на зразках високоміцних алюмінієвих сплавів визначена величина похибки (до 10...20%) та обґрунтована прийнятність цих методик для розв'язуваних завдань. Встановлено, що завдяки поєднанню високої теплопровідності із низьким коефіцієнтом поглинання лазерного випромінювання для зварювання алюмінієвих сплавів існують певні порогові значення потужності та швидкості зварювання, а також визначені шляхи подолання недоліків, які можуть виникати через цю особливість. Розрахунковим і дослідним способами показано, що одним з найбільш ефективних шляхів покращення лазерного зварювання є застосування супутнього локального підігріву зварювальної ванни мікроплазмою прямої дії. Такий технологічний прийом забезпечує економію коштовної лазерної енергії та водночас дозволяє в 1,5-2 рази підвищити швидкість зварювання і покращити формування швів. Проведене математичне прогнозування зварювання берилію та його сплавів за допомогою лазерного випромінювання із перевіркою отриманих результатів за літературними даними. Встановлено, що через теплопровідність, яка приблизно втричі перевищує теплопровідність алюмінієвих сплавів, для їх зварювання потрібно більше вкладення енергії. Тому погонні енергії провару берилієвих сплавів на глибину порядку 0,5-0,6 мм за умови нагрівання виробу до 100...120°С мають перевищувати енергії аналогічних проварів алюмінієвих сплавів: при лазерному зварюванні до 4 разів, при лазерно-мікроплазмовому – на 30…50%. Встановлено, що збільшення розміру зерен литого металу шва при лазерному зварюванні високоміцних алюмінієвих сплавів призводить до зниження міцності шва, зокрема в зонах сплавлення і вертикальної осі поперечного перерізу. Підвищення питомої енергії випромінювання призводить до зменшення вмісту летючих легуючих елементів сплаву (в першу чергу Mg, Zn, Li). Одним з характерних дефектів є утворення внутрішніх пор діаметром від 0,05 до 0,2 мм. Крім того, при зварюванні таких сплавів можлива поява як осьових, так і поперечних гарячих тріщин. Найбільш небезпечними зонами виникнення тріщин є кратер, де відбувається остаточна кристалізація розплаву, а також дефекти шва. Шляхами усунення схильності металу до тріщиноутворення є: попередній або супутній підігрів, мінімізація погонної енергії зварювання, використання присадкових матеріалів, плавне зменшення потужності лазерного випромінювання при закінченні процесу зварювання, видалення з поверхні заготовок окислу Al2O3 перед зварюванням, застосування основного металу з більш дисперсною структурою. Дослідження показали, що одним з найкращих і найбільш універсальних способів мінімізації схильності металу до виникнення характерних дефектів при лазерному зварюванні високоміцних алюмінієвих сплавів є супутній підігрів металу зварювальної ванни мікроплазмою з електричною дугою прямої дії. Порівняно зі звичайним лазерним зварюванням такий підхід покращує формування підсилення верхнього валика шляхом усунення гребнів і підрізів, мінімізує пороутворення, зменшує твердість металу ЗТВ до рівня твердості основного металу, сприяє підвищенню швидкості зварювання, до 1,5-2 разів зменшує розмір зерен литого металу з’єднання. Встановлено, що лазерне зварювання стикових з'єднань високоміцних алюмінієвих сплавів дозволяє отримувати шви з близьким до 1 коефіцієнтом форми при мінімальних витратах погонної енергії (5…10 Дж/мм) із часом існування ванни розплаву 0,02…0,04 с. Зернистість металу з'єднання носить регулярний характер, зерна в переплавленому металі мають рівноосну форму та подовжену форму біля лінії сплавлення (коефіцієнт форми зерна =2...3) і в ЗТВ (=2,5...5). Мікротвердість у швах зменшується на 15%, а ЗТВ збільшується на 8…12% відносно основного металу. Основні дефекти – утворення в ЗТВ мікротріщин довжиною 10...20 мкм та наявність у кореневій частині швів включень залишків оксидних плівок. Для підвищення якості з’єднань та усунення виявлених дефектів запропоновано використовувати лазерномікроплазмове зварювання. Зерна металу шва при такому зварюванні мають рівноосну будову, розмір зерен зменшується у 1,5-2 рази порівняно з лазерним зварюванням. Уздовж лінії сплавлення та у ЗТВ формуються