3. Науковий напрямок-новітні технології порошкової металургії, металеві і композиційні матеріали та порошкові покриттяhttp://library.ipms.kiev.ua/handle/123/802024-03-14T19:38:01Z2024-03-14T19:38:01ZЗвіт про науково-дослідну роботу: „ Науково-технологічні принципи синтезу та консолідації високозносостійких композитів на основі сплавів алюмінію та титану, армованих високомодульними сполуками"Керівник роботи: Баглюк Геннадій Анатолійович, д.т.н., (Email:gbag@rambler.ru)http://library.ipms.kiev.ua/handle/123/4442024-02-04T16:20:37Z2023-01-01T00:00:00ZЗвіт про науково-дослідну роботу: „ Науково-технологічні принципи синтезу та консолідації високозносостійких композитів на основі сплавів алюмінію та титану, армованих високомодульними сполуками"
Керівник роботи: Баглюк Геннадій Анатолійович, д.т.н., (Email:gbag@rambler.ru)
Об’єкт дослідження – алюмоматричні та титаноматричні композиційні матеріали, армовані високомодульними сполуками.
Мета роботи – розроблення та оптимізація технологічних процесів виготовлення композитів матеріалів на основі алюмінієвих та титанових сплавів, армованих високомодульними сполуками, з високими експлуатаційними властивостями.
Методи дослідження – диференційний термічний аналіз (ДТА), рентгенофазовий та мікрорентгеноспектральний аналізи, скануюча електронна мікроскопія, оптична металографія.
Відпрацьовано технологічні режими деформування алюмо- та титаноматричних композиційних матеріалів з використанням інтенсивної пластичної деформації HPT. Оптимізований компонентний склад вихідної шихти та досліджений його вплив на особливості структури та фазовий склад синтезованого композиту системи Al-C-Ti. Показано, що в разі використання шихти із стехіометричним по відношенню до титану вмістом вуглецю переважною зміцнюючою фазою сплаву є ТіС сферичної форми рівномірно розподілений в алюмінієвій матриці. В свою чергу композит з титановою матрицею, при спіканні та перекристалізації стимулює утворення голчастих включень, а подальше їх деформування призводить до їх часткового подрібнення та переорієнтування в напрямку інтенсивної пластичної течії матеріалу.
Досліджені основні фізико-механічні та експлуатаційні властивості компактованих матеріалів. Встановлено, що розроблені композити мають високі характеристики міцності. Результати триботехнічних досліджень показали, що композити які містять залишковий вуглець мають стійкість у 100 раз більшу ніж без надлишкового вуглецю. Показано, що просочування синтезованого композиту антифрикційним матеріалом запобігає схоплюванню матеріалів пари тертя та відповідно збільшує її стійкість.
Сфера застосування розроблених композитів досить широка: диски регенераторів автомобільних газотурбінних систем, фільтри, екрани, системи допалювання вихлопних газів автомобілів (заміна нержавіючої сталі при виготовленні елементів вихлопної системи), відновлення поверхонь деталей машин та ін.
Ключові слова: ТЕРМІЧНИЙ СИНТЕЗ, ГАРЯЧЕ ШТАМПУВАННЯ, АЛЮМІНІЙ, ТИТАН, ЗНОСОСТІЙКИЙ, БОРИДИ, КОНСОЛОДАЦІЯ, КОМПОЗИТ.
Скорочений зміст висновків рецензентів.
