Search

The paper reviews current research on the processing of Ni-Ti alloys (nitinols). These functional materials undergo martensitic transformations that determine their specific physical and mechanical properties (shape memory effect, superelasticity, high damping capacity, etc.). The physical and thermomechanical properties of Ni-Ti alloys with shape memory effect are described, as well as the phenomena that accompany the machining process and are the cause of the low machinability of these materials. An overview of suitable tool materials, cutting modes, and machining conditions proposed by modern practitioners and researchers is given. The results of known works on the determination of cutting forces, temperatures, tool life, roughness and microhardness of machined surfaces, depth of hardened layer and residual stresses are analyzed. The results of experimental studies of face milling process of nitinols under the conditions of dry, cryogenic machining and machining with minimum quantity lubrication are discussed. It was found that the processes of face milling of Ni-Ti alloys with shape memory effect of different brands have not yet been extensively and widely researched to determine the conditions for guaranteed effective machining. The need for further scientific research on promising ways to increase the efficiency of face milling of nitinols while ensuring high quality of the surface layer of the products is substantiated., У роботі представлено огляд сучасних наукових досліджень процесу механічного оброблення сплавів Ni-Ti (нітинолів). Ці функціональні матеріали зазнають мартенситних перетворень, які визначають їх особливі фізико‑механічні властивості (ефект пам’яті форми, надпружність, високу демпфуючу здатність та ін.). Описано фізико- та термомеханічні властивості сплавів Ni-Ti з ефектом пам’яті форми, а також явища, які супроводжують процес різання та обумовлюють низьку оброблюваність цих матеріалів. Проведено огляд раціональних інструментальних матеріалів, режимів різання та умов оброблення, які пропонуються сучасними практиками та дослідниками. Проаналізовано результати відомих робіт із визначення сил різання, температур, стійкості інструментів, шорсткості та мікротвердості оброблених поверхонь, глибини зміцненого шару та залишкових напружень. Обговорюються результати експериментальних досліджень процесу торцевого фрезерування нітинолів в умовах сухої, кріогенної обробки та обробки із мінімальним змащуванням. Виявлено недостатність ґрунтовних і масштабних досліджень процесів торцевого фрезерування сплавів Ni-Ti з ефектом пам’яті форми різних марок для призначення умов їх гарантовано ефективного оброблення. Обґрунтована необхідність подальших наукових пошуків перспективних шляхів підвищення ефективності торцевого фрезерування нітинолів із забезпеченням високої якості поверхневого шару виробів.

The effect of manganese content on the wear resistance was studied on ADI materials , that are isothermally quenchеd at different temperatures. ADI samples with Mn content of 0.78% and 0.24% were analyzed. The final structure of the cast iron was created by austenitizing heating at 900 ° C for 30 minutes. and subsequent isothermal quenching in liquid tin at temperatures of 310, 330, 350, 380 ° C for samples with high manganese content and at 350, 370 ° C for samples with low content. It is shown that increasing the manganese content increases the amount of residual austenite under the same quenching conditions. This enhances the positive role of the TRIP effect on the strengthening of the subsurface layer and wear resistance. Wear resistance studies were performed on laboratory equipment that simulated the wear of agricultural machinery during plowing. Wear resistance tests were performed on samples of 10 x 10 mm2 in dry sand at a load of 5 kg at speed of 2.93 m/s which is approximately equal to the speed of machinery during agricultural work. The duration of the cycle corresponded to 5 km distance. After each cycle, the samples were weighed on analytical balances with an accuracy of 0.1 mg. It was found that under all conditions of quenching manganese alloying significantly increases wear resistance due to more intensive deformation-induced martensitic transformation in the near-surface layers. X-ray studies have shown that increasing the of manganese concentration doubles the content of deformation-induced martensite in the surface layers. The microhardness of the surface layer after shear deformation during wear increases by 1.5 times compared to the sample without wear. One third of the hardness impressions show abnormally high microhardness Hμ = 700 - 900. These values ​​correspond to the microhardness of martensite in cast irons of this class. The obtained results of laboratory experiments are a prerequisite for the wide practical use of TRIP - effect as an effective mechanism of deformation strengthening of the surface layers of agricultural machinery operating in the mode of wear., Досліджено вплив вмісту марганцю на зносостійкість ADI, який був ізотермічно загартований при різних температурах. Аналізували зразки ADI з вмістом Mn 0,78% та 0,24%. Структура чавуну створювалася шляхом аустенізуючого нагрівання при 900 °С протягом 30 хвилин. і подальшого ізотермічного гартування в рідкому олові при температурах 310, 330, 350, 380 °С для зразків з високим вмістом марганцю і при 350, 370 °С для зразків з низьким вмістом. Показано, що збільшення вмісту марганцю збільшує кількість залишкового аустеніту за тих же умов загартування. Це посилює позитивну роль