Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки.
Permanent URI for this communityhttps://dspace.kntu.kr.ua/handle/123456789/9042
Ідентифікатор медіа: R30-03350 (рішення Національної ради України від 25.04.2024 р. № 1418).
ISSN 2664-262X (p)
DOI: 10.32515/2664-262X
Browse
4 results
Search Results
Item Експериментальні дослідження двоструменевого способу захисту розплавленого металу при наплавленні в середовищі СО2(ЦНТУ, 2022) Дубовик, В. О.; Пузирьов, О. Л.; Невдаха, Ю. А.; Пукалов, В. В.; Dubovyk, V.; Puzyrov, О.; Nevdakha, Yu.; Pukalov, V.Зварювання і наплавлення в середовищі захисних газів займає перше місце за об’ємом наплавленого металу і виготовленої продукції серед інших механізованих способів дугового зварювання. В роботі розглядаються різні способи захисту зони плавлення металу шляхом витиснення повітря із зони горіння дуги. Наводяться результати порівняльних досліджень захисних властивостей газового струменя пальників різних конструкцій. Розглядаються технологічні схеми захисту двошвидкісним струменем СО2 пальниками конічного і циліндричного перерізу. Наводяться рекомендації по швидкісним параметрам захисного газу, який витікає з центрального і периферійного перерізу пальника. Дослідження спрямовані на забезпечення ефективного захисту розплавленого металу від азоту повітря, а також зменшення витрати захисного газу при цьому. In the industry of restoration of details and production of designs from low-carbon and low-alloy steels the technology of welding by an electrode of continuous section which melts in the environment of carbon dioxide has become widespread. Welding and surfacing in shielding gases ranks first in terms of the amount of weld metal and manufactured products among other mechanized arc welding methods. Today, the need for wires for welding in shielding gases is about 200 thousand tons. Today's requirements indicate that welding technologies in shielding gases will occupy a leading position for the next 15 to 20 years. This is due to the relatively low cost of materials for surfacing, high performance properties of the obtained coatings, the ability to monitor the surfacing processes and make certain adjustments directly during surfacing. Along with the advantages of surfacing in a protective gas, there are also disadvantages: increased spraying of the metal, the difficulty of increasing the productivity of the process, limited control over the physicochemical properties of the coating metal in particular its deoxidation and alloying. These shortcomings are partially eliminated by the use of flux-cored wires and powdered fluxes, which are introduced into the combustion zone of the arc. The main problem is the ingress of air into the combustion zone of the arc and the interaction of air nitrogen with molten metal, which negatively affects the quality of the latter. Modern technologies of arc welding and surfacing are based on the creation of effective gas protection of the weld material from the penetration of air into the area of molten metal. Physical protection is the expulsion of air from the combustion zone of the arc - the zone of melting of the metal by supplying under pressure from the nozzle of the shielding gas burner. Therefore, the paper considers various ways to protect the melting zone of the metal by expelling air from the combustion zone of the arc. The results of comparative studies of the protective properties of the gas jet of burners of different designs are presented. The technological scheme of protection with two-speed CO2 jet by burners of conical and cylindrical section is considered. Recommendations for the velocity parameters of the shielding gas flowing from the central and peripheral cross-section of the burner are given. Research is aimed at ensuring effective protection of molten metal from air nitrogen, as well as reducing the consumption of shielding gas.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.Item Вплив діаметра електродних порошкових дротів на механічні характеристики електродугових покриттів(ЦНТУ, 2020) Студент, М. М.; Головчук, М. Я.; Чумало, Г. В.; Гвоздецький, В. М.; Маркович, С. І.; Похмурська, Г. В.; Student, M.; Golovchuk, M.; Chumalo, H.; Hvozdetskii, V.; Markovych, S.; Pohkmurska, H.; Гвоздецкий, В. М.; Маркович, С. И.; Похмурская, Г. В.