_Науково-дослідна робота, в якій розроблені наукові принципи синтезу та консолідації високозносостійких композитів на основі сплавів алюмінію та титану, армованих високомодульними сполуками та виготовлених з використанням інтенсивної пластичної деформації HPT. Актуальність роботи обумовлена гострою необхідністю розробки принципово нових складів зносостійких та конструкційних матеріалів на основі головним чином вітчизняної сировинної бази, а також нових високоефективних технологічних підходів отримання таких матеріалів з використанням сучасних високоенергетичних та відносно низькотемпературних методів компактування (гаряче штампування пористих заготовок, електророзрядне спікання). Результати проведених досліджень дозволили розробити та визначити фізико-механічні властивості алюмо- та титаноматричні композиційні матеріали, армованих високомодульними сполуками. Розроблені композити мають високі характеристики міцності. Показано, що композити які містять залишковий вуглець мають стійкість у 100 раз більшу ніж без надлишкового вуглецю. Просочування синтезованого композиту антифрикційним матеріалом запобігає схоплюванню матеріалів пари тертя та відповідно збільшує її стійкість. Розроблені композити рекомендовані для підприємств автомобіле- та літакобудівної галузей.
Пропозиції про подальше використання результатів роботи.
Результати роботи вносить певний вклад у сучасне матеріалознавство, теорію й практику порошкової металургії і можуть знайти широке застосування на підприємствах для підвищення якості дисків регенераторів автомобільних газотурбінних систем, фільтри, екрани, системи допалювання вихлопних газів автомобілів, відновлення поверхонь деталей машин та ін.
2023-01-01T00:00:00ZЗвіт про науково-дослідну роботу: „Штампові сталі для гарячого деформування кольорових металів та сплавів з підвищеними експлуатаційними властивостями "Керівник роботи: Гогаев Казбек Олександрович, член-кор. НАНУ, (Еmail:gogaev@ipms.kiev.ua)http://library.ipms.kiev.ua/handle/123/4432024-02-04T15:44:17Z2023-01-01T00:00:00ZЗвіт про науково-дослідну роботу: „Штампові сталі для гарячого деформування кольорових металів та сплавів з підвищеними експлуатаційними властивостями "
Керівник роботи: Гогаев Казбек Олександрович, член-кор. НАНУ, (Еmail:gogaev@ipms.kiev.ua)
Економічна ефективність процесів формоутворення методом гарячого пресування заготовок кольорових металів та їх сплавів визначається стійкістю робочого інструмента. В залежності від марки деформованого сплаву, температури розігріву поверхневі шари можуть змінюватись від достатньо помірних (400 – 600 °С) до високих (600 – 950 °С) температур. При робочих температурах до 600 °С задовільна стійкість інструмента у багатьох випадках забезпечується при використанні традиційних штампових сталей на базі α-твердого розчину з карбідним зміцненням. При температурі більше за 600 °С в процесі експлуатації інструмент із-за низької теплостійкої сталі феритного класу виходить з ладу. Типовими представниками цих сталей є сталі 3Х2В8Ф, 3Х3М3Ф, 4Х4ВМФС, 5Х3В3МФ та інші. Додаткове введення легуючого елементу (нікелю) у сталь на феритній основі зумовлює зниження критичної точки А3. При розширенні області γ-Fe модифікації в сталі у вихідному стані і при нагріванні її до температур, за якими відбувається α → γ перетворення, зберігається аустенітна структура впродовж усього періоду високотемпературної експлуатації штампового інструмента до 950 °С. Такі сталі отримали назву – сталі з регулюванням аустенітного перетворення при експлуатації (РАПЕ). При традиційному підходу до підвищення теплостійкості штампових сталей на феритної основі підвищують температур фазових перетворень. В цьому полягає головна відмінність підходу до легованих теплостійких штампових сталей на феритної основі зі сталями з РАПЕ.
В роботі було досліджено фазовий склад, кристалічна структура та визначення механічних властивостей сталі з РАПЕ 4Х3Н5М3Ф та 4Х4Н5М4Ф2 в литому та кованому станах при розробці режимів термічної обробки.
Проводились дослідно-промислові випробування штампового інструменту в процесі експлуатації гарячого деформування: мідно-нікелевого сплаву марки МНЖ 5-1 при температурах 850 – 950 °С, міді марки М1 при температурах 550 – 650 °С, алюмінієвого сплаву марки АК7ч при температурах не перевищуючи 450 °С. У роботі були проведені порівняльні характеристики фізико-механічних та службових властивостей литої та деформованої сталі з РАПЕ з марками сталей 4Х5МФ1С, 3Х3М3Ф та 3Х2В8Ф.