впливу TRIP на процеси зміцнення та опір зношуванню. Дослідження зносостійкості проводили на лабораторному обладнанні, яке моделювало зношення сільськогосподарчої техніки під час оранки. Випробування проводились на зразках 10 х10 мм2 в сухому піску при навантаженні 5 кг і швидкості обертання зразків 2,93 м/с. Це приблизно дорівнює швидкості руху техніки при польових роботах. Цикл роботи складав 5 км пробігу, Після кожного циклу зразки зважувались на аналітичних вагах з точністю 0.1 мг. Встановлено, що за всіх умов гартування легування марганцем суттєво підвищує зносостійкість виробів з бейнітного чавуну за рахунок більш інтенсивного протікання деформаційного індукованого мартенситного перетворення в приповерхневих шарах деталей, що піддаються зношуванню. Рентгенівські дослідження показали, що в зразках з підвищеним вмістом марганцю вміст деформаційно індукованого мартенситу в поверхневих шарах збільшується вдвічі. Мікротвердість при поверхневого шару після зсувної деформації при зношуванні збільшується в 1,5 рази в порівнянні з вихідним зразком. Третина відбитків демонструє аномально високу мікротвердість Нμсер =700 – 900. Це відповідає твердості мартенситу в чавунах цього класу. Отримані результати лабораторних експериментів є передумовою до широкого практичного використання TRIP – ефекту, як ефективного механізму деформаційного зміцнення поверхневих шарів землеобробної техніки, що працює в режимі зношування.

Досліджено вплив вмісту марганцю на зносостійкість ADI, який був ізотермічно загартований при різних температурах. Аналізували зразки ADI з вмістом Mn 0,78% та 0,24%. Структура чавуну створювалася шляхом аустенізуючого нагрівання при 900 °С протягом 30 хвилин. і подальшого ізотермічного гартування в рідкому олові при температурах 310, 330, 350, 380 °С для зразків з високим вмістом марганцю і при 350, 370 °С для зразків з низьким вмістом. Показано, що збільшення вмісту марганцю збільшує кількість залишкового аустеніту за тих же умов загартування. Це посилює позитивну роль впливу TRIP на процеси зміцнення та опір зношуванню. Дослідження зносостійкості проводили на лабораторному обладнанні, яке моделювало зношення сільськогосподарчої техніки під час оранки. Випробування проводились на зразках 10 х10 мм2 в сухому піску при навантаженні 5 кг і швидкості обертання зразків 2,93 м/с. Це приблизно дорівнює швидкості руху техніки при польових роботах. Цикл роботи складав 5 км пробігу, Після кожного циклу зразки зважувались на аналітичних вагах з точністю 0.1 мг. Встановлено, що за всіх умов гартування легування марганцем суттєво підвищує зносостійкість виробів з бейнітного чавуну за рахунок більш інтенсивного протікання деформаційного індукованого мартенситного перетворення в приповерхневих шарах деталей, що піддаються зношуванню. Рентгенівські дослідження показали, що в зразках з підвищеним вмістом марганцю вміст деформаційно індукованого мартенситу в поверхневих шарах збільшується вдвічі. Мікротвердість при поверхневого шару після зсувної деформації при зношуванні збільшується в 1,5 рази в порівнянні з вихідним зразком. Третина відбитків демонструє аномально високу мікротвердість Нμсер =700 – 900. Це відповідає твердості мартенситу в чавунах цього класу. Отримані результати лабораторних експериментів є передумовою до широкого практичного використання TRIP – ефекту, як ефективного механізму деформаційного зміцнення поверхневих шарів землеобробної техніки, що працює в режимі зношування. The effect of manganese content on the wear resistance was studied on ADI materials , that are isothermally quenchеd at different temperatures. ADI samples with Mn content of 0.78% and 0.24% were analyzed. The final structure of the cast iron was created by austenitizing heating at 900 ° C for 30 minutes. and subsequent isothermal quenching in liquid tin at temperatures of 310, 330, 350, 380 ° C for samples with high manganese content and at 350, 370 ° C for samples with low content. It is shown that increasing the manganese content increases the amount of residual austenite under the same quenching conditions. This enhances the positive role of the TRIP effect on the strengthening of the subsurface layer and wear resistance. Wear resistance studies were performed on laboratory equipment that simulated the wear of agricultural machinery during plowing. Wear resistance tests were performed on samples of 10 x 10 mm2 in dry sand at a load of 5 kg at speed of 2.93 m/s which is approximately equal to the speed of machinery during agricultural work. The duration of the cycle corresponded to 5 km distance. After each cycle, the samples were weighed on analytical balances with an accuracy of 0.1 mg. It was found that under all conditions of quenching manganese alloying significantly increases wear resistance due to more intensive deformation-induced martensitic transformation in the near-surface layers. X-ray studies have shown that increasing the of manganese concentration doubles the content of deformation-induced martensite in the surface layers. The microhardness of the surface layer after shear deformation during wear increases by 1.5 times compared to the sample without wear. One third of the hardness impressions show abnormally high microhardness Hμ = 700 - 900. These values correspond to the microhardness of martensite in cast irons of this class. The obtained results of laboratory experiments are a prerequisite for the wide practical use of TRIP - effect as an effective mechanism of deformation strengthening of the surface layers of agricultural machinery operating in the mode of wear.

