Дисертації (ВТМПМ)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Формування структури та властивостей захисних покриттів із суміші порошків «високоентропійний сплав – тугоплавка сполука» холодним газодинамічним напиленням(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Наконечний, Сергій Олегович; Юркова, Олександра ІванівнаНаконечний С. О. Формування структури та властивостей захисних покриттів із суміші порошків «високоентропійний сплав – тугоплавка сполука» холодним газодинамічним напиленням. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 132 Матеріалознавство. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування структури, фазового складу та комплексу властивостей захисних композиційних покриттів на основі високоентропійного сплаву з додаванням тугоплавких сполук, отриманих методом холодного газодинамічного напилення, для їх потенційного використання в умовах окисних і корозійних агресивних середовищ, підвищених температур, та зношування. Актуальною світовою проблемою є підвищення експлуатаційних властивостей та довговічності деталей та виробів з традиційних матеріалів, металів та сплавів, що вимагає великої кількості ресурсів та суттєво обмежено властивостями таких матеріалів. Тому напилення покриттів з новітніх матеріалів є одним з найбільш перспективних шляхів покращення властивостей деталей та виробів з традиційних матеріалів, а також збільшення їх довговічності. Серед таких новітніх матеріалів особлива увага приділяється високоентропійним сплавам (ВЕС) та композиційним матеріалам на їх основі з додаванням тугоплавких сполук (ТС), що володіють комплексом високих властивостей (твердість, міцність, пластичність, термічна стабільність, стійкість до корозії, окиснення, зносу і т. д.) в різних умовах експлуатації (температура, агресивне середовище, знос тощо). Однак існує досить обмежена інформація щодо напилення композиційних матеріалів на основі ВЕС з додаванням ТС, особливо щодо використання методу холодного газодинамічного напилення (ХГН). Тому в даній роботі було поставлено та вирішено ряд наукових задач щодо вибору складу ВЕС і ТС, синтезу ВЕС та їх змішування з ТС, встановлення режимів ХГН покриттів з ВЕС та їх сумішей з ТС, а також визначення термічної стабільності структури, фазового складу, механічних властивостей покриттів та їх стійкості в умовах корозії, високотемпературного окиснення та зносу. У роботі наведено літературний огляд останніх досліджень за темою дисертаційної роботи. Представлено аналіз основних особливостей та властивостей ВЕС, а також композиційних матеріалів на їхній основі. Вказано основні підходи та параметри, для розробки ВЕС з заданим фазовим складом, структурою та властивостями. Наведено відомості щодо складу та властивостей композиційних матеріалів на основі ВЕС з різними ТС. Широко розглянуто та проаналізовано літературні дані щодо різних типів покриттів з ВЕС та композитів на їх основі, а також переваги та недоліки різних методів отримання. У другому розділі дисертаційної роботи наведено інформацію щодо складу ВЕС, обґрунтування підбору вихідних металевих компонентів для отримання ВЕС та ТС для армування. Представлено методику ХГН покриттів та всі відповідні методики щодо дослідження структури, фазового складу, механічних властивостей та термостабільності порошкових матеріалів і композиційних покриттів, а також стійкості покриттів до корозії, окиснення та зносу. Зазначено всі технологічні параметри та обладнання, що використовувалось для отримання порошків, їх напилення та дослідження. У третьому розділі дисертаційної роботи представлено результати дослідження структури та фазового складу вихідних порошків ВЕС та показано, що AlNiCoFeCr ВЕС має композиційну структуру на основі ОЦК твердого розчину з включеннями σ–фази та TiC, а AlNiCoFeCr ВЕС складається з ОЦК твердого розчину та включень ГЦК твердого розчину. AlNiCoFeCr ВЕС обрано, як матричний, для отримання композиційних сумішей ВЕС–ТС для напилення покриттів. Також доведено, що для отримання високої однорідності розподілу компонентів за об'ємом порошкових композиційних сумішей ВЕС–ТС достатньо 2 год змішування в планетарному млині. В четвертому розділі дисертаційної роботи досліджено вплив технологічних параметрів ХГН (тиск та температура потоку стисненого повітря) на характеристики (товщина, відносна щільність, структура, фазовий склад, та механічні властивості) покриттів з порошків ВЕС та їх сумішей з ТС. Встановлено, що