Ключові слова: ЕЛЕКТРОШЛАКОВИЙ ПЕРЕПЛАВ, СТАЛЬ, ТЕРМІЧНА ОБРОБКА, ТЕМПЕРАТУРА, СТРУКТУРА, ФАЗА, ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ, ІНСТРУМЕНТ.
Скорочений зміст висновків рецензентів.
В роботі вивчалось дослідження промислового випробування інструменту із дослідних сталей 4Х3Н5М3Ф та 4Х4Н5М4Ф2 для гарячого деформування: мідно-нікелевого сплаву марки МНЖ 5-1 при температурах 850 – 950 °С, міді марки М1 при температурах 550 – 650 °С та алюмінієвого сплаву марки АК7ч при температурах не перевищуючи 450 °С. У роботі були проведені порівняльні характеристики фізико-механічних та службових властивостей литих досліджених сталей та деформованих сталей з підвищеною теплостійкістю 4Х5МФ1С, 3Х3М3Ф та 3Х2В8Ф.
Звіт добре проілюстрований таблицями, графіками та рисунками. Актуальність роботи, мета, задачі дослідження, висновки були змістовні та добре аргументовані. У вступній частині вдало обґрунтована актуальність дослідження, охарактеризовані мета та завдання дослідження. Зміст роботи повністю відповідає зазначеній темі дослідження, а також чітко та лаконічно сформульовано її назву. На мій погляд побудована і структура роботи, розділи є логічно-послідовними, якісно розкривають поставлені завдання. Результати дослідження в експериментальній частині звіту демонструють:
– скорочення енергоємної технологічної операції, а саме високотемпературної деформаційної обробки сталі;
– полегшення механічної обробки різанням заготовок при виготовленні матриць із досліджених сталей з регулюванням аустенітного перетворення під час експлуатації;
– розробка режимів кінцевої термічної обробки дослідженої сталі;
– підвищення теплостійкості дослідженої сталі;
– підвищення ресурсу експлуатації інструменту з досліджених литих сталей.
Вважаю, що науково-дослідний звіт, який рецензується, заслуговує на високу оцінку, а отримані результати дослідження мають фундаментальну основу для використання сталі з регулюванням аустенітного перетворення під час експлуатації для гарячого деформування міді, мідно-нікелевого та алюмінієвого сплаву при широкому інтервалі робочих температур (нижче критичної точки А1 та вище А3) з підвищеними службовими властивостями у порівнянні із деформованими сталями підвищеної теплостійкості.
Пропозиції про подальше використання результатів роботи.
Рекомендовано використання литої сталі (4Х4Н5М4Ф2) з регулюванням аустенітного перетворення під час експлуатації проводити гаряче деформування мідно-нікелевого сплаву марки МНЖ 5-1.
2023-01-01T00:00:00ZЗвіт про науково-дослідну роботу: „ НАУКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ СИНТЕЗУ ТА КОНСОЛІДАЦІЇ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА ПОКРИТТІВ В СИСТЕМІ Ti-Nb-B-С-Si ДЛЯ РОБОТИ В ЕКСТРЕМАЛЬНИХ УМОВАХ ”Керівник роботи: Згалат-Лозинський Остап Броніславович, д.т.н., (Email:zgalatlozynskyy@gmail.com)http://library.ipms.kiev.ua/handle/123/4412024-02-01T11:56:25Z2023-01-01T00:00:00ZЗвіт про науково-дослідну роботу: „ НАУКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ СИНТЕЗУ ТА КОНСОЛІДАЦІЇ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА ПОКРИТТІВ В СИСТЕМІ Ti-Nb-B-С-Si ДЛЯ РОБОТИ В ЕКСТРЕМАЛЬНИХ УМОВАХ ”
Керівник роботи: Згалат-Лозинський Остап Броніславович, д.т.н., (Email:zgalatlozynskyy@gmail.com)
Об’єкт дослідження – композиційні порошки на основі TiB2 – TiSi2, Si3N4 –NbSi2, спечені електродні матеріали та захисні покриття з них.
