Ministry Education and Science of Ukraine

Ministry Education and Science of Ukraine
Pryazovskyi State Technical University
INTERNATIONAL
SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE
«UNIVERSITY SCIENCE – 2015»
19-20 May 2015, Mariupol
Conference proceedings
Vol. 4
Scientific and Methodological section
“TODAY MATERIAL ENGINEERING
FOR REALIZATION OF THE “MMATENG”
PROJECT OBJECTIVES”
Under the general editorship of Professor Oleksandr Cheiliakh
Mariupol, 2015
UDC 62
I 70
International scientific and technical conference «University science2015» : conference proceedings (19-20 May 2015, Mariupol) : 4 volumes.
Vol. 4. Section: Scientific and Methodological section «Today Material
Engineering for realization of the «MMATENG» project objectives» /under
the gen. ed. O. Cheiliakh. – Mariupol : Priazovskyi State Technical University, 2015. – 84 p.
The results of theoretical and experimental studies, research and
methodological recommendations of scientists, researchers, teachers, graduate students, specialists of enterprises and organizations of Ukraine and foreign countries have been published.
Dedicated to the 85th Anniversary of Priazovskyi State Technical University,
the 80th Anniversary of the Department of Metal Science and
Heat Treatment of Metals,
the 25th Anniversary of the opening of the educational approach
"Material Engineering” in PSTU
Executive Organizing Committee of Section
DSc (Eng.), Prof. Oleksandr Cheiliakh – Head of the section,
Coordinator of MMATENG project in PSTU and Ukraine
DSc (Eng.), Prof. Leonid Malinov
DSc (Eng.), Prof. Vasiliy Efremenko
DSc (Eng.), Prof. Igor Tkachenko
PhD (Eng.), Ass. Prof. Marina Ryabikina
PhD (Eng.), Ass. Prof. Victoria Gavrilova
PhD (Eng.), Ass. Prof. Inna Oleynyk
PhD (Eng.), Ass. Prof. Inna Malysheva
Secretary of section – PhD (Eng.), Ass. Prof. Victoria Ivashchenko
Technical Secretary – Eng. Natalia Karavaeva
The organizing committee would like to thank the participants of the
conference for the given proceedings.
© PSTU, 2015
© O. Cheiliakh, 2015
The project "TEMPUS - MMATENG"
Dear colleagues!
The solution of this urgent task has found its adequate reflection in
international educational project, adopted by European TEMPUS Union,
called: «Modernization of two cycles of Masters’ and Bachelors’ (MA,
BA) curricula on the basis of competence in the sphere of engineering
science of materials in accordance with the best experience, gained by
Bologna process» (MMATENG).
Within the framework of annual international scientific and educational conference “University science-2015” a special section: “Today
material engineering for realization of the “MMATENG” project
objectives” has been created at Pryazovskyi State Technical University
which is to include the reports by the scientists of “Science of metals
and heat treatment of metals” and Science of materials” department and
also from the researchers of Ukrainian partner-universities. The objective of our section is integration of efforts of scientists in development
of research and educational aspects and proposals for implementation of
new European tuition programmes and perfection of the methods of students training in the domain of engineering science of materials. I, hereby, sincerely wish all participants of the conference fruitful work, successful reports and pleasant impressions at communication, discussing
creative discoveries and rational useful proposals.
I am quite confident that scientific and methodical findings of the
researchers will help to advance in implementing of tasks and objectives
of MMATENG project and that will further promote close cooperation
of the systems of higher education of Ukraine and EEC countries
DSc (Eng.), Professor Oleksandr P. Cheiliakh – Coordinator
of МMATENG project in Ukraine,
Vice-Rector in science and pedagogics of PSTU,
Head of Department of Metal Science and Heat Treatment of Metals
3
SUBSECTION №1
«IMPLEMENTATION OF THE NEW COURSES
ACCORDING TO MМATENG PROJECTS FOR
MODERNIZATION OF STUDY PROCESS OF
MATERIAL ENGINEERING»
МОДЕРНИЗАЦИЯ УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ ПОДГОТОВКИ В
ОБЛАСТИ ИНЖЕНЕРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ ПО
ПРОЕКТУ MMATENG
А.П. Чейлях, проректор, д.т.н., проф., ГВУЗ «ПГТУ»
Стремительное развитие современного материаловедения, определяющего уровень техники и технологий производства материалов во
многих экономически развитых странах, требует совершенствования
программ обучения и подготовки специалистов с высшим образованием в этой области знаний. Решение этой актуальной задачи нашло
адекватное отражение в международном образовательном проекте Европейского Союза ТЕМПУС «Модернизация двух циклов магистерского и бакалаврского (MA, BA) учебных планов на основе компетенций в области инженерного материаловедения в соответствии с лучшим опытом Болонского процесса» (MMATENG).
Проект выполняется в течение 2014 - 2016 г.г., в нем участвуют
16 ВУЗов Бельгии, Германии, Польши, Франции, Израиля, России и
Украины (рис. на 2-й стр. обложки). От Украины это – НТУУ «Киевский политехнический институт», «Львівська політехника», Луцкий
национальный технический университет, Приазовский государственный технический университет, который является координатором проекта в Украине. В составе Консорциума проекта Министерство образования и науки Украины, два промышленных предприятия – одно в
России, другое в Украине - ПАО «МК «Азовсталь».
Проектом предусмотрено внедрение в учебные планы и программы 14 новых дисциплин, 11 из которых относятся непосредственно к
направлению инженерного материаловедения, а три – являются междисциплинарными, но весьма актуальными для многих инженерных
специальностей металлургического и других профилей промышленного производства. На основе проведенного анализа действующих учеб-
The project "TEMPUS - MMATENG"
ных планов и программ, а также социологического опроса специалистов предприятий Мариуполя - ПАО «МК «Азовсталь», ПАО «ММК
имени Ильича», ПАО «Азовмаш» в ГВУЗ «ПГТУ» разработана научно-методическая концепция и рабочий план модернизации учебных
планов по специальностям «Прикладное материаловедение», «Металловедение», «Термическая обработка металлов» направления «Инженерное материаловедение».
Проведена корректировка содержания дисциплин «Металловедение и термическая обработка металлов» и «Механические свойства
металлов», которые преподаются для специальностей металлургического профиля, таких как «Металлургия черных металлов», «Обработка металлов давлением», «Промышленная теплотехника», «Литейное
производство». Среди новых дисциплин, рекомендованных грандхолдером из опыта ВУЗов стран Европейского Союза следующие такие интересные профессионально-практические дисциплины: ”Material
selection” (выбор материалов); “Lightweight materials for transportation
application” (легкие материалы для использования на транспорте);
“Damage of materials” (повреждаемость материалов); “Basic of material
science” (основы материаловедения); “Metallurgy, corrosion and resistance of materials” (металлургия, коррозия и сопротивление материалов) и др.
Среди междисциплинарных курсов, очень важных и пока не преподаваемых в ВУЗах Украины ведется имплементация таких рекомендованных дисциплин: ”Survival in Labor Market (carrier managing) (Выживание на рынке труда); “Effective communication with groups, presentation techniques (BA/MA)” (Эффективное общение в группах, навыки
презентации); “Project management (business planning, funding, marketing, performance)” (Управление проектом (бизнес-планирование, финансирование, продвижение на рынок, реализация).
Модернизация учебных планов и программ предполагает дифференцированный подход к планированию процесса имплементации рекомендованных курсов: путем замены менее значимых и второстепенных предметов, а ряд действующих дисциплин дополняется новыми
учебными модулями, сохраняя целостность и логическую последовательность того или иного курса.
Интересная технологическая дисциплина «Перспективные упрочняющие технологии обработки материалов», разработанная в
ГВУЗ «ПГТУ», была рекомендована для внедрения в учебный процесс
в ВУЗах Консорциума для материаловедческих специальностей.
5
Важной особенностью этого международного образовательного
проекта является компетентностный подход в модернизации учебных
планов и программ, предусматривающий ориентацию на современные
требования рынка труда и прежде всего промышленных предприятий
черной металлургии, машиностроения, энергетики, транспорта и других важных отраслей в формировании профессиональных компетенций будущих специалистов. Для этого проводятся социологические
опросы молодых и ведущих специалистов металлургических и машиностроительных предприятий по оценке, как отдельных дисциплин,
так и рабочих программ подготовки бакалавров, специалистов и магистров. По их результатам планируется корректировка учебных планов
и программ для учета требований современного производства. Корректировка и, особенно, дополнение учебных программ профессиональнопрактическими аспектами обучения производится также на основе
анализа должностных инструкций и профессиональных стандартов по
ряду профессий инженерно-материаловедческого профиля. Все требуемые велением времени профессиональные компетенции обязательно
должны найти отражение в спектре конкретных специальных дисциплин. Для этого рекомендовано дополнять традиционные формы проведения занятий (лекции, лабораторные и практические занятия, домашние задания и курсовые работы) новыми учебно-методическими и
дидактическими формами обучения: ролевыми играми, разработкой и
детальным анализом проблемных производственных (технологических, организационных, экономических, экологических и др.) ситуаций, показом учебных и производственных фильмов и роликов, проведением тренингов.
С целью обучения научно-педагогического персонала, организованы двухнедельные тренинги преподавателей со сквозным обучением каждого обучаемого по 5 – 6 предметам. Такие тренинги уже проведены в г. Леювен (Бельгия) и запланированы на июль в г. Кракове
(Польша). По итогам уже проведенных тренингов на специальных кафедрах материаловедческого профиля проведены методические семинары, открытые лекции, подготовлены и прочитаны отдельные лекции
по новым предметам на английском языке. Преподаватели разработают новые методические материалы, в которые войдут новые подходы,
методические приемы и компетенции, приобретенные во время тренингов.
В рамках проекта MMATENG планируется создание в каждом
ВУЗе Сервис-офиса по инженерному материаловедению (Material
The project "TEMPUS - MMATENG"
Engineering service office - MESO) и IT-лаборатории (MITL), задачами
которых является трансфер знаний, компетенций, научнометодических подходов и приемов, выполнение НИР для предприятий
в области инженерного материаловедения, обучение студентов, аспирантов и специалистов предприятий в порядке повышения квалификации. Планируется закупка для каждого ВУЗа компьютеров для комплектования компьютерного класса, металлографических микроскопов, твердомеров и другого лабораторного оборудования, производства ведущих стран Западной Европы.
Мониторинг хода выполнения проекта MMATENG осуществляется на регулярно проводимых конференциях координаторов и участников Консорциума. Такие конференции были проведены в городах
Антверпене (Бельгия), Киеве (Украина), Тель-Авиве (Израиль), Краков
(Польша). Интересной и полезной формой взаимодействия ВУЗовпартнеров стали скайп-конференции, на которых одновременно несколько участников проекта обмениваются результатами и опытом
работы.
Таким образом, реализация проекта MMATENG позволит украинским ВУЗам-партнерам выйти на более высокий уровень подготовки бакалавров и магистров в области инженерного материаловедения
на основе компетентностного подхода и опыта лучших достижений
университетов стран Западной Европы, Израиля и России. Студентам,
обучающимся по специальностям этого направления, участие в проекте даст новые знания, умения и компетенции, расширение возможностей построения карьеры не только в Украине, но и в странах Западной
Европы.
SPECIALISTS OF THE FUTURE
M.А. Ryabikina, Associate Professor, PhD (Eng.),
Priazovskyi State Technical University
From shipbuilding, the huge building structures, automotive to medicine - in the innovation race betting on new materials now make many areas. In the hands of materials science - not only the future of science and
technology, and good career prospects. From today requires materials have
first, safe and functional, and secondly, inexpensive to manufacture and,
thirdly, acceptable for the environment.
The first branch of materials science in Germany was opened in 1966
7
at the University of Erlangen-Nuremberg (FAU). Today, bachelor's and
Master's degree in “Materials” (Materialwissenschaft, Advanced Materials
Science) offered by many universities in Germany. Usually Bachelor program lasts 6 semesters and Master program 4 semesters. If baccalaureate
provides an overview of the subject, the Master usually allows you to select
a narrow focus: for example, working with ceramics, glass, synthetic polymers.
Materials module in which bachelors learn the basics of materials consists of 10 ECTS and includes the study of the structure of metals 4,5 ECTS, inorganic and non-metallic materials (glass, ceramics) - 2,5
ECTS and organic materials - 3 ECTS. The main themes of the module are:
- Introducing into different groups materials; their properties and
atomic structure;
- Chemical bonding, crystal structure, amorphous structure;
- Lattice defects (point defects, dislocations, grain boundaries);
- Study of the microstructure (samples preparation, microscopy);
- Thermodynamics, Gibbs phase rule, the binary system, the eutectic;
- The phase diagram of Fe-C (steel, cast iron);
- Phase transformations, the basics of heat treatment (quenching); surface phenomena and reactions;
- The mechanical properties (elastic and plastic deformation, tensile
testing, hardness, fatigue behavior, destruction);
- Metals: iron and steel technology;
- Light metals (Al, Ti, Mg) - Semiconductors;
- Glass and ceramics;
- Composites: dispersed, fibrous;
- Macromolecular Chemistry – polymers, synthesis: reaction mechanisms, polymer technology, elastomers, using of organic materials.
Pryazovskyi State Technical University (PSTU) is a Partner of the
Catholic University of Leuven (KU Leuven, Belgium) under the Tempus
project MMATENG (Modernization of two cycles (MA, BA) of competence based curricula in Material Engineering according to the best experience of Bologna Process). The name of discipline at the department Metallurgy and Materials Engineering at KU Leuven is “Basics of material science incl. fatigue behavior”. Students (BA) learn the discipline in the 3rd
semester (3 credits ECTS, 42 contact hours and 32 individual hours). The
aim of the course unit is to give students knowledge about:
- the different classes of materials (metals, polymers, ceramics and
composites);
The project "TEMPUS - MMATENG"
- their principle properties;
- the way in which the material composition and microstructure affects
these properties.
To manage this information, the engineer must have insight in the relationship between the composition, microstructure of a materials and their
mechanical properties, including fatigue.
- Stress, strain, stiffness;
- Elastic behavior, plastic behavior;
- Test methods for time independent behavior: tensile test, compression test, bending test, hardness;
- Failure of materials;
- Time dependent mechanical behavior including fatigue behavior.
At the department of Metal Science and Heat Treatment of Metals
(PSTU), students study the Material Science in the 4th semester. The volume of the discipline - 6 credits (1 credit - 36 hours), 102 contact hours and
114 hours – the individual work of students, oral exam. The main themes of
discipline are similar to FAU (Germany).
Due to the characteristics of the region - the presence in Mariupol of 2
steel giants “Azovstal Iron and Steel Works”, “Ilyich Iron and Steel Works”
and manufacturing machine complex “Azovmash” we focus on the study of
metals. Graduates of the department subsequently become employees of
these enterprises. In addition to Materials Science bachelor study Metallography – 4 ECTS (total – 144 hours), 72 contact hours and 72 hours – the
individual work of students, exam is in 5th semester and Mechanical properties and structural strength of materials – 5,5 ECTS, 68 contact hours and
132 hours – the individual work of students, exam is in 6th semester.
Our students beginning to study the structure of metallic and nonmetallic materials, and then the mechanical properties of materials and test
methods. At the University of Leuven in the beginning, students are introduced to topics such as:
- Introduction of the mechanical behavior of materials;
- Static behavior of materials and its testing;
- Mechanical behavior of different classes of materials;
- Mechanisms of failure.
It was very interesting for me to get acquainted with the methodology
and logic of lectures Dr. Jan Ivens, ing. Chris Peeters “Basics of material
science (BA)”, KU Leuven. Topics, which aroused the greatest interest:
- Introduction of the mechanical behavior of materials;
- Static behavior of metals, ceramics and polymers;
9
- Industrial materials testing;
- Ductile fracture.
I feel very optimistic about the project future. And I don’t doubt about
the success of the Tempus project MMATENG and its usefulness in teaching students at the department of Metal Science and Heat Treatment of Metals of Priasovskiy State Technical University.
ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ ПРОФЕСІЙНОЇ
КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНІХ ІНЖЕНЕРІВ
О.І. Гулай, к.т.н., доц.,
Луцький національний технічний університет
Професійна компетентність є складним динамічним утворенням,
формування якої розпочинається у процесі навчальної діяльності у
закладах системи ступеневої професійної освіти і триває впродовж
усієї професійної діяльності фахівця. У структурі професійної компетентності виділяють ряд складових, серед яких загальнолюдська компетентність (загальнокультурна, моральна, політична, соціальна, інформаційна, комунікативна, етична, екологічна, валеологічна); загальнонаукова компетентність (методологічна, теоретична, методична, дослідницька); загальнопрофесійна компетентність (загальнофахова,
економічна, технічна, правова); фахова компетентність (технологічна);
функціональна компетентність (стратегічна, менеджерська, управління
суб’єктами та об’єктами діяльності, виконавча); особистісна компетентність (мотиваційна, аутопсихологічна, регулятивна, адаптивна, навчальна).
Для кожної складової у її змісті визначено п’ять найвагоміших
показників на основі опитування студентів напряму «Інженерне матеріалознавство» та викладачів кафедри М та ПФКМ. Рейтинг показника
визначено як відсоток обирання даного критерію як найважливішого
для професійної компетентності (у первинному варіанті студентам та
викладачам запропоновано 8-10 показників до кожної складової, запропоновано обрати п’ять найважливіших критеріїв або додати власний критерій, не врахований у опитуванні).
Результати проведеного опитування ілюструють суттєві відмінності у поглядах викладачів та студентів на результат їх спільної освітньої діяльності – становлення професійної компетентності. Отримані
результати будуть враховані при формуванні навчальних планів, онов-
The project "TEMPUS - MMATENG"
ленні робочих навчальних дисциплін та впровадженні інноваційних
методів та форм навчання.
Презентоване дослідження здійснене в рамках участі кафедри матеріалознавства та пластичного формування конструкцій машинобудування Луцького НТУ у міжнародному проекті «Модернізація навчальних планів дворівневої програми підготовки (бакалаври/магістри) з
інженерного матеріалознавства на основі компетентністного підходу
та найкращого досвіду з впровадження положень Болонського процесу
(MMATENG)» 543994-TEMPUS-1-2013-1-BE-TEMPUS-JPCR Міжрегіональної програми Європейського сусідства і партнерства TEMPUS.
CAPABILITIES OF «CES EDUPACK 2014» SOFTWARE IN
TEACHING OF STUDENTS IN «MATERIALS ENGINEERING»
V.G. Efremenko, Professor, DSc, Priazovskyi State Technical University
«CES Edupack 2014» software is a product of company «Granta Design». This software appeared in the universities of Ukraine due to the implementation of the international project MMATENG for reform of curriculum in Materials Engineering. Starting from 2015, this software began to
apply in four Ukrainian Universities (Priazovskyi State Technical University, NTU «KPI NTU», NTU «Lviv Polytechnics», Lutsk NTU) in the educational process of training students in « Materials Engineering ». It is an informational and computation basis of the new subject «Selection of Materials», introduced into the adjusted curricula. It should be noted that the CES
Edupack developed on the basis of fundamental works and with personal
participation of Cambridge University Professor Michael Ashby which is
world known in the field of Materials Science. It underlines the high scientific and methodological level of CES Edupack software product.
Besides to direct use in the curricula’s discipline «Selection of Materials», CES Edupack gives ample opportunities in the training of engineers
in the field of Materials Science. The structure of this software environment
is a complex database on materials, technologies for their production and
processing, as well as the environmental consequences of their use. Each of
these databases can be successfully used as a reference in teaching and
learning (students) of various specialized disciplines in Materials Science,
connected with features and properties of special steels and alloys, nonmetallic materials, ceramics, composites etc.