структури з подовженими зернами (=3…6 і =4…5, відповідно). Мікротвердість металу шва зменшується на 15…20% від основного метала, а ЗТВ – приблизно відповідає основному металу. При цьому використання коштовної лазерної енергії зменшується на 40…50%, час існування зварювальної ванни (0,03…0,05 с) наближається до лазерного зварювання, усувається небезпека зменшення вмісту легуючих елементів при підвищенні щільності потужності випромінювання. У четвертому розділі приведений опис розробки методики експериментально-розрахункового визначення компонент НДС зварних деталей та створення лабораторного стенду для реалізації методики. Наведені результати розрахункового визначення параметрів залишкового НДС отриманих лазерним та лазерно-мікроплазмовим зварюванням з'єднань із високоміцного алюмінієвого сплаву 7005. Розроблений комбінований розрахунково-експериментальний метод визначення залишкових деформацій та напружень у зварному виробі за режимами зварювання із застосуванням методу кореляції стереоскопічних цифрових зображень (SDIC – Stereo Digital Image Correlation). Розроблений спосіб передбачає розбивку зварюваної конструкції на просторові примітиви із їх аналізом по мірі виконання зварювання. За його допомогою встановлено, що при лазерному зварюванні імітаторів виробів космічної галузі зі сплаву 7005 після виконання чотирьох діаметрально протилежних точкових прихваток залишкові переміщення торців виробу (41×41 мм) можуть сягати 0,02…0,05 мм, а після виконання безперервних кільцевих швів – зменшуватися до 0,01...0,02 мм. Величини залишкових напружень стиску у площині торців зварного виробу знаходяться в межах 50-60 МПа. При цьому в зоні шва напруження розтягу можуть доходити до 200 МПа, а в ЗТВ змінюватися від 70 до 150 МПа. Внесені попередньо виконаними точковими прихватками геометричні відхилення майже не впливають на рівень залишкових напружень. У п’ятому розділі представлені результати робіт із практичної реалізації розроблених технологій, створене обладнання для отримання і неруйнівного контролю високоточних тонкостінних зварних виробів з алюмінієвих сплавів космічного призначення. Для зварювання високоточних тонкостінних виробів космічної галузі з алюмінієвих сплавів із застосуванням лазерного джерела нагрівання були сконструйовані зварювальні головки. Розробка головок для лазерного і лазерномікроплазмового зварювання базувалася на виборі необхідних оптичних елементів за їх діаметрами і фокусною відстанню, а також визначення параметрів потоку плазмоутворюючого газу з урахуванням особливостей камери з контрольованою захисною атмосферою. До складу технологічного комплексу увійшов стенд для визначення компонент НДС готового виробу після зварювання. При розробці цього стенду були обрані необхідні цифрові фотокамери з високою роздільною здатністю, створена система базування закріпленого у складально-зварювальному оснащенні зварюваного виробу, а також необхідні алгоритми та програмне забезпечення для вимірювання переміщень окремих ділянок, визначення деформацій і супутніх розрахунків залишкових напружень. Розроблений технологічний процес герметизації високоточних тонкостінних виробів космічної галузі з легких сплавів лазерним зварюванням, що включає: підготовку поверхонь заготовок виробу до зварювання хімічним травленням лугом із подальшою нейтралізацією кислотою; складання деталей під зварювання; базування в складально-зварюваному оснащенні та зварювання виробу з одночасним контролем/керуванням температурою його нагрівання; визначення рівня переміщень, напружень, деформацій. Для реалізації даного технологічного процесу розроблений дослідно-промисловий комплекс обладнання, яке включає герметичну зварювальну камеру з системами кріплення, переміщення та зварювання заготовки, зварювальне джерело живлення з плазмовим модулем, систему управління, вакуумування, газопідготовки та очищення відпрацьованих газів, а також рукавичну камеру для ручного збирання деталей виробу під зварювання. У даному дослідно-промисловому комплексі був застосований волоконний лазер потужністю до 1,0 кВт.