Мета роботи полягає в дослідженні способів отримання композиційних порошків в системі Ti-Nb-B-С-Si, щільних композитів методами іскро-плазмового спікання і нанесення захисних покриттів з них з високими твердістю і зносостійкістю.
Досліджено умови синтезу композиційних порошків на основі TiB2 – TiSi2 з добавками тугоплавких сполук TiC та NbC в планетарному млині АІР–0,015А за механізмом механостимульованої реакції, які дозволяють одержувати гомогенні порошки з розміром частинок 50-150 нм.
Вивчено особливості твердофазної взаємодії порошкових сумішей Si3N4 – Nb при термообробці в вакуумі. Розроблено режими синтезу композиційного порошку 86NbSi2–14Si3N4, які передбачають введення надлишку нітриду кремнію порівняно з стехіометричним співвідношенням компонентів.
Методом іскро-плазмового спікання з синтезованих порошків виготовлено електродні матеріали та відпрацьовано методику нанесення електроіскрових покриттів на сталеві та титанові підкладки в діапазоні параметрів енергії електричних імпульсів 0,1-1,1 Дж з опціональною лазерною обробкою. Твердість нанесених покриттів досягає 17 ГПа при товщині 40 мкм. Встановлено, що найбільшу зносостійкість та мінімальну силу тертя при взаємодії з твердосплавним контртілом має покриття на сталевій підкладці, отримане комбінованою електроіскровою та лазерною обробкою, нанесене електродом з TiB2+TiSi2+NbC.
Ключові слова: КОМПОЗИЦІЙНИЙ МАТЕРІАЛ, ПОКРИТТЯ, НІТРИД КРЕМНІЮ, ДИБОРИД ТИТАНУ, МЕХАНОСИНТЕЗ, ЕЛЕКТРОІСКРОВЕ ЛЕГУВАННЯ, ІСКРОПЛАЗМОВЕ СПІКАННЯ.
Скорочений зміст висновків рецензентів.
Рецензенти зазначили, що роботу проведено на високому науковому рівні, з використанням вітчизняного та світового досвіду і сучасних методів дослідження. Відзначено важливість результатів комплексного дослідження закономірностей фазо- та структуроутворення композиційних порошків на основі безкисневих тугоплавких сполук TiB2-TiSi2, Si3N4-NbSi2, зміцнених карбідами титану та ніобію. На основі встановлених закономірностей розроблено технологічний прийом одержання дисперсних композиційних порошків NbSi2 - Si3N4, який предбачає введення надлишку Si3N4 в кількості 30 мас. % порівняно до стехіометричного складу. Твердофазна взаємодія в процесі механообробки в високоенергетичному планетарному млині АІР дозволяє одержати дисперсні композиційні порошки з середнім розміром агломератів 1-19 мкм, які в свою чергу складаються з дрібніших частинок розміром менше 200 нм. Форма та зміст роботи відповідають вимогам до фундаментальних НДР, а науково-практичні результати дослідження заслуговують на високу оцінку та продовження зусиль в цьому науковому напрямку.
Пропозиції про подальше використання результатів роботи.
Результати можуть бути використані в машинобудуванні, інших галузях для нанесення захисних покриттів на деталі та інструменти, які працюють в умовах інтенсивного зносу. Розроблені технологічні рекомендації можуть бути використані при маштабуванні техпроцесу для виготовлення комозиційних порошків NbSi2 - Si3N4.