CES Edupack’s database includes 3921 materials, divided into four
11
groups: Ceramics and Glasses, Metals and Alloys, Polymers, Hybrids
(Composites, Foams, Honycombs, Natural Materials). Each of these groups
is represented by several subgroups with deeper dividing of materials’ base,
by alloying system, by the content of various additives, etc. For individual
materials the comprehensive information on their chemical composition,
properties (physical, mechanical, thermal, electrical, optical, magnetic, durable (specific for each material)) are provided. This allows the use of CES
Edupack as a convenient electronic directory for the various types of training activities, including term and theses projection. Acquaintance with the
database will help to broaden teachers and students' understanding of on
available materials, their properties and fields of use. Above mentioned data
allow students to get an overview of the world of materials and their role in
modern life.
Ii is importantly, that among the above information, we can find the
average cost of the materials, which allows you to compare similar properties materials, evaluating the cost-effectiveness of their usage. Also the information about labeling similar materials presented in various national and
international standards is included. This information may be useful for specialists in the field of standardization, working on metallurgical and engineering enterprises.
The modern engineer has to be an ecologically minded person. An
important feature of the training of engineers in world-leading universities
is increasing attention to the coverage of the environmental consequences of
producing, exploitation and processing of various materials. In databases
CES Edupack the summarized information regarding the average specific
embodied (in production) energy and on the amount of energy greenhouse
gases emitted and water consumed is presented. Also the possibility of recycling and life cycle of a material are analyzed in databases. This information allow Ukrainian teachers actively implement environmental components in teaching of various disciplines of Materials Science.
For each of the types of materials CES Edupack provides background
information on the various types of testing methods for definitions of specific properties (including performance characteristics). It is given in the
form of separate articles with a comprehensive graphic and text materials,
which can be widely used in the independent work of students with the disciplines such as, for example, «Mechanical Properties» and «Physical properties».
It is noteworthy that CES Edupack proposes the complexes information about technologies for production and processing of various materi-
The project "TEMPUS - MMATENG"
als. All the processes are divided into three groups: «Joining Processes» (59
titles of processes), «Shaping Processes» (138 titles), «Surface Treatment»
(53 titles) – totally - 250 items of technology processes. For each of the
technologies a graphic image of the process is given; the data about its purpose, process parameters, physical parameters of the finished product (surface), economic indicators (process time, the cost of using equipment and
tools, work intensity) are provided. This information can be used in teaching of «Materials Technologies», «Technology of Heat Treatment, Chemical Heat Treatment, and Thermo-Mechanical Treatment of Metals and Alloys», «Perspective Strengthened Technologies of Materials Treatment» and
so on. As well as it can be applied in the performance of course and diploma
projection. These data are of interest for industrial engineers and can be
used during training sessions.
Another area of CES Edupack application in the teaching process is
scientific and research work of students. CES Edupack’s data can be used as
the basis for the selection of materials, for the optimization of their chemical composition and structure, for proper selection of parameters of various
technologies of their processing.
BASIC PRINCIPLES OF THE MATERIAL SELECTION
APPROACH
I.F. Tkachenko, Professor, DSc, Priazovskyi State Technical University
All things in the world are divided on material and spiritual. The humal material world mostly is being created by people from natural and synthetic materials. So, an important task of the civilization is effective use of
materials. The effectiveness requires correct use of a material for a specific
application.
There are two ways to rich the high effectiveness: to select correctly
one of the existing materials; to design a new optimal material. Material
Design requires obtaining and use of deep scientific regularities connecting
chemical composition, structure and properties of various groups of materials. Material Selection is about the quantitative relations between a pair of
required properties of a material, most frequently: density and Young
modulus, thermal conductivity and extension coefficient etc. The relations
are derived based on the analysis of a material working conditions. Further,
maximum or minimum of the relation is looked for among various material
families and then corresponding one must be choosen. The final step is the
13
selection of a specific material grade that, however, cannot be done in a
fully grouded manner because of uncertainties of the data corresponding
most of industrial materials due to various reasons: embrittlements, not reliable producer data etc. A procedure to improve the just mentioned feature is
proposed that includes for the each family a suit of regression models
providing forecasting the averages and standard deviations for each controlled characteristic.
USE OF THE “MATERIAL PROPERTIES CHARTS” FOR
MATERIAL SELECTION
I.F. Tkachenko, Professor, DSc, Priazovskyi State Technical University
One of the important feature of the current industrial development
stage is production of huge amount of materials types and grades. So, a selection of necessary one has become a difficult problem. Within the frame
of the Material Selection approach solving the problem is proposed by
means of the “Material Properties Charts”.
Each one gives a graphical representation of relation between a pair of
material properties for various material families. As the properties pairs the
following ones are considered the most frequently: density and elastic modulus; thermal conductivity and expansion coefficient; yield stress and fracture toughness etc. Each material family on the chart is represented as a
cloud because of differencies between material grades. Based on the preliminary specified requirements to the levels of the properties relations, the
chart gives the opportunity to choose appropriate material families. As limitations of the charts the followings should be mentioned:
- possible use only a pair of material characteristics for the analysis,
contrary to bigger number of controlled properties for the most industrial
materials;
- possibility to select only one or several material families, but not a
specific material grade.
ECO MATERIALS FOR BUILDING: BASIC PRINCIPLES OF USE
OF NATURAL RESOURCES AND RECYCLING
V.Yu. Ivashchenko, Associate Professor, PhD (Eng.),
Priazovskyi State Technical University
Building Eco Materials considered in the new discipline of "Materials
The project "TEMPUS - MMATENG"
from renewable sources" which implemented in the educational process
PSTU in accordance with the project TEMPUS-MMATENG. Large subgroup within Building Eco Materials can be referred to materials from renewable raw.
Increasing the level of danger in the interior of the buildings is due to
frequently used artificial materials in the construction and decoration. This
leads to the need to establish new, more stringent safety requirements for
residential and office space. Applicable building materials become sources
of toxins such as acrylate, benzene, phenol, formaldehyde, phthalate and
others at high concentrations can cause severe disease - from allergies to
cancer tumors.
Today the indoor air composition is a global problem that affects human health. Citizens spend inside various buildings to 80% of their time, so
control of the air in health care, education, cultural, entertainment and office
buildings requires close attention.
We can achieve the required level of safeness and at the same time
provide a comfortable environment for living and working through the using of ecological materials primarily.
We can group the Eco Materials in three main types of origin:
1 - natural materials (stone, wood, cane, clay (adobe), gypsum, natural
minerals, etc.);
2 - natural and artificial materials, such as the composition of natural
and artificial materials (magnesite boards, drywall, ceramic, basalt mats,
glass fiber mats, ekofiber, etc.);
3 - artificial materials (chemical).
Environmental safeness also provides for the possibility of recycling
these materials and re-use them.
Development of Ecо Materials industry is urgent task for our polluted
region. The using of such materials would partially reduce the health risks
associated with anthropogenic impact on the population of Mariupol. The
study of ecological materials will enable students not only to raise their level of education, but also, along with engineering and technical-economic
competence to generate engineering-environmental competence of young
professionals.
SEARCHING FOR NEW INGREDIENTS TO THE ADOBE BRICKS
V.Yu. Ivashchenko, Associate Professor, PhD (Eng.),
Priazovskyi State Technical University
In connection with the introduction to the learning process of new dis15
ciplines, which recommended by leading European universities (project
TEMPUS-MMATENG), at the Department of Materials Science PSTU
began research to create natural-artificial composite based on adobe mixture.
Mainly development of industrial technology of adobe constrained
seasonal nature of the collection of plant component - straw, as well as
keeping with regular operations ventilation and drying to prevent rotting.
Proposed to replace the straw on the "off-season" fillers. As a replacement
into the adobe mixture were added hards wool, knitted fabric, chintz fabric
(cuttings).
We used the following test procedures: fat clay test, grain-metric distribution determination of sand, the compression test of the dried raw unit
and bending test.
A series of blanks filled chintz fabric showed better mechanical properties.
ПОДГОТОВКА КОНКУРСНЫХ РАБОТ ЛИЦЕИСТОВ ПО
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ ДЛЯ МАЛОЙ АКАДЕМИИ НАУК И
ПОПУЛЯРИЗАЦИЯ ПРОЕКТА В ТЕХНИЧЕСКОМ ЛИЦЕЕ
В.Ю. Иващенко, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Кафедра Материаловедения накопила богатый опыт участия в
ежегодном конкурсе Малой Академии наук Украины (МАН). Практически ежегодно мы помогаем учащимся Мариупольского технического
лицея подготовить научные работы на материаловедческую тематику.
Кроме того, эти же работы подаются лицеем для участия в других конкурсах научных работ, например, в конкурсе «Интел-Техно».
В продолжение 2013-2014 г. наша кафедра организовала подготовку 4-х лицеистов, двое из которых заняли первое место на городском этапе конкурса МАН в секции «Технические науки. Материаловедение». Трое из подготовленных приняли участие во всеукраинском
конкурсе «Интел-Техно» с двумя докладами, один из которых занял
третье место (с одним из докладов ребята выступили в паре).
Конкурс работ МАН направлен на комплексное оценивание знаний и навыков участников, поэтому для реализации этих этапов работа
университетского преподавателя с каждым из лицеистов включала:
теоретическую подготовку по выбранной теме; освоение методики
исследования; выполнение практической части исследований; подго-
The project "TEMPUS - MMATENG"
товку по работе с программным обеспечением, используемым для обработки результатов эксперимента; работу по подготовке доклада и
презентации. При этом Лицей и Университет действуют по принципу
синергии: Лицей осуществляет подготовку к обязательной контрольной работе, участвует в оформлении письменной работы, организовывает «обкатку» доклада с презентацией в рамках ежегодных «Дней
науки» Лицея. Со своей стороны кафедра так же обеспечила участие
всех 4-х лицеистов в конференции школьников в ПГТУ.
Следует отметить, что на заключительном этапе подготовки надо
было бы воспользоваться помощью психолога (лицей располагает такой возможностью) для формирования настроя на победу и моделирования реакции при поражении, поскольку, как показал опыт, не все
лицеисты справляются с психологическим напряжением в конкурентной борьбе. Более того, в конкурсе «Интел-Техно» предусмотрена такая форма, как публичный стендовый доклад, во время которого слушатели могут в свободной манере обсуждать с участником его работу,
чем активно пользуются конкуренты, высказывая негативное мнение о
предмете исследования, подрывая уверенность докладчика, понижая в
его глазах актуальность проделанной работы и заставляя сомневаться в
целесообразности выполненного.
Хотелось бы в заключении обсудить перспективы дальнейшего
участия в конкурсах МАН и подготовки лицеистов и школьников.
Университет, посылая своих преподавателей в лицей, заботится об
имидже и повышает привлекательность своего учебного заведения
перед потенциальными абитуриентами, тем более что для таких работ
руководство лицея подбирает учащихся с отличным уровнем подготовки и развитыми коммуникативными способностями. Однако амбиции выбранных участников в вопросе выбора будущего места учебы
распространяются за пределы родного города. Поэтому единственной
возможностью для Университета остается популяризация своей деятельности перед широкой аудиторией учеников.
Интересные возможности открывает факт участия ПГТУ в проекте TEMPUS-MMATENG, цель которого состоит в модернизации учебных планов материаловедческого направления подготовки. Популяризация достижений проекта позволяет раскрыть перед потенциальными
абитуриентами достоинства выбора специальностей нашего направления: изучение самых современных дисциплин, европейский уровень
высшего образования, возможность продолжить обучение по материаловедению в Европе, получив диплом в Приазовском техническом
17
университете.
ANALYSIS OF RESEARCHES OF SPECIFIC IMPACT ENERGY
ABSORPTION OF COMPOSITE MATERIALS
USED ON A TRANSPORT
V.G. Gavrilova, Associate Professor, PhD (Eng.), N.E. Karavaieva, Eng.,
Priazovskyi State Technical University
One of the most important properties of composite materials used in
structural elements of automotive and wagon building, is the ability to dissipate energy impact in a collision, while lowering risk of injury to passengers.
Metal structural and traditional plating does not provide the ability of
performing this task. Composite materials capable of absorbing large amounts
of energy during impact and minimally deformed, while, in the amount of
force it is constant during their destruction or has small fluctuation s. In structural materials there is no elastic deformation phase, like metals and main processes determining the absence of elastic deformation are cracking, fiber tear,
destruction of matrix detachment from the matrix of reinforcing fibers and
bundles. Thus, the macro- and microstructure of the composite material promote absorption of impact energy.
The analysis of investigations performed by different authors and the results of tests of composite materials made by polymerizing resin and a reinforcement of fiberglass and carbon fabric (carbon fiber, Kevlar, carbon, Kevlar) shows that the carbon fabric reinforcement provides the best results in
specific absorption of energy (60÷62 J/g), whereas the specific energy absorption of fiberglass reinforcing materials is in the range of 18÷34 J/g.
Materials reinforced with carbon plastics can be used for indoor decoration of cars, covering of car seats and salons as a material that provides high
specific strength and the best performance of passive safety.
ПОЛУЧЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ
ТЕХНОЛОГИЯХ
М.А. Григорьева, доц., к.т.н., В.А. Русецкий, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
В последнее время наблюдается тенденция все более быстрого
перехода разработок различного рода из научно-исследовательской
сферы в промышленность. Не последнее место в этом плане занимают
технологии получения тонких пленок. Широкое применение тонкие
The project "TEMPUS - MMATENG"
пленки получили в медицине, радиоэлектронике, микроэлектронике,
вычислительной технике, тензодатчиках и т.д. Уникальность и различие в механических, электрических, магнитных, оптических и многих
других свойствах между тонкими пленками и массивными образцами
послужили основанием использования их в различных областях науки
и техники. Поэтому в рамках проекта TEMPUS MMATENG освещение
данного направления является реализацией двухуровневой программы
подготовки (бакалавры/магистры) по инженерному материаловедению
на основе компетенций в области материаловедения в соответствии с
опытом Болонского процесса.
Свойства тонких пленок сильно отличаются от свойств массивного материала, что обусловлено спецификой её структуры. Тонкие
пленки получают путем осаждения атома за атомом, например, путем
конденсации из паровой фазы или электролитического осаждения металлической пленки из раствора. Часто образование зародышей и их
рост происходит одновременно в процессе образования плёнки. Адсорбированные атомы обладают большой поверхностной подвижностью, и часто ярко выраженные «островки» из материала плёнки образуются на подложке даже спустя длительное время после образования
зародышей. Эти островки сливаются и образуют непрерывную плёнку,
в этом случае толщина плёнки составляет несколько атомных слоёв.
Первым этапом теории зародышеобразования считается столкновение атомов или молекул пара с подложкой. При столкновении частицы пара могут адсорбироваться и прочно закрепляться на подложке, могут через промежуток времени испариться, а могут мгновенно
упруго отразиться от подложки.
Существует основная теория зародышеобразования в тонких
пленках, основанная на капиллярной модели. Капиллярная модель
предсказывает, что изменение свободной энергии при образовании
зародыша имеет максимум, т.е. зародыш по мере роста и прохождения
через критический размер имеет минимум устойчивости по отношении
к диссоциации в паровую фазу. Размер критического зародыша сильно
зависит от природы металла, для тугоплавких металлов, даже очень
маленькие зародыши являются устойчивыми. У металлов с низкой
температурой кипения зародыши должны стать достаточно большими,
прежде чем они станут устойчивыми. На шероховатой или дефектной
поверхности подложек могут работать специфические механизмы роста, не требующие начального образования зародышей.
Известны три механизма роста пленок: зародышевый, послойный
19
и спиральный. В основе этих механизмов лежат различные физические
процессы и их комбинации, что позволяет реализовать нанесение пленок разными технологическими методами, за счет чего и получить
многообразие свойств и толщин. Так, например, молекулярно-лучевая
эпитаксия позволяет получить пленку толщиной в один слой атомов.
Методы осаждения можно разделить на две большие группы, в
зависимости от того, какой процесс лежит в основе их получения химический или физический.
Плазмохимический процесс осаждения, используется для получения высокочистых твёрдых материалов. Процесс CVD часто используется в индустрии полупроводников для создания тонких плёнок. Как
правило, при этом процессе подложка помещается в пары одного или
нескольких веществ, которые, вступая в реакцию и разлагаясь, производят на поверхности подложки необходимое вещество. С помощью
CVD-процесса производят материалы различных структур: монокристаллы, поликристаллы, аморфные тела и эпитаксиальные, углеродное
волокно, углеродное нановолокно, углеродные нанотрубки и синтетические алмазы.
Физическое осаждение из газовой фазы (ФОГФ) - напыление
конденсацией из паровой (газовой) фазы - группа методов напыления
покрытий (тонких плёнок) в вакууме, при которых покрытие получается путём прямой конденсации пара наносимого материала. При
нанесении тонких пленок используют два метода генерации потока
частиц в вакууме: термическое испарение и ионное распыление.
Метод термического испарения основан на нагреве веществ в
специальных испарителях до температуры, при которой начинается
заметный процесс испарения, и последующей конденсации паров вещества в виде тонких пленок на обрабатываемых поверхностях, расположенных на некотором расстоянии от испарителя.
Технология ионно-плазменного нанесения основана на процессе
физического распыления поверхности материала (мишени), из которого необходимо создать пленку, ионами инертного газа, генерируемыми
в контактирующей с распыляемым материалом низкотемпературной
газоразрядной плазме. Поток распыленных частиц осаждается на приемную подложку, формируя пленочное покрытие.
ПЕРЕРАБОТКА ПЭТ - ОТХОДОВ
The project "TEMPUS - MMATENG"
И.М. Олейник, доц., к.т.н., В.Ю. Иващенко, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Переработка бытовых и промышленных отходов в Украине – одна из актуальнейших проблем, которая с каждым годом обостряется. В
аналитической записке 2014 года Комитета Верховной Рады по вопросам экологической политики, природопользования и ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы «Обеспечение устойчивого развития городов, как составляющей социально-экономической модернизации регионов Украины» отмечается, что остро стоит вопрос обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО), объемы которых, несмотря
на усилия местных властей и природоохранных организаций, постоянно растут. В соответствии с Директивами Европейского сообщества
(75/442/ЕЕС, 91/156/ЕЕС и др.) и на основании анализа влияния отходов на окружающую среду в странах ЕС стимулируются переработка и
повторное использование отходов (кроме сжигания и устройства полигонов).
В развитых государствах – Бельгии, Дании, Швеции, Нидерландах, Швейцарии – депонируется менее 10 % отходов, 40 - 65 % подвергается переработке, 25-50 % сжигается, в Украине депонируется 93 %
отходов, 4 % сжигают и около 3 % утилизируют.
Мировое производство пластмасс возрастает на 5-6 % ежегодно и,
по прогнозам, к 2020 году достигнет 250 млн. тонн. Использование
только пластмассовой упаковки сопряжено с образованием отходов в
размере 40 - 50 кг на человека в год. Увеличение объёма потребления
полимерных материалов ведет к накоплению неразлагающегося мусора из отслуживших свой срок пластмассовых изделий, что, в итоге,
приводит к загрязнению воздуха, почвы, грунтовых вод продуктами
неполного разложения.
Основной удельный вес в общей массе полимерных отходов занимает полиэтилентерефталат (ПЭТФ) – примерно 25 %. Уже сейчас
объемы его отходов только в Украине составляют 10,2 млн. тонн в год.
Весьма перспективным направлением переработки ПЭТ-отходов
является механическая и физико-химическая переработка отходов с
образованием гранулята. На сегодня в Украину ввозится свыше 10 тысяч тонн ПЭТ гранулята в месяц.
До недавнего времени, получать вторичное ПЭТ-сырье было
очень сложно, т.к. существующие технологии и оборудование для рециклинга полиэтилентерефталата были технически несовершенны и
убыточны. В настоящее время созданы и успешно работают недорогие
линии для переработки ПЭТ.
21
В Мариуполе работает завод «Kroyts-UA» по переработке полиэтиленовых, полипропиленовых и полистирольных отходов, однако
переработкой ПЭТФ - отходов предприятие не занимается. Поэтому
проблема переработки и повторного использования ПЭТФ - отходов
для нашего города является довольно актуальной.