за різних параметрів тиску (від 0,7 МПа до 0,9 МПа) та температури (від 200 °С до 550 °С) потоку стисненого повітря фазовий склад та структура вихідних порошків зберігається, в той час як підвищення тиску та/або температури стисненого повітря в декілька разів підвищує товщину покриттів, а також приводить до подрібнення їх структури. Додавання тугоплавких сполук до складу AlNiCoFeCr ВЕС суттєво збільшує кінетичну енергію частинок та в десятки разів підвищує товщину композиційних AlNiCoFeCr–TiB2/(В4С-TiB2) покриттів (1110 мкм та 1890 мкм, відповідно, проти 450 мкм та 110 мкм для AlNiCoFeCrTi та AlNiCoFeCr покриттів), а додавання ТС до більш твердого AlNiCoFeCrТі ВЕС призводить до руйнування верхніх шарів покриття внаслідок підвищення швидкості удару частинок та низької пластичності ВЕС. Методами мікро- та макроіндентування було встановлено, що отримані композиційні покриття мають відмінну комбінацію мікротвердості та в'язкості руйнування (10,30 ГПа та 5,21 МПа∙м1⁄2 – AlNiCoFeCrТі покриття, 6,91 ГПа та 9,80 МПа∙м1⁄2 – AlNiCoFeCr–TiB2 покриття, 11,18 ГПа та 9,42 МПа∙м1⁄2 – AlNiCoFeCr–(В4С-TiB2) покриття), у порівнянні з композиційними покриттями на основі чистих металів і їх сплавів та інших ВЕС, отриманих високотемпературними методами напилення, завдяки збереженню вихідної структури та фазового складу порошків внаслідок низьких температур процесу ХГН, а також деформаційного зміцнення внаслідок інтенсивної пластичної деформації та подрібнення структури під час ХГН. Для забезпечення багатофункціонального захисту деталей та виробів з традиційних матеріалів отримані покриття також мають володіти, крім високих механічних характеристик, високою стійкістю в умовах нагрівання, корозії, високотемпературного окиснення та зносу. За допомогою комплексу методів (диференційна сканувальна калориметрія порошків, високотемпературні рентгенівські дослідження та відпал покриттів) було досліджено термічну стабільність структури, фазового складу та механічних властивостей композиційних AlNiСоFeCr–TiB2/(B4C-TiB2) покриттів та встановлено, що структура AlNiСоFeCr ВЕС на основі двох ОЦК та ГЦК твердих розчинів зберігається за температур нагрівання до 1000 °C, але відбувається перерозподіл елементів (фазове перетворення) між ними. За температур від 600 °C до 870 °C збільшується вміст ГЦК твердого розчину, а при температурах вище 870 °C збільшується вміст ОЦК твердого розчину. При додаванні TiB2 до AlNiСоFeCr ВЕС температурні межі фазових перетворень не змінюються, а додавання армованої композитної кераміки (B4C-TiB2) до AlNiСоFeCr ВЕС приводить до стабілізації ОЦК структури до температур 800 °С та формування включень боридів типу МеВ2 (Ме = Cr, Со, Fe) внаслідок інтенсифікації зернограничної дифузії на межі між частинками. Лише за температур 900 °С та 1000 °С в AlNiСоFeCr–(B4C-TiB2) покриттях відбувається перерозподіл елементів між ОЦК та ГЦК твердими розчинами з незначним збільшенням вмісту останнього в покритті. Крім цього, в процесі нагрівання покриттів також відбувається зменшення залишкових напружень та збільшення розмірів ОКР і зерен/субзерен фазових складових внаслідок високих температур. Мікротвердість AlNiCoFeCr–TiB2 покриттів зменшується від 6,91 ГПа до 5,02 ГПа за температури відпалу 800 °С внаслідок збільшення вмісту ГЦК твердого розчину, а при температурі 1000 °С зі збільшенням вмісту ОЦК твердого розчину підвищується до значень, вищих ніж у невідпалених покриттів (7,42 ГПа проти 6,91 ГПа). Мікротвердість AlNiCoFeCr–(B4C-TiB2) покриттів зменшується з 11,18 ГПа до 9,75 ГПа за температури відпалу 800 °С внаслідок збіднення ОЦК твердого розчину на Al та Cr, а за температури відпалу 1000 °С підвищується до 12,59 ГПа внаслідок формування більш міцних контактів в процесі взаємодії між частинками та наявності частинок боридної фази типу МеВ2. В’язкість руйнування AlNiCoFeCr–TiB2/(B4C-TiB2) покриттів за температури відпалу 1000 °С підвищується в 1,85 разів (до 18,16 МПа·м1/2) та в 1,4 рази (до 13,16 МПа·м1/2), відповідно, через зменшення залишкових напружень та формування більш міцних контактів між частинками. Зносостійкість AlNiСоFeCr–TiB2 покриттів зменшується за температур відпалу 600 °С та 800 °С внаслідок збільшення вмісту м'якої ГЦК фази, але збільшується за температури відпалу 1000 °С через збільшення вмісту ОЦК твердого розчину та міцності контактів між частинками. Зносостійкість AlNiСоFeCr–(B4C-TiB2) покриттів збільшується за обидвох температур відпалу 