Документ Відкритий доступ Адитивне дугове наплавлення просторових виробів присадними дротами зі сталей та сплавів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Лагодзінський, Іван Миколайович; Квасницький, Віктор ВячеславовичЛагодзінський І.М. Адитивне дугове наплавлення просторових виробів присадними дротами зі сталей та сплавів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу способів, технологічних параметрів режимів, складу захисного газового середовища та умов ведення процесу адитивного пошарового наплавлення з використанням тепла електричної дуги на формування просторових виробів при використанні присадних матеріалів у вигляді дроту суцільного перетину зі сталей та сплавів. У роботі досліджений вплив способів та технологічних параметрів процесу пошарового дугового наплавлення на формоутворення шарів, особливості формування структури та механічні властивості пошарово наплавленого металу, характер напружено-деформованого стану готових виробів складної геометричної форми. В роботі проведені чисельні експериментальні та розрахункові дослідження щодо визначення впливу процесів дугового пошарового синтезу на розподіл температур формування напружень та деформацій при виготовленні просторових зразків зі сплавів на основі міді та нікелю. На базі аналізу отриманих результатів розширені уявлення про вплив імпульсної подачі зварювального струму, методу «холодного перенесення металу» при дуговому наплавленні (СМТ процес), плазмового нагріву у комбінації з широкою номенклатурою зварювальних матеріалів у вигляді дроту на нерівномірність та геометричні характеристики сформованих адитивним дуговим наплавленням поверхонь та схильність до виникнення критичних дефектів. Виконані металографічні та механічні дослідження металу наплавлених шарів, проведений порівняльний аналіз результатів. Із застосуванням методу скінченних елементів визначені компоненти напружено-деформованого стану (НДС) отриманих адитивно наплавлених зразків, встановлені причини утворення критичних дефектів наплавленого металу, здійснена верифікація результатів розрахункових досліджень. Створені наукові та практичні засади застосування технологій адитивного синтезу для виготовлення та відновлення деталей зі сталей різних структурних класів, сплавів на основі міді, алюмінію та нікелю та обладнання для їх реалізації. Дисертаційна робота складається з шести розділів, у яких викладені та обґрунтовані основні результати дисертаційної роботи. У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, наведені мета та задачі дослідження, методи та методики їх проведення, сформульовані наукова новизна та практична цінність результатів досліджень. У першому розділі проведений літературний аналіз сучасного стану адитивних WAAM технологій виготовлення просторових виробів. Проаналізовані існуючі технології генеративного виготовлення деталей та конструкцій, наявні засоби впливу на геометричні характеристики адитивно наплавлених виробів. Встановлено, що наведені в літературі відомості щодо впливу складу захисного газового середовища при дуговому адитивному наплавленні методами GMAWCMT, GMAW-Pulse та PAW-CW носять суперечливий характер, або недостатньо досліджені. Показано, що недостатньо досліджений напрям щодо особливостей застосування компактного матеріалу у вигляді дротів суцільного перетину або прутків для виготовлення та ремонту деталей із кремнієвих бронз та жароміцних нікелевих сплавів при застосуванні електричної дуги як джерела тепла. Розглянутий сучасний стан методів скінченно-елементного моделювання. Доведено, що застосування методів математичного моделювання із застосуванням сучасних програмних комплексів та комп’ютерного обладнання дозволяє здійснити прогнозування компонент напружено-деформованого стану адитивно наплавлених виробів складної просторової форми. За результатами аналізу наявних літературних відомостей сформульовані мета і завдання досліджень. У другому розділі наведені методики виконання експериментальних досліджень по визначенню геометричних характеристик адитивно наплавлених шарів, структури та фізико-механічних властивостей наплавленого металу, хімічний склад та властивості матеріалів, що використані для проведення