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ
ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ В НОВОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
«МАТЕРИАЛЫ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ»
В.Ю. Иващенко, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
В рамках новой дисциплины «Материалы из возобновляемых источников», внедряемой в учебный процесс ПГТУ в соответствии с
проектом TEMPUS-MMATENG, рассматривается такая группа строительных материалов, как экоматериалы, большая подгруппа внутри
которых относится к материалам из возобновляемого сырья.
Повышение уровня опасности во внутреннем пространстве зданий за счет часто используемых при строительстве и отделке искусственных материалов приводит к необходимости сформировать новые,
более жесткие, требования к безопасности жилых и офисных помещений. Применяемые строительные материалы становятся источниками
токсинов, таких как: акрилат, бензол, фенол, формальдегид, фталат и
др., способных при больших концентрациях вызывать тяжелые заболевания — от аллергии до злокачественных опухолей. Состав воздуха
внутри помещений сегодня представляет глобальную проблему, влияющую на здоровье человека. Горожане проводят в сутки в зданиях
различного назначения до 80 % своего времени, именно поэтому пристального внимания требует контроль состава воздуха в учреждениях
здравоохранения и образования, а также в культурных, развлекательных, офисных помещениях и, наконец, в жилых.
Достигнуть требуемого уровня безопасности и одновременно
обеспечить комфортные условия для жизни и труда возможно в
первую очередь за счет использования экоматериалов.
Экологическая безопасность предусматривает не только незагрязнение окружающей среды, а также возможность переработки этих
материалов и повторного их использования. Поэтому при проектировании и организации производства целесообразно будет учесть воз-
The project "TEMPUS - MMATENG"
можность утилизации, организовав таким образом замкнутый цикл
«сырье ─ готовый продукт ─ сырье».
Для нашего загрязненного региона развитие производств, выпускающих экоматериалы и внедрение безопасных материалов в строительство - достаточно актуальная задача, поскольку использование
таких материалов позволило бы частично снизить риски для здоровья,
связанные с техногенной нагрузкой на население Мариуполя. Изучение экоматериалов позволит студентам-материаловедам не только повысить свой образовательный уровень, но и наряду с инженернотехнической и инженерно-экономической компетентностью сформировать инженерно-экологическую компетентность будущего молодого
специалиста.
НОВЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ
БЕЗОБЖИГОВЫХ САМАННЫХ БЛОКОВ
В.Ю. Иващенко, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
В рамках реализации международного проекта TEMPUSMMATENG кафедра материаловедения ПГТУ начала освоение новых
дисциплин, рекомендованных ведущими вузами Евросоюза. Предметом дисциплины «Материалы из возобновляемых ресурсов» являются
материалы, которые можно многократно перерабатывать, что в свою
очередь дало толчок к развитию нового для кафедры направления исследований по созданию природно-искусственного композита на основе саманной смеси.
Итак, саман – издавна используемый человеком кирпич-сырец,
состоящий из глины, песка и соломы – является безвредным для здоровья, экологически безопасным материалом, изготовление которого
до сих пор осуществляется кустарными и мелкосерийными производствами. Развитие промышленных технологий производства самана
сдерживается главным образом сезонностью сбора растительной составляющей – соломы, хранение которой сопряжено с постоянными
операциями проветривания-просушки с целью предотвращения гниения и заплесневения.
Предложено заменить солому на «несезонные» наполнители. В
качестве замены в состав смеси добавлялись: очес шерсти, обрезки
трикотажной ткани, ситцевой ткани. Так же испытаны различные добавки со связующими свойствами в разных комбинациях с наполнителями.
23
В работе использовались следующие методики испытаний: испытание жирности глины, определение гранулометрического состава
песка, механические испытания высушенного блока сырца на изгиб и
сжатие. По результатам испытаний лучшие механические свойства
продемонстрировала серия заготовок с наполнением ситцевой тканью.
Исследования по подбору наполнителей могут быть продолжены
также и с учетом оптимизации параметров технологических операций
подготовки наполнителей, замешивания саманной смеси, сушки.
The project "TEMPUS - MMATENG"
SUBSECTION №2
«THE IMPROVEMENT OF THE FUNCTIONAL
PROPERTIES OF METAL PARTS USING A SURFACE
ENGINEERING TECHNIQUES»
OBTAINING IN STEEL STRUCTURE (ALONG WITH
MARTENSITE AND CARBIDES) METASTABLE AUSTENITE TO
INCREASE WEAR RESISTANCE UNDER ABRASIVE ACTION
L.S. Malinov, Professor, DSc, I.E. Malysheva, Associate Professor,
PhD (Eng.), Priazovskyi State Technical University
A promising direction in improving the wear resistance of materials,
being exploited in the conditions of abrasive and impact-abrasive wear, is
using the principle of obtaining metastable austenite in the steel structure,
which is converted into martensite during loading deformation. It is first
proposed by I.N. Bogachev.
The dependence of the abrasive, impact-abrasive wear resistance and
mechanical properties on the stability and amount of austenite obtained after
various treatments regimes is established in a large amount of steels. During
determining wear resistance coefficient of dynamics (Kd) is taken into consideration.
It is shown that the existing in the literature point of view that to improve the wear resistance under abrasive effect it is necessary to have a
martensite-carbide structure with high hardness is not always true. In the
cases concerned, under low Kd = 1,1 to provide high abrasion resistance is
necessary to obtain the structure, along with other components (tempered
martensite and lower bainite with carbides) as much as possible amount of
the metastable retained austenite (> 25%) almost completely converted into
martensite under the influence of the deformation under the influence of the
abrasive particles. On the contrary, under the large values of K d = 2,7 in the
structure should be obtained small amount of the austenite (< 20 %) or its
maximum amount (> 60 %) of increased stability (in high alloyed manganese steel).
The heating temperature for quenching is suggested to significantly in25
crease (for 150-200 °C above the AC3 for hypereutectoid steels and AC1 - for
hypereutectoid ones) as compared with conventionally used for the structure
of the residual austenite steels. Choosing the heating temperature for
quenching may be regulated the amount and stability of the austenite, thereby enhancing the durability in various loading conditions.
Abrasion and impact-abrasive wear resistance of steels depend substantially on the mode of isothermal hardening and, therefore, the amount
and degree of the stability of the retained austenite. Abrasive resistance is
maximum in soaking up to 20 minutes, when formed, along with the lower
bainite, maximum amount (up to 30 %) of the residual austenite. It decreases with the exposure increasing and the austenite proportion decreasing.
Impact-abrasive wear resistance varies in the opposite direction.
It has been shown that not only low carbon carburized steels should be
exposed to cementation, as is usual now, but also construction, engineering
and medium-high-carbon tool, as well as high-alloy special steels. It is appropriate to obtain together with the martensite and carbides also the metastable austenite in its surface layer after the heat treatment and adjust its
amount and stability by the change of the temperature of heating for
quenching. It is shown that to obtain the highest level of durability it is necessary to harden quench-hardened steels with the temperature not by 3050° C higher than the AC1 point as usual, but with much higher, the choice
of which must be a differentiated approach with regard to the conditions of
the abrasive influence.
A great opportunity to increase the abrasive wear resistance of steels
opens surface heat treatment with the use of concentrated energy sources
(laser and electron beams, plasma jet). They provide a higher tempering
heating temperature than is usual. In many mid- and high-carbon low-alloy
steels after such tempering along with dispersed martensite and carbides is
insoluble in the structure of retained austenite is present, whose influence on
the abrasive wear resistance is usually not taken into account. Meanwhile,
by changing the parameters of treating concentrated sources of energy on
the surface of steels, the structure can be controlled by optimizing the
amount of retained austenite, and its stability degree as to the formation of
the deformation martensite in relation to the conditions of the abrasion. This
can significantly increase the abrasive wear resistance.
The project "TEMPUS - MMATENG"
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ПОД ЗАКАЛКУ СЕРОГО
И ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНОВ НА АБРАЗИВНУЮ
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
Л.С. Малинов, проф., д.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Для повышения абразивной износостойкости чугунов применяют
закалку. Обычно стремятся в результате ее проведения обеспечить
максимальную твердость за счет получения в структуре матрицы высокоуглеродистый мартенсит. При этом образующийся при закалке
остаточный аустенит рассматривают как нежелательную структурную
составляющую, снижающую твердость и, как полагают, абразивную
износостойкость. В связи с этим температуру нагрева под закалку
ограничивают ~ 850 С. В данной работе выбирали широкий интервал
аустенитизации.
Ранее показано на сталях и белых чугунах, что количество остаточного аустенита, если он интенсивно превращается при абразивном
воздействии в мартенсит деформации, не только не снижает, а, напротив, существенно её увеличивает.
Представляло интерес изучить такую возможность в сером и высокопрочном чугунах.
Для исследования были выбраны серый чугун СЧ 20 и высокопрочный чугун ВЧ 800-2. Закалку проводили с температур в диапазоне
от 750 до 1050 С. Охлаждение осуществляли в масле. Окончательной
термообработкой был отпуск при 200 С 1 ч. В работе применялись
металлографический, дюрометрический и рентгеновский фазовый анализы. Определение абразивной износостойкости проводилось на установке типа Бринелля-Хауорта. Эталоном служил соответствующий
нетермообработанный чугун.
Установлено, что с повышением температуры нагрева под закалку чугунов СЧ 20 и ВЧ 800-2 их твердость изменяется по кривой с
максимумом, который достигается после закалки с 850 С и составляет
у первого чугуна HRC 47, у второго HRC 55. Нагрев до более высоких
температур снижает твердость после закалки. Однако относительная
абразивная износостойкость при этом возрастает у исследованных чугунов и достигает максимума после закалки с 1050 С. Она составляет
у серого чугуна 2,5, а у высокопрочного – 3,5. Это обусловлено образованием после закалки в первом чугуне ~ 35 %, а во втором ~ 45 %
метастабильного аустенита, превращающего при абразивном воздействии в мартенсит деформации.
27
ПОЛУЧЕНИЕ В МОНОМАТЕРИАЛЕ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР
Л.С. Малинов. проф., д.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Получение слоистых материалов в настоящее время осуществляется соединением разнородных металлов или сплавов методами
литья, прокатки, сварки, наплавки и др. Одним из перспективных
направлений получения таких материалов может быть создание макроскопических (соизмеримых с размерами изделия) градиентов структурно-фазового состояния в объеме материала. Таким градиентам сопутствует чередование прочных и пластичных слоев. Это может быть
достигнуто применением различных способов дифференцированной
обработки. Она заключается в сочетании общего (объемного) и локального (местного) воздействия на материал. В результате последнего
механические, тепловые, магнитные поля распределяются не равномерно по всему объему, а локализуются в отдельных участках или
слоях. Это приводит к тому, что фазовые и структурные превращения
протекают в материале не одновременно, а в разной последовательности. Задачи общего и локального воздействий различны. Если в результате первого обеспечивают повышенные твердость и прочность,
то под действием второго - пластичность, ударную вязкость и - наоборот. Например, в листовой заготовке после общей термообработки
получают отпущенный мартенсит, а в поверхностном слое после градиентного нагрева - сорбит отпуска. Между поверхностью и сердцевиной образуется переходный слой, в котором одна структура постепенно переходит в другую. Создание такого слоистого материала может
быть целесообразно при необходимости сочетать высокую прочность с
сопротивлением коррозионному растрескиванию. При необходимости
получить твердую поверхность и вязкую сердцевину способы дифференцированной обработки должны приводить к созданию структур,
противоположных рассмотренному выше случаю. Материал с чередованием прочных и пластичных слоев можно создать сочетанием общей
деформации листовой заготовки и последующего разупрочняющего
нагрева поверхности. При таком способе перспективными являются
стали с метастабильным аустенитом, в которых поверхность обладает
повышенной износостойкостью, а сердцевина - прочностью. Может
быть получено и противоположное рассмотренному чередование слоев.
В мартенситностареющих сталях дифференцированные обработки обеспечивают чередование слоев состаренного и несостаренного
The project "TEMPUS - MMATENG"
мартенсита. Так закалкой получают во всем объеме листовой заготовки низкоуглеродистый мартенсит невысокой твердости (HRC 28-30).
Последующим градиентным нагревом поверхности на заданную глубину достигается его старение, что увеличивает твердость до HRC 5052. Может быть реализован и другой вариант дифференцированной
обработки, в результате которой во всем объеме получают состаренный мартенсит, а в поверхностном - несостаренный.
Способы дифференцированной обработки могут включать сочетание химико-термической и термической обработок. Используется не
только насыщение поверхности требуемыми элементами, но и, напротив, удаление их с поверхности. Например, в стали 10Г12 цементация
и последующая закалка создают в поверхностном слое структуру метастабильного аустенита, а в сердцевине – преимущественно мартенсита. Напротив, в стали 110Г6 обезуглероживание поверхности на заданную глубину позволяет получить слой с преимущественно мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью. Под ним располагается переходный слой с мартенситно-аустенитной структурой, а
затем - аустенитной. Варианты дифференцированных обработок многообразны. Поверхностный слой может обрабатываться источниками
концентрированной энергии с расплавлением, в том числе с дополнительным легированием. Одним из вариантов для реализации этого является химико-термическая обработка. При необходимости можно
получать высокую или низкую твердость поверхностного слоя. В ряде
случаев перед расплавлением на поверхность наносится порошкообразная смесь легирующих элементов, необходимых для получения
требуемой структуры. Возможен вариант, когда в результате расплавления происходит удаление из поверхностного слоя ненужных элементов. Многослойная структура может быть получена проведением последовательных упрочняющих и разупрочняющих обработок. При
этом каждая последующая обработка проводится на меньшую глубину, чем предыдущая. Получение слоев с различной структурой позволяет в одном материале обеспечить не только сильно различающиеся
механические свойства, но и физико-химические. Так может быть создано сочетание магнитных и немагнитных слоев, слоев с различными
коэффициентами линейного расширения, а также коррозионной стойкости. Применяя различные способы дифференцированной обработки,
регулируя режимы ее проведения, удается в широких пределах управлять глубиной, количеством слоев.
СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫЙ НАПЛАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НА
29
ХРОМОМАРГАНЦЕВОЙ ОСНОВЕ
В.Л. Малинов, доц., к.т.н., ООО ПИИ бюро «Веритас», Украина,
Л.С. Малинов, проф., д.т.н., ГВУЗ «ПГТУ», А.А. Голякевич, ген. дир.,
ТМ «Велтек», В.Н. Упырь, вед. науч. сотр. ТМ «Велтек»
В настоящее время большинство наплавочных материалов на
хромомарганцевой основе являются малоуглеродистыми (Нп30Х12Г10Т,
ПП-Нп-12Х12Г12СФ,
ПП-Нп-14Х14Г12СТ,
Св14Х14Г12АФ, ПЛ-Нп-20Г14АФ и др.). Это обусловлено необходимостью обеспечить удовлетворительную обрабатываемость наплавленного металла резанием. Однако немало встречается в практике случаев, когда от быстроизнашивающихся деталей точные размеры не
требуются. Обработка восстановленных наплавкой поверхностей производится абразивными кругами. В этом случае используют средне- и
высокоуглеродистые наплавочные материалы, обеспечивающие
наплавленному металлу химический состав, близкий к инструментальным штамповым сталям (3Х2В8Ф, 4Х5В10М2ФТ, 4Х4В4МФС,
У10Х7М3ФС). Следует подчеркнуть, что в результате наплавки этими
материалами в наплавленном металле образуется мартенситнокарбидная структура высокой твердости. Для предотвращения образования трещин при наплавке применяют предварительный подогрев
изделий, а после наплавки - высокий отпуск. Это требует дополнительных энергозатрат. Кроме того, применяемые наплавочные материалы дороги, т. к. содержат в повышенных количествах легирующие
элементы вольфрам и молибден, имеющие высокую стоимость.
В связи с тем, что в настоящее время остро стоит проблема ресурсосбережения, был создан экономнолегированный среднеуглеродистый наплавочный материал на хромомарганцевой основе, обеспечивающий получение в наплавленном металле структуры метастабильного аустенита, армированного карбидами, претерпевающего при
нагружении динамическое деформационное мартенситное превращение. Такая структура обеспечила наплавленному металлу высокую
абразивную износостойкость, что показали длительные эксплуатационные испытания. Новый наплавочный материал является самофлюсующимся. Он обладает хорошей технологичностью при наплавке.
При ее проведении не требуется подогрев, а после наплавки отпуск.
СВОЙСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО НАПЛАВЛЕННОГО
The project "TEMPUS - MMATENG"
МЕТАЛЛА МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, ПОЛУЧЕННОГО
ПРИМЕНЕНИЕМ НОВОГО ПОРОШКОВОГО ЭЛЕКТРОДА
В.Л. Малинов, доц., к.т.н., ООО ПИИ бюро «Веритас», Украина,
Л.С. Малинов, проф., д.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
В промышленности широко используются низкоуглеродистые
наплавочные материалы, обеспечивающие получение наплавленного
металла мартенситного класса. Они применяются для восстановления
и повышения долговечности плунжеров гидросистем, роликов МНЛЗ
и других быстроизнашивающихся деталей. Многие из современных
материалов содержат дорогие легирующие элементы: никель, молибден, вольфрам, что существенно повышает их стоимость.
Для получения низкоуглеродистого наплавленного металла мартенситного класса разработан новый экономнолегированный порошковый электрод, не содержащий указанные выше элементы. Основными легирующими элементами в нем являются хром, марганец и в небольших количествах - азот и ванадий.
Новый материал в виде порошковой ленты 103 мм обладает хорошей технологичностью при наплавке. Наплавленный им металл
имеет хорошее формирование и сплавление с основным металлом. В
нем отсутствуют поры, трещины, неметаллические включения. Технология и параметры режимов наплавки новым материалом не отличаются от таковых, применяемых при использовании для более дорогих
аналогов, выпускаемых промышленностью.
Особенностью структуры металла, наплавленного новым порошковым электродом, является присутствие наряду с низкоуглеродистым
мартенситом остаточного метастабильного аустенита (15-25 %) и небольшого количества хромистых карбидов. Твердость наплавленного
металла составляет 38-42 HRC.
Следует подчеркнуть, что близкие к исходным значениям твердости сохраняются и после нагрева на 450-500 С.
Определение износостойкости наплавленного металла при сухом
трении скольжения и абразивном воздействии при нормальной и повышенных температурах показывает, что она не менее, чем на 20-30 %
выше, чем у полученного стандартным более дорогим порошковым
электродом. Проведенные результаты показывают целесообразность
промышленного опробования нового экономнолегированного наплавочного материалов.
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ
31
ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКИ ПРИСАДОЧНОГО
МАТЕРИАЛА ИЗ СТАЛЕЙ И ЧУГУНА
Б.И. Носовский, доц., к.т.н., Л.С. Малинов, проф., д.т.н.,
Е.С. Рыхликова, магистрант, ГВУЗ «ПДТУ»
Способ электроконтактной приварки спеченых порошковых лент
нашел применение в промышленности для повышения износостойкости деталей. Однако он требует использования специально изготовленных, зачастую очень дорогих, электродных материалов.
В данной работе изучалась возможность нанесения покрытий методом электроконтактной приварки присадочного материала из сталей
различного химического состава (20, 45, 70 ХЛ, 60Х18) и высокопрочного ферритного чугуна (ВЧ 450-3). В качестве основы на которую
осуществлялась электроконтактная приварка служили стали 09Г2С,
10Г2ФБ и 45.
В работе применялись металлографический и дюрометрический
методы исследования. Проводились закалка и последующий низкий
отпуск.
Установлено, что хорошо привариваются к основе малоуглеродистые стали. Показано, что перед приваркой сталей с повышенным содержанием углерода их целесообразно обезуглеродить по плоскости,
которая будет приварена к основе, или использовать прокладку из низкоуглеродистой стали.
Высокопрочный чугун с ферритной матрицей хорошо приваривается к основе. Закалка и низкий отпуск позволяют в присадочном материале из сталей со средним и повышенным содержанием углерода
получить повышенную твердость (≥ HRC 50) и, соответственно, износостойкость.