800 °С та 1000 °С внаслідок високої твердості покриттів, підвищення міцності контактів між частинками та формування боридів типу МеВ2. Електрокорозійні випробування у 3,5 % розчині NaCl показали, що AlNiСоFeCr–TiB2 покриття мають відмінну, у порівнянні з нержавіючою сталлю, корозійну стійкість внаслідок формування пасивувальної оксидної плівки Cr2О3 на поверхні покриття, що гальмує процес корозії. AlNiСоFeCr–(B4C-TiB2) покриття мають нижчу, у порівнянні з нержавіючою сталлю, корозійну стійкість у 3,5 % розчині NaCl внаслідок локальної корозії частинок армованого керамічного композиту (B4C-TiB2) на поверхні покриття, в умовах проведеного експерименту. Проведено випробування покриттів в умовах високотемпературного окиснення протягом 100 год за температури 900 °С, на основі результатів яких встановлено, що, у порівнянні з підкладкою з нержавіючої сталі, вихідні композиційні AlNiСоFeCr–TiB2/(B4C-TiB2) покриття без відпалу мають нижчу стійкість до окиснення внаслідок фазових перетворень між ОЦК та ГЦК твердими розчинами AlNiСоFeCr ВЕС за температури окиснення (900 °С) і високих термічних та залишкових напружень, що активує процес взаємодії матеріалу покриття з киснем на початкових стадіях окиснення. AlNiCoFeCrTi покриття мають відмінну стійкість до окиснення без будь-якої термічної обробки, що обумовлено проходженням фазових перетворень та перерозподілу елементів під час гомогенізуючого відпалу вихідного порошку перед його розмелом для ХГН. Після відпалу AlNiСоFeCr–TiB2/(B4C-TiB2) покриттів їх стійкість до окиснення суттєво підвищується та перевищує стійкість до окиснення нержавіючої сталі (приріст маси 0,05 мг/мм2 та 0,07 мг/мм2 , відповідно, проти 0,09 мг/мм2 для сталі). В покриттях, відпалених за температури 800 °C, відбувається збільшення вмісту ОЦК твердого розчину, що підвищує їх мікротвердість до 7,52 ГПа та 12,16 ГПа, але зменшує в’язкість руйнування до 11,56 МПа·м1/2 та 8,91 МПа·м1/2 , відповідно. Після окиснення AlNiСоFeCr– TiB2/(B4C-TiB2) покриттів, відпалених за температури 1000 °C, відбувається збільшення вмісту ГЦК твердого розчину, що призводить до зменшення їх мікротвердості до 5,88 ГПа та 9,81 ГПа, відповідно, в той час як в’язкість руйнування для AlNiCoFeCr–TiB2 покриттів незначно зменшується і становить 11,56 МПа·м1/2, а для AlNiCoFeCr–(B4C-TiB2) покриттів в’язкість руйнування збільшується і становить 14,65 МПа·м1/2. Однак зміна механічних характеристик покриттів після окиснення не перевищує 15 %, що свідчить про їх високу термічну стабільність та перспективність для подальшого використання. Таким чином, було встановлено, що відпал композиційних AlNiСоFeCr–TiB2/(B4C-TiB2) покриттів за температур 1000 °С суттєво підвищує їх механічні характеристики, зносостійкість та стійкість в умовах високотемпературного окиснення, а отримані покриття можуть бути використані для багатофункціонального захисту деталей та виробів з традиційних матеріалів, металів та сплавів.Документ Відкритий доступ Закономірності формування структури та фізикомеханічних властивостей твердих сплавів WC-Co в умовах ізостатичного тиску(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Шеремет, Віталій Ігорович; Троснікова, Ірина Юріївна; Акимов, Геннадій ЯковичШеремет В. І. Закономірності формування структури та фізикомеханічних властивостей твердих сплавів WC-Co в умовах ізостатичного тиску. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 132 Матеріалознавство. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена дослідженню закономірностей впливу холодного ізостатичного пресування (ХІП) неспечених компактів вольфрамокобальтових твердих сплавів на формування структури, кінетику фазоутворення, комплекс фізико-механічних властивостей та експлуатаційні характеристики спечених виробів з цих матеріалів. Особливу увагу приділено пошуку технологічних прийомів підвищення експлуатаційних властивостей спечених виробів застосуванням обробки високим гідростатичним тиском (ВГТ). У роботі наведено літературний огляд актуальних досліджень, сучасний стан розвитку технологій одержання та обробки твердих сплавів. Проаналізовано виробничі підходи, спрямовані на підвищення функціональних властивостей виробів з вольфрамокобальтових твердих сплавів. Показано, що найбільш поширені методи одержання цих матеріалів мають низку переваг порівняно з традиційною технологією одержання цих матеріалів (компактування в закритих прес-формах та подальше спікання у вакуумі) однак, в той же