Збірники наукових праць ЦНТУ
Permanent URI for this communityhttps://dspace.kntu.kr.ua/handle/123456789/1
Browse
19 results
Search Results
Item Вплив матеріалу металевої основи на механічні характеристики електродугових покриттів(ЦНТУ, 2024) Гвоздецький, В. М.; Студент, М. М.; Задорожна, Х. Р.; Маркович, С. І.; Hvozdetskii, V.; Student, M.; Zadopozna, K.; Markovych, S.В роботі проведено дослідження впливу матеріалу металевої основи (алюмінієвого сплаву Д16 та сталі Ст 3) на механічні характеристики електродугових покриттів. Покриття з порошкового дроту наносились в режимах дозвукового (тиск 0,6 МПа) та надзвукового повітряного струменю (тиск 1,2 МПа). При цьому виявлено наявність дисперснішої структури, меншу кількість пор і мікротріщин. Для оцінки роботоздатності покриттів введено новий параметр, а саме – співвідношення між величинами залишкових напружень розтягу І роду та когезивної міцності – σкол/σв. Визначено, що утворення тріщин починається при значеннях цього показнику σкол/σв 0,75, тоді як за σкол/σв 0,85 у покриттях виникає мережа тріщин. Рівень напружень розтягу першого роду у покриттях напилених на алюмінієву основу є меншим ніж у покриттях напилених на сталь, що зумовлено більшим коефіцієнтом термічного розширення алюмінієвого сплаву ніж сталі. Aluminum alloys are characterized by low abrasive wear resistance, which significantly hinders their widespread use in technological environments, especially in the presence of abrasive particles. Recently, there has been a trend to replace steels with aluminum alloys with wear-resistant coatings. This makes it possible to reduce, firstly, the weight of parts, and secondly, carbon dioxide emissions into the atmosphere and the greenhouse effect. In the process of spraying wear-resistant coatings on a steel base, significant tensile stresses arise in the coating, which can lead to the appearance of micro and macro cracks in the coatings. There is no reliable data in the literature on the cohesive strength and level of stresses that are formed in powder wire coatings sprayed on a base of aluminum alloys, which hinders the development of a technology for restoring aluminum alloy parts by electric arc spraying.Item Залежність структури електродугових покриттів від параметрів напилення деталей транспортної техніки(ЦНТУ, 2023) Студент, М. М.; Маркович, С. І.; Задорожна, Х. Р.; Гвоздецький, В. М.; Student, М.; Markovych, S.; Zadopozna, K.; Hvozdetskii, V.Досліджено умови плавлення та структуру покриттів, напилених методом електродугового напилення залежно від тиску повітряного струменю. Показано, що збільшення тиску металоповітряного потоку від 0,6 до 1,2 МПа підвищує швидкість струменю від 300 до 600 м/с, при цьому дисперговані краплини досягають швидкості від 120 до 220 м/с. Відповідно це викликає зменшення товщини ламелей електродугового покриття, а також сприяє формуванню підвищеної кількості оксидної фази на поверхні ламелей. Це збільшує мікротвердість покриття із У8 із 350-400 HV за тиску 0,6 МПа. до 450...500 HV за тиску 1,2 МПа. Мікротвердість покриттів із 90Х17Р3ГС зростає від 600 до 740 HV. The use of special flux-cored wires for electric arc spraying allows for coatings with high wear resistance. However, the insufficient adhesion and cohesion of the resulting coatings does not allow these coatings to be used under increased operating loads. To improve the mechanical characteristics of gas-thermal coatings, a supersonic gas jet is used to transport molten droplets to the sprayed surface, increasing their kinetic energy. It is proposed to apply a supersonic air jet using a Laval nozzle and increasing the air jet pressure from 0.6 to 1.0...1.2 MPa. The aim of the study is to determine the effect of air jet pressure on the structure of electric arc coatings.Item Зносостійкість титанового сплаву ВТ1-0 з модифікованою поверхнею в умовах абразивного впливу(ЦНТУ, 2023) Рутковський, А. В.; Маркович, С. І.; Магопець, С. О.; Маркович, В. С.; Rutkovskіy, А.; Markovych, S.; Mahopets, S.; Markovych, V.