Робота присвячена вдосконаленнютехнологіїцементаціїнеіржавіючих сталей. У роботі розглянуті питання використання неіржавіючої сталі перехідного структурного класу 14Х17Н2. Проаналізовані існуючі галузі раціонального використання даного матеріалу. Вивчені основні методи вдосконалення властивостей матеріалів даной групи. Досліджено вплив термічної та хіміко-термічної обробки нержавіючої сталі 14Х17Н2 на її структуру, твердість та стійкість до міжкисталітної корозії. Запропонований оптимальний, ефективний та комплексний режим термічної обробки. Для отримання високотвердого, зносостійкого поверхневого покриття в роботі запропонована комплексна, удосконалена обробка, яка містить дві послідовні технологічні операції: азотування та цементацією. Цементація проводиться на сучасному обладнанні за прискореним режимом, у вакуумі. Сформована при цього карбонітридна структура поверхні сталі 14Х17Н2 дозволяє підвищитии поверхневу твердість, зносостійкість та корозійнустійкість виробів із даного матеріалу. Мета і завдання. дослідження впливу комплексної хіміко-термічно обробки на мікроструктуру, твердість та стійкість до міжкристалітної корозії сталі 14Х17Н2. Для цьогонеобхідновирішитинаступнізадачі: 1. вивчитисучаснііснуючітехнологіїтермічної і хіміко-терміноїобробкинеіржавіючих сталей 2. проаналізувативзаємозв’язокміжтехнологічними параметрами процесів хіміко-термічної обробки й характеристиками зміцненого шару. 3. визначитивпливхіміко-термічноїобробки на твердість і стійкість до міжкристалітноїкорозіїнеіржавіючоїсталі. 4. розрахуватиоптимальнітехнологічніпараметри режиму зміцнюючоїобробки. Об’єктдослідження. Дифузійнікарбідні, нітридні та карбонітридніпокриттянасталі14Х17Н2. Предмет дослідження. Мікроструктура та товщинанітридних, карбідних та карбонітриднихпокриттів та їхвзаємозв’язок з твердістю та стійкістю до міжкристалітноїкорозіїсталі14Х17Н2. Практичнезначеннянауковихрезультатів. Підвищенняексплуатаційних характеристик деталізісталі 14Х17Н2 шляхом вдосконалення методу цементації, щозабезпечує в поверхневих шарах заданіпараметризміцнення. Методидосліджень – мікроструктурнийметалографічнийаналіз, дюрометричнийаналіз, визначеннястійкості до міжкристалітноїкорозіїЕкспериментальнучастинуроботи проводили з використаннямсучасногообладнання в лабораторнихумовах. Наукова новизна отриманихрезультатів.Дослідженовпливпроцесівазотування, цементації на властивостісталі 14Х17Н2. Впершезапропонованосучаснийпроцесдифузійноїметалізаціїпопередньоазотованоїсталі 14Х17Н2. Впершевизначенощо в результатікомплексноїобробки (азотування та цементація) нержавіючих сталей формуютьсязахиснепокриттяізкарбонітридузаліза, крбонітриду хрому. Встановленощоазотованепокриття є джереломазоту для формуваннякарбонітриду хрому. The work is devoted to the improvement of the cementation technology of stainless steels. The work deals with the use of stainless steel of the transition structural class 14Х17Н2. Existing areas of rational use of this material are analyzed. The main methods of improving the properties of materials of this group have been studied. The effect of thermal and chemical-thermal treatment of stainless steel 14X17N2 on its structure, hardness and resistance to intercrystalline corrosion was studied. An optimal, effective and comprehensive mode of heat treatment is proposed. In order to obtain a highly hard, wear-resistant surface coating, a complex, improved treatment is proposed in the work, which includes two consecutive technological operations: nitriding and cementation. Cementation is carried out on modern equipment in an accelerated mode, in a vacuum. The carbonitride structure of the 14X17N2 steel surface formed in this way allows to increase the surface hardness, wear resistance and corrosion resistance of products made of this material. Purpose and task. study of the effect of complex chemical and thermal treatment on the microstructure, hardness and resistance to intergranular corrosion of 14Kh17N2 steel. For this, it is necessary to solve the following tasks: 1. to study modern existing technologies of thermal and chemical-thermal treatment of stainless steels 2. to analyze the relationship between the technological parameters of the chemical and thermal treatment processes and the characteristics of the strengthened layer. 