Если приваренный к основе присадочный материал представляет
собой малоуглеродистую сталь, он должен подвергаться цементации,
последующей закалке и низкому отпуску.
Применение при электродуговой приварке в качестве присадочного материала вместо специально изготавливаемых дорогих спеченных порошковых лент сталей различного химического состава (или
отходов из них) открывает новые возможности для повышения долговечности деталей.
ВПЛИВ ТЕРМООБРОБКИ НА СТРУКТУРУ І ВЛАСТИВОСТІ
The project "TEMPUS - MMATENG"
КОРОЗІЙНОСТІЙКИХ СТАЛЕЙ AISI 304 ТА AISI 316
Н.А. Солідор, доц., к.т.н., В.П. Іванов, доц., к.т.н., ДВНЗ «ПДТУ»
Вельми актуальною проблемою ТОВ «НВО Маріленд» (с. Мангуш) є
прискорена корозія металорукавів для транспортування природного газу, що
виявляється вже при зберіганні виробів на складі підприємства. Слід зазначити, що повітря в складському приміщенні містить підвищений вміст солей і
характеризується високою вологістю. При цьому у впадинах металорукавів
відбувається осідання конденсату, що підсилює корозію виробів. У зв’язку з
вищевикладеним представляє практичний інтерес вивчення причин прискореної корозії і руйнування рукавів металевих зі сталей AISI 304 і AISI 316 та
можливість їх попередження.
У даній роботі представлені результати дослідження макро- та мікроструктури, корозійної зносостійкості аустенітних сталей залежно від режимів
їх термообробки. Об’єктом дослідження служили сталі AISI 304 і AISI 316
(мас. частки елементів): AISI 304 – ≤ 0,08 % С, ≤ 0,75 % Si, ≤ 2,00 %
Mn, 18,00-20,00 % Cr, 8,00-10,50 % Ni,  0,030 % S,  0,045 % P;
AISI 316 – ≤ 0,08 % С, ≤ 0,75 % Si, ≤ 2,00 % Mn, 16,00-18,00 % Cr, 10,0014,00 % Ni, 2,00-3,00 % Мо,  0,030 % S,  0,045 % P.
Одними з найвірогідніших причин прояву місцевої корозії (плями, пітінги, виразки) металевих рукавів є неоднорідний напружений стан і склад корозійного середовища. Дана продукція виготовляється за допомогою мікроплазмового зварювання з наступною деформацією в гофру заданого діаметра.
Характер корозійних пошкоджень і місця їх розташування (далеко від зварного шва та ЗТВ) дозволяють зробити висновок, що при виконанні зварювальних робіт несприятливих змін в металі зварного шва і біляшовної зони не
виникає. Пошкодження спостерігаються не по всій поверхні виробу, а в найбільш дефектних зонах з високим рівнем залишкових напружень між ребрами жорсткості (гофрами).
Для імітації умов роботи металорукавів зразки з обох сталей були попередньо гофровані відповідно до методики виготовлення деталей, що використовуються на виробництві. Після випробувань на електрохімічну корозію в
розчині сірчаної кислоти втрата маси деформованих зразків сталі AISI 304 без
термічної обробки склала 0,06 г, а сталі AISI 316 – 0,02 г; в сольовому розчині
– 0,16 і 0,11 г відповідно.
Одним з ефективних способів зниження рівня внутрішніх напружень в
сплавах є термообробка. У зв’язку з цим зразки досліджуваних сталей після
деформації піддавалися відпуску в інтервалі температур від 250 до 750 С з
метою зниження внутрішніх напружень (=30 хв.). Після відпуску охоло33
дження проводилося на спокійному повітрі. Потім зразки піддавалися електрохімічній корозії у 80 %-му водному розчині сірчаної кислоти (H2SO4) і
60 %-му водному розчині хлориду натрію (NaCl).
В ході досліджень встановлено, що корозійна стійкість зразків обох сталей змінюється неоднозначно. Так, збільшення інтенсивності корозійного
руйнування сталей AISI 304 і AISI 316 спостерігалося після відпуску при температурах 350, 650 і 750 °С, а зниження – при 450-550 °С, що підтверджується
показниками зміни маси досліджуваних зразків і вивченням їх макроструктури.
Згідно з отриманими даними, з підвищенням температури відпуску з
250 до 350 С відбувається збільшення швидкості корозії обох сталей, що,
імовірно, обумовлено закріпленням дислокацій атомами вуглецю (утворенням атмосфер Коттрелла). При цьому на поверхні металу спостерігається
утворення великої кількості дрібних роз’єднаних уражень (пітінгів), які в окремих місцях зливаються, утворюючи виразки.
При температурі 450 °С в сталях AISI 304 і AISI 316 починаються процеси розсмоктування атмосфер Коттрелла, а також зниження рівня внутрішніх напружень, що призводить до зменшення втрат маси з 0,12 до 0,09 г із 0,07
до 0,06 г відповідно. При цьому кількість пітінгів на поверхні зразків різко
зменшується.
Встановлено, що до електрохімічної корозії в меншій мірі схильні зразки сталей AISI 304 і AISI 316 після відпуску при температурі 550 ° С. Ймовірно, це пов’язано з тим, що при даній температурі в сталях повністю знімаються внутрішні напруження, отримані в результаті попередньої деформації, і
корозія протікає з найменшою швидкістю. При цьому найменшими втратами
маси характеризуються зразки сталі з мікродобавками молібдену (AISI 316).
Збільшення швидкості корозійних процесів досліджених сталей після
відпуску при 650-750 °С обумовлено збіднінням аустенітної матриці вуглецем і хромом в результаті виділення карбідів Cr23C6, Cr7C3, що викликає утворення прикордонних ділянок зі зниженим електрохімічним потенціалом. Ці
фактори інтенсифікують корозійне руйнування на поверхні обох сталей. При
цьому на поверхні зразків досліджених сталей чітко видно численні мікропітінги і осередки корозійного руйнування, які більш яскраво виражені у зразків
сталі AISI 304.
На підставі проведених досліджень для металорукавів, що виготовляються зі сталей AISI 304 і AISI 316, з метою зниження схильності до корозійного руйнування (пітінгової корозії) рекомендується проведення відпуску для
зняття внутрішніх напружень при температурі 550 °С протягом 30 хвилин.
ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА
The project "TEMPUS - MMATENG"
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХРОМА МЕЖДУ СТРУКТУРНЫМИ
СОСТАВЛЯЮЩИМИ ИЗНОСОСТОЙКИХ БЕЛЫХ ЧУГУНОВ
В.В. Нетребко, доц., к.т.н.,
Запорожский национальный технический университет
Применение высокохромистых чугунов обусловлено разнообразием образующихся в них карбидов и структурой металлической основы. Основным элементом, определяющим свойства этих чугунов, является хром. В зависимости от соотношения Cr/C образуются карбиды
с различной твердостью. Количество хрома находящееся в металлической основе (не связанное в карбиды) определяет структурное разнообразие, износостойкие и коррозионные свойства этих чугунов. Изменение распределения хрома между структурными составляющими в
процессе термической обработки имеет большое значение при получении чугунов с заданными свойствами.
Исследовали чугуны составов: 2,32% С, 11,48% Cr, 3,45% Mn,
2,41% Ni, 1,02% Si и 3,28% С, 21,76% Cr, 5,26% Mn, 2,84% Ni,
0,88% Si. Литые образцы подвергались отжигу (в течение 9 часов при
680°С с последующим охлаждением с печью) или нормализации (выдержка в течение 4,5 часов при 1050°С с последующим охлаждением
на воздухе).
В результате проведенных исследований установлено, что при
термической обработке высокохромистых чугунов легированных Mn и
Ni, происходит значительное перераспределение хрома между структурными составляющими. Содержание хрома в карбидах увеличивается, а в металлической основе уменьшается. Отжиг чугуна, содержащего 11,48% Cr, уменьшал неравномерность распределения хрома в металлической основе, а у чугуна, содержащего 21,76 % Cr, увеличил. В
чугуне, содержащем 11,48 % Cr, в течение выдержки при 1050°С с последующей нормализацией происходил распад термодинамически неустойчивой карбидной фазы на аустенит и высокохромистый карбид
(Cr,Fe)7C3 с появлением областей аустенита внутри карбидов в виде
канальцев и обеднение околокарбидных зон хромом.
Анализ полученных результатов позволяет рекомендовать:
- термическую обработку, не вызывающую α↔γ превращений для чугунов, эксплуатируемых в условиях воздействия коррозионной среды;
- нормализацию от 1050° С для высокохромистых чугунов, легированных Mn и Ni, эксплуатируемых в условиях абразивного изнашивания.
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
35
ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И
СВОЙСТВА ЦЕМЕНТОВАННОЙ СТАЛИ 20ГЛ
А.П. Чейлях, проф., д.т.н., Н.Е. Караваева, инж., ГВУЗ «ПГТУ»
Одной из главных задач, решаемых на предприятиях, является
ресурсосбережение, обусловленное постоянно растущими ценами на
железорудное сырье, другие материалы и, как следствие, на металл.
Повышение долговечности сменно-запасных деталей из различных
марок стали для оборудования и инструментов машиностроительных и
металлургических заводах позволяет существенно сократить расход
материалов.
В данной работе рассматривается влияние высокотемпературной
термоциклической обработки (ВТЦО) на структуру и свойства цементованной стали 20ГЛ с целью получения оптимальной микроструктуры и повышения свойств. В стали основным легирующим элементом
является марганец, относительно не дорогой и доступный в Украине.
Образцы стали 20ГЛ размерами 10х10х25 мм подвергались цементации в твердом карбюризаторе в течение 12 часов с охлаждением
в коробе. После этого проводилась ВТЦО с нагревом до
950 °С↔20 °С, последующей закалкой в воду с температур 850 °С и
1000 °С и низким отпуском при 180 °С. Число циклов составляло 5,11
и 17 (закалка с температуры 850 °С) и 2, 8 и 14 циклов (закалка с температуры 1000 °С).
С увеличением количества циклов структура измельчается. После
2-х циклов ВТЦО (закалка с температуры 1000 °С) и после 5 циклов
ВТЦО (закалка с температуры 850 °С) у поверхности образцов наблюдается аустенитно-мартенситная структура, встречаются отдельные
довольно крупные цементитные выделения.
С увеличением количества циклов до 14-ти циклов ВТЦО цементит преимущественно растворяется в аустените, но по границам зерен
выделяются цепочки карбидов. На больших глубинах по толщине образцов образуется структура троостит + мартенсит. Мартенситные иглы видны только в отдельных зернах. Выделение цементита очень
дисперсное, частицы имеют глобулярную форму.
Анализ изменения структуры по толщине образцов после различных режимов ВТЦО позволяет сделать вывод, что она является весьма
целесообразной для измельчения структуры и получения дисперсных
выделений цементитной фазы, при этом получаем уникальные изменения структуры и свойств.
Наиболее высокие показатели относительной износостойкости
при сухом трении металла по металлу наблюдаются после 2-х циклов
ВТЦО (закалка с температуры 1000 °С) (ε=2,5) и после 11-ти циклов
The project "TEMPUS - MMATENG"
ВТЦО (закалка с 850 °С) (ε≈3). При изнашивании сухим трением
скольжения металла по металлу, необходимо получение в структуре
наряду с Аост так же мартенсита и карбидов, выделение которых, в
свою очередь, дестабилизируют остаточный аустенит и способствуют
его дальнейшему ДМПИ.
При абразивном изнашивании в среде электрокорунда образцы
после 2-х циклов ВТЦО (закалка с температуры 1000 °С), после 5- ти и
11-ти циклов ВТЦО (закалка с температуры 850 °С) обладают близкими значениями относительной износостойкости (ε≈2,5).
Это можно объяснить тем, что при абразивном изнашивании идет
более интенсивное воздействие абразива на поверхность образца.
Структура, с большим содержанием Аост является для этого вида изнашивания оптимальной.
Повышение относительной износостойкости можно объяснить
получением оптимальной структуры - мартенсита, карбидов и Аост,
способного к деформационному γ→α′ превращению при изнашивании
(ДМПИ). Так же образование под твердым цементованным и закаленным поверхностным слоем более мягкого, чем обычно, слоя (с пониженным содержанием углерода) тормозит распространение трещин
разрушения, возникающих в поверхностном закаленном слое.
Практическая ценность работы заключается в том, что изменением параметров поверхностных обработок можно регулировать количественное соотношение между аустенитом и мартенситом, изменять
степень метастабильности аустенита, получать в поверхностных слоях
различный химический состав и структуры.
РАСЧЕТ ВЫСОТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ
ЦЕМЕНТОВАННОЙ СТАЛИ 50Г
А.П. Чейлях, проф., д.т.н., Н.Е. Караваева, инж., М.А. Рябикина, доц.,
к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Износостойкость деталей машин определяется структурнофазовым состоянием поверхностных слоев и может быть значительно
улучшена за счет их модификации, например цементацией.
Целью настоящей работы является применение различных математических методов для оценки параметров шероховатости цементованной стали 50Г.
Образцы состава стали 50Г подвергались цементации в твердом
карбюризаторе при температуре 930 ºС с выдержкой 10 часов (охла37
ждение в коробе), закалке в масло от различных температур в интервале 800 – 1100 ºС и низкому отпуску при 200 ºС.
Испытания исследованных образцов в условиях абразивного изнашивания показали, что максимальной относительной износостойкостью (ε=4,16) обладает цементованная сталь 50Г после закалки от
1000 °С и отпуска при 200 °С. После испытаний на абразивное изнашивание проводилось исследование изношенной поверхности образцов с помощью сканирующего 3D микроскопа Digital microscope VHX1000.
Определялся профиль поверхности изнашивания (рис. 1), а также
высоты
микронеровностей
профиля yi.
Шероховатость поверхности рассматривалась как совокупность чередующихся выступов и впадин с относительно малыми расстояниями
между их вершинами (шагами). Для оценки шероховатости поверхности ее изучают в
пределах
ограниченного
Рис. 1 – Изношенная поверхность
участка, длина которого назыобразцов из цементованной стали
вается базовой длиной - ℓ.
50Г после закалки от 1000 °С и отВеличина ℓ составила 2698
пуска при 200 °С.
мкм.
С помощью Excel были рассчитаны:
1. Среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений
профиля Ra=6,76 мкм.
2. Сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля
Rz=24,8 мкм.
3. Расстояние между линией выступов и линией впадин профиля
Rmax=33,03 мкм.
При статистической обработке высотных показателей шероховатости с помощью пакета «Анализ данных в Excel» получены числовые характеристики, приведенные в рис. 2. По расчету видно, что
уср.=6,76 мкм и совпадает с величиной Ra. Медианное и модальное значения y выше и равны соответственно 7,021 и 7,756 мкм. Ex=−0,567
свидетельствует о том, что распределение значений шероховатости
плосковершинное, а положительный коэффициент асимметрии
As=0,576 подтверждает несовпадение среднего арифметического, моды
The project "TEMPUS - MMATENG"
и медианы и несимметричность профиля изнашивания (правая ветвь
длиннее левой). Минимальный высотный показатель шероховатости
ymin=0,004≈0 мкм, а максимальный ymax=15,124 мкм.
Рис. 2 - Результаты статистического анализа высотных показателей шероховатости.
Рис. 3 – Микрорельеф поверхности изнашивания, аппроксимирующая кривая и уравнение зависимости высоты профиля
Также для описания профиля применялись методы нелинейного
регрессионного анализа, результаты расчетов представлены на рис. 3.
39
Регрессионный анализ, в координатах высота профиля − ширина исследуемого изношенного участка, показал, что исследуемая зависимость хорошо аппроксимируется убывающей кривой вида:
У = 0,0007·x2 − 0,2672·x + 35,664.
Коэффициент детерминации R2=0,9495≈1 свидетельствует о
близости математической модели опытным данным.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ
ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И
СВОЙСТВА СТАЛЕЙ С МЕТАСТАБИЛЬНЫМ АУСТЕНИТОМ
А.П. Чейлях, проф., д.т.н., В.В. Золочевский, асп., ГВУЗ «ПГТУ»
Одним из важнейших направлений решения проблемы ресурсосбережения является разработка экономнолегированных сталей, обеспечивающих повышенные механические и служебные свойства деталей машин и инструментов. Последнее обуславливает существенную
экономию металла. При этом недостаточно внимания уделяется изучению метастабильных состояний упрочненных слоев, способных к развитию деформационных мартенситных превращений в процессе испытаний (ДМПИ) и эксплуатации, что обеспечивает эффект деформационного самоупрочнения и повышения эксплуатационного ресурса изделий.
В данной работе исследовалась возможность формирования метастабильных структур в стали с использованием плазменного нагрева с
различной величиной тепловложения. Для исследований использовались образцы сталей с 2-8% хрома (30Х2Г6С2Ф, 30Х4Г6С2Ф,
30Х6Г6С2Ф, 30Х8Г6С2Ф), в структуре которых с увеличением содержания хрома уменьшается количество мартенсита с 86 % до 0 %, соответственно возрастает количество остаточного аустенита с ~16 % до
100 %. Плазменная закалка осуществлялась с различной величиной
тепловложения, что регулировалось скоростью перемещения образцов
относительно плазменной струи аргона (от 0,08 м/час до 0,63 м/час).
Соответственно, нагрев проводился до различных температур от 800900 °С без оплавления до 1500-1600 °С со средним оплавлением поверхности. После плазменного воздействия происходило естественное
охлаждение упрочненной поверхности за счет теплопроводности стали, со скоростью выше критической. Величиной тепловложения регу-
The project "TEMPUS - MMATENG"
лировали различные фазово-структурные состояния упрочненного
слоя с содержанием различного количества и степени метастабильности остаточного аустенита (Аост) наряду с мартенситом и цементитом.
Такой способ позволяет получить повышенные количества остаточного аустенита (Аост) в упроченном слое метастабильной хромомарганцевой стали с различным содержанием хрома, что открывает
определенные возможности создания и использования метастабильных
состояний для повышения надежности и долговечности деталей
оборудования. На процесс плазменной обработки влияет несколько
параметров. Чем больше величина тепловложения, тем больше
глубина упрочненной зоны и дальше по глубине располагается
максимум микротвердости, и наоборот.
ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВОГО ИНСТРУМЕНТА
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЛАЗМЕННОГО
ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ
Ю.С. Самотугина, доц., к.т.н., ДВНЗ «ПГТУ»
Одним из наиболее экономичных и универсальных методов поверхностного упрочнения деталей и инструмента является обработка
высококонцентрированной плазменной струей. При этом важным преимуществом плазменного упрочнения является возможность получения на экономнолегированных углеродистых сталях значений твердости и прочности, соответствующих высоколегированным сталям после
традиционной объемной термической обработки. Одной из перспективных областей реализации такого подхода является упрочнение
штампового инструмента.
Для штампов горячей штамповки, работающих в легких условиях
(с малыми удельными давлениями, для обработки мягких и пластичных сплавов) применяют углеродистые стали с содержанием углерода
0,6-1,0% – марок У7, У8 и У9. Для молотовых штампов используют
среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХСНВ, 4ХСМФ. Из этих
сталей наиболее распространенной и, как отмечается в работе,
наилучшей является сталь 5ХНМ.
Особенности фазовых и структурных превращений при плазменной закалке исследованы для низколегированных инструментальных
сталей с различным содержанием углерода и легирующих элементов:
50ХН, У8, ХВГ, У10.
41
В исходном состоянии сталь 50ХН имеет структуру – пластинчатый перлит + феррит в виде сплошной или разорванной сетки.
После объемной закалки сталь имеет структуру мартенсита преимущественно игольчатой (пластинчатой) морфологии.
Основной структурной составляющей зоны плазменной закалки
также является мартенсит. Независимо от исходного состояния стали,
он характеризуется очень высокой степенью дисперсности (т.н. бесструктурный мартенсит).