час, не позбавлені недоліків. Так, після додаткової обробки спечених виробів з твердого сплаву, ріст однієї з властивостей часто супроводжується падінням інших. Таким чином, встановлено, що актуальною задачею є створення наукових та практичних засад щодо розвитку технології одержання та обробки твердих сплавів, яка б забезпечувала підвищення рівня комплексу фізико-механічних властивостей та експлуатаційних характеристик і була б позбавлена недоліків, притаманних усталеним методам. Другий розділ дисертаційної роботи включає загальні характеристики вихідних матеріалів, опис методики одержання та обробки зразків з твердих сплавів. Приведено опис використаних в роботі методів дослідження мікроструктури, хімічного та фазового складу, фізико-механічних і експлуатаційних властивостей. У третьому розділі встановлено основні механізми ущільнення під час компактування ХІП тисками від 100 МПа до 400 МПа твердих сплавів WC-3Co, WC-8Co, WC-15Co. Виходячи з визначених закономірностей, обґрунтовано вибір оптимального тиску ХІП, який забезпечує найвищу щільність компакту, формування структури пресовок твердих сплавів з більш дрібними частинками WC та підвищення рівня залишкових напружень у WC. Досліджено взаємозв’язок між зміною напружено-деформованого стану компактів твердих сплавів WC-8Co і WC-15Co, одержаних ХІП, та кінетикою процесів фазоутворення під час їх спікання. Показано, що на відміну від спечених пресовок твердих сплавів WC-8Co і WC-15Co, одержаних одновісним пресуванням, в яких кобальт переважно знаходився в ГЦК поліморфній модифікації, кобальт в сплавах ідентичного хімічного складу, які піддавали ХІП перед спіканням, переважно знаходився в ГЩП поліморфній модифікації. Результати рентгеноструктурного аналізу свідчать про зміну співвідношення інтенсивностей дифракції площин гексагональної ґратки WC та сумарної інтенсивності дифракції площин ГЦК-Co в сплаві WC-8Co-0,3VC, одержаного ХІП, порівняно зі сплавом, одержаним одновісним пресуванням, що вказує на зменшення середнього розміру зерен WC та зміну розподілу кобальтової зв’язуючої в структурі композиту, одержаного із застосуванням ХІП. У четвертому розділі наведено результати дослідження механічних властивостей твердих сплавів WC-8Co, WC-8Co-0,3VC і WC-15Co. Розглянуто особливості структури спечених твердих сплавів, сформованих із застосуванням ХІП, що якісно відрізняє дані композити від ідентичних за хімічним складом,одержаних одновісним пресуванням. Показано принципову відмінність локальної взаємодії зерен WC та кобальтової матриці, їх деформації та руйнування під час механічних випробувань сплавів, одержаних ХІП, порівняно зі сплавами, одержаними одновісним пресуванням. Встановлено, що зміна поліморфної модифікації з ГЦК на ГЩП значного об’єму кобальту та зменшення середнього розміру зерен WC у твердому сплаві WC-8Co, одержаного із застосуванням ХІП, призвело до підвищення твердості та границі міцності композиту порівняно зі сплавом, одержаним одновісним пресуванням. Показано, що ХІП сплаву, легованого інгібітором росту зерен, сформувало умови, що забезпечили утворення бімодальної структури спеченого композиту з гомогенними областями зв’язуючої фази – осередками кобальту. Встановлено, що зі зменшенням середнього розміру зерен WC у сплаві, який піддавали ХІП, на ряду зі збереженням тенденції підвищення твердості нетипово, як для сплавів, легованих інгібіторами росту зерен, тріщиностійкість композиту зросла в 1,5 рази порівняно зі сплавом WC-8Co-0,3VC, одержаного одновісним пресуванням. Виявлено, що ініційована ХІП зміна типу кристалічної ґратки з ГЦК на ГЩП в об’ємі кобальту твердого сплаву WC-15Co відобразилася на зниженні здатності композиту до супротиву утворенню та поширенню тріщини, однак призвела до підвищення границі міцності та твердості композиту. У п’ятому розділі проведено оцінку зносостійкості інструментів з твердих сплавів WC-6Co, WC-8Co та WC-15Co, одержаних ХІП, під час їх випробування в найбільш типових умовах експлуатації для кожної з досліджуваних марок. Встановлено, що в порівнянні з інструментом з твердих сплавів WC-6Co, WC-8Co та WC-15Co, одержаним одновісним пресуванням, інструмент з твердих сплавів, одержаний ХІП, показав кращу стійкість до зношування під час його експлуатаційного випробування. Показано, що у сплавах, одержаних ХІП, завдяки зміні фазового складу, напружено-деформованого стану та структури, переважаючим був принципово відмінний механізм зношування порівняно