3. to determine the effect of chemical and thermal treatment on the hardness and resistance to intergranular corrosion of stainless steel. 4. calculate the optimal technological parameters of the regime of strengthening treatment. Object of study. Diffusion carbide, nitride and carbonitride coatings on 14X17N2 steel. Subject of study. Microstructure and thickness of nitride, carbide and carbonitride coatings and their relationship with hardness and resistance to intergranular corrosion of 14Kh17N2 steel. Practical significance of scientific results. Increasing the operationalcharacteristics of a part made of 14Kh17N2 steel by improving the cementation method, which provides the specified strengthening parameters in the surface layers. Research methods - microstructural metallographic analysis, durometric analysis, determination of resistance to intercrystalline corrosion. The experimental part of the work was carried out using modern equipment in laboratory conditions. Scientific novelty of the obtained results. The influence of nitriding and cementation processes on the properties of 14Kh17N2 steel was investigated. For the first time, a modern process of diffusion metallization of pre-nitrided steel 14Kh17N2 was proposed. For the first time, it was determined that as a result of complex processing (nitriding and cementation) of stainless steels, a protective coating of iron carbonitride and chromium carbonitride is formed. It was established that the nitrided coating is a source of nitrogen for the formation of chromium carbonitride.

One of the weak spots that reduce the guaranteed operating time of centrifugal pumps is the assembly that includes the seal and protective sleeves. The main purpose of the bushings in the rotor kit is to protect the shaft from corrosion, erosion and wear. The sleeve operates under abrasive wear conditions by packing elements and abrasive particles that get into the liquid pumped by the pump. Theprotective sleeves made of gray cast iron do not meet the service life in connection with accelerated surface wear. Goal. The purpose of the work is to ensure high wear resistance of cast iron pump parts by heat treatment. Method. The chemical composition was determined on a portable laser analyzer Laser Z200 C +. The structure was studied using an optical microscope. The wear was investigated by the roller-block method on a friction machine. Surface quenching was carried out with a high-frequency lamp generator in a single-turn inductor. Results. The microstructure of gray cast iron as cast consists of pearlite, ferite, double phosphide eutectic and inclusions of lamellar graphite. Microhardness of small-lamellar pearlite is Н50 = 1550–2220 MPa, microhardness of phosphide eutectic is Н50 = 6500–8000 MPa. Surface induction quenching by high-frequency currents followed by low tempering is an effective way to increase the wear resistance of cast iron products of small cross-section and does not cause warping. Cast iron for surface quenching should have a pearlite structure, and graphite should be contained in the form of small inclusions. Theoptimal heating temperature for induction hardening was determined as 900 °С, which made it possible to obtain the microstructure of the hardened layer – martensite, double phosphide eutectic and graphite. Scientific novelty. The developed modes of surface quenching make it possible to preserve a double phosphide eutectic in the structure of the surface layer, which makes it possible to obtain high hardness and wear resistance of the hardened layer. Practical significance. Surface induction quenching with low tempering of cast gray iron increased its wear resistance by 2,4 times. The previous normalization had practically no effect on the durability of cast iron, since its structure contains less than 10% ferrite., Однією із слабких ланок, що знижують гарантійний час роботи відцентрових насосів, є вузол, що містить ущільнення та захисні втулки. Для підвищення зносостійкості поверхневого шару тонкостінних втулок із сірого чавуну запропоновано використовувати поверхневе гартування з індукційним нагріванням і низький відпуск. Визначена оптимальна температура нагрівання під індукційне гартування для отримання максимальної твердості. Поверхневе гартування з низьким відпуском збільшило зносостійкість, як порівняти з литим чавуном, у 2,4 раза.