Вместе с тем, высокая степень дисперсности и однородности
структуры, высокая твердость закаленной зоны свидетельствуют, что
независимо от механизма фазового перехода существенную роль при
плазменной закалке играет диффузионное перераспределение углерода
в аустените. Образующиеся мелкие зерна аустенита имеют общую
ориентировку в пределах исходных зерен феррита (и соответственно,
бывшего аустенитного зерна). Границы между одинаково ориентированными зернами аустенита в структуре закаленной зоны в доэвтектоидных сталях металлографически не выявляются.
В структуре сталей эвтектоидного состава избыточные фазы
(феррит, цементит) отсутствуют, поэтому при скоростном плазменном
нагреве основным является превращение зернистого или пластинчатого перлита в аустенит. В исходном состоянии сталь У8 имеет структуру преимущественно зернистого перлита с отдельными крупными зернами пластинчатого перлита, сталь ХВГ – зернистого перлита. После
объемной закалки от стандартных температур стали приобретают достаточно высокую твердость и структуру крупноигольчатого мартенсита. Плазменная закалка приводит к получению структуры высокодисперсного мартенсита преимущественно пластинчатой морфологии
и более высокой твердости по сравнению с объемной закалкой.
Большой практический интерес представляет плазменная обработка углеродистых и инструментальных сталей заэвтектоидного состава. Исследованная сталь У10 в нормализованном состоянии имеет
структуру мелкопластинчатого перлита с разорванной сеткой и отдельными крупными частицами цементита. Для таких сталей оптимальной считается закалка с нагревом до температур межкритического
интервала – на 50…70 °С выше Ас1. В результате сталь имеет структуру мартенсит + цементит и достаточно высокую твердость. Нагрев до
более высоких температур (выше Ас1) приводит к более полному растворению цементита, росту зерна и увеличению содержания остаточного аустенита, что не способствует повышению твердости и резко
The project "TEMPUS - MMATENG"
увеличивает хрупкость.
При скоростном плазменном нагреве заэвтектоидной стали У10
до температуры Ас1 и выше одновременно идут два процесса: превращение П→А, аналогично эвтектоидной стали, и растворение избыточного цементита, которое начинается на его границе с перлитным ферритом. Это, в свою очередь, может приводить к некоторому ускорению
превращения П→А. После завершения превращения П→А и выравнивания концентрации углерода по бывшему перлитному зерну процесс
растворения избыточного цементита ускоряется. Увеличение температуры плазменного нагрева вплоть до Т пл приводит к практически полному растворению избыточного цементита (отдельные фрагменты нерастворившихся цементитных частиц сохраняются лишь в нижних
слоях ЗПВ – вблизи исходного металла). Твердый раствор дополнительно насыщается углеродом и характеризуется высокой концентрационной неоднородностью – ввиду крайне малой длительности выдержки гомогенизация аустенита замедляется. В отсутствие цементитных частиц рост зерна аустенита при перегреве не происходит – структура зоны плазменной закалки характеризуется высокой степенью
дисперсности.
Дополнительное упрочнение достигается за счет частичного распада (самоотпуска) мартенсита и выделения субмикроскопических
частиц вторичных карбидов, равномерно распределенных в мартенситной матрице. Твердость стали У10 после плазменной закалки значительно выше, чем после объемной закали. В целом, можно сделать
вывод, что плазменная обработка заэвтектоидных сталей с пластинчатым или зернистым избыточным цементитом по кинетике фазовых и
структурных превращений и достигаемым свойствам аналогична обработке сталей эвтектоидного состава.
Таким образом, металлографические и рентгеноструктурные исследования углеродистых и низколегированных инструментальных
сталей с содержанием углерода 0,3…1,5% показали, что плазменная
поверхностная обработка является высокоэффективным методом термического упрочнения.
В результате плазменной обработки достигается 3,5…4,5- кратное
повышение твердости сталей по сравнению с нормализованным состоянием и на 100…150 HV по сравнению с объемной закалкой в печи.
Плазменная поверхностная обработка может быть рекомендована
взамен объемной закалки для инструмента из углеродистых и низколегированных инструментальных сталей, глубина допустимого износа
43
которых в процессе эксплуатации не превышает глубину упрочненного слоя.
Предложено проводить замену штампового инструмента из высоколегированных сталей после объемной термической обработки инструментом из указанных сталей, упрочненных плазменной струей.
Проведены исследования структуры и фазового состава штамповых
сталей после плазменной обработки. Проведена оптимизация режимов
поверхностного упрочнения с целью получения бездефектных зон
плазменного влияния. Получено четырех кратное увеличение стойкости штампов при применении технологии плазменной поверхностной
обработки.
СРАВНЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ЧУГУНОВ В УСЛОВИЯХ
ЛАБОРАТОРНЫХ И СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
Т.В. Пастухова, асп. ГВУЗ «ПГТУ»
В работе представлены результаты анализа износостойкости высоколегированных белых чугунов со сфероидальными карбидами ванадия
(таблица 1) в сопоставлении с износостойкостью твердого сплава ВК8.
Чугуны были подвергнуты закалке от 920 оС и отпуску при 200 оС.
Таблица 1 – Химический состав исследованных чугунов
Сплав
SCI-1
SCI-2
SCI-5
C
3,23
3,00
3,11
Mn
4,02
3,92
4,12
Содержание, масс. %
Si
Cr
V
0,99
0,01
9,87
1,07
4,37
9,14
1,05
4,32
7,34
Ni
1,56
1,60
1,59
Испытания проводили в Запорожском национальном техническом
университете в лабораторных условиях при трении по электрокорунду
(two body abrasion) и в стендовых условиях по схеме истирания сжатым столбом абразивной массы на установке, имитирующей формование шамотных огнеупоров в штампах (three body abrasion).
Было установлено, что чугун SCI-2 продемонстрировал наилучшую износостойкость в условиях как лабораторных, так и стендовых
испытаний. Этот чугун содержит в своей структуре 15,5 % сфероидальных карбидов ванадия, 8,5 % эвтектических карбидов Ме 7С3, рас-
The project "TEMPUS - MMATENG"
пределенных в матрице, состоящей из 36 % мартенсита и 64 % остаточного аустенита. В условиях стендовых испытаний чугун SCI-2 проявил себя как альтернатива твердому сплаву. Несмотря на 3-х кратное
превосходство ВК8 в износостойкости, стоимость твердого сплава в
12-15 раз превышает стоимость чугуна SCI-2, что с учетом соотношения «цена-износостойкость» делает применение чугуна более выгодным. Кроме того, чугун более технологичен и дает возможность получения изделий доступным методом литья, в то время как получение
изделий из твердого сплава требует проведения операций спекания
или горячего изостатического прессования. Таким образом, использование чугуна SCI-2 взамен сплава ВК8 является технологически и экономически более предпочтительным.
45
SUBSECTION №3
«PHASE AND STRUCTURAL TRANSFORMATIONS IN
STEELS AND ALLOYS»
ВПЛИВ ОБРОБКИ УДАРНОЮ ХВИЛЕЮ НА ВИТРИВАЛІСТЬ
ВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ ПРИ ВТОМІ
І.О. Вакуленко 1, О.Г. Лісняк 4, О.М.Перков 4, В.Г. Єфременко 2
В процесі обробки металевих матеріалів ударною хвилею (І) з метою формоутворення виробу або зварювання, отриманий ефект має
чітко виражену порогову залежність від тиску в ударній хвилі. Досвід
використання вказаної обробки свідчить, що рівень зміцнення може
перебільшувати в декілька разів ефект від еквівалентної пластичної
деформації. Матеріалом для досліджень була сталь 45 залізничної осі
колісної пари з кількістю вуглецю 0,44 % при інших хімічних елементах в межах марочного складу. Обробку ударною хвилею здійснювали
на устаткуванні типу «Іскра-23» у ванні з водою при напрузі пробою
15-18кV. Обробка складалася з набору до 15 тис. імпульсів при амплітуді 1-2 ГПа і частоті 2-3 Гц.
Після обробки термічно зміцненої сталі ударною хвилею отримано підвищення твердості на 11 % (від 46,6 до 51,8 HRC). Тобто застосована обробка за характером свого впливу відноситься до зміцнювальних технологій, хоча за інших умов може спостерігатися і ефект
пом’якшення. Порівняльний аналіз ходу кривих для області малоциклової втоми і перехідної частини до багатоциклового навантаження
свідчить про існування якісно різних за характером структурних перетворень в металі. Для області малоциклової втоми при великих ступенях циклічного перевантаження збільшення амплітуди (в) супроводжується зменшенням різниці в значеннях обмеженої витривалості.
1
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. А. Лазаряна.
2
Приазовський державний технічний університет.
The project "TEMPUS - MMATENG"
Окрім цього, здійснення екстраполяції кривих втоми в область дуже
високих амплітуд циклічного навантаження вказує на можливість
отримання протилежного за характером ефекту: дія ударної хвилі може знижувати обмежену витривалість. Більш пологий вигляд експериментальної кривої циклічного навантаження металу після обробки (І)
вказує на достатньо ефективний її вплив на витривалість. З іншого
боку, після дії ударної хвилі амплітуда циклічного навантаження за
умов досягнення однакової витривалості суттєво зростає. Особливо це
відноситься до перехідної частини кривих втоми. За умов, коли амплітуда приблизно однакова, для різних областей циклічного навантаження (мало- або багатоциклова втома) збільшення витривалості металу може сягати 30 %.
З метою можливого визначення механізму впливу дії імпульсів
ударної хвилі на вигляд кривої циклічного навантаження була проведена
оцінка ступеню пластичної деформації за цикл навантаження. Враховуючи виникнення на поверхні металевого матеріалу при циклічному навантаженні інтрузій і екструзій, які обумовлені переміщеннями і взаємодією дислокаційних угруповань, величина деформації за цикл повинна
характеризувати швидкість накопичення необерненої пошкоджуваності
при втомі. Величина пластичної деформації за цикл навантаження ()
може бути оцінена за співвідношенням Кофіна-Менсона, яке зв’язує
величину  з кількістю циклів до руйнування (Nf):
  (N f )a  b ,
(1)
де a - постійна величина, яка дорівнює приблизно 0,5; b - величина, яку ототожнюють з істиною деформацією металу при руйнуванні, приймається рівною приблизно 1. Підставляючи в (1) для амплітуди
навантаження 560 МПа відповідну кількість циклів до руйнування зра
зків металу в стані після гартування і відпуску 300 С (Nf =106 циклів)
та після обробки ударними хвилями (Nf =1,445106 циклів), отримали
значення , які дорівнювали 10-3 і 0,8310-3 відповідно. Таким чином,
введення додаткової кількості дефектів кристалічної будови в вуглецеву сталь при навантаженні ударною хвилею практично не супроводжується розвитком процесів анігіляції з дефектами після гартування і
відпуску, що підтверджується підвищенням твердості. З іншого боку,
зростання витривалості металу після обробки (І) з великою вірогідністю може бути зв’язаним з розвитком в процесі циклічного навантаження розблокування дислокацій, що введені в метал при гартуванні
та взаємодією з дислокаціями, які утворюються від дії ударною хвилі.
Таким чином, піддаючи вуглецеву сталь в структурному стані пі47
сля гартування на мартенсит з відпуском при 300 оС дії імпульсів ударної хвилі, можна досягти ефекту зміцнення металу. За умов однакової
амплітуди циклічного навантаження вказана обробка (І) сприяє підвищенню витривалості до 30 %.
ТЕРМОДИНАМИКА И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ
НЕСТАБИЛЬНОГО АУСТЕНИТА
И.Ф. Ткаченко, д.т.н., проф., Ф.К. Ткаченко, д.т.н., проф.,
ГВУЗ «ПГТУ»
На диаграмме состояния Fe-Fe3C аустенит существует в области
температур от 723 до 1492 С при изменении концентрации в нем углерода в пределах от 0,02 до 2,14 %.
Атомы углерода растворяются по типу внедрения, занимая в
ГЦК-решетке октоэдрические междоузлия. Таких междоузлий в ГЦК –
решеток. Равно числу атомов, т.е. на один атом приходится одно междоузлие. Число тетраэдрических междоузлий в два раза больше числа
атомов железа. Давно обращено внимание на то, что максимальное
число растворенных атомов углерода составляет всего ¼ от числа атомов кристалла.
Таким образом, в 1 г/ат железа при числе атомов октомеждоузлий NА = 6,02· 1023 занимается атомами углерода nc = 1,5·1023,
остальные 4,5·1023 остаются не занятыми.
Отсюда следует, что растворению углерода препятствует заполнение соседних 3 октомеждоузлий, что, очевидно, связано с взаимодействием атомов углерода в растворе.
Расчетно-аналитическое исследование корреляционных связей
между теплотой сублимации и электронными характеристиками, электроотрицательностью железа и 20 элементов позволило установить
корреляционные зависимости, отражающие характер и уровень межатомного взаимодействия на уровне R2 0,8.
Установлено, в частности, что в растворах на основе железа преобладают два типа межатомных связей: металлическая и ионноковалентная. Ионно-ковалентная преобладает у таких металлов, как V,
Ti, Mo, Nb, W, Zr и др., относительно сильно она выражена у элементов: H, B, C и N, благодаря чему они дают сильный упрочняющий эффект, зависящий от позиции в кристаллической решетке. Например,
атомы углерода при изменении позиции (окто-тетра) изменяют энер-
The project "TEMPUS - MMATENG"
гию связи на величину Н  18 кДж/г·атом, что может являться причиной изменения стабильности при изменения режима охлаждения.
ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ТОКОМ НА ПАРАМЕТРЫ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ И
СТРУКТУРУ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКОГО СПЛАВА
AL-18,5 МАС.% SІ
А.Г. Пригунова, в.н.с., ФТИМС НАН Украины,
М.В. Кошелев, н.с., ИПМ НАН Украины; С.С. Петров, доц., НМетАУ
Для разработки эффективных способов модифицирования заэвтектических силуминов исследовано влияние обработки расплава однополярным импульсным электрическим током по специально разработанным режимам (II, j↑ и III, j↑↑) на микроструктуру, температуры и
термодинамические характеристики фазовых превращений при нагреве и охлаждении сплава Al - 18,5 мас. % Si. Отличие II, j↑ и III, j↑↑ - в
более высоких плотностях тока при режиме III, j↑↑. Результаты дифференциально-термического анализа приведены в таблице.
Образец
Исходный
Al–18,5 %
Si
II, j↑
III, j↑↑
Tн1 Tp1 Tн2 Tp2 Tp T1 T2 τ
τ1 H1
898 880 843 830 50 55 94 920
390 -14,7 -384,9
H2
918 891 838 816 75 80 101 1300 540 - 6,8 -367,5
923 889 840 824 65 99 84 1170 420
–
-376,6
Примечание: индекс 1 – Si-фаза, индекс 2 – эвтектика,
Tн – температура начала кристаллизации, К;
Тр – температура пика (максимальной скорости тепловыделения), К;
T – интервал температур, К;
τ – продолжительность кристаллизации, с;
H – удельная теплота кристаллизации, Дж/г.
Обработка расплава однополярным импульсным электрическим
током по специальным режимам и способам подачи сигнала уменьша49
ет степень его микронеоднородности. Изменяется ближний порядок
атомов в кластерах Si, уменьшается их размер и объёмная доля. Это
приводит к уменьшению удельной теплоты кристаллизации первичных кристаллов кремния (Si1) более, чем на 50 %, эвтектики на 2– 4 %.
Повышается температура ликвидус сплава на 20 – 25 К, при снижении
температуры солидус на 6 – 14 К. При кристаллизации образуются
новые модификации Si с металлическим типом межатомного взаимодействия, уменьшается размер и количество кристаллов Si1, вплоть до
полного их отсутствия в микроструктуре при исследованиях стандартными методами световой микроскопии. Формируется тонкодифференцированная α-Al+β-Si эвтектика со сфероподобными кристаллами эвтектического кремния. Изменения в фазовом составе, уменьшение
размера структурных составляющих в сплаве, обработанном электрическим током по режиму II, j↑, приводят к сокращению температурного интервала плавления Si1 более, чем в три раза, и понижению температуры плавления сплава по сравнению с исходным на 50 К.
ПРОГНОЗУВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ СПЛАВІВ НА ОСНОВІ
ФАЗОВОГО АНАЛІЗУ
А.Г. Пригунова, п.н.с. ФТІМС НАН України; С.С. Петров, доц.,
НМетАУ; С.В. Пригунов, пров. інж. ДП «Укрдіпромез»
Для оптимізації властивостей сплавів традиційно використовуються математичні моделі, що описують взаємозв'язок хімічного складу з властивостями. Проте вони правомірні лише у випадку, коли всередині інтервалу концентрацій, що досліджується, відсутні якісні фазові зміни. Розглянемо залежність механічних властивостей від об'ємної частки фаз у сплаві АК8М3 при вмісті магнію 0,2 - 2,0 %.
У мікроструктурі сплаву виявлено сім основних фаз: ; ; Si; Al;
; Mg2Si; CuAl2 (). За впливом Mg на об'ємну частку інтерметалідів
виділено два інтервали: 0,23 %  [Mg] < 1,0 % та 1,0 % < [Mg]  2,0 %.
Незалежними від вмісту Mg є фази Al, Si, , а також відносне подовження. Тимчасовий опір (в) і твердість (НВ) залежні від фаз , ,  і
Mg2Si. Для виділених параметрів одержано адекватні рівняння, що
зв'язують параметри:  = 4,682 - 0,384 (1);  = 0,614
- 0,3
(2) ; HB =
The project "TEMPUS - MMATENG"
77,098 + 0,165в (3). З усіх залізовмісних фаз інтерметалід  виділяється останнім. Його об'ємна частка контролюється кількістю фаз  і
. Це дозволило спростити завдання і обмежитися залежностями між
в та об'ємними частками (х1) і Mg2Si (х2), а також між х1, х2 і вмістом Mg (х0). Отримано: а) рівняння хімічний склад – властивості
2
3
в = 138,67 - 6,852х0 + 84,25х0 - 35,876x0 , МПа
(4)
б) рівняння, що зв'язує в з характеристиками фазового складу,
в = 130 + 11,5x1 + 36,58x2 - 6,64x1x2 , МПа.
(5)
Побудовано моделі для різних підобластей за вмістом Mg. Для першої
2
підобласті 0,23  х0 <1: x1 =0,663x0+0,857x0 , x2 = 1,261x0
(6)
2
Для другої - 1<x02: x1= -5,797+7,32x0, x2= 9,356-12,82x0+4,72x0 (7)
Об'єднуючи рівняння (5)-(7), отримано адекватні експерименту значення в для сплаву АК8М3 з різним вмістом Mg. Якісний аналіз
впливу Mg (х0) на зміну в проведено за рівнянням другого порядку:
 B  B x1  B x2




x0
x1 x0 x2 x0
(8)
Результати аналізу за рівняннями (4) і (8) збігаються.
ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ СИЛУМІНІВ,
ЛЕГОВАНИХ МАГНІЄМ
А.Г. Пригунова, п.н.с. ФТІМС НАН України; С.С. Петров, доц.,
НМетАУ; С.В. Пригунов, пров. інженер ДП «Укрдіпромез»
Магній є важливим легуючим елементом промислових силумінів.
При кристалізації сплаву типу АК9М2 з вмістом Mg 0,6 - 2,0 % відбуваються наступні фазові перетворення: 1 - L  Al1; 2 – L   + Al2;
3 - L   +  +Al3; 4  L   +Si + Al4; 5  L +  + Al4 
Mg8FeSi10Al17 () + Si + Al5; 6  L   + Si + Al6 ; 7  L  Mg2Si
51
+ Si + Al7; 8  L  Mg2Si + Si +  + Al8.