досліджень. Представлений опис та характеристики лабораторного обладнання для наплавлення, досліджень структури та механічних властивостей, визначення термічних циклів адитивного дугового наплавлення, методики скінченноелементного аналізу формування компонент напружено-деформованого стану, верифікації отриманих розрахункових результатів. Запропоновані технологічні рекомендації та обране обладнання для виготовлення прутків з малопластичних матеріалів. У третьому розділі експериментально досліджений процес пошарового наплавлення низьковуглецевої сталі із застосуванням GMAW-CMT/Pulse методів у комбінації із захисними газовими сумішами на основі аргону з 2 та 18 % СО2 у своєму складі та PAW-CW адитивного наплавлення в середовищі аргону. На основі проведеного аналізу отриманих експериментальних даних встановлені закономірності впливу зміни складу газового середовища та методу подачі зварювального струму на формування та геометричні характеристики стінок виробів. Проведені експериментальні дослідження та встановлений вплив GMAWСМТ/Pulse методів наплавлення на геометричні характеристики виробів з алюмінієвих сплавів, аустенітних нержавіючих сталей та кремнієвих бронз. На основі аналізу та узагальнення експериментальних даних отримали подальший розвиток уявлення щодо впливу методів подачі зварювального струму на відхилення геометричної форми отриманих поверхонь стінок виробів у процесі адитивного синтезу. На основі проведених експериментальних досліджень доведена можливість отримання просторових виробів плазмово-дуговим способом наплавлення зі застосуванням в якості присадного матеріалу прутків жароміцного нікелевого сплаву, які виготовлені за запропонованою автором методикою. Четвертий розділ присвячений дослідженню впливу умов GMAWCMT/Pulse методів наплавлення та зміни захисного газового середовища на формування структури і механічні властивості металу отриманих зразків із низьковуглецевої сталі, а також методу подачі зварювального струму (GMAWCMT/Pulse) при використанні кремнієвих бронз. Встановлені закономірності формування структури, виникнення дефектів, характеру розподілу мікротвердості в наплавленому металі за багаторазового нагріву при адитивному формуванні металу просторових виробів. Досліджений характер руйнування і показники фізико-механічних властивостей адитивно наплавлених зразків з низьковуглецеої сталі. Проведений порівняльний аналіз мікроструктур та даних механічних випробувань при наплавленні низьковуглецевих сталей та сплаву на основі нікелю. У п’ятому розділі побудовані розрахункові скінченно-елементні моделі, здійснене комп’ютерне моделювання та проведений аналіз результатів скінченноелементного моделювання компонент напружено-деформованого стану просторових виробів при адитивному дуговому наплавленні кремнієвої бронзи та жароміцного сплаву на основі нікелю у вигляді компактного присадного матеріалу. Розроблена скінченно-елементна модель для розрахунків компонент напружено-деформованого стану адитивно наплавлених виробів складного геометричного перерізу. Встановлено, що причиною виникнення дефектів – тріщин при використанні кремнієвої бронзи та GMAW/GMAW-Pulse методів наплавлення є формування напружень розтягу, що перевищують границю міцності металу в області високих температур при багаторазових циклах нагріву та охолодження металу в процесі адитивного наплавлення. Досліджені термодеформаційні процеси при пошаровому плазмоводуговому наплавленні жароміцного нікелевого припою SBM-4 у комбінації з двома варіантами основ для наплавлення. З метою підтвердження адекватності результатів попередніх розрахунків та можливості її подальшого застосування здійснена верифікація розробленої скінченно-елементної моделі та результатів комп’ютерного моделювання шляхом порівняння їх збіжності з отриманими експериментальними даними. У шостому розділі сформульовані технологічні рекомендації щодо процесу пошарового адитивного виготовлення просторових виробів з використанням тепла електричної дуги як джерела нагріву та компактного (дроти та прутки суцільного перетину) присадного матеріалу. Запропонована методика визначення технологічних втрат металу в процесі фінішної механічної обробки виготовлених різними способами дугового адитивного наплавлення просторових виробів. Спроектована та створена компьютерізована установка для адитивного дугового наплавлення виробів з числовим програмним керуванням на основі Gкодів. Наведені приклади виготовлених за сформульованими автором технічними рекомендаціями адитивно наплавлених виробів складної просторової форми.