В роботі проведено дослідження зносостійкості титанового сплаву ВТ1-0 з модифікованою поверхнею в умовах абразивного впливу. Для проведення вакуумного іонного азотування в імпульсному режимі і формування дифузійних шарів на поверхні використовувалася універсальна установка «ВІПА1» Технологічні параметри вакуумного іонного азотування в імпульсному режимі: температура – 550°С, тиск – 25-150 Па, час обробки – 10 годин, співвідношення реакційних газів – 80% Аг + 20% N2. Дослідження зносостійкості проводили по схемі зношування вільним абразивом (метод Брінеля) відповідно до ГОСТ 23.208-79 та американського стандарту АСТМ С 6568. Експеримент проводили при швидкості ковзання 0,158 м/с, навантаженні 20 кг (при плечі 272 мм) та шляху тертя 50 м. В якості еталону використовувалась сталь 45, загартована до твердості 480-500 НВ. Тілом для зношування служив диск із титанового сплаву ВТ1-0 діаметром 100 мм і товщиною 3,5 мм. В результаті дослідження встановлено що максимальна інтенсивність зношування титанового сплаву ВТ1-0 без зміцнення; вплив термоциклічного азотування підвищує зносостійкість сплаву ВТ1-0: у піску – 3 рази; у воді + пісок – 3,5 рази; у солі + пісок – 2,5 рази; вплив ізотермічного азотування підвищує зносостійкість сплаву ВТ1-0: у піску – 4 рази; у воді + пісок – 3,5 рази; у солі + пісок – 2,5 рази. The cost of rebuilding machine parts as a result of wear is enormous and rising every year. At a US symposium on reducing wear in machinery, the general consensus was that wear management is central to solving national problems such as energy conservation, material reduction, and ensuring the reliability and safety of mechanical systems. Nitriding significantly increases the wear resistance of metals and alloys. The formation of chemical compounds in titanium alloys by introducing nitrogen or increasing its concentration limit changes the rate of chemical reactions and the kinetics of oxide film growth, and increases their adhesion to the substrate. This leads to a decrease in the intensity of adhesive node formation and improves the tribological characteristics of titanium alloys. Therefore, it is necessary to study a titanium alloy with a hardened nitrided layer to obtain experimental results to determine the regularity of the influence of diffusion saturation parameters on wear resistance under abrasive conditions.Item Дослідження впливу температури електроліту при імпульсному анодуванні на властивості поверхневих шарів технічного алюмінію(ЦНТУ, 2023) Гвоздецький, В. М.; Маркович, С. І.; Задорожна, Х. Р.; Студент, М. М.; Hvozdetskii, V.; Markovych, S.; Zadorozhna, К.; Student, М.Імпульсне анодування формує оксидні шари на алюмінієвих сплавах, що дозволяє отримати поверхневі шари з високою твердістю (до 2000 HV), низьким коефіцієнтом тертя, високою адгезією до металевої основи та низькою екологічною небезпекою. Проведено дослідження впливу температури імпульсного анодування на структуру та зносостійкість анодованих шарів. Встановлено, шо більше молекул води та сірки в анодованому шарі, то менша його мікротвердість та абразивна зносостійкість. Мінімальний знос анодованого шару, а значить найвищу його зносостійкість, зафіксовано для шарів, синтезованих за температури анодування -8ºС, а максимальний знос та найменшу зносостійкість за температури анодування -5ºС. Висока зносостійкість анодованих шарів, синтезованих за температур електроліту від -8 до +10ºС за умов тертя без мащення зумовлена наявністю кристалічної води в анодованому шарі. luminum alloys are characterized by low abrasive wear resistance, which significantly restricts their wide use in technological environments, especially if they contain abrasive particles. The method of pulse anodizing, which consists in periodically changing the current density, allows to improve the hardness and abrasive wear resistance. However, the influence of temperature on these processes has not been sufficiently studied.Item Мікроструктура поверхневого шару титанового сплаву модифікованого вакуумним іонним азотуванням в імпульсному режимі(ЦНТУ, 2023) Калініченко, В. І.; Рутковський, А. В.; Маркович, С. І.; Kalinichenko, V.; Rutkovskіy, А.; Markovych, S.