зі сплавами, одержаними одновісним пресуванням. Пластична деформація поверхневих шарів бурового, ріжучого та деформуючого інструменту з подальшим відшаруванням деформованого об’єму матеріалу під час адгезійного типу зношування була притаманна сплавам, одержаним одновісним пресуванням, поступове абразивне зношування поверхневих шарів інструменту з подальшим викришуванням окремих зерен WC – для сплавів, одержаних ХІП. У шостому розділі запропоновано спосіб обробки твердих сплавів високим гідростатичним тиском (ВГТ). Показано, що обробка ВГТ твердого сплаву WC15Co ініціює мартенситне фазове перетворення в зв’язуючій складовій, що супроводжується збільшення кількості ГЩП поліморфної модифікації кобальту у композиті. Виявлено, що обробка ВГТ формує градієнтний розподіл властивостей по об’єму композиту, так, зміни, спричинені обробкою, найсильніше проявляються на поверхні сплаву та менш виражені в його об’ємі у міру віддалення від поверхні. Експериментально встановлено, що обробка ВГТ твердого сплаву WC-15Co підвищує його границю міцності, твердість та зносостійкість.Документ Відкритий доступ Керування процесами формування із порошків сплавів заліза деталей складної форми з підвищеними фізико-механічними властивостями(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Завадюк, Сергій Вікторович; Лобода, П. І.Завадюк С. В. Керування процесами формування із порошків сплавів заліза деталей складної форми з підвищеними фізико-механічними властивостями. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 132 Матеріалознавство. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної проблеми, а саме дослідженню матеріалів та технологічних параметрів, які використовуються при виготовленні деталей складної форми з підвищеними фізико-механічними властивостями за технологією інжекційного лиття порошків (ІЛП). Технологія ІЛП набула широкого поширення у виготовленні деталей вогнепальної зброї та спецзасобів. Дана технологія дозволяє виготовляти складні деталі у великих кількостях з низькою собівартістю. Проте, до таких деталей пред’являються підвищені вимоги щодо надійності та безвідмовності впродовж всього терміну експлуатації виробу. Деталі вогнепальної зброї переважно працюють в умовах ударно-абразивного зносу, тому матеріали, які використовуються для їх виготовлення повинні мати високі показники втомної міцності, твердості та ударної в’язкості. Як відомо, механічні характеристики спечених матеріалів залежать від різних факторів, таких як вміст вуглецю та мікроструктура. Остання включає в себе такі параметри, як пористість, розмір зерна, розмір пор, форма пор та гомогенність хімічного складу. В роботі проведено аналіз спечених сталей Catamold8740 та PolyPOM8740. Зазначені матеріали широко застосовуються в технології ІЛП при виготовленні деталей стрілецької зброї. У роботі поставлені та вирішені актуальні наукові завдання щодо підвищення фізико-механічних властивостей деталей складної форми, що виготовляються за технологією інжекційного лиття порошків із низьколегованих сталей шляхом встановлення впливу хімічного складу вихідних порошків, технологічних параметрів процесів формування, видалення зв’язки , спікання та термообробки на структурно-геометричні характеристики (розмір зерна, пористість), міцність, пластичність, твердість , ударну в’язкість матеріалу виробу. За результатами системних досліджень встановлено вплив: - хімічних та фізичних властивостей порошків Catamold8740 та PolyPOM8740 на процеси ущільнення та формування мікро-структури та фазового складу порошкового матеріалу під час формування та спікання в умовах промислового виробництва та на виробничому обладнанні; - параметрів процесів лиття, видалення зв’язки та спікання на величину залишкової пористості, розмір пор, розмір зерна та визначити можливі шляхи підвищення щільності та механічних властивостей матеріалу виробів із порошків Catamold8740 та PolyPOM8740; - технологічних параметрів процесів виготовлення і наступної термообробки на механічні властивості спечених низьколегованих сталей ІЛП. - гранулометричного складу, середнього розміру частинок порошку заліза на напружено-деформований стан пресовок під час та після спікання, ступінь ущільнення, форми і розміри пор; - напружено-деформованого стану спеченого матеріалу із суміші порошків Catamold8740 та PolyPOM8740 на ударну в’язкість; Аналіз отриманих результатів дозволив сформулювати теоретичні та технологічні засади отримання із порошків промислових марок виробів складної форми конструкційного призначення з заданим рівнем властивостей. У роботі представлено аналітичний огляд наукових джерел за тематикою дисертаційного дослідження. Зроблено порівняння процесу ІЛП з іншими способами формування деталей, показано основні переваги та недоліки процесу. Проведено аналіз хімічного складу та фізико-механічних властивостей найбільш поширених матеріалів для процесу ІЛП. У розділі 2 описано вихідні матеріали, методику виготовлення зразків, методи дослідження мікроструктури, хімічного і фазового складу та фізикомеханічні властивості. У розділі 3 проведено аналіз гранулометричного та хімічного складу вихідних матеріалів. Встановлено, що порошки Catamold8740 та PolyPOM8740 суттєво відрізняються за гранулометричним складом та середнім розміром частинок порошку – середній розмір частинок порошку PolyPOM8740 менший ніж у Catamold8740. Аналіз рентгенограм показав відсутність мікронапружень для обох вихідних порошків. Встановлено велику кількість локальних дефектів. Як показав локальний мікрорентгеноспектральний хімічний аналіз, такі неоднорідності є включеннями оксидів кремнію. У розділі 4 описано вплив параметрів спікання, гранулометричного складу порошків на пористість після спікання. Для з’ясування впливу локальнонеоднорідного ущільнення на швидкість і повноту спікання пресовок досліджували кінетику процесів усадки пресовок із суміші порошків заліза з розміром частинок 5 і 100 мкм взятих в співвідношенні 100% – 5 мкм, 70/30, 50/50, 30/70, 100% – 100 мкм. Зі збільшенням вмісту фракції порошку в суміші збільшується неоднорідність пор за розмірами, що дозволяє змоделювати в рамках фізичного експерименту вплив локально-неоднорідного розподілу рушійних сил на локальнонеоднорідне ущільнення і відповідно на усадку та формування мікроструктури по об’єму пресовки. Доведено, що швидкість ущільнення (кінетичні криві) збільшується по мірі зменшення середнього розміру частинок порошку заліза в суміші. Підвищення швидкості нагрівання активує процес ущільнення. Найбільший рівень мікронапружень формується в спечених пресовках з найменшим розміром частинок порошку 5 мкм. Зняття напружень корелює з розмірами областей когерентного розсіювання. Чим більші області когерентного розсіювання, тим менші напруження виявляються в пресовці після спікання, що може бути свідченням більш повного протікання процесу спікання в локально-неоднорідних областях пресовки. У розділі 5 показано вплив технологічних параметрів виготовлення та термічної обробки на механічні властивості матеріалів Catamold 8740 та PolyPOM 8740. Виявлено, що при спіканні матеріалу PolyPOM 8740 за температури 1340°С, зі швидкістю нагріву 5°С/хв та витримкою 30 хв, ударна в'язкість за Шарпі для зразків з надрізом є найвищою порівняно з іншими випробуваними зразками. Встановлено, що матеріал PolyPOM 8740 відрізняється більшою ударною в’язкістю як після спікання, так і після термічної обробки в порівнянні з Catamold 8740 за рахунок більш дисперсних частинок вихідного порошку, більшої щільності та хімічної однорідності. Встановлено, що дані матеріали мають суттєву варіацію границі міцності після спікання, що може бути пов’язано з різним фазовим складом та розміром зерен. Після вирівнювання фазового складу шляхом термічної обробки, зразки мають однакові значення граничної міцності, яка не залежить від густини матеріалу. З метою вивчення впливу залишкової пористості на ударну в’язкість спеченого матеріалу Catamold8740 проведено експерименти по підвищенню щільності спечених матеріалів методом гарячого ізостатичного пресування. В результаті експерименту було встановлено незначне підвищення ударної в’язкості безпосередньо після ГІП (12,31 Дж/см2), що пов’язано зі значним розміром зерен. Натомість, наступна термообробка дозволяє оптимізувати мікроструктуру та досягти рівня ударної в’язкості – 19,9 Дж/см2. Таким чином, встановлено, що процес гарячого ізостатичного пресування дозволяє значно підвищити щільність спечених матеріалів та ударну в’язкість. Проте наявність сторонніх включень для спечених матеріалів без оптимізації параметрів спікання не дозволяє отримати ударну в’язкість на рівні кованих матеріалів.Документ Відкритий доступ Закономірності отримання порошкових сплавів Al–Fe триботехнічного призначення(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Тесля, Сергій Юрійович; Степанчук, Анатолій МиколайовичДисертаційна робота присвячена дослідженню закономірностей отримання порошків сплав Al–15Fe методом механічного диспергування розплавів та технологій подальшого компактування виробів з них методами пресування з наступним спіканням та гарячим штампуванням. Особливу увагу приділено сплавам Al–15Fe з добавками твердих мастил графіту та дисульфіду молібдену, як найбільш перспективних систем для використання в області триботехнічних матеріалів. У роботі наведено літературний огляд останніх досліджень за темою дисертаційної роботи. Було розглянуто найбільш поширені матеріали триботехнічного призначення на основі міді, заліза та графіту. Показано, що на сьогодні перспективними матеріалами які можуть бути використані в парах тертя є порошкові сплави алюмінію леговані залізом. Унаслідок аналізу методів отримання порошків сплавів Al–Fe показано, що найбільш ефективним методом отримання порошків з дисперсно-зміцненою структурою є розпилювання розплавів рідинами та газами високого тиску. За даних умов їх отримання відбувається формування дисперсних фаз інтерметалідів за рахунок швидкості охолодження продуктів диспергування у межах 105 – 106 °С/с. В ході аналізу літературних джерел встановлено, що збереження дисперсної структури фазових складових може бути досягнути шляхом використання імпульсних методів ущільнення таких як гаряче штампування та короткочасне спікання сплавів. У розділі 2 дисертаційної роботи наведено загальну характеристику вихідних матеріалів, методів отримання порошків Al–15Fe методами механічного диспергування та їх подальше ущільнення методами пресування з наступним спіканням та гарячого штампування. Наведено короткий опис стандартних методів дослідження мікроструктури, фазового, хімічного складу та експлуатаційних властивостей. Розглянуто теоретичні та технологічні засади отримання порошків сплавів Al–15Fe. Відповідно до аналітичного опису процесів диспергування встановлено, що швидкість охолодження в досліджуваних умовах змінюється від 1 × 107 °С/с до 2,2 × 107 °С/с і в середньому складає 1,5 × 107 °С/с. Зі зменшенням розміру частинок швидкість охолодження збільшується від 1,23 × 107 °С/с для частинок розміром 250 мкм до 2,05 × 107 °С/с для частинок розміром 50 мкм (за температури розплаву 1250 °С). Збільшення розміру частинок призводить до зниження швидкості охолодження та підвищенню імовірності утворення крупних за розміром фаз інтерметалідів в об’ємі частинок порошків. Показано, що мікроструктура порошків складається з матриці із твердого розчину алюмінію та рівномірно розподілених фаз інтерметалідів. Відмічається утворення стабільної Al13Fe4 та метастабільної фази Al6Fe, яка кристалізується у вигляді дисперсних частинок розміром 1 – 3 мкм та у вигляді стільникової евтектики яка складається з двох взаємо переплетених дендритів a-Al та Al6Fe. У наслідок проведеного аналітичного опису процесу пресування порошків отриманих диспергуванням розплаву Al–15Fe, згідно теоретичних засад процесів ущільнення закладених М. Ю. Бальшиним, встановлено механізм компактування. Показано, що під час збільшення ступеня деформації фактор пресування L в рівнянні пресування за М. Ю. Бальшиним не залишається постійним, а збільшується. Останнє вказує на те, що в основі ущільнення лежить не тільки пластична деформація, а приймають участь й інші процеси. У нашому випадку це може бути пружна деформація і крихке руйнування наявних в матриці частинок твердих фаз Al13Fe4 та Al6Fe. Дослідженням процесів спікання встановлено, що ущільнення пресовок зі сплаву Al–15Fe під час нагрівання в інтервалі температур 500 – 600 °С протягом 30 хв в середовищі водню, супроводжується проявами від’ємної усадки, яка зростає зі збільшенням часу ізотермічної витримки. Останнє зумовлено трансформацією метастабільної фази Al6Fe у Al13Fe4 , яка супроводжується збільшенням питомого об’єму. Застосування для компактування порошків з сплаву Al–15Fe імпульсного методу ущільнення гарячим штампуванням за встановленими оптимальними умовами (енергія штампування 2,5 кДж та температура попереднього нагріву 500 °С) сприяє отриманню практично безпористих матеріалів зі спадкуванням структури і фазового складу вихідних порошків. Проведено експериментальні дослідження щодо отримання та вивчення властивостей чистого інтерметаліду Al13Fe4. Отримані фундаментальні дані властивостей Al13Fe4, а саме модуль пружності складає 180 ± 10 ГПа, мікротвердість 1000 ± 15 HV, межа міцності на згин – 63 ± 5 МПа, коефіцієнт теплопровідності 20 ± 3 Вт/м×К, питомий електроопір – 2 ± 0,7×10-6 Ом×м. Отримані дані лягли в основу моделювання властивостей сплавів Al–15Fe. Було встановлено, що розрахункові згідно розроблених моделей значення міцності на розтяг складають 350 ± 12 МПа, в той же час для сплавів отриманих гарячим штампуванням експериментальні значення міцності на розтяг складає 250 ± 8 МПа, а для спечених 150 ± 10 МПа. Оскільки, більшість триботехнічних матеріалів працюють в умова стискальних навантажень, було проведено дослідження механічних властивостей в умовах стиску залежно від методу отримання матеріалу. Показано, що сплави отримані гарячою штамповкою мають межу текучості на рівні 350 ± 10 МПа, натомість після спікання 240 ± 13 МПа, що може бути зумовлено різним механізмом формування металевого контакту між вихідними частинками порошку під час їх ущільнення. Виходячи з вимог до матеріалів триботехнічного призначення відносно їх високої теплопровідності були досліджені теплофізичні характеристики сплавів Al–15Fe. Оцінку теплових властивостей проводили відповідно до стандартних моделей Максвелла, Левіса-Нельсона та за методом скінчених елементів. Вимірювання властивостей проводили методом «гарячої-холодної» плит. Отримані значення теплопровідності сплавів Al–15Fe змінюються в межах 145 – 150 ± 8 Вт/м×К залежно від умов їх отримання. Виходячи з тепло-фізичних умов тертя можливе розігрівання матеріалу тертя та контр тіла до високих температур. Згідно проведених модельних розрахунків в зоні тертя, для пари «сплав Al–15Fe» – «сталь» можливе виникнення температури 450 – 500 ºС і більше. Тому актуальним є дослідження стійкості матеріалів до окиснювання. В роботі були проведені дослідження по вивченню процесів окиснення сплавів за температур 300 ºС, 500 ºС, 700 ºС та 900 ºС протягом різного часу витримки в межах 30 – 120 хв на повітрі. Аналіз отриманих результатів окиснення показує, що за температур 300 – 500 ºС процеси зміни маси і, відповідно, окиснення практично не відбуваються. Подальше збільшення температури до появи рідкої фази сприяє значному збільшенню маси зразків, що свідчить про окиснення матеріалу. Згідно проведеним термодинамічним розрахункам за цих умов компоненти сплаву можуть взаємодіяти з киснем повітря з утворенням шпінелі FeAl2O4, оксиду алюмінію Al2O3 та оксиду заліза Fe2O3. Відповідно до рентгенівських досліджень за температур окиснення 300 °С – 700 °С також ідентифікуються рефлекси фаз k-Al2O3, Al, Al6Fe. Для отримання сплавів триботехнічного призначення в роботі проведені дослідження умов отримання та властивості матеріалів на основі сплаву Al–15Fe з добавками твердих мастил на основі графіту та дисульфіду молібдену в концентраціях 1 – 3 мас. % та 0,5 – 1,5 мас. % відповідно. Вивчені процеси компактування сплавів пресуванням з наступним спіканням та гарячим штампуванням та досліджені їх триботехнічні характеристики. Унаслідок аналізу процесів тертя встановлено, що в їх основі лежать процеси крихкого руйнування інтерметалідів та їх проникнення в матрицю алюмінію яка додатково зміцнюється дисперсними фазами. Як наслідок спостерігається збільшення зносостійкості матеріалу та зниження коефіцієнту тертя. За наявності твердих мастил в зоні тертя, продукти руйнування та шари мастил змішуються, утворюючи вторинні структури. Встановлено, що оптимальним складом сплавів антифрикційного призначення є введення 1,5 % дисульфіду молібдену та отримання їх методом гарячого штампування.Документ Відкритий доступ Створення нових конструкційних армованих матеріалів на основі титану та його сплавів із підвищеними фізикомеханічними властивостями(2021) Ремізов, Дмитро Олексійович; Лобода, Петро ІвановичДокумент Відкритий доступ Створення армованих керамічних матеріалів на основі B4C для роботи в екстремальних умовах експлуатації(2021) Втерковський, Михайло Ярославович; Лобода, Петро ІвановичДокумент Відкритий доступ Одержання, структура та властивості спрямовано закристалізованих сплавів систем B4C-NbB2-SiC і B4C-TaB2-SiC(2021) Упатов, Микита Ігорович; Богомол, Юрій ІвановичДокумент Невідомий Закономірності формування структури та властивостей порошкових композиційних матеріалів на основі заліза та самофлюсівних сплавів багатофункціонального призначення(2021) Демиденко, Олександр Анатолійович; Степанчук, Анатолій МиколайовичДокумент Невідомий Створення фізико-технологічних основ виготовлення високощільних порошкових матеріалів(2020) Мініцький, Анатолій Вячеславович; Лобода, Петро Іванович