The article describes the effect of heat treatment according the «Quenching and Partitioning» (Q&P) technology on the phase-structural status and mechanical properties of low-alloy 20Si2Mn2Nb steel. It is found that the standard heat treatment which is an isothermal annealing at 300°C (holding for 20 min) after heating in intercritical temperature range (ITR) provides a moderate complex of mechanical properties at low impact toughness. The heat treatment according to the ITR/Q&P scheme (austenitization in intercritical temperature range with a quenching cooling to 200°C and subsequent holding at 350-400°C for 5-20 min) significantly increases the ductile behavior of low carbon TRIP-assisted steels compared to its standard heat treatment. The positive effect of ITR/Q&P heat treatment on steel ductility was caused by the presence of high content of ductile ferrite (54,4 vol. %) in the steel structure. Heat treatment according to the FA/Q&P scheme (FA-full austenitization) with quenching cooling to 235°C and subsequent holding at 350-400°C for 5-20 minutes provided a considerable increase in the strength properties and impact toughness of steel. High strength level was ensured by the formation of a multiphase structure with a high volume fraction of hard martensite phase. The maximum combination of strength and ductility (PSE » 20 GPa·%) was provided by ITR/Q&P treatment conducted according to modes A770Q200P400(5 min) and A770Q200P400(20 min). The improvement in mechanical properties was associated with the formation of multiphase micro-structure which contains an increased amount of retained austenite. It is shown that Q&P treatment with heating in the intercritical temperature range notably improved a steel ability to work-hardening under cold plastic deformation, В статті розглянуто вплив термічної обробки за технологією «Quenching-and-Partitioning» (Q&P) на фазово-структурний стан та механічні властивості низьколегованої TRIP-assisted сталі 20С2Г2Б. Встановлено, що Q&P-обробка із аустенітизацією у межкритичному інтервалі (МКІ) температур із гартувальним охолодженням до 200°С і наступною витримкою при 350-400°С впродовж 5-20 хв істотно підвищує пластичність в порівнянні зі стандартною термічною обробкою низьковуглецевих TRIP-assisted сталей. Q&P-термообробка з аустенітизацією в однофазному інтервалі температур із гартувальним охолодженням до 235°С і наступною витримкою при 350-400°С впродовж 5-20 хв забезпечує зростання показників міцності та ударної в’язкості сталі. Найбільш високий комплекс механічних властивостей (PSE » 20 ГПа %) забезпечується МКІ/Q&P обробкою з витримкою при 400°С впродовж 5 хв та 20 хв. Поліпшення механічних властивостей пов’язується із формуванням багатофазної мікроструктури, яка містить підвищену кількість залишкового аустеніту, та зі здатністю аустеніту до прояву TRIP-ефекту

Кваліфікаційна робота присвячена вивченню впливу режимів термічної обробки на міктроструктуру та властивості сталей аустенітно-мартенситного класу. Аустенітно–мартенситні сталі знайшли своє застосування у хімічній, тепловій і атомній енергетиці, целюлозно-паперовій, нафтогазодобувній, медичній, суднобудівній, автомобільній, харчовій промисловості. Термічна обробка цих сталей разом з комплексним легуванням забезпечує отримання високих фізико-механічних та корозійних властивостей сталі. Тому дослідження впливу режимів термічної обробки цих сталей є актуальним завданням. Qualification work is devoted to the study of the influence of heat treatment regimes on the microstructure and properties steels of the austenitic-martensitic class. Austenitic-martensitic steels have found their application in the chemical, thermal and nuclear energy, pulp and paper, oil and gas, medical, shipbuilding, automotive, and food industries. Heat treatment of these steels together with complex alloying provides high physical and mechanical and corrosion properties of steel. Therefore, the study of the influence of heat treatment regimes of these steels is an urgent task.

Методами, які базуються на застосуванні радіоактивних індикаторів, рентгеноструктурного і мікродюрометричного аналізів досліджено фазовий склад дифузійної зони, що утворюється при низькотемпературному імпульсному впливі. Деформування здійснювали шляхом використання значного об’ємного ефекту при атермічних мартенситних α→γ (при охолодженні в рідкому азоті) та γ→α (при нагріванні до 923 К) перетвореннях у сплаві Fe-30 %Ni. Після різних умов попередньої обробки сплав заліза з 30 % нікелю існував при кімнатній температурі у вигляді гомогенного твердого розчину у двох модифікаціях: з ОЦК ґратами (α-фаза) та з ГЦК ґратами (γ-фаза). Зі сплаву у ГЦК-фазі робили кубічні зразки, а з ОЦК — П-подібні. Кубічні зразки з нанесеними шарами мічених атомів поміщали в П-подібні таким чином, щоб був забезпечений контакт між шарами ізотопу і металевими прошарками, що примикають з іншого боку до залізних фольг, які, в свою чергу, контактують з паралельними внутрішніми поверхнями (ніжки літери П). З’єднані таким чином за ковзною посадкою зразки занурювали у рідкий азот (перетворення відбувається в кубічному зразку) або поміщали у піч, нагріту до 923 К (перетворення у П-подібному). В обох випадках об’ємний ефект при перетвореннях зумовлює імпульсне деформування контактуючих поверхонь. Дана схема навантаження дозволяє отримувати зразки, що зазнають як дію імпульсної деформації, так і спільну дію ⇆ перетворень і створюваної ними пластичної деформації. Контрольні зразки зазнавали γ→α та α→γ перетворення за тих самих умов, але без прошарків, а також відчували перетворення без оправлення, тобто