Проведено металографічне дослідження мікроструктури модифікованих поверхонь титанових сплавів зі специфічною структурою та глибиною дифузійного шару, заповненої азотом. Встановлено що азотування (до 900ᵒС) в тліючому розряді титану ВТ1-0 та ВТ1-00 дозволяє значно підвищити мікротвердість за рахунок властивостей азоту та його сполук з титаном, зберігаючи при цьому вихідні механічні властивості матеріалу основного матеріалу. Зміна параметрів процесу азотування (температура, тиск, середовище зберігання та година азотування), що призводить до зміни фізикомеханічних характеристик, структури, складу, фазового та хімічного складу поверхні азотованого шару: мікротвердість поверхні до 10500 МПа; товщина азотованого шару до 500 мікрон; товщина нітридного шару до 25 мікрон; різниця зсуву фаз TiN, Ti2N, Ti(N); різний градієнт твердості по глибині, що дозволяє оптимізувати потужність поверхні кулі в конкретних умовах експлуатації. The mechanical strength and durability of structural elements is ensured by the correct selection of the materials from which they are made and the special functional properties of the surface layer, which are provided by applying coatings or by changing the structural state of the surface layers of the material by means of their modification.Item Дослідження залежності мікротвердості модифікованих поверхонь титанових сплавів від глибини насичення азотом при вакуумному іонному плазмовому азотуванні в термоциклічному режимі(ЦНТУ, 2023) Рутковський, А. В.; Маркович, С. І.; Магопець, С. О.; Маркович, В. С.; Rutkovskіy, А.; Markovych, S.; Magopec, S.; Markovych, V.Проведено дослідження титанових сплавів зі зміцненим азотованим шаром методом вакуумного іонного плазмового азотування в термоциклічному режимі для визначення закономірності впливу параметрів дифузійного насичення на мікротвердість. Встановлено, що величина мікротвердості залежить від фазового складу поверхні. На поверхні сплаву ВТ1-0 після азотування утворюються три фази TiN, Ti2N і Ti(N). Твердість поверхневого шару азотованого титану залежить від співвідношення цих фаз і тим вища, чим більша кількість фази TiN. За рахунок зміни параметрів процесу вакуумного іонного азотування в імпульсному режимі (температури, тиску, складу насичуючого середовища і часу азотування) можна змінювати фізико-механічні характеристики (глибину дифузійного шару до 300 мкм, мікротвердість до 9600 МПа, різний градієнт твердості по глибині, фазовий склад азотованих поверхонь і т.д.), отримувати поверхневі шари з різним фазовим складом (α, γ' та ε - фази) із нітридною зоною і без неї, залежно від температури, тиску, складу середовища, що насичує, та розміру температурних циклів, що дозволяє оптимізувати властивості поверхневого шару в конкретних умовах експлуатації. Збільшення часу азотування титанових сплавів сприяє збільшенню товщини азотованого шару до 300 мкм. Додавання в насичуюче середовище інертних газів гелію і аргону сприяє збільшенню пластичності та товщини азотованого шару. A study of titanium alloys with a strengthened nitrided layer by the method of vacuum ion plasma nitriding in thermocyclic mode was carried out to determine the regularity of the effect of diffusion saturation parameters on microhardness. At the same time, the effect of anomalous mass transfer of nitrogen in the surface of the part being processed was used, by creating a field of thermal stresses in the surface layer due to the cyclic inclusion and exclusion of the glow discharge and cyclic temperature changes.Item Вплив складу шихти порошкових дротів на механічні властивості та корозійну стійкість електродугових покриттів(ЦНТУ, 2023) Студент, М. М.; Маркович, С. І.; Гвоздецький, В. М.; Задорожна, Х. Р.; Student, М.; Markovych, S.; Hvozdetskii, V.; Zadopozna, К.Досліджено механічні властивості, хімічну мікрогетерогенність та корозійну стійкість у 3% водному розчині NaCl електродугових покриттів з порошкових дротів (ПД) залежно від компонентного складу шихти, використаного під час їх виготовлення. Показано, що покриттям з ПД властива висока неоднорідність за хімічним складом, що відрізняє їх від покриттів, отриманих розпилюванням суцільних дротів. Адже подрібнені повітряним струменем краплини розплаву ПД, що формують покриття, суттєво різняться за хімічним складом. Такий градієнт спричинений неповним розплавленням і змішуванням складників шихти та сталевої оболонки в дузі між торцями ПД під час електродугового напилювання покриттів. Запропоновано додавати до складу шихти ПД порошки, які забезпечили би в краплинах розплаву ПД необхідну кількість хрому, бору, вуглецю. А саме, додавання