В роботі проведено впливу діаметра електродних порошкових дротів на механічні характеристики електродугових покриттів. Покриття отримували на оригінальному обладнанні, застосовуючи для напилювання модельні порошкові дроти базових систем легування Fe–Cr–C та Fe–Cr–B діаметром 1,6 та 2,4 мм. Досліджено вплив діаметра порошкових дротів на структуру, електродугових покриттів різного діаметра. Встановлено залежність поруватості, мікротвердості, адгезії до сталевої основи, абразивної зносостійкості електродугових покриттів, напилених з порошкових дротів з різною кількістю шихти, від товщини ламелей у структурі покриттів. Визначено вплив товщини ламелей у структурі покриттів, напилених з порошкових дротів з різною кількістю шихти (залежно від їх діаметра 1,6 та 2,4 мм), на їх абразивну зносостійкість. Встановлено, що товщина ламелей у покриттях усіх проаналізованих систем легування зростала зі збільшенням об'єму розплавленого металу. Показано, що кількість оксидної фази у структурі покриттів зростає вдвічі зі збільшенням дистанції розпилювання порошкових дротів від 80 до 120 мм. Більше оксидної фази (на 40…100%) виявили у покриттях, сформованих із ПД діаметром 2,4 мм з вищим коефіцієнтом заповнення його оболонки шихтою порівняно із покриттями, сформованими із порошкових дротів діаметром 1,6 мм з нижчим заповненням. Встановлено, що поруватість, та мікротвердість покриттів із розроблених порошкових дротів зростає із збільшенням товщини ламелей в їх структурі та, відповідно, діаметру. Встановлено, шо із збільшенням товщини ламелей у структурі покриттів з порошкових дротів 250Х21ВФГС та порошкових дротів 50ХН2Р5ГС їх адгезія до сталевої основи дещо зменшилася, що зумовлено виникненням в покриттях напружень розтягу, які спричиняють появу мікротріщин або мережі тріщин у їх структурі. Водночас адгезія покриттів із порошкових дротів 50Х6МГ2С до сталі зросла, що зв’язали з більшим вмістом вуглецю у крупних ламелях та сприятливими умовами для формування в них високовуглецевого мартенситу, який має найменший коефіцієнт термічного розширення та спричиняє найменші залишкові напруження розтягу у покриттях. Встановлено, що абразивна та газоабразивна зносостійкість покриттів із ПД 250Х21ВФГС знизилася, а із ПД50ХН2Р5ГС підвищилася внаслідок збільшення товщини ламелей у їх структурі за використання порошкових дротів більшого діаметра. The influence of the diameter of the electrode flux-cored wires on the mechanical characteristics of the electric arc coatings is carried out in the work. Electric arc coatings were obtained on the original equipment, developed and manufactured at the Institute of Physics and Mechanics. GV Karpenko NAS of Ukraine. For spraying, model flux-cored wires of basic doping systems Fe – Cr – C and Fe – Cr – B with a diameter of 1.6 and 2.4 mm were used. The influence of the diameter of flux - cored wires on the structure, electric arc coatings from model flux - cored wires of different diameters is investigated. The dependence of porosity, microhardness, adhesion to the steel base, abrasive wear resistance of electric arc coatings sprayed from flux-cored wires with different amounts of charge on the thickness of the lamellae in the coating structure has been established. The influence of the thickness of the lamellae in the structure of coatings sprayed from flux-cored wires with different amounts of charge (depending on their diameter 1.6 and 2.4 mm) on their abrasive wear resistance was determined. It was found that the thickness of the lamellae in the coatings of all analyzed alloying systems increased with increasing volume of molten metal at the ends of flux-cored wires with the corresponding formation of droplets of larger diameter during its dispersion by air jet. shell charge and high arc current. It is shown that the amount of oxide phase in the structure of coatings doubles with increasing spray distance of flux-cored wires from 80 to 120 mm. More oxide phase (40… 100%) was found in coatings formed of flux-cored wires with a diameter of 2.4 mm with a higher filling factor of its shell charge compared to coatings formed of flux-cored wires with a diameter of 1.6 mm with lower filling. This is due to the larger volume of the charge in the powder wires of larger diameter, the cavities between the powders in which are filled with air, which intensively oxidizes the melt droplets inside the powder wires and at their ends during spraying. It is established that the porosity and microhardness of coatings from the developed flux-cored wires increase with the increase of the thickness of the lamellae in their structure and, accordingly, the diameter of the flux-cored wires. The increase in micro hardness is due to less evaporation and burnout of alloying elements from the droplets forming the