без додаткової імпульсної деформації. Показано вплив проміжних прошарків на швидкість масоперенесення і особливості фазоутворення за умов мартенситних перетворень з вибуховою кінетикою. Встановлено взаємозв’язок між видом проникаючих атомів і утвореними фазами в нерівноважних умовах. The phase composition of the diffusion zone formed under the low-temperature impulse exposure is investigated by methods based on the use of radioactive indicators, X-ray structural and microdurometric analyzes. Deformation was treated by means of using the significant bulk effect during the athermal martensite transformations (γ→α at the liquid nitrogen cooling and γ→α at the heating up to 923 K). The iron alloy with 30 % nickel content existed after various conditions of preliminary treatment at room temperature in a homogeneous solid solution in two kinds: bcc lattice (α-phase) and fcc lattice (γ-phase). There were made the cubic samples from fcc lattice and П-shaped ones (the Greek letter alphabet) from bcc lattice ones. The surfaces of cubic samples were covered with the layers of labeled atoms and placed into П-like ones. Between these layers and parallel surfaces of the lower part were two foils [iron and molybdenum (or nickel, copper, aluminum)] in order to ensure the contact between all kinds of the researched materials. Jointed samples were dipped into liquid nitrogen (transformation occurs in the cubic sample) or placed into a heated oven at 923 K (transformation occurs in the П-shaped one). The bulk effect during these transformations stimulates a pulse deformation of the contacting surfaces and near-surface layer in both cases. The present load scheme allows one to obtain samples to be undergone to a pulse deformation action and a simultaneous action γ⇆α transformations and plastic deformations made by them. The control samples underwent γ→α and α→γ transformations without interlayers. In ad dition, they underwent transformations without additional pulse deformation. The influence of intermediate layers on the rate of mass transfer and the features of the phase formation under conditions of martensitic transformations with the explosive kinetics is shown. The relationship between the type of penetrating atoms and the phases they form under nonequilibrium conditions has been established.

Об’єкт дослідження: порошкові сталі леговані нікелем, отримані методом інжекційного лиття. Мета роботи: дослідити вплив нікелю на мікроструктуру, твердість, ударну в’язкість матеріалів на основі заліза, а також вплив методу введення нікеля на щільність та усадку сталей після спікання. Результати експерименту показали, що зі збільшенням вмісту нікелю у порошковій сталі, можна отримати мартенситно-бейнітну структуру з високою ударною в’язкістю зберігаючи високу твердість. Розраховано залишкові напруження сталі складу AISI8740 та встановлено, що з підвищенням кількості нікелю від 0,5 до 10 мас.% мікронапруження зростають у 8 разів, але після нормалізації не перевищують 80 МПа. Методи дослідження та апаратура: виготовлення зразків на інжекційному термопластавтоматі Power 250/50 фірми Engel, спікання у вакуумній печі MIM3045, дослідження мікроструктури на електронному мікроскопі РЕМ 106И, визначення хімічного складу на Expert 3L, побудова кривих охолодження використовуючи програму JmatPro, дослідження ударної в’язкості за стандартом MPIF Standard 59 A research subject: powder steels alloyed with nickel, obtained via injection molding method. The goal of the work: to investigate an impact of nickel on microstructure, hardness, impact toughness of iron-based materials, and the influence of nickel introduction method on the density and shrinkage of steels after sintering as well. Experiment results showed that with nickel content increasing in powder steel, a martensitic-bainitic structure can be obtained with high levels of hardness and impact toughness. Residual stresses of steel AISI8740 were calculated and defined that there as a nickel content increases from 0,5 to 10 wt%, microstresses increases 8 times, but after heat treatment they are lower than 80 MPa. Research methods and equipment: samples making on injection molding machine Power 250/50 of Engel, sintering performed in a vacuum furnace MIM3045, microstructure analysis on an electron microscope REM 106I, chemical composition analysis on Expert 3L, creation of continuous cooling transformation diagram on JmatPro, defining of impact toughness following the standard MPIF Standard 59

Актуальність роботи пов’язана з дослідженням впливу термічної обробки на корозійну стійкість, пластичні характеристики і ударну в'язкість особливо високоякісних сталей, зокрема сталь виготовлену електрошлаковим переплавом 25Х17Н2Б-Ш, застосовувану для виготовлення складно навантажених деталей в судновому, атомному машинобудуванні, які сприймають значні різноспрямовані динамічні навантаження, наприклад, кріплення, та працюють в агресивних середовищах. В результаті цього підвищується строк експлуатації даного виробу, що значно може скоротити витрати в подальшому на його ремонти або заміну. Надійність експлуатаційних властивостей таких деталей визначається, перш за все, межею плинності, відносним подовження та звуженням, ударною в’язкістю, стійкістю проти міжкристалічної корозії та твердістю матеріалу з якого виготовлена деталь. Робота присвячена дослідженню впливу термічної обробки на властивості особливо високоякісних сталей. Основним способом підвищення якісних та механічних характеристик сталі є правильно підібрана термічна обробка, мета якої створити структуру, яка б задовільняла вимоги виробників .