до шихти ПД порошків ферохрому (ФХ), карбіду бору (B4C), ферохромбору (ФХБ), феросплавів (FeSi, FeMn) та самофлюсу ПГ10Н-01 дало змогу підвищити гомогенність розплаву ПД та активізувати утворення евтектик між складниками шихти ПД 90Х17РГС та ПД 90Х17Р3ГС. Завдяки цьому добились нижчої хімічної мікрогетерогенності отриманих покриттів та забезпечили їм високу корозійну тривкість, близьку до корозійної тривкості нержавіюча сталі Х18Н9Т. Electric arc spraying of coatings is common in many branches of industrial production, in particular to restore the geometry of machine parts worn in operational conditions, to increase their protection against abrasive and gas-abrasive wear (at the same time, both at climatic and at technologically determined elevated temperatures). Coatings sprayed using powdered wires are characterized by high chemical heterogeneity, which significantly distinguishes them from electric arc coatings made of solid wires. This is due to the different chemical composition of the droplets formed from the molten powder wires and carried by the air jet to the surface of the substrate, forming a coating on it. The charge with alloying elements in its composition (including difficult-to-melt ones such as FH, B4C, FHB) does not have time to fully melt and mix with the melt of the steel shell. It is clear that because of this, the melt droplets of flux-cored wires dispersed by an air jet will have a different chemical composition and , as a result, the coatings formed from these droplets on the surface of the substrate will be characterized by high heterogeneity and significant chemical heterogeneity, which will affect their physical and mechanical properties at different operating temperatures and especially when exposed to corrosive environments.Item Підвищення абразивної зносостійкості алюмінієвих ливарних сплавів Al-Si АК-9 та АК-12 плазмо-електролітною обробкою(ЦНТУ, 2022) Студент, М. М.; Погрелюк, І. М.; Маркович, С. І.; Гвоздецький, В. М.; Задорожна, Х. Р.; Топчій, В. І.; Student, M.; Pogrelyuk, I.; Markovych, S.; Hvozdetskii, V.; Zadopozna, K.; Topchiy, V.Досліджено структуру, мікротвердість та абразивну зносостійкість алюмінієвих ливарних сплавів Al-Si АК-9 та АК-12 силумінів. Фазовий аналіз показав, що оксидний ПЕО шар складається із двох оксидних фаз αAl2O3, γAl2O3 та силікатної фази Al2SiO3. Кремній є присутній у структурі оксидного шару проте його є менше ніж у структурі силумінів. Встановлено, що в процесі плазмо-електролітної обробки кремній розчиняється у лужному електроліті. Показано, що плазмоелектролітна обробка силумінів АК-9 та АК-12 підвищує їх мікротвердість до 1000 …1300 HV, це спричиняє підвищення їх абразивної зносостійкості у 14...57 разів. Додаток в електроліт перекису водню H2O2 у кількості 3% мас. підвищує абразивну зносостійкість силумінів після плазмоелектролітної обробки ще на 30...70%. Це зумовлено збільшенням оксидних фаз та зменшенням силікатної фази Al2SiO3 у структурі покриття. Aluminum casting alloys are used in machine-building, automobile, aviation, electrical and textile enterprises. However, aluminum alloys have low abrasive wear resistance, which significantly hinders their use in technological environments where abrasive particles are present. However, aluminum alloys have low abrasive wear resistance, which significantly hinders their use in technological environments where abrasive particles are present. The method of plasma electrolytic oxidation of plasma electrolyte treatment on aluminum alloys provides high hardness up to 2000 HV, low friction coefficient, high adhesion to the metal base, high environmental friendliness. However, this method does not allow the synthesis of oxide layers with high abrasive wear resistance on cast alloys - silumin. Plasma electrolyte treatment layers synthesized on the most widely used Al-Si foundry alloys have significant disadvantages: low rate of synthesis of the oxoceramic layer - 0.5 - 1 μm / min., Low thickness - up to 140 μm, low microhardness (700- 1000 HV) and low abrasion resistance. Plasma electrolyte treatment layers were synthesized on the surface of 30x30 mm plates with a thickness of 4 mm from aluminum casting alloys AK-9 (9% Si) and AK-12 (12% Si) in electrolyte - 3 g / l KOH + 2 g / l Na2SiO3 (aqueous solution of liquid glass) without and with the addition to the electrolyte of 3 g / l of hydrogen peroxide H2O2, pulsed current at a frequency of 50 Hz in the cathode-anode mode at a ratio of currents (Ik / Ia) = 1 and a current density of 20 A / dm2. The thickness of the coatings after synthesis for 120 min was 120 -130 μm .. [4]. Metallographic studies were performed on a scanning electron microscope ZEISS EVO 40XVP with X-ray microanalysis system INCA Energy. The phase composition of the surface layers was investigated using a DRON-3M diffractometer in Cu-K radiation. Conclusions: 1. Plasma-electrolyte treatment of silumins AK-9 and AK-12 increases their microhardness up to 1000… 1300 HV, which causes an increase in their abrasive wear resistance by 14 ... 57 times. 2. Addition to the electrolyte of hydrogen peroxide H2O2 in the amount of 3% of the mass. increases the abrasive wear resistance of silumins after plasma electrolyte treatment by another 30 ... 70%. This is due to the increase in the content of oxide phases αAl2O3, γAl2O3 and the decrease in the content of the silicate phase of sillimanite - Al2O3 · SiO2 in the coating structure.Item Зносостійкі покриття на алюмінієвих сплавах(ЦНТУ, 2022) Студент, М. М.; Маркович, С. І.; Гвоздецький, В. М.; Задорожна, Х. Р.; Сірак, Я. Я.; Кравчишин, Т. М.; Student, M.; Markovych, S.; Hvozdetskii, V.; Zadorozhna, K.; Sirak, Ya.; Кrаvchyshyn, T.Досліджено абразивну зносостійкість алюмінієвого сплаву Д16 з покриттями нанесеними методами: гальванічного хромування, надзвукового газополуменевого напилення (HVOF – High Velocity Oxygen Fuel Flame Spraying process), плазмо-електролітного оксидування, твердого анодування та електродугового напилення покриттів. Показано, що досліджені покриття підвищують абразивну зносостійкість алюмінієвого сплаву Д16 в 20...90 разів за умов випробовувань закріпленим абразивом та в 3...10 разів за умов випробовувань незакріпленим абразивом. Застосування цих методів підвищує зносостійкість деталей із алюмінієвих сплавів до рівня сталевих та дозволяє замінювати сталь і чавун на алюмінієві сплави із покриттями, щоб зменшити вагу деталей та викиди вуглецю в атмосферу. Aluminum alloys are widely used in industry. Recently, they are used as a replacement for steel for the manufacture of pulleys, gears, columns of hydraulic rotary transmissions of grabs, etc. This reduces the weight of the parts and reduces carbon emissions into the atmosphere. However, aluminum alloys have low abrasive wear resistance, so their use is possible with coatings on the surface. High-speed gas flame spraying (HVOF) was carried out on the equipment (Diamond Jet Hybrid gun). Arc coatings with a thickness of 500 µm were applied using FMI metallizer and FMI-2 powder wire (Cr6Al6B3Fe-base). PEO (oxido ceramic) coatings were synthesized on D16T aluminum alloy in an electrolyte of 3 g/l KOH + 2 g/l liquid glass (sodium silicate) with a pulsed current at a frequency of 50 Hz, with the ratio of the densities of the cathode and anode currents Jc/Ja+15/15 A /dm2. The duration of the PEO process is 60 min. The open porosity of the coatings was determined by the method of hydrostatic weighing. The phase composition of the surface layers was studied using a DRON-3.0 diffractometer. HVOF (VC) and PEO coatings have been found to have 3 to 4 times higher wear resistance than high carbon hardened steel 100Cr6 and 2 times higher than galvanic chromium coatings, but have high energy consumption. Two methods have the lowest energy consumption: electric arc spraying of coatings and hard anodizing. At the same time, the wear resistance of such coatings is significantly lower than that of coatings obtained by the PEO and HVOF (VC) methods. For the restoration of worn parts, the most appropriate methods are HVOF (VC) and electric arc spraying, as they allow applying thick coatings up to 5 mm. Conclusions: It was established that the studied HVOF (VC), PEO, EDP and hard anodized coatings significantly increase the abrasive wear resistance of aluminum alloy parts. HVOF (VC) and electric arc spraying methods can be used to protect new and worn parts from wear. PEO and hard anodizing methods can be used to protect against wear on new parts only. The use of these methods increases the wear resistance of parts made of aluminum alloys to the level of steel and allows replacing steel and cast iron with aluminum alloys with coatings, reducing the weight of parts and carbon emissions into the atmosphere.Item Дослідження напружено-деформованого стану іонноазотованих зразків із покриттям в умовах ізотермічної та термоциклічної повзучості методом кінцево-елементного аналізу(ЦНТУ, 2022) Рутковський, А. В.; Маркович, С. І.; Михайлюта, С. С.; Rutkovskіy, A.; Markovych, S.; Myhajlyta, S.