Перитектичне, п'яте, перетворення значною мірою визначає властивості складнолегованих магнієвих силумінів. Особлива роль належить Al - розчину, що контактує з фазою . У сплаві з 0,05 % Mg мікротвердість Al4, що виділяється спільно з фазою , становить H=5 =
340 МПа і значно вища за мікротвердість Al 1 (H=5 =120 МПа). При
цьому вміст Mg в Al4 змінюється у межах 0,9 - 1,5 %. У процесі четвертого перетворення Al4 повністю ізолює кристали фази  від рідини, що не розпалася. Після завершення цього перетворення Mg у складі рідкої фази відсутній. Зважаючи на це і той факт, що розчинення
фази  може здійснюватися тільки за наявності контакту з рідиною,
утворення магнійвмісної фази  відбувається у два етапи: I - L+Al4 
L', II  L'+  +Si+Al5, тобто через стадію утворення рідини нового
складу. Об'ємна частка високоміцних ділянок твердого розчину Al4
становить 20 - 30 %. З одного боку, вони зміцнюють сплав, з іншого обволікаючи кристали фази , знижують ймовірність утворення та
розповсюдження крихких тріщин, пов’язаних з присутністю цієї фази.
Тому механічні властивості промислових сплавів, що містять 0,05 2,0 % Mg, залежать не тільки від складу та кількості інтерметалідних
фаз, але й значною мірою від складу та властивостей алюмінієвої матриці.
Оптимальні властивості сплаву АК9М2 досягаються або зменшенням вмісту Mg до 0,05...0,3 % (в = 180 МПа;  = 3,0 %), або підвищенням його до 1,5-2,0 % при обмеженні вмісту Cu до 1,2-1,5 %
(в = 170 МПа;  = 1,5 %). При вирішенні питання використання
брухту та відходів алюмінієвих сплавів VIVII груп, що містять до
13 % Mg, останній варіант є більш прийнятним.
The project "TEMPUS - MMATENG"
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКЕ СПЛАВА ВТ22
В.А. Русецкий, доц., к.т.н., М.А. Григорьева, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Термоциклическая обработка относится к одной из видов обработок используемых для повышения механических свойств сплавов различного назначения. Отличительной особенность этого вида обработки является многократность повторения фазовых превращений при
которых идет процесс накапливания остаточных напряжений, незавершенность полноты превращения. Эффективность термоциклической обработки определяется многими исходными составляющими.
Кроме температурно–временного фактора следует учитывать скорость
нагрева, химический состав сплава, исходную структуру и количество
циклов обработки. Необходимость многократного повторения обработки при заданных температурах обусловлена стремлением накопить
факторы, которые коренным образом видоизменяют кинетику структурообразования, что приводит к улучшению качества готовых изделий и придаёт им свойства, недостижимые при одноразовой термической обработке.
Возможность получения высоких прочностных свойств в сочетании с высокой пластичностью, это актуальная задача сегодняшнего
дня. В качестве материала для исследования был взят двухфазный
титановый сплав ВТ22 следующего состава: 5,6 % Al; 4,60 % Mo;
4,5 % V; 0,75 % Cr; 1,0 % Fe; 0,14 % C; 0,14 % Si. Варьирование температурой нагрева позволяет в широких пределах воздействовать не
только на фазовый состав, но и его дисперсность. Высокотемпературная закалка сплава от 930-950 °С в воде обеспечивает получение
100 % β-твердого раствора с появлением отдельных выделений αфазы. Старение при 600 - 640 °С приводит к повышению прочности:
σв = 1050 - 1060 МПа, однако пластические характеристики низкие
δ = 4,0 - 4,6 %, ψ = 15 - 18 %, КCU+20 = 0,2 - 0,25 МДж/м2. Структура
сплава после старения состоит из твёрдой β-фазы окаймленной мягкой α-фазой.
Термоциклическая обработка при многостадийном распаде исходного твёрдого раствора стимулирует накопление напряжений,
приводящих к перераспределению легирующих элементов, увеличе53
нию числа центров рекристаллизованных зёрен и расслоению
β-твердого раствора, последнее приводит к неоднородности (избирательности) его распада. В этом случае количественное соотношение
фаз остаётся неизменным, а морфология существенно отличается.
Мягкая составляющая α-фазы появляется не только на границах исходных зёрен, но и на границах образованных фрагментов внутри
β-фазы. Таким образом, получается двойное армирование β-фазы
мягкой α-фазой. Сплав, с сформированной таким образом структурой, имеет повышенную ударную вязкость, высокую прочность и
удовлетворительную пластичность. Эффективность термоциклической обработки сплава ВТ22 можно оценить по уровню механических свойств σв = 1130 - 1150 МПа, δ = 12,0 - 14,0 %, ψ = 35 – 42 %,
КCU+20= 0,6 - 0,65 МДж/м2.
Следует отметить, что создание гетерогенной структуры не может гарантировать получение высокого уровня пластичности. Обязательным условием является проведение такого количества циклов
обработки при котором обеспечивается фрагментный распад
β-твердого раствора и окаймление эти фрагментов мягкой фазой. В
связи с этим разработка и внедрение новых более эффективных технологий, повышающих качество готовой продукции направлено на
решение и теоретическое обоснование научной проблемы, имеющей
важное народнохозяйственное значение.
КРИСТАЛОГРАФІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПОЛУК
R3Fe0,5GeS7 (R = Y, La, Ce, Pr, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er і Tm)
В. Я. Шемет к.х.н., доц., Ю. О. Пашинська, асистент,
Луцький національний технічний університет
Кристалічні структури сполук R3Fe0,5GeS7 (R = Y, La, Ce, Sm, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er і Tm) досліджені рентгенівськими методами монокристалу і порошку. Усі сполуки – ізоструктурні (структурний тип
La3Mn0,5SiS7, просторова група P63). Для них визначені одне положення R, одне положення Fe, одне положення Ge і три положення S.
Таблиця - Кристалографічні характеристики сполук систем
The project "TEMPUS - MMATENG"
R3Fe0,5GeS7 (R = Y, La, Ce, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er і Tm)
№
Сполука
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Y3Fe0,5GeS7
La3Fe0,5GeS7
Ce3Fe0,5GeS7
Sm3Fe0,5GeS7
Gd3Fe0,5GeS7
Tb3Fe0,5GeS7
Dy3Fe0,5GeS7
Ho3Fe0,5GeS7
Er3Fe0,5GeS7
Tm3Fe0,5GeS7
Періоди комірки, нм
a
b
c
0,97612(9)
0,57758(6)
1,03244(7)
0,58132(5)
1,02204(8)
0,57754(6)
0,9962(1)
0,57670(7)
0,99068(7)
0,57393(5)
0,98351(8)
0,57481(5)
0,97710(8)
0,57690(6)
0,96948(7)
0,57925(6)
0,96428(6)
0,58394(6)
0,95653(8)
0,58752(7)
EVALUATION OF POSSIBILITY OF APPLICATION OF ROLLED
SHEETS, MADE OF STEELS OF DIFFERENT COMPOSITIONS FOR
MANUFACTURING OF BOILERS FOR RAILWAY TANK CARS
V.G. Gavrilova, Associate Prof., PhD (Eng.), Priazovskyi State Technical University, A.B. Gogol, chief of forge stamping laboratory NIOMET
«Azovzagalmash», V.A. Rusetsky, Associate Prof, PhD (Eng.), Priazovskyi
State Technical University
The expediency of research is substantiated by comparative tests of
steel, sheets manufactured by thermomechanical and normalizing rolling
methods, made in accordance with the standards E36, EN 10025-4
S460ML, 9MnSi5 with the objective of determining the opportunity for
their use for manufacturing parts of Railway cars.
The study of macro, microstructure and mechanical properties of high
strength shipbuilding steel E36 after various modes of heating in the range
920-980 °C showed high values of strength properties and unsatisfactory
results of values of impact energy at temperatures below 930 °C due to significant banding structure, while at higher temperatures - due to rapid
growth of grains. Thus, the use of such rolled steel for stamping railway
tanks bottoms at temperatures 950-980 °C is not advisable.
55
In tests of steel samples, made in accordance with the EN10025-4
S460 ML standard, it was determined that by their heating to stamping temperature (normalization) impact resilience is reduced, therefore, the use of
such steel for containers, working under pressure, is not recommended, either.
Comparison of mechanical properties of steel 9MnSi5 of different
batches showed that after the initial thermomechanical rolling the mechanical properties of this steel did not meet the requirements of GOST 19281-91
and customer’s requirements, according to which, the amount of impact
energy must be not less than 27 J across rolled steel and 41 J along the
rolled steel. Heating for stamping after thermomechanical, rolling also does
not provide the desired results. Optimal toughness values obtained after
normalizing rolling and heat heating for stamping of heat samples into
which additional microadditives of vanadium and niobium were introduced.
At manufacturing of bottoms of tank cars by hot stamping the stamping, temperature must be within the range of 930-950 °C. In case of temperature excess above it there is the yield strength reduction up to 360 MPa and
a tensile strength reduction up to 520 MPa.
Tempering of steel 9MnSi5 after heating for stamping at temperature
580-620 °C slightly reduces the strength characteristics, but they remain
high enough and meet the requirements of the standard. At the same time,
impact work after tank cars launching is increased by 3-6 J. To remove the
common tension in the metal of car’s boiler tempering at 580-600 °C is required.
The results can be applied for developing the technology of thermal
strengthening of boilers of Railway tank cars.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ
СТАЛИ 10Г2ФБЮ
А.С. Рубец, О.Н. Шебаниц, ПАО «МК им. Ильича», М.А. Рябикина,
доц., к.т.н., В.А. Русецкий, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Современная концепция разработки низколегированных сталей
включает в себя измельчение структуры, упрочнение превращением за
счет прокатки с последующим ускоренным охлаждением (КП+УО),
высокую однородность химического состава, стабильность микроструктуры и механических свойств.
По результатам приемо-сдаточных испытаний за определенный
The project "TEMPUS - MMATENG"
период в состоянии после контролируемой прокатки и КП+УО рассчитаны средние значения механических характеристик листового проката для труб из стали 10Г2ФБЮ, производимого в условиях ПАО
«МК Ильича», таблица.
Таблица – Средние значения механических свойств листовой стали 10Г2ФБЮ
Толщина
листа
12,4
Способ охлаждения
Без УО
УО
15,4
Без УО
УО
Согласно ТУ 14-1-4627-96,
ТТ 14-ЧТПЗ-4627-1-2008
σ0,2,
МПа
547
551
530
537
480580
σв ,
МПа
620
622
603
611
590690
δ5, %
38
34
39
40
≥27
KCV
KCU
(-20 °С) (-60 °С)
170
166
145
212
≥69
174
162
149
188
≥78
Как следует из таблицы, средние характеристики прочности листового проката после КП и КП+УО толщиной 12,4 и 15,4 мм находятся в пределах требований ТУ. Средние значения ударной вязкости
KCV и KCU при отрицательных температурах испытания превышают
требования в 2-2,5 раза.
Изучена микроструктура листовой стали толщиной 15,4 мм, показатели механических свойств которой следующие: σ0,2 – 530 МПа;
σВ –610 МПа; δ5 – 40,0 %; KCV-20 – 192 Дж; KCU-60 – 147 Дж. Микроструктура проката феррито-перлитная, неоднородная по толщине,
рис. 1. На рис. 2 приведена поверхность излома образца после ИПГ,
доля волокнистой составляющей в изломе – 80 %.
Причиной усиления феррито-перлитной полосчатости и увеличения доли перлитной составляющей от поверхности к центру образцов
является наследование листовым прокатом особенностей кристаллизации непрерывно-литого сляба и является типичным для катаного металла.
Таким образом, статистический анализ результатов приемосдаточных испытаний листов подтвердил стабильность свойств и отлаженность технологии производства металлопроката из стали
10Г2ФБЮ в условиях стана 3000 ПАО «МК Ильича».
57
поверхность 1
¼ толщины
½ толщины
Рис. 1 – Микроструктура листового проката из стали 10Г2ФБЮ
Рис. 2 – Поверхность излома стали 10Г2ФБЮ, ДВС – 80 %
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРОКАТА
ТОЛЩИНОЙ 15,7 ММ СТАЛИ МАРКИ Х70
А.С. Рубец, О.Н. Шебаниц, ПАО «МК им. Ильича»
Для исследования механических свойств листовой стали Х70 для
производства газонефтепроводных труб диаметром до 1422 мм из
непрерывно-литых слябов производства комбината имени Ильича был
взят металл 2-х плавок промышленной партии листов сечением
15,7×2650×19000 мм. Листы прокатаны по контролируемому режиму
(табл. 1). В таблице 2 представлены результаты механических испытаний листов; они оценивались в продольном и поперечном направлениях прокатки от головной и хвостовой частей раската. На рис. 1 построены сериальные кривые для испытаний на ударный изгиб образцов с
The project "TEMPUS - MMATENG"
острым надрезом.
Таблица 1 - Технология прокатки листов марки Х70
Нагрев металла:
 температура, оС
 время, час
1150-1160
4:00 - 4:30
Толщина подката, мм
44
Относительное обжатие
(в последнем проходе):
12 - 15
12
Температура прокатки в чистовой клети, оС:
 (начало)
 (конец)
725 - 750
705 - 715
Замедленное охлаждение в штабелях, часы
72
Таблица 2 – Результаты испытаний листов из стали Х70
Направление
прокатки
голова раската
хвост раската
голова раската
хвост раската
Направление испытаний
σ0,2,
МПа
σв ,
МПа
δ5, %
продольные
560
630
23
поперечные
580
650
20
продольные
530
610
23.5
поперечные
570
640
20.5
продольные
540
620
23
поперечные
570
650
19.5
продольные
550
630
22
поперечные
575
640
19
DWTT,
%
100
100
100
100
Проведена оценка микроструктуры на микрошлифах, изготовлен59
ных вдоль направления прокатки, после травления 4 % раствором
HNO3 при увеличении ×100, ×400 крат. Результаты металлографических исследований листов представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Результаты исследований микроструктуры
ОС
ОТ
СН
СХ
СП
С
Н
У поверхности
По оси
Балл полосчатости
Загрязненность металла неметаллическими включениями, балл
0
1,5
2
1
0
1
0
11,12,10
10,11
2
-40
-80
350 Г
Номер зерна
Х
300
Работа удара (Дж)
250
200
150
100
50
0
20
0
-20
Температура, оС
-60
Рис. 1 – Сериальные кривые ударной вязкости образцов с V – образным надрезом: Г – голова, Х – хвост раската, контурный маркер –
продольные образцы, закрашенный – поперечные.
Листовой прокат стали Х70, изготавливаемый на металлургическом комбинате имени Ильича по технологии контролируемой прокатки, обладает высоким уровнем механических свойств, по химическому
составу стали соответствует требованиям стандартов и рекомендуется
для производства газонефтепроводных труб диаметром до 1422 мм.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ
The project "TEMPUS - MMATENG"
М.А. Рябикина, доц., к.т.н., М.А. Василенко, асп., ГВУЗ «ПГТУ»
В Китае производителями рельсовой стали являются три компании: Anshan, Panzhihua и Baotou Iron and Steel Corporation. В последние
годы эти компании обновили и улучшили свою рельсовую продукцию,
и в настоящее время рельсы, произведенные в Китае, соответствуют
требованиям мирового уровня. Преимущественно рельсы производят
из стали U71Mn. В конце 20-го столетия опробованы и внедрены марки U75V и U76NbRE, и в настоящее время доминирующей в сравнении с U71Mn и U76NbRE является марка U75V с ванадием. Предел
прочности стали U71Mn ~ 880 МПа, а σв сталей U75V и U76NbRE
~ 980 MПа. После термической обработки прочность рельсовых сталей
возрастает до 1080 MПа, удлинение – от 9% до 10%, твердость
HB341~401.
В Японии внедрены в производство 2 типа высокопрочных сталей: 1 - низколегированная рельсовая сталь с закаленной головкой
рельса, которая имеет полностью перлитную тонкодисперсную микроструктуру с небольшими размерами колоний перлита. 2-м типом являются рельсовые стали со средним содержанием углерода и бейнитной структурой. В Nippon Steel Corporation химический состав рельсовой стали был разработан таким образом, чтобы начало перлитного
превращения приходилось на температуру около 600 °С, а во время
последующего охлаждения после стыковой сварки твердость составляла HV370. С учетом свариваемости, технологии и производственных
расходов были разработаны 2 типа низколегированных рельсовых сталей: сталь системы легирования Si-Mn-Nb (NS-I0) и высоким содержанием кремния и марганца, по сравнению с обычной углеродистой сталью. Другой маркой является сталь Si-Cr-Nb (NS-II) с более высоким
содержанием кремния, хрома и ниобия. Для того чтобы уменьшить
контактные повреждения поверхности головки рельса применяют бейнитные стали, которые имеют более высокий условный предел текучести, пластичность и усталостную прочность, чем традиционные перлитные стали. Бейнитные стали обладают также лучшими эксплуатационными свойствами при работе в тяжелых условиях магистральных
железных дорог.
Самая крупная производственная площадка в Европе - компания
Voestalpine Schienen GmbH (Германия) является основным производителем ультрадлинных рельсов. Годовой объем производства − около
350000 тонн. Voestalpine предлагает более 100 различных вариантов
секций − самый большой ассортимент продукции среди всех производителей рельсовой стали. Посредством внедрения инноваций, в начале
61
1990 года Voestalpine стал производить ультрадлинные рельсы до
120 м. В настоящее время это самый длинный рельс в мире.
Для увеличения сопротивления контактным повреждениям в
Германии рельсы производят из бейнитной стали, такие рельсы получили фирменное наименование DOBAIN. Новая низколегированная
углеродистая бейнитная сталь была разработана British Steel в сотрудничестве с Кембриджским Университетом и запатентована во всем
мире. Новая марка характеризуется более высокой ударной вязкостью,
снижением степени износа на 25%.
В 1930 году Steelton plant (США) разработал процесс объемной
закалки рельса в масле и твердостью после закалки HB 340–380.
С конца ХХ века программа модернизации производства рельсовых
сталей была проведена в Pennsylvania Steel Technologies. Установлены
новые: система водяного охлаждения, управляемая компьютерами,
D-C электрическая печь, печь-ковш, вакууматор, линейный блок закалки головки рельса. Железнодорожные рельсы Pennsylvania Steel
Technologies удовлетворяют самым жестким требованиям, предъявляемые к современным железным дорогам.
Действующим стандартом на рельсы ГОСТ Р 51685–2000 предусматривается выпуск трех категорий рельсов:

высококачественные категории В;

термоупрочненные обычного качества категории Т1;

нетермоупрочнённые категории Н.
На заводах РФ производят в основном рельсы категории Т1. Нетермоупрочнённые рельсы поставляются только на стрелочные заводы
для изготовления стрелочных переводов, где они частично подвергаются поверхностному термическому упрочнению. Рельсы категории В
заводы не выпускают из-за отсутствия современного оборудования.
В проекте нового стандарта РФ представлены основные технические требования, предъявляемые к рельсам. Этот проект стандарта
гармонизирован с наиболее современным стандартом на железнодорожные рельсы EN 13674–1:2003 «Железные дороги – Путь – Рельсы.
Часть 1: Железнодорожные рельсы Виньоля 46 кг/м и более» и проектом его последней версии EN 13674–1:2007, учитывает требования
действующих и перспективных технических условий, а также мировые
тенденции по повышению качества и эксплуатационной стойкости
рельсов.
ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ ПЛИТ ИЗ СТАЛИ
МАРКИ А514-Е
В.Е. Ставровская, Е.В. Побегайло, ПАО «МК «Азовсталь»,
The project "TEMPUS - MMATENG"
М.А. Рябикина, Ф.К. Ткаченко, ГВУЗ «ПГТУ»
Спецификация на углеродистую сталь A514 была впервые опубликована в США около 60 лет назад. Листовая сталь ASTM A514 подвергается закалке и отпуску и применяется там, где требуется особенно высокий предел текучести, σ0,2min =100 KSI (690 МПа). Сталь поставляется в классах A, B, C, E, F, H, J, K, M, P, Q, S и T. Категории B,
S и E являются на сегодняшний день наиболее распространенным.
При реализации технологических процессов производства по
стандартам США и их термической обработки возникают определенные трудности, связанные с обеспечением стабильного уровня прочностных свойств металлопродукции, обусловленные действием ряда
факторов. На исследование в лабораторию ПАО «МК «Азовсталь»
поступили образцы от листов стали марки А514-Е толщиной 76,2 мм
после термоулучшения. Результаты испытаний плит приведены в таблице.