The influence of manganese content on the phase composition and mechanical properties of ADI materials after isothermal quenching at temperatures of 310 -380 оС is investigated. The results of X-ray diffraction studies have shown that under these quenching conditions, the content of the martensitic phase increases with an increase in the quenching temperature. It was found that increasing the manganese content increases the amount of residual austenite under the same quenching conditions. This enhances the effect of TRIP on the strengthening process. The consequence is increased level of strengthening in materials with a higher manganese content. It is shown that under the same quenching conditions, ADI with a low Mn content has the highest yield strength, while the hardness is higher for samples with a high content. The different sensitivity of these hardening characteristics to the Mn content is explained by the increased influence of the TRIP effect on the hardening rate at the initial interval of loading curves in materials with higher manganese content. Instead, such materials exhibit lower mechanical properties, which are determined at failure. Deformation and impact strength are reduced by half due to the embrittlement action of this element. The effect of manganese on the fatigue is less significant, because the tendency to embrittlement is compensated by phase transformations in the crack tip, which create compressive stresses at the crack tip and inhibits its spread during fatigue. Due to the fact that manganese enhances the TRIP effect but impairs the resistance to fracture, it is proposed to use ADI with high Mn content in tillage products that operate in conditions of wear but are not exposed to extreme loads., Исследовано влияние содержания марганца на фазовый состав и механические свойства ADI материалов после изотермической закалки в диапазоне температур 310 -380 оС . Результаты рентгеноструктурных исследований показали, что при этих условиях закалки содержание мартенситной фазы увеличивается с повышением температуры закалки. Установлено, что увеличение содержания марганца способствует увеличению количества остаточного аустенита при одинаковых условиях закалки. Это способствует усилению действия TRIP эффекта на процессы упрчнения. Показано, что при одинаковых условиях закалки высший предел текучести имеют ADI с малым содержанием Mn, тогда как твердость выше у образцов с большим содержанием. Различная чувствительность этих характеристик упрочнения к содержанию Mn объясняется усилением действия TRIP эффекта на скорость упрочнения на начальном участке привой нагружения в материалах с высоким содержанием марганца. Следствием этого является повышенный уровень твердости в материалах с более высоким содержанием марганца. Зато такие материалы демонстрируют более низкие механические характеристики, которые определяются в момент разрушения. Деформация до разрушения и ударная вязкость уменьшаются практически вдвое из-за охрупчивающего действия этого элемента. Влияние марганца на предел усталости менее существенный, поскольку склонность к охрупчиванию компенсируется фазовыми превращением в вершине трещины, которое способствует возникновению сжимающих напряжений у вершины трещины и сдерживает ее распространения при усталости. Поскольку марганец усиливает действие TRIP эффекта, но ухудшает сопротивление разрушению, в работе предлагается использовать чугун с повышенным содержанием Mn в изделия для почвообрабатывающей техники, которые работают в условиях износа, но не подвергаются экстремальным нагрузкам, Досліджено вплив вмісту марганцю на фазовий склад та механічні властивості ADI матеріалів після ізотермічного загартування в діапазоні температур 310 -380 оС . Результати рентгеноструктурних досліджень показали, що за цих умов гартування вміст мартенситної фази збільшується з підвищенням температури гартування. Встановлено, ,що збільшення вмісту марганцю сприяє збільшенню кількості залишкового аустеніту за однакових умов гартування. Це сприяє посиленню дії TRIP ефекту на процеси зміцнення. Показано, що при однакових умовах гартування вищу границю плинності мають ADI з малим вмістом Mn, тоді, як твердість вища у зразків з великим вмістом. Різна чутливість цих характеристик зміцнення до вмісту Mn пояснюється посиленням дії TRIP ефекту на швидкість зміцнення на початковій ділянці кривої навантаження в матеріалах з високим вмістом марганцю. Наслідком цього є підвищений рівень твердості в матеріалах з більш високим вмістом марганцю. Натомість, такі матеріали демонструють більш низькі механічні характеристики, які визначаються в момент руйнування. Деформація до руйнування та ударна в’язкість зменшуються практично вдвічі через окрихчуючу дією цього елементу. Вплив марганцю на границю втоми менш суттєвий, оскільки схильність до окрихчення компенсується фазовими перетвореннями в голові тріщини, яке сприяє виникненню стискаючих напружень біля вершини тріщини, і стримує її розповсюдження при втомі. Зважаючи на те, що марганець посилює дію TRIP ефекту але погіршує опір руйнуванню, в роботі пропонується використовувати чавун з підвищеним вмістом Mn у виробах землеоброблювальної техніки, які працюють в умовах зношування але не піддаються екстремальним навантаженням.