Документ Відкритий доступ Забезпечення механічних властивостей поверхонь деталей із газотермічними покриттями електроконтактною обробкою(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Лопата, Олександр Віталійович; Смирнов, Ігор ВолодимировичЛопата О.В. Забезпечення механічних властивостей поверхонь деталей із газотермічними покриттями електроконтактною обробкою. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науковотехнічної задачі забезпечення механічних властивостей поверхонь деталей машин із газотермічними покриттями імпульсною електроконтактною обробкою, встановленні її впливу на механічні властивості поверхонь деталей із покриттям та їх розрахунково-експериментальному визначенню. Зміст роботи складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі за результатами проведеного аналізу літературних джерел із дослідження проблем забезпечення механічних властивостей поверхонь деталей із газотермічними покриттями визначені шляхи їх вирішення. Обґрунтовано доцільність використання імпульсної електроконтактної обробки для підвищення механічних властивостей поверхонь деталей із газотермічними покриттями. Виконаний огляд літературних джерел в області теорії й практики формування порошкових покриттів дозволив виділити основні напрями, що спрямовані на дослідження: - ущільнення напилених покриттів при їх електроконтактній обробці, що пов'язано з фізичними механізмами, які спрямовані на дослідження мікромеханіки контактної взаємодії напилених порошкових шарів між собою й поверхнею деталі; - залежності міцності зчеплення та щільності покриттів від тиску імпульсної електроконтактної обробки; - механічних властивостей покриттів (модуля пружності, адгезійної та когезійної міцності) та їх визначення. Виходячи з результатів аналізу літератури була сформульована мета і задачі досліджень. У другому розділі викладено загальну методологію проведення науково-експериментальних досліджень, що пропонує використання комплексу методів і методик: металографічного, кількісного стереологічного, рентгеноструктурного та мікрорентгеноспектрального аналізів, скануючої електронної мікроскопії; оцінки мікротвердості, щільності/пористості покриттів, визначення механічних властивостей поверхонь деталей й експериментальних зразків із покриттями (модуля пружності, адгезійної та когезійної міцності), математичного моделювання й чисельних розрахунків. У розділі обґрунтований вибір матеріалів і обладнання для створення поверхонь деталей з покриттями та дослідження їх механічних властивостей. Для створення покриттів використовували комплект технологічного обладнання до складу якого входить устаткування для формування покриттів газополуменевим і електродуговим напиленням та їх обробки електроконтактним методом. В якості матеріалу покриттів використовували композиційний порошок КХН-30 ТУ У 322-19-004-99 і порошковий дріт ФМІ-2 ТУ 03534506-001-95. Вибір в якості покриттів порошкових матеріалів обумовлений їх гетерогенною структурою, активною взаємодією компонентів один із одним та з поверхнею, що зміцнюється, можливість варіювати їх хімічним складом і отримувати покриття з заданими функціональними властивостями. Запропоновано використовувати розрахунково – експериментальну методику, яка дає змогу визначати механічні властивості системи «поверхня деталі-покриття» та їх залежність від товщини покриття (адгезійну й когезійну міцність, модуль пружності, критичну деформацію основи, залишкові напруження), а також порівняти властивості газотермічних покриттів із електроконтактною обробкою та без обробки. Отримана за допомогою запропонованої розрахунково – експериментальної методики інформація дає змогу оптимізувати систему «деталь-покриття» й