Таблица – Результаты механических испытаний
Номер партии
Номер Шифр Временное сопротивление,
σв, МПа
плавки плавки
05884-2
2403665-1 07779
05884-4
2403665-1 07779
06209-1
2403663-1 07824
06206-4
2403663-1 07824
Требования ASTM A514/A514M
950
790
915
840
690-895
Как видно, временное сопротивление плит партий 05884-2 и
06209-1 не соответствуют требованиям. Содержание бора во всех
плавках стали ASTM А514-Е составляет 0,02 % и является допустимым.
Известно, что бор существенно замедляет выделение избыточного
феррита и способствует сдвиговому превращению аустенита с образованием нижнего реечного бейнита или малоуглеродистого реечного
мартенсита.
В результате металлографического исследования установлено,
что микроструктура всех образцов – сорбит отпуска с ориентировкой
по мартенситу (рисунок).
63
Рисунок - Микроструктура листа партии 05884-4 (×500)
Причиной повышенных значений временного сопротивления
плит из стали А514-Е партий 05884-2 и 06209-1 явилось, по-видимому:
- сегрегация боридной фазы на границах аустенитных зерен, колониях реечного мартенсита;
- незавершенность процессов сфероидизации и коагуляции карбоборидных частиц при отпуске.
В пользу последнего обстоятельства говорит тот факт, что в образцах партий, где σВ удовлетворяет требованиям ASTM A514/A514M,
отмечается большая степень коагуляции карбидных частиц.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОВМЕСТНОГО ВЛИЯНИЯ
УГЛЕРОДА, НИОБИЯ И ВАНАДИЯ НА СВОЙСТВА
ЛИСТОВОЙ СТАЛИ S355N
М.А. Рябикина, доц., к.т.н., В.А. Русецкий, доц., к.т.н.,
Ф.К. Ткаченко, проф., д.т.н., ГВУЗ «ПГТУ», В.Е. Ставровская, ПАО
«МК «Азовсталь»
Листовую сталь S355N изготавливают согласно условиям поставки конструкционной свариваемой мелкозернистой стали в нормализованном состоянии EN 10025-3:2004. Требуемые механические свойства в поперечном направлении следующие: σ0,2≥355 МПа; σв=470630 МПа; δ5≥22 %; KV-20 ºС ≥40 Дж. В данной работе на основе массовых статистических данных (объем выборки составил более 1300 плавок) анализировалось совместное влияние углерода и ниобия, а также
углерода и ванадия на предел текучести и работу удара стали S355N.
Для построения графиков находились средние значения предела текучести и энергии удара при различном содержании углерода и фикси-
The project "TEMPUS - MMATENG"
рованной концентрации ниобия и ванадия в стали. Результаты расчетов приведены на рис. 1 – 4.
С увеличением содержания углерода с 0,14 до 0,20% в стали,
микролегированной добавками ниобия и ванадия, доля перлита в
структуре возрастает, следовательно, повышается предел текучести
(рис. 1,2).
Увеличение плавочного содержания ниобия от 0,028 до 0,04 %
вызывает последовательное смещение кривых вверх и в случае, когда
концентрация углерода и ниобия достигает верхнего предела:
Cmax=0,20 % и Nbmax=0,04 %, наблюдается максимум предела текучести
σ0,2=410 МПа. Аналогично влияет увеличение плавочного содержания
ванадия от 0,003 до 0,06 %, однако кривые располагаются более близко друг к другу.
Совместное влияние углерода, ниобия и ванадия на работу удара
KV-20 ºС (Дж) стали S355N представлено на рис. 3,4.
Рис. 1 - Влияние углерода на предел текучести стали S355N при фиксированном содержании ниобия
Рис. 2 - Влияние углерода на предел текучести стали S355N при фиксированном содержании ванадия
65
Рис. 3 - Влияние углерода на энергию удара стали S355N при фиксированном содержании ниобия
Рис. 4 - Влияние углерода на энергию удара стали S355N при фиксированном содержании ванадия
Следует отметить, что кривые KV=f (%С) при фиксированном содержании Nb располагаются практически горизонтально, а при содержании углерода на верхнем пределе С=0,2 % увеличение содержания
Nb оказывает явное позитивное влияние на величину работы удара
KV-20 ºС.
Напротив, ванадий оказывает явное негативное влияние на данную характеристику, с увеличением V от 0,03 до 0,06 % работа удара
снижается от ~140 до ~20 Дж (примерно в 7 раз). Увеличение содержания ванадия до 0,06% при содержании углерода 0,2% приводит к
падению энергии удара до 23Дж, при котором значение не удовлетворяет требования EN 10025-3:2004. При этом изменение содержания
углерода существенно картину не меняет – настолько сильно отрицательное влияние ванадия на ударную вязкость и хладостойкость стали.
Таким образом, уменьшение содержания ванадия хотя бы до
The project "TEMPUS - MMATENG"
Vmin= 0,033% и снижение содержания углерода является одним из немногих мероприятий, одновременно улучшающих в конструкционной
стали: способность к пластической деформации в холодном состоянии
при статическом и динамическом нагружениях, энергию удара, переходную температуру хрупкого разрушения и свариваемость.
Микролегирование Тi, Nb, V, дисперсионное упрочнение карбидами/нитридами этих элементов существенно влияет на свойства листовых сталей. Данные элементы оказывают влияние на рост зерен,
температуру рекристаллизации ферритной матрицы, кинетику превращения аустенита, процессы выделения карбидов и нитридов. Поэтому важным является точное знание необходимого количества микролегирующих элементов в составе стали, содержание их в твердом
растворе, тип, фракцию, состав и размер выделений карбонитридных
частиц. Желательно установить стехиометрические соотношения карбонитридов Ti, Nb и V в сталях, что может быть описано общим выражением - NbxTiyVz (CαNβ).
Оптимальное содержание перечисленных элементов в стали, которое обеспечит необходимый уровень механических свойств, будет
следующим: С =0,15%; Nb= 0,04%; V= 0,030%.
ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРО-ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ И
ХЛАДНОЛОМКОСТЬ СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Л.И. Якушечкина, доц., к.т.н., А.М. Щеглова, инж. ГВУЗ «ПГТУ»
Исследованию подвергались стали полособульбовых профилей в
горячекатаном состоянии после скоростной термообработки (СЭТО).
Результаты исследования показали, что ударная вязкость стали марки АК25 в горячекатаном состоянии при понижении температуры от
комнатной до - 60 С изменяется от 22,5 кгсм/см2 до 1,00 кгсм/см2. При
- 80 С данная сталь становится хрупкой.
После скоростной термообработки (СЭТО) полособульбовые профиля из указанной марки стали при температуре - 40 С получили более
высокое значение ударной вязкости (23-25) кгсм/см2. При температуре
- 80 С значение ударной вязкости равно 11 кгсм/см2, что намного превышает значение ударной вязкости в горячекатаном состоянии. После
проведения СЭТО при температуре - 80 С не наблюдается охрупчивания стали.
67
Лабораторные исследования подтвердили высокую эффективность
применения СЭТО для полособульбовых профилей и рельсовых марок
стали.
МЕХАНИЗМ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
ПРИ ИХ ЛЕГИРОВАНИИ
К.И. Ткаченко, доц, к.т.н., Н.В. Ткаченко, ст. лаб., ГВУЗ «ПГТУ»
Прочность чистых металлов, как известно, определяется электронным строением их атомов, а также характером (типом) взаимодействия между собой.
Характерной особенностью металлической связи является наличие в кристаллах зоны «свободных» электронов, которые не принадлежат определенному атому образца, «электронный газ» обеспечивает
связь между атомами (ионами) в кристаллической решетке. Прочность
такой связи определяется теплотой сублимации.
Если атом данного металла находится в окружении Z-положительных зарядов, то связь между ними должна обеспечиваться электронами с зарядом q с учетом эффекта экранирования при определенном соотношении   q . Очевидно, что этому условию должно соотZ
ветствовать определенное значение кинетической энергии электронов
Ек и других параметров кристаллов, включая общую энергию межатомной связи Нс, которая отождествляется с энергией межатомного
взаимодействия и измеряется в Дж/г·ат.
Согласно современной теории, энергия связи одной пары атомов
любого металла определяется формулой:
h
2  Hc
,
k  N0
где k – координационное число,
N0 – число атомов в одном г·ат металла.
Если известно число атомов, приходящихся на 1 см площади кристалла данного металла n ат , то энергия связи будет примерно равна
см 2
 n 
 Дж 
  Hc ,  2 
 см 
 N0 
 
Эта величина, как видно, соответствует затрате энергии на обра-
The project "TEMPUS - MMATENG"
зование 1 см2 поверхности разрушения или напряжению в
очевидных преобразований получаем выражение
дин . После
см 2
 дин 
k
   n  h,  2  .
4
 см 
Как видно, разрыв межатомных связей с образованием двух свободных поверхностей возможен при действии нормальных напряжений, величина которых прямо пропорциональна теплоте сублимации.
Таким образом, выполненный анализ дает основание считать, что
основной причиной изменения прочности металла при его легировании является характер и уровень межатомного взаимодействия.
ПОЛУЧЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЯХ МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ, ДОСТИГАЕМЫХ В СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ
УЛУЧШЕНИЕМ
Д.В. Бурова, асп., А.И. Троцан, проф., д.т.н.,
Л.С. Малинов, проф., д.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Среднеуглеродистые доэвтектоидные стали для получения хорошего сочетания прочностных, пластических свойств и ударной вязкости подвергают улучшению, заключающемуся в закалке из аустенитной области и высоком отпуске. Проблема энергосбережения в настоящее время так же очень актуальна.
В данной работе изучалась возможность получить уровень механических свойств, обычно обеспечиваемый в среднеуглеродистых сталях после улучшения (0,2 ≥ 800 МПа, в = 900 МПа,  ≥ 10 %,
 ≥ 45 %, KCU ≥ 0,7 MДж) в строительных сталях, но с меньшими
энергозатратами.
Объектом исследований служили низкоуглеродистые строительные стали (09Г2С, ЕН36, 10Г2ФБ). Отличительной особенностью их
термообработки являлся нагрев в межкритический интервал температур (МКИТ). Это позволяло снизить температуру нагрева под закалку
по сравнению с обычно применяемой.
Установлено, что в исследованных строительных сталях требуемый уровень механических свойств достигается закалкой из МКИТ в
воде при получении в них ~ 80-90 % низкоуглеродистого мартенсита и
феррита (10-20 %), равномерно распределенного в структуре. Важно
подчеркнуть, что при закалке не требуется охлаждение в масле, обыч69
но применяемого при термообработке низколегированных среднеуглеродистых сталей.
Низколегированные строительные стали, содержание углерода в
которых ≥ 0,13 %, после закалки следует подвергать отпуску при 200300 С.
Полученные данные показывают возможность в ряде случаев для
изготовления деталей использовать строительные стали вместо среднеуглеродистых, стоимость которых выше, приобретение зачастую
затруднено.
ПЛАСТИЧНЕ ДЕФОРМУВАННЯ ВИСОКОМІДИСТИХ
ЧАВУНІВ В СУБКРИТИЧНОМУ ІНТЕРВАЛІ ТЕМПЕРАТУР
Д.А. Гусачук, доц., к.т.н., О.В. Кубай, студент,
Луцький національний технічний університет
Присутність міді в сірих чавунах дозволяє покращити їх триботехнічні характеристики. При високих добавках міді в структурі сірих
чавунів формується специфічна структура з наявністю кулястих включень у вигляді складної суміші, переважно, з графіту та високомідистої
-фази (Г+). Така структура підвищує здатність сірих чавунів з компактним графітом до пластичної деформації.
Метою роботи було встановити характер пластичного деформування високомідистих чавунів з компактним графітом в ізотермічних
умовах.
Для дослідження пластичної деформації високомідистих чавунів
(Сu = 6…9 %; C, Si = 5,5 %, модифікування Mg) використовувався
метод деформування, що полягав в осаджуванні циліндричного зразка
у високотемпературній камері при сталій температурі (10 С). Для
такого виду випробувань використовувався спеціально виготовлений
дослідний штамп. Осаджування проводилось між двома жароміцними
плитами (сплав ЖС6У). Дослідження проводили в інтервалі температур від 500 С до 800 С. Структура металевої матриці чавунів всіх
плавок перед деформуванням була перлітною (фериту до 10 % за
об’ємом).
З проведених досліджень встановлено, що в інтервалі субкритичних температур (700...750 С), який супроводжується  перетворенням, пластичність чавунів підвищується, при незначній зміні напруження. Наступне підвищення температури мало впливає на зміну
напруження деформування. Це викликано значним розвитком дифузійних процесів при фазовому переході, що охоплюють весь об’єм пе-
The project "TEMPUS - MMATENG"
рлітної матриці, а отже, пластичне течіння проходить більш гомогенно
не викликаючи значного спотворення та руйнування трибофаз: Г, ,
Г+. Таким чином, температуру нагріву 700 С слід вважати найбільш
оптимальною для реалізації ефекту субкритичної надпластичності високомідистих чавунів.
Отже, для використаних в роботі чавунів досягнуто ефекту субкритичної надпластичності, коли при деформуванні сплавів спостерігається підвищення здатності до пластичної деформації Fe-C сплавів за
рахунок проходження фазового перетворення  в металевій матриці.
ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫЕ ОБЛАСТИ ФАЗОВЫХ
ПРЕВРАЩЕНИЙ В СТАЛИ 75ХГ2С
В.Г. Ефременко, проф., д.т.н., В.И. Зурнаджи, студ., Ю.Г.
Чабак, к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
В работе исследована кинетика превращения переохлажденного
аустенита в стали 75ХГ2С следующего состава: 0,73 % С; 2,10 % Mn;
0,91 % Si; 0,69 % Cr; 0,08 % Al. Сталь была выплавлена в 25 кг индукционной печи и разлита в металлическую форму, слиток прокован в
полосу толщиной 15 мм. После отжига из слитка были изготовлены
образцы размерами 2х10х13 мм для исследований. Построение диаграммы изотермического распада аустенита проводили магнитометрическим методом. В качестве ванны использовали расплав олова, температура выдержки варьировалась от 200 до 650 оС через каждые
50 оС. Определение точки начала мартенситного превращения проводили дилатометрическим методом. Температура аустенитизации составляла 850 оС, время выдержки – 10 мин.
Было установлено, что мартенситная точка Мн в исследованной
стали соответствует температуре 175 оС. Сталь 75ХГ2С относится к
сталям с перлитным типом прокаливаемости. Кинетический максимум
превращения зафиксирован при 600 оС; в этом случае инкубационный
период превращения составляет 15 с, а длительность самого превращения – 200 с. Уже при 500 оС превращение резко затормаживается,
начинаясь после 495 с и заканчиваясь после 1750 с выдержки. При
температурах ниже 500 оС и до точки Мн превращение при выдержке
40 мин не начинается. Таким образом, сталь 75ХГ2С обладает значительной устойчивостью к бейнитному превращению, что объясняется
высоким содержанием марганца в комплексе с легированием хромом и
кремнием. Данное обстоятельство дает возможность применять к ста71
ли 75ХГ2С технологию термической обработки «Q-P» («Quenchingand-Partitioning»). Эта технология позволяет повышать комплекс механических свойств стали за счет перераспределения (рartitioning) углерода между участками свежего мартенсита и участками переохлажденного аустенита, в результате чего формируется двухфазная мартенсито-аустенитная структура с нанодисперсными «островками»
остаточного аустенита, который превращается при деформации в мартенсит, обеспечивая TRIP-эффект.
ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРА ЗЕРНА АУСТЕНИТА В ПРОЦЕССЕ
ФОРМИРОВАНИЯ ОБОДА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КОЛЕСА
Л.И. Вакуленко 3, Д.М. Болотова 4, В.Г. Ефременко 5
Анализ микроструктуры стали цельнокатаного железнодорожного колеса свидетельствует о влиянии на размер зерна аустенита температуры и степени горячей деформации при формировании определенного элемента колеса. В центральных объемах обода степень пластической деформации составляет значение на уровне 5-8 %, а вблизи с
поверхностью катания – до 50 %. Неравномерность деформации приводит к неизбежным различиям в развитии процессов собирательной
рекристаллизации аустенита. На основании этого, размер зерна аустенита при температуре обжатия 1250 оC в центральных объемах обода
колеса соответствует 0-1 номеру, а вблизи с поверхностью катания до
2-3 номера по данным ГОСТ 5639. Увеличение степени пластической
деформации, особенно в центральных объемах обода, приводя к снижению неоднородности аустенитной структуры по его сечению, будет
способствовать повышению эксплуатационной безопасности цельнокатаных железнодорожных колес.
Материалом для исследования служила сталь марки 60 с содержанием углерода 0,56 и 0,63 % в виде фрагментов железнодорожных
колес. Температуру и степень горячей деформации изменяли в интервале 950-1150 оC и 10-35 % соответственно. Структуру исследовали
под световым микроскопом. Размер зерна аустенита оценивали, ис-
Приднепровская железная дорога, инспекция по сохранности вагонного парка.
4
Днепропетровский профессиональный железнодорожный лицей
5
Приазовский государственный технический университет
3
The project "TEMPUS - MMATENG"
пользуя методики количественной металлографии.
При постоянной степени деформации снижение температуры
нагрева приводит не только к замедлению роста зерна аустенита, но и
приросту сопротивления металла деформированию. Таким образом,
снижение температуры нагрева заготовки или использование подстуживания металла в интервалах между промежуточными обжатиями при
формировании обода колеса позволит повысить степень деформации в
его центральных объемах. Металл вблизи поверхности теплоотвода,
после подстуживания будет иметь повышенное сопротивление деформированию, поэтому будет подвергаться меньшей деформации. В противоположность этому, более разогретые внутренние объемы металла
обода при выполнении условий непрерывности распространения пластической деформации будут подвергаться обжатиям с большей степенью. В результате указанных изменений процесса обжатия ожидается
дополнительное диспергирование структуры аустенита в центральных
объемах обода. Учитывая, что для исследуемых сталей температура
начала рекристаллизации практически одинакова, структурные изменения для двух сталей рассматривали как единый массив данных.
Анализ полученных результатов свидетельствует о достаточно
эффективном влиянии снижения температуры прокатки обода при
промежуточном подстуживании на размер зерна аустенита (d А). Учитывая, что критическая степень деформации для углеродистых сталей
составляет значения порядка 6-10 %, величины размера зерна, полученные для обжатия 10 %, полностью соответствуют условиям развития процессов рекристаллизации. В этом случае в сталях формируется
достаточно грубозернистая структура аустенита с высокой степенью
неоднородности распределения зерен по размерам. При повышении
величины пластической деформации более 10 % характер изменения
размера зерна аустенита в исследуемом температурном интервале
остается постоянным. Наблюдаемые размеры зерен достаточно близки
по абсолютным значениям для аналогичных сталей, обработанных в
подобных условиях. Например, для величины пластической деформации, равной 20 %, повышение температуры обжатия углеродистой стали от 950 до 1150 оС сопровождается приростом размера зерна от 50 до
140 мкм соответственно. Подобный характер влияния наблюдался и
для более высоких степеней и температур деформации. Таким образом, можно полагать, что деформация 10 % для исследуемых сталей
превышает критическое значение.
Сравнительный анализ наблюдаемых изменений размеров зерна
свидетельствует о том, что в условиях отсутствия выдержки металла
(после завершения прокатки обода) прирост величины обжатия от 10
73
до 35 % при температуре 950 оС сопровождается уменьшением их размера примерно на 20 мкм. Для температур деформации 1100 и 1150 оС
указанное уменьшение диаметра зерен становится еще большим и достигает 80 и 90 мкм соответственно.