The task of developing new methods of chemical and heat treatment (CHT), aimed at increasing wear resistance, mechanical properties and reducing length of process operations seems to be quite vital. The objective of the work is development of a method of complex surface strengthening of structural steels with application of the mechanism of additional self-strengthening at wear. Suggested is application of high-speed thermo-cyclic nitriding of carburized structural steels for formation of gradient meta-stable phase-structural modifications in saturated layers. Specimens of 18Cr2Ni4Мo steel underwent preliminary carburization in solid carburetor at 930 °С temperature for 12 hours it leading to obtaining a carbonized layer 1.2…1.3 mm in thickness. Then high-speed thermocyclic nitriding (HSTCN) was carried out in carbamide medium with CHT heating, according to heating-cooling mode 1000↔20 °С, the number of thermo cycles being 2 to 12. The following investigation methods were applied: metallographic, scanning electronic microscopy, durometric, wear testing, according to dry friction-sliding metal against metal mode. As a result of combined CHT with thermo-cycling a thin nitrited layer 0.07…0.14 mm thick is formed on the surface (following 2 HSTCN cycles) and up to 0. thick (after 12 HSTCN cycles) with increased nitrogen and carbon content. Further structure along the depth of the carbonized layer consists of high-carbon martensite, carbonitrides and increased amount of residual austenite (Аres). Along the depth of the saturated layer the microstructure is changed in gradient: the amount of Аres and carbonitrides is reduced, while the amount of quenching martensite is increased. Depending upon the number of HSTCN cycles relative wear resistance is extremely maximally changed with maximum (ε=4,1) at 7 cycles. Аres is meta-stable and undergoes deformation induced martensite transformation γres→αʹ in the process of wear testing (DIMTWT) in the thin surface layer, it bringing some additional contribution into deformational self-strengthening and improvement of relative wear resistance. Thus, improvement of wear resistance ensures additional amount on nitrides and carbonitrides in the preliminarily carbonized and then nitrited steel layer, as well as high-carbon martensite and increased amount of meta-stable Аres (45…70 %), that undergoes γres→αʹ DIMTWT. Thermocyclic character of additional nitriding ensures grain refinement, it promoting improvement in steel impact strength., Предложено использование скоростного термоциклического азотирования цементируемых конструкционных сталей для формирования градиентных метастабильных фазово-структурных модификаций в насыщенных слоях, обеспечивает дополнительное укрепление с эффектом самоупрочнения в процессе испытаний на износ (или эксплуатации) и повышения относительной износостойкости., Запропоновано використання швидкісного термоциклічного азотування цементованих конструкційних сталей для формування градієнтних метастабільних фазово-структурних модифікацій у насічених шарах, що забезпечує додаткове зміцнення з ефектом самозміцнення в процесі випробувань на зношування (або експлуатації) та підвищення відносної зносостійкості.

Актуальність: сплави на основі NiMn з феромагнітним ефектом пам'яті форми знаходяться під інтенсивним дослідженням, завдяки їх досить незвичним фізичним властивостям та потенційним застосуванням. Об’єкт дослідження: плівки Ni(Co)MnSn різної товщини (20, 50, 100, 300, 500 і 1000 нм), нанесені на монокристалічну підкладинку MgO (001). Предмет дослідження: модифікація структурних, магнітних і магнітнорезонансних властивостей епітаксіальних плівок Ni(Co)MnSn в залежності від їх товщини. Мета роботи: з’ясувати вплив товщини плівки на формування та трансформацію двійникової структури в епітаксіальних плівках сплавів з магнітною пам'яттю форми Ni(Co)MnSn, а також на їх магнітопружні властивості. Методи дослідження: атомна силова мікроскопія, феромагнітний резонанс. Відомості про обсяг звіту, кількість ілюстрацій, таблиць, додатків і літературних найменувань за переліком використаних: 74 сторінок звіту, 18 ілюстрацій, 56 літературних найменувань. Мета індивідуального завдання, використані методи та отримані результати: Дослідити модифікацію структурних, магнітних і магнітнорезонансних властивостей епітаксіальних плівок