2023-01-01T00:00:00ZЗвіт про науково-дослідну роботу: «Фундаментальні особливості поведінки гранульованих матеріалів в технологіях 3D прінтінгу та консолідації високодисперсних порошків в умовах іскроплазмового спікання та традиційного ізотермічного спікання»Керівник роботи: Штерн Михайло Борисович, д.т.н., член - кор. НАНУ, (Email:stern@materials.kiev.ua)http://library.ipms.kiev.ua/handle/123/4282023-09-22T07:50:23Z2022-01-01T00:00:00ZЗвіт про науково-дослідну роботу: «Фундаментальні особливості поведінки гранульованих матеріалів в технологіях 3D прінтінгу та консолідації високодисперсних порошків в умовах іскроплазмового спікання та традиційного ізотермічного спікання»
Керівник роботи: Штерн Михайло Борисович, д.т.н., член - кор. НАНУ, (Email:stern@materials.kiev.ua)
ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ – пористі матеріали, матеріали порошкового походження. пошкоджені матеріали, технології спікання, пресування, 3D прінтінгу та інжекційного формування.
МЕТА РОБОТИ – вдосконалення наукових уявлень про зв'язок фізико-механічних властивостей гранульованих порошкових середовищ та матеріалів, одержаних на їх основі, методами 3D прінтінгу, іскроплазмового, реакційного та традиційного спікання..
МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ – використання експериментальних методів та методів механіки континууму, обчислювальної мікромеханіки і методів скінчених елементів.
Базуючись на уявленнях теорії ущільнення гранульованих середовищ, із застосуванням методу дискретних елементів сформульовано принципи керування розподілом густини та кінцевою конфігурацією виробу, отриманого із застосуванням 3–D технологій. Оптимізовано процеси селективного лазерного спікання та плавлення у матричних композитах нержавіючої сталі SS316L з включеннями карбіду вольфраму. Встановлено, що безпористий виріб може бути отриманий тільки за умови достатнього часу існування рідкого металу для заповнення найбільших пор в насипці. Цей час збільшується із збільшенням концентрації керамічних вкраплень як за рахунок збільшення ефективної в'язкості металу так і за рахунок збільшення максимального розміру пор. Методами комп'ютерного моделювання проаналізовано процес інжекційного пресування. Зокрема, проаналізовано заповнення шлікером порожнини прес-форм для виготовлення виробів у формі суцільної кулі, кулі з осьовим циліндричним отвором, сопла та воронки, для термопластичної маси на основі порошку нітриду алюмінію встановлені кореляційні залежності: Визначено час заповнення прес-форми у залежності від характерного діаметру виробу та довжини ліній спаю та ефективної в’язкості термопластичної маси. Проведено аналіз процесів усадки і еволюції порової і зеренної мікроструктури при спіканні гранульованих порошків вольфраму. Вивчено вплив вихідних компонентів та додаткового легування ніобієм на консолідацію, структуру та механічні властивості сплавів на основі γ-TiAl.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: ГРАНУЛЬОВАНЕ СЕРЕДОВИЩЕ, СТРУКТУРА, СПІКАННЯ, МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ, ВИРОБИ СКЛАДНОЇ ФОРМИ, ІНЖЕКЦІЙНЕ ФОРМУВАННЯ.
СКОРОЧЕНИЙ ЗМІСТ ВИСНОВКІВ РЕЦЕНЗЕНТІВ.