Для оценки одновременного влияния температуры и степени пластической деформации стали на размер зерна аустенита была осуществлена аппроксимация полученного соотношения d А=f () прямой
линией. Угловой коэффициент указанной зависимости позволяет оценить степень влияния величины деформации для определенной температуры обжатия. В случае отсутствия выдержки после завершения деформации при температурах 950, 1100 и 1150 оС значения углового
коэффициента составили 0,8; 2,0 и 2,25 мкм/% соответственно. Таким
образом, повышение температуры обжатия от 950 до 1100 оС приводит
к увеличению прироста размера зерна аустенита в 2,5 раза, а для
1150 оС указанная характеристика еще выше. Следовательно, снижение
температуры промежуточного обжатия при прокатке позволит диспергировать структуру аустенита в центральных объемах обода. Анализ
изменения размера зерна для сталей без выдержки после деформации и
после выдержки 1,5 мин показал различия до 30 % для обжатия 10 %
при 950 оС.
Таким образом, снижая температуру обжатия от 1250 до 1150 оС
можно достигнуть определенного прироста деформации в центральных объемах обода и снижения неравномерности структуры по его
сечению.
ВПЛИВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА ОДНОРІДНІСТЬ
РОЗПОДІЛУ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ЛИСТОВИХ
МІКРОЛЕГОВАНИХ СТАЛЯХ
І.Ф. Ткаченко, проф., д.т.н., М.А. Уніят, асп., ДВНЗ «ПДТУ».
Мікролеговані зварювальні сталі (МЗС) у вигляді листового прокату є найбільш поширеним різновидом продукції металургійних підприємств. Головною їх особливістю є наявність в їх складі одночасно
декількох хімічних елементів, що впливають на стан меж зерен, різновид морфології та об'ємний вміст присутніх структурних складових.
Одним з проявів такого впливу є утворення структурної, зокрема ферито-перлітної смугастості, внаслідок неоднорідного просторового
розподілу легуючих елементів, зокрема, дендритної ліквації Mn, Cr та
ін.
The project "TEMPUS - MMATENG"
Завдяки виконаним дослідженням встановлено суттєві зміни характеру розподілу головних мікро- та легуючих елементів в результаті
низькотемпературної термічної обробки за оптимальними параметрами. Зокрема, показано зниження ферито-перлітної смугастості в сталях
09Г2С, Е36, 10Г2ФБ з формуванням однорідного розподілу острівців
перлітових колоній та подальшого утворення перлітової мережі по
межах феритових зерен із зростанням тривалості витримки за оптимальних температур. Методом рентгеноспектрального мікроаналізу
встановлено відповідні зміни розподілу концентрацій головних хімічних елементів.
КІЛЬКІСНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ОДНОРІДНОСТІ РОЗПОДІЛУ
ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В КОНСТРУКЦІЙНИХ СТАЛЯХ
І.Ф. Ткаченко, професор, д.т.н., М.А. Уніят, асп., ДВНЗ «ПДТУ»
Відомо, що просторовий розподіл легуючих та мікролегуючих
елементів має значний вплив, зокрема, на морфологію структурних
складових, стан меж зерен і в подальшому на механічні властивості.
Дотепер була відсутня кількісна характеристика ступеня неоднорідності просторового розподілу хімічних елементів та методика її розрахунку. На підставі результатів рентгеноспектрального хімічного мікроаналізу, в якості згаданої характеристики було використано відношення
фактичного значення критерію Фішера F до критичного рівня Fкр:
Н=F/Fкр. Показано, що Н<1 відповідає підвищенню однорідності розподілу хімічних елементів в структурі сталі.
ПОРІВНЯЛЬНИЙ КІЛЬКІСНИЙ АНАЛІЗ ОДНОРІДНОСТІ
РОЗПОДІЛУ ГОЛОВНИХ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В
ЛИСТОВИХ МІКРОЛЕГОВАНИХ СТАЛЯХ
І.Ф. Ткаченко, професор, д.т.н., М.А. Уніят, асп., ДВНЗ «ПДТУ»
Дослідження виконувались стосовно сталей після промислової
обробки: сталь 10Г2ФБ – після контрольованої прокатки, сталі 09Г2С і
Е36 – після нормалізації.
Методами рентгенівського спектрального мікроаналізу в роботі
встановлено, що в сталі Е36 спостерігається найвища ступінь неоднорідності серед досліджених сталей зокрема для таких хімічних елементів як С, Mn, Gr, Al, Ti. Найбільш однорідно (Н<1) розподіленими в
цій сталі є наступні Si, V, P, Cu, Nb, Ca. Аналогічна ситуація, щодо цих
75
елементів має місце також для інших досліджених сталей. Крім того,
сталі 10Г2ФБ, 09Г2С характеризуються також близькими загальними
рівнями неоднорідності розподілу решти хімічних елементів: С, Mn,
Al, Ni, S.
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОТЫ, ПОГЛОЩЕННОЙ ЖИДКИМ
МЕТАЛЛОМ, НА СТРУКТУРУ ГОТОВОЙ СТАЛИ
А.С. Качиков, асп., А.М. Скребцов, проф., д.т.н.,
В.М. Хлестов, доц., к.т.н., ГВУЗ «ПГТУ»
Один из главных вопросов производства стали – это статьи прихода и расхода тепловой энергии, подведенной к плавильному агрегату. Однако, необходимо знать также температуру, при которой тепло
подводиться к расплаву. Поглощенная теплота (ПТ) – это количество
тепла Qi, деленное на температуру Ti, при которой оно подведено к
телу. Например, из-за экзотермических реакций в расплавленной ванне или из других источников энергии (факел пламени в мартеновской
печи, электрическая дуга в электропечи, и т. п.) в жидкий металл поступает единица тепла при температуре 1450 °С или при 1550 °С. Очевидно, что действие на расплав этого количества тепла будет разным.
Цель настоящей работы – разработка способа учета ПТ и влияния
её на расплавленную сталеплавильную ванну и структуру готового
металла.
Опыты проводили в 25 т электродуговой печи при выплавке стали следующего химического состава: 0,17-0,25 С %; 0,90-1,4 Mn %;
0,30-0,50 Si %; 0,030 S %; 0,040 P %; 0,30 Cr %; 0,30 Ni %;
0,60 Cu %; 0,07-0,13 V %. Всего было обработано 124 наблюдения за
плавками, определена поглощенная теплота этих плавок по разработанной нами методике, и определено её влияние на структуру затвердевшего металла.
Микроструктуру металла анализировали с помощью специальной
программы Thixomet Pro которая определяет по шлифу металла его
фазовый состав по проценту феррита и перлита.
Так по полученным данным можно сказать, что ферритная структурная составляющая в готовой стали изменялась от 62 % до 72 % с
повышением ПТ от 140 у.е. до 180 у.е.
ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ПРОБ
The project "TEMPUS - MMATENG"
КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ, ОТОБРАННЫХ В ТЕЧЕНИЕ
ЕЁ ПЛАВКИ
А.С. Качиков, асп., А.М. Скребцов, проф., д.т.н.,
В.М. Хлестов, доц., к.т.н.,ГВУЗ «ПГТУ»
В литературе очень мало работ, в которых изучали наследственную структуру затвердевшего металла по ходу его плавки. Поэтому
задача настоящей работы – изучение микроструктуры проб металла,
отобранных из плавильной печи в разные периоды ее плавки и затвердевших с определенной скоростью.
Опыты проводили в 25 т. дуговой электропечи при выплавке
20ГФЛ. Всего было проведено 5 опытных плавок. Во время плавки, с
помощью ложки сталевара, отбирали пробы жидкого металла, которые
заливали в массивные чугунные пробницы. Размер проб: высота 70
мм, диаметр 38 мм, масса проб – 500-560 грамм. Схема отбор проб
была следующей по периодам: плавление – 1ая, 2ая, 3ья; окисление – 4ая,
5ая, 6ая; восстановление – 7ая, 8ая, 9ая и 10ая – из ковша. Затем выполняли химический анализ всех проб металла, измеряли плотность и изучали микроструктуру.
Для металлографического исследования все пробы метала подвергали стандартному отжигу, чтобы исключить влияние на наследственную микроструктуру достаточно быстрого их охлаждения из
жидкого состояния. Изготовленные микрошлифы, протравленные в
4 % растворе азотной кислоты, исследовали на оптическом бинокулярном микроскопе марки Axio Imagez A2m (производство германской фирмы Zeis AG) при увеличении от 100 до 500 крат. Микроскоп
оснащен компьютером, который позволяет с помощью специальной
программы Thixomet Pro определять по шлифу металла его фазовый
состав по проценту феррита и перлита.
По результатам исследования можно сделать вывод, что при
сравнении полученных результатов с классической диаграммой состояния сплавов Fe-C наблюдается наследственная структура стали, которая не достигает равновесного состояния.
77
СОДЕРЖАНИЕ
SUBSECTION №1. «IMPLEMENTATION OF THE NEW COURSES
ACCORDING TO MМATENG PROJECTS FOR MODERNIZATION
OF STUDY PROCESS OF MATERIAL ENGINEERING»………...…4
МОДЕРНИЗАЦИЯ УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ ПОДГОТОВКИ В
ОБЛАСТИ ИНЖЕНЕРНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ ПО
ПРОЕКТУ MMATENG. А.П. Чейлях ............................................... 4
SPECIALISTS OF THE FUTURE. M.А. Ryabikina ........................... 7
ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ ПРОФЕСІЙНОЇ
КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНІХ ІНЖЕНЕРІВ. О.І. Гулай ......... 10
CAPABILITIES OF «CES EDUPACK 2014» SOFTWARE IN
TEACHING OF STUDENTS IN «MATERIALS ENGINEERING».
V.G. Efremenko ................................................................................ 11
BASIC PRINCIPLES OF THE MATERIAL SELECTION APPROACH.
I.F. Tkachenko .................................................................................. 13
USE OF THE “MATERIAL PROPERTIES CHARTS” FOR
MATERIAL SELECTION. I.F. Tkachenko ...................................... 14
ECO MATERIALS FOR BUILDING: BASIC PRINCIPLES OF USE
OF NATURAL RESOURCES AND RECYCLING.
V.Yu. Ivashchenko ............................................................................ 14
SEARCHING FOR NEW INGREDIENTS TO THE ADOBE BRICKS.
V.Yu. Ivashchenko ............................................................................ 15
ПОДГОТОВКА КОНКУРСНЫХ РАБОТ ЛИЦЕИСТОВ ПО
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ ДЛЯ МАЛОЙ АКАДЕМИИ НАУК И
ПОПУЛЯРИЗАЦИЯ ПРОЕКТА В ТЕХНИЧЕСКОМ ЛИЦЕЕ.
В.Ю. Иващенко ................................................................................ 16
The project "TEMPUS - MMATENG"
ANALYSIS OF RESEARCHES OF SPECIFIC IMPACT ENERGY
ABSORPTION OF COMPOSITE MATERIALS USED ON A
TRANSPORT. V.G. Gavrilova, N.E. Karavaieva .................................18
ПОЛУЧЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ
ТЕХНОЛОГИЯХ. М.А. Григорьева, В.А. Русецкий ...................... 18
ПЕРЕРАБОТКА ПЭТ – ОТХОДОВ. И.М. Олейник,
В.Ю. Иващенко ................................................................................ 20
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ
ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ В НОВОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
«МАТЕРИАЛЫ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ».
В.Ю. Иващенко ................................................................................ 22
НОВЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ САМАННЫХ
БЛОКОВ. В.Ю. Иващенко .............................................................. 23
SUBSECTION №2. «THE IMPROVEMENT OF THE FUNCTIONAL
PROPERTIES OF METAL PARTS USING A SURFACE
ENGINEERING TECHNIQUES» ...................................................... 25
OBTAINING IN STEEL STRUCTURE (ALONG WITH MARTENSITE
AND CARBIDES) METASTABLE AUSTENITE TO INCREASE
WEAR RESISTANCE UNDER ABRASIVE ACTION.
L.S. Malinov, I.E. Malysheva ............................................................ 25
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ПОД ЗАКАЛКУ СЕРОГО И
ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНОВ НА АБРАЗИВНУЮ
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ. Л.С. Малинов .......................................... 27
ПОЛУЧЕНИЕ В МОНОМАТЕРИАЛЕ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР.
Л.С. Малинов ................................................................................... 28
СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫЙ НАПЛАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НА
ХРОМОМАРГАНЦЕВОЙ ОСНОВЕ. В.Л. Малинов, Л.С. Малинов,
А.А. Голякевич, В.Н. Упырь ............................................................ 29
79
СВОЙСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО НАПЛАВЛЕННОГО
МЕТАЛЛА МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, ПОЛУЧЕННОГО
ПРИМЕНЕНИЕМ НОВОГО ПОРОШКОВОГО ЭЛЕКТРОДА.
В.Л. Малинов, Л.С. Малинов ......................................................... 30
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ
ПРИВАРКИ ПРИСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА ИЗ СТАЛЕЙ И
ЧУГУНА. Б.И. Носовский, Л.С. Малинов, Е.С. Рыхликова ......... 31
ВПЛИВ ТЕРМООБРОБКИ НА СТРУКТУРУ І ВЛАСТИВОСТІ
КОРОЗІЙНОСТІЙКИХ СТАЛЕЙ AISI 304 ТА AISI 316.
Н.А. Солідор, В.П. Іванов ............................................................... 32
ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ХРОМА МЕЖДУ СТРУКТУРНЫМИ СОСТАВЛЯЮЩИМИ
ИЗНОСОСТОЙКИХ БЕЛЫХ ЧУГУНОВ. В.В. Нетребко .............. 34
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЦЕМЕНТОВАННОЙ
СТАЛИ 20ГЛ. А.П. Чейлях, Н.Е. Караваева ................................. 35
РАСЧЕТ ВЫСОТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ
ЦЕМЕНТОВАННОЙ СТАЛИ 50Г. А.П. Чейлях, Н.Е. Караваева,
М.А. Рябикина ................................................................................. 37
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ С
МЕТАСТАБИЛЬНЫМ АУСТЕНИТОМ. А.П. Чейлях, В.В.
Золочевский .................................................................................... 40
ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВОГО ИНСТРУМЕНТА
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЛАЗМЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО
УПРОЧНЕНИЯ. Ю.С. Самотугина ................................................ 41
СРАВНЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ
ЧУГУНОВ В УСЛОВИЯХ ЛАБОРАТОРНЫХ И СТЕНДОВЫХ
ИСПЫТАНИЙ. Т.В. Пастухова ....................................................... 44
The project "TEMPUS - MMATENG"
SUBSECTION №3. «PHASE AND STRUCTURAL
TRANSFORMATIONS IN STEELS AND ALLOYS» ....................... 46
ВПЛИВ ОБРОБКИ УДАРНОЮ ХВИЛЕЮ НА ВИТРИВАЛІСТЬ
ВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ ПРИ ВТОМІ. І.О. Вакуленко, О.Г. Лісняк,
О.М.Перков, В.Г. Єфременко ......................................................... 46
ТЕРМОДИНАМИКА И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ
НЕСТАБИЛЬНОГО АУСТЕНИТА. И.Ф. Ткаченко,
Ф.К. Ткаченко ................................................................................... 48
ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
НА ПАРАМЕТРЫ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ И СТРУКТУРУ
ЗАЭВТЕКТИЧЕСКОГО СПЛАВА AL-18,5 МАС.% SІ.
А.Г.Пригунова, М.В. Кошелев, С.С. Петров .................................. 49
ПРОГНОЗУВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ СПЛАВІВ НА ОСНОВІ
ФАЗОВОГО АНАЛІЗУ. А.Г. Пригунова, С.С. Петров,
С.В. Пригунов. ................................................................................ 50
ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ СИЛУМІНІВ,
ЛЕГОВАНИХ МАГНІЄМ. А.Г.Пригунова, М.В. Кошелев,
С.С. Петров...................................................................................... 51
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКЕ СПЛАВА ВТ22. В.А. Русецкий,
М.А. Григорьева .............................................................................. 53
КРИСТАЛОГРАФІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПОЛУК.
В. Я. Шемет, Ю. О. Пашинська ..................................................... 54
EVALUATION OF POSSIBILITY OF APPLICATION OF ROLLED
SHEETS, MADE OF STEELS OF DIFFERENT COMPOSITIONS FOR
MANUFACTURING OF BOILERS FOR RAILWAY TANK CARS.
V.G. Gavrilova, A.B. Gogol, V.A. Rusetsky ......................................... 55
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ
СТАЛИ 10Г2ФБЮ. А.С. Рубец, О.Н. Шебаниц, М.А. Рябикина,
В.А. Русецкий .................................................................................. 56
81
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРОКАТА
ТОЛЩИНОЙ 15,7 ММ СТАЛИ МАРКИ Х70. А.С. Рубец,
О.Н. Шебаниц .................................................................................. 58
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ. М.А. Рябикина, М.А. Василенко ............... 60
ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ ПЛИТ ИЗ СТАЛИ МАРКИ
А514-Е. В.Е. Ставровская, Е.В. Побегайло, М.А. Рябикина,
Ф.К. Ткаченко ................................................................................... 62
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОВМЕСТНОГО ВЛИЯНИЯ УГЛЕРОДА,
НИОБИЯ И ВАНАДИЯ НА СВОЙСТВА ЛИСТОВОЙ СТАЛИ
S355N. М.А. Рябикина, В.А. Русецкий, Ф.К. Ткаченко,
В.Е. Ставровская ............................................................................. 64
ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ И ХЛАДНОЛОМКОСТЬ
СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ. Л.И. Якушечкина,
А.М. Щеглова ................................................................................... 67
МЕХАНИЗМ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
ПРИ ИХ ЛЕГИРОВАНИИ. К.И. Ткаченко, Н.В. Ткаченко .............. 68
ПОЛУЧЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЯХ МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ, ДОСТИГАЕМЫХ В СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ
УЛУЧШЕНИЕМ. Д.В. Бурова, А.И. Троцан, Л.С. Малинов .......... 69
ПЛАСТИЧНЕ ДЕФОРМУВАННЯ ВИСОКОМІДИСТИХ ЧАВУНІВ В
СУБКРИТИЧНОМУ ІНТЕРВАЛІ ТЕМПЕРАТУР. Д.А. Гусачук,
О.В. Кубай ........................................................................................ 70
ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫЕ ОБЛАСТИ ФАЗОВЫХ
ПРЕВРАЩЕНИЙ В СТАЛИ 75ХГ2С. В.Г. Ефременко,
В.И. Зурнаджи, Ю.Г. Чабак ............................................................ 71
ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРА ЗЕРНА АУСТЕНИТА В ПРОЦЕССЕ
ФОРМИРОВАНИЯ ОБОДА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КОЛЕСА.
Л.И. Вакуленко, Д.М. Болотова, В.Г. Ефременко ........................ 72
The project "TEMPUS - MMATENG"
ВПЛИВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА ОДНОРІДНІСТЬ РОЗПОДІЛУ
ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ЛИСТОВИХ МІКРОЛЕГОВАНИХ
СТАЛЯХ. І.Ф. Ткаченко, М.А. Уніят ................................................ 74
КІЛЬКІСНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ОДНОРІДНОСТІ РОЗПОДІЛУ
ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В КОНСТРУКЦІЙНИХ СТАЛЯХ.
І.Ф. Ткаченко, М.А. Уніят ................................................................. 75
ПОРІВНЯЛЬНИЙ КІЛЬКІСНИЙ АНАЛІЗ ОДНОРІДНОСТІ
РОЗПОДІЛУ ГОЛОВНИХ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ЛИСТОВИХ
МІКРОЛЕГОВАНИХ СТАЛЯХ. І.Ф. Ткаченко, М.А. Уніят .............. 75
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОТЫ, ПОГЛОЩЕННОЙ ЖИДКИМ МЕТАЛЛОМ,
НА СТРУКТУРУ ГОТОВОЙ СТАЛИ. А.С. Качиков, А.М. Скребцов,
В.М. Хлестов.................................................................................... 76
ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ПРОБ
КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ, ОТОБРАННЫХ В ТЕЧЕНИЕ ЕЁ
ПЛАВКИ. А.С. Качиков, А.М. Скребцов, В.М. Хлестов................. 76
83