coating, and the increase in porosity is caused by intensive spraying of droplets when hitting the sprayed surface, which contributes to micro cavities between the lamellae of the coating. It was found that with increasing the thickness of the lamellae in the structure of coatings of flux-cored wires 250H21VFGS and flux-cored wires 50HN2R5GS their adhesion to the steel base decreased slightly due to the occurrence of tensile stresses in coatings, which cause micro cracks or cracks. At the same time, the adhesion of 50X6MG2C flux-cored wire coatings to steel increased due to the higher carbon content of large lamellae and favorable conditions for the formation of high-carbon martensite, which has the lowest coefficient of thermal expansion and causes the lowest residual tensile stresses. It was found that the abrasive and gas-abrasive wear resistance of coatings from flux-cored wires 250Х21ВФГС decreased, and from flux-cored wires 50ХН2Р5ГС increased due to the increase in the thickness of the lamellae in their structure using a larger diameter. В работе проведено исследование влияния диаметра электродных порошковых проволок на механические характеристики електродугових покрытий. Покрытия получали на оригинальном оборудовании, применяя для напиливания модельные порошковые провода базовых систем легирования Fe–Cr–C и Fe–Cr–B діаметром 1,6 и 2,4 мм. Исследовано влияние диаметра порошковых проволок разного диаметра на структуру електродугових покрытий. Установлена зависимость пористости, микротвердости, адгезии к стальной основе, абразивной износостойкости електродугових покрытий, напыленных из порошковых проводов с разным количеством шихты, от толщины ламелей в структуре покрытий. Определенно влияние толщины ламелей в структуре покрытий, напиленных из порошковых проводов с разным количеством шихты (в зависимости от их диаметра 1,6 и 2,4 мм), на их абразивную износостойкость. Установлено, что толщина ламелей в покрытиях всех проанализированных систем легирования росла с увеличением объема расплавленного металла. Показано, что количество оксидной фазы в структуре покрытий растет вдвое с увеличением дистанции распыливания порошковых проволок от 80 до 120 мм Больше оксидной фазы (на 40-100%) обнаружили в покрытиях, сформированных из порошковых проволок диаметром 2,4 мм с высшим коэффициентом заполнения его оболочки шихтой сравнительно с покрытиями, сформированными из порошковых проводов діаметром 1,6 мм с низшим заполнением. Установлено, что пористость и микротвердость покрытий из разработанных порошковых проволок растет с увеличением толщины ламелей в их структуре и, соответственно, диаметру. Установлено, что с увеличением толщины ламелей в структуре покрытий из порошковых проволок 250Х21ВФГС и порошковых проводов 50ХН2Р5ГС их адгезия к стальной основе несколько уменьшилась, что предопределено возникновением в покрытиях растягивающих напряжений, которые влекут появление микротрещин или сети трещин в их структуре. В то же время адгезия покрытий из порошковых проводов 50Х6МГ2С к стали выросла, что связали с большим содержанием углерода в крупных ламелях и благоприятными условиями для формирования в них высокоуглеродистого мартенсита, который имеет наименьший коэффициент термического расширения и влечет наименьшие остаточные напряжения в покрытиях. Установлено, что абразивная и газоабразивная износостойкость покрытий из ПД 250Х21ВФГС снизилась, а из ПД50ХН2Р5ГС повысилась в результате увеличения толщины ламелей в их структуре за использование порошковых проводов большего диаметра.Item Дослідження ефективності антикорозійних покриттів конструктивних елементів на основі цинку та алюмінію в хлоридно–сульфідних середовищах(ЦНТУ, 2019) Чумало, Г. В.; Студент, М. М.; Дацко, Б. М.; Гвоздецький, В. М.; Маркович, С. І.; Чумало, Г. В.; Студент, М. М.; Дацко, Б. Н.; Гвоздецкий, В. Н.; Маркович, С. И.; Chumalo, H.; Datsko, B.; Student, M.; Hvozdetskii, V.; Marcovych, S.