Проект присвячено формулюванню наукових підвалин та розробці методів аналізу процесів отримання виробів на основі порошкових матеріалів. На відміну від попередніх досліджень, виконаних, як розробниками, так і численними фахівцями в галузі технологій матеріалознавства, автори проекту зосереджуються на розв‘язку одночасно двох ключових завдань – формоутворення та структуроутворення. Одна із проблем проекту пов‘язана із поглибенням розуміння консолідації виробів з порошків методом 3-D прінтінгу. Авторам вдалося встановити важливий зв‘язок між конструктивними параметрами прес-елементів, вихідною товщиною шарів та максимально можливою для цього процесу густиною. Одночасно, розглянуто і інший різновид адитивних технологій – селективне лазерне спікання. Зокрема, з метою оптимізації та вдосконалення цього процесу встановлено можливість використовувати уявлення рідко - фазного спікання. Важливі результати отримані шляхом моделювання інжекційного пресування порошків металів та кераміки за рахунок використання власної моделі нелінійно - в‘язкої течії шлікеру, що містить майже граничну концентрацію порошку. Особливу увагу приділено еволюції порової та зереної структури під час спікання гранульованих порошків вольфраму. Встановлено шляхи запобігання утворенню та розвитку дефектів під час цього процесу, що дозволили вдосконалити властивості порошкових катодів. Запропоновано метод отримання сплаву на основі γTiAl, легованого ніобієм в межах твердого розчину, шляхом використання прекурсорів. Застосування сполук TiH2, Al3Ti, Al3Nb замість елементарних порошків дозволило досягти високої дисперсності шихти в результаті високоенергетичного розмелу.
Попри багатоплановість питань, що покладені в основу проекту, автори довели, що всі вони спрямовані на розв‘язок однієї з нагальних проблем сучасного матеріалознавства. З огляду на це, а також високий рівень отриманих результатів вважаю мету проекту досягнутою, а сформульовані задачі розв‘язаними. Наведене вище дає підстави рекомендувати Вченій раді ІПМ НАН України та Бюро відділення фізико – технічних проблем матеріалознавства президії НАН України затвердити звіт по даному проекту.
Мета проекту − вдосконалення теоретичних уявлень про зв'язок фізико-механічних властивостей гранульованих порошкових та пористих середовищ із властивостями виробів, отриманих на їх основі. Саме формулювання мети свідчить про актуальність проблематики, обраної авторами проекту, а також про поєднання наукових засад із основами технологій отримання важливих для сучасного використання матеріалів. Як об‘єкт дослідження, авторами обрано дисперсну сировину, що під час обробки поступово перетворюється на тверде тіло, набуваючи при цьому бажаних властивостей. Розглядається як застосування 3–d прінтінгу, так і консолідація порошкових середовищ під дією рушійних сил спікання та фазоутворення. За умов, що супроводжують наведені процеси, використовуються методи дискретних та скінчених елементів, а також уявлення фізики спікання. Встановлюється зв‘язок показників стану дисперсного середовища із конструктивними параметрами адитивних технологій, температурою спікання та її змінами. Основну увагу приділено контролю утворення та розвитку пошкоджень, викликаних збуреннями внаслідок початкової випадкової неоднорідності параметрів структури. Зокрема, авторам проекту вдалося встановити роль локальної дилатансії, як можливого джерела дефектів під час 3–d прінтінгу, а також намітити можливі заходи з метою ізоляції осередків їх локалізації. Аналогічні проблеми були розв‘язані також у зв‘язку із використанням неізотермічного спікання катодів на основі гранульованих порошків вольфраму.
Отримані результати базуються на теоретико-експериментальних засадах механіки та фізики дисперсних та пористих матеріалів, розвинутих членами авторського колективу і визнаних світовою науковою спільнотою. У той же час розробники проекту використовують набуті результати безпосередньо з метою отримання порошкових виробів, важливих для різних технічних проблем.
Наведене вище вважаю підставою для позитивної оцінки результатів роботи авторського колективу та проекту в цілому.
Рецензенти рекомендують виконану роботу ухвалити на Бюро Відділення ВФТПМ НАН України.
ПРОПОЗИЦІЇ ПРО ПОДАЛЬШЕ ВИКОРИСТАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ.
На підставі розробки нових теоретичних уявлень, що базуються на методах скінчених та дискретних елементів щодо процесів консолідації порошків та інших гранульованих середовищ, а також на базі застосування методів комп‘ютерного моделювання, будуть оптимізовані та вдосконалені новітні технології 3D прінтування, іскроплазмового, реакційного та звичайного пічного спікання, що має підвищити ступінь контрольованості названих технологій і забезпечити можливість регулювання властивостей матеріалів, що з них отримують.
2022-01-01T00:00:00Z