вибрати найкращу композицію. Для дослідження й оцінки напружено-деформованого стану системи «деталь-покриття» використовували чисельні методи, а саме, метод скінчених елементів, реалізований в програмі NASTRAN, що дає змогу моделювати геометричні форми деталей із покриттями з урахуванням виду експлуатаційного навантаження. Випробування на тертя і знос проводили на модернізованій машині типу 2070 СМТ- 1. У третьому розділі наведено результати комплексних розрахунковоекспериментальних досліджень механічних властивостей (міцності зчеплення, напружено-деформованого стану, залишкових напружень, щільності, твердості) поверхонь деталей машин із газотермічними покриттями після їх імпульсної електроконтактної обробки. На основі проведеного огляду й аналізу досліджень в області теорії і практики отримання порошкових покриттів: - розроблена розрахункова модель та запропоновано інтерполяційне рівняння, що дало змогу встановити залежність щільності напилених покриттів від тиску імпульсної електроконтактної обробки. Одержані результати теоретичних досліджень підтверджені експериментально шляхом кількісного стереологічного аналізу і показали підвищення щільності до 94…98 %. Визначено, що підвищення щільності (зниження пористості) напилених покриттів забезпечується позитивною роллю механічного фактора процесу електроконтактної обробки, який сприяє «залікуванню» пор; - отримано рівняння, що встановлює зв’язок площі контакту з адгезійною міцністю покриттів та її залежність від тиску формуючого інструменту на напилений порошковий шар. Визначено її підвищення в 2…2,5 рази. Високі значення адгезійної міцності газотермічних покриттів після імпульсної електроконтактної обробки пов’язані з її особливостями (імпульсним характером) та контактними явищами на межі розділу покриттяповерхня деталі. Збільшення адгезійної міцності напилених покриттів після імпульсної електроконтактної обробки до 200 МПа є результатом утворення значного дифузійного прошарку до 25 мкм між покриттям і поверхнею деталі та підвищенням коефіцієнту дифузії в два рази (з DМ ·105 cм 2 /с до D·1011 cм 2 /с). При режимах І = 10 кА, tімп = 0,04 с, Р = 30 МПа дифузійна зона становить 10- 12 мкм. Зі зростанням величин тиску та сили струму дифузійна зона зростає та досягає значення ~ 25 мкм. Дифузія атомів основного металу покриття має місце практично на всю товщину покриття. Утворення значного дифузійного прошарку за короткий час (близько секунд) не можна пояснити класичною теорією дифузії, а пояснюється теорією аномального масопереносу при імпульсних впливах на тверде тіло. Коефіцієнти дифузії окремих елементів покриття при імпульсній електроконтактній обробці перевищують на шість і більше порядків значення коефіцієнтів дифузії при напиленні. Для вивчення дифузії основних елементів на межі покриття – поверхня деталі були використані концентраційні криві, зняті методом рентгеноспектрального аналізу. Четвертий розділ присвячений дослідженню й встановленню впливу режимів імпульсної електроконтактної обробки на механічні властивості системи «поверхня деталь-покриття», вибору її оптимальних параметрів для підвищення функціональних властивостей деталей. З метою управління процесом імпульсної електроконтактної обробки напилених покриттів було виявлено взаємозв'язок факторів, що визначають хід процесу, та подано їх у кількісній формі – у вигляді математичної моделі. Запропонована модель та методи експериментально-статистичного й обчислювального експерименту дали змогу розрахувати оптимальні режими електроконтактної обробки: величина тиску 20…40 МПа, струм 8…16 кА, тривалість імпульсів і пауз струму 0,02…0,04 с, що дозволяє створити покриття з заданими функціональними властивостями та забезпечити їх пористість в межах 3...5%, збільшення міцність зчеплення до 200 МПа, підвищити максимальну міцність та довговічність деталей в 2…3 рази. Результати досліджень використовувати при розробці практичних рекомендацій для створення покриттів методами газополуменевого й електродугового напилення та їх імпульсною електроконтактною обробкою з метою підвищення їх функціональних властивостей та терміну служби.