Для встановлення можливості захисту сталей від сірководневої корозії та корозійного розтріскування досліджено покриття цинкові, нанесені методом гарячого цинкування, металізаційні алюмінієві, нанесені методом електродугового напилення та комбіновані - металізаційні алюмінієві + епоксидне в середовищах різної агресивності. Показано, що нанесення цинкового покриття на сталь 20 підвищує корозійну тривкість в середньому в 1,5 рази у модельній морській воді (ММВ) без сірководню та майже у 2 рази у ММВ, насиченій сірководнем порівняно з такою для сталі 20 без покриття. У середовищі NACE корозійна тривкість зразків з цинковим покриттям різко знижується, що свідчить про недоцільність використання таких покриттів у кислих середовищах. Зразки з алюмінієвими покриттями показали високу корозійну тривкість у ММВ з різним вмістом сірководню та розчині NACE: швидкість корозії сталі з алюмінієвим покриттям знижується в 7,3 рази у ММВ, насиченій сірководнем, та в 1,7 рази у розчині NACE, порівняно зі швидкістю корозії сталі без покриття. Дослідження схильності до корозійного розтріскування показали, що зразки з алюмінієвим покриттям показали вищу опірність до сірководневого корозійного розтріскування ніж зразки без покриття. А зразки з комбінованим покриттям (металізаційне алюмінієве + Jotamastic 87GF) показали кращі захисні властивості, ніж зразки лише з алюмінієвим покриттям. Алюмінієві покриття, нанесені методом електродугового напилення на сталь 20 та комбіновані можна рекомендувати для захисту металевих поверхонь в сірководневих середовищах різної агресивності. Для установления возможности защиты сталей от сероводородной коррозии и коррозионного растрескивания исследованы покрытия цинковые, нанесенные методом горячего цинкования, метализационные алюминиевые, нанесенные методом электродугового напыления и комбинованные - метализационные алюминиевые + эпоксидное в средах различной агрессивности. Показано, что нанесение цинкового покрытия на сталь 20 повышает коррозионную стойкость в среднем в 1,5 раза в модельной морской воде (ММВ) без сероводорода и почти в 2 раза в ММВ, насыщенной сероводородом по сравнению с таковой для стали 20 без покрытия. В среде NACE коррозионная стойкость образцов с цинковым покрытием резко снижается, что свидетельствует о нецелесообразности использования таких покрытий в кислых средах. Образцы с алюминиевыми покрытиями показали высокую коррозионную стойкость в ММВ с различным содержанием сероводорода и растворе NACE: скорость коррозии стали с алюминиевым покрытием снижается в 7,3 раза в ММВ, насыщенной сероводородом и в 1,7 раза в растворе NACE по сравнению со скоростью коррозии стали без покрытия. Исследование склонности к коррозионному растрескивания показали, что образцы с алюминиевым покрытием показали большую сопротивляемость к сероводородному коррозионному растрескиванию чем образцы без покрытия. А образцы с комбинированным покрытием (метализацийне алюминиевое + Jotamastic 87GF) показали лучшие защитные свойства, чем образцы только с алюминиевым покрытием. Алюминиевые покрытия, нанесенные методом электродугового напыления на сталь 20 и комбинированные можно рекомендовать для защиты металлических поверхностей в сероводородных средах различной агрессивности. The aim of the study is to investigate the effectiveness of protective coatings: hot galvanizing, metallization aluminum and combined metal polymer: metallization aluminum with epoxy coating for possible protection against hydrogen sulfide corrosion. To determine the possibility of protection steels from hydrogen sulfide corrosion and corrosion cracking, zinc coatings, applied with hot dip galvanizing, metallized aluminum coatings, applied by electro-arc spraying and combined metallization aluminum + epoxy in media of different aggressiveness were investigated. It is shown that the application of zinc coating on 20 steel increases the corrosion resistance on average in 1.5 times in model sea water (MSW) without hydrogen sulfide and almost in 2 times in the MSW saturated with hydrogen sulfide compared with that for non-coated 20 steel. In the NACE solution, the corrosion resistance of samples with zinc coating is sharply reduced, which indicates the inexpediency of the use of such coatings in acidic environments. Examples of aluminum coatings showed high corrosion resistance in MSW with different content of hydrogen sulfide and in NACE solution: the corrosion rate of steel with aluminum coating is reduced in ~7.3 times in the MSW saturated with hydrogen sulfide and in ~1.7 times in NACE solution compared to the corrosion rate of steel without coating. Investigation of the susceptibility to stress corrosion cracking showed that samples with an aluminum coating showed higher resistance to hydrogen sulfide stress corrosion cracking than samples without coating. And samples with a combined coating (metallic aluminum + Jotamastic 87GF) showed better protective properties than samples with aluminum coating. Aluminum coatings applied by the method of electric arc spraying on 20 steel and combined coatings can be recommended for the protection of metal surfaces in hydrogen sulfide media of different aggressiveness.