В роботі на основі методу кінцево-елементного аналізу здійснено дослідження напружено-деформованого стану зразка з алюмінієвого сплаву з теплозахисними дифузійними іонноазотованими шарами в умовах ізотермічного та термоциклічного навантаження. Проведено оцінку напружено-деформованого стану алюмінієвого зразка, як без зміцнення, так із теплозахисним дифузійним іонноазотованим поверхневим шаром від одночасного впливу навантаження та температури, а саме в умовах термоциклічної повзучості. Порівняна оцінка напружено-деформованого стану 1/8 зразка з алюмінієвого сплаву АЛ21 та із зміцненим поверхневим шаром здійснювалася з використанням програмного пакета NАSТRАN. Встановлено, що значна частина еквівалентних напружень сприймається зміцненим поверхневим шаром при збереженні несучої здатності основи. Цим підтверджується підвищення опору композиції “основа-покриття” як ізотермічній так і термоциклічній повзучості. Крім того, за допомогою методу кінцево-елементного аналізу можна передбачити роботу деталей циліндропоршньової групи, а саме час і місце виникнення тріщини при зміні навантаження та температури. One of the advanced methods of increasing the thermal stability of the pistons of internal combustion engines is ionic nitriding (ion-plasma nitriding). At the same time, the study of the stress - strain state of a sample of aluminum alloy with heat - protective diffusion ion - nitrided layers under conditions of thermocyclic loading (simultaneous action of load and temperature) is an urgent task. The application of the finite element analysis method makes it possible to predict the operation of the parts of the cylinder-piston group, namely the time and place of the crack when the load and temperature change. When calculating the stress-strain state, the peculiarities of their geometric parameters, properties of structural material, type of calculation (static, thermal, etc.), and conditions of force and temperature load acting on them were taken into account. The calculation was performed using real experimental samples. The method of calculating the stress-strain state of the composition "base - coating" taking into account operational and technological factors consists of several stages: solving the problem of non-stationary thermal conductivity to determine the residual stresses resulting from coating; determination of stresses from power and temperature load; obtaining the stress-strain state by the method of superposition. Using the finite element analysis method, the stress-strain state of the aluminum sample was evaluated, both without hardening and with a heat-protective diffusion ion-nitrided surface layer from simultaneous exposure to load and temperature, namely under conditions of thermocyclic creep. To more accurately determine the equivalent stresses, the calculations were performed on 1/8 of the sample. Comparative evaluation of the stress-strain state of 1/8 of the sample of aluminum alloy AL21 and with a reinforced surface layer was performed using the software package NASTR. Thus, based on the analysis of the stress - strain state of the aluminum alloy sample with heat-protective diffusion ion - nitrided layers under thermocyclic loading (simultaneous action of load and temperature) it is established that a significant part of equivalent stresses is perceived by the strengthened surface layer. This confirms the increase in the resistance of the composition "base-coating" of both isothermal and thermocyclic creep. In addition, with the help of the finite element analysis method, it is possible to predict the operation of the parts of the cylinder-piston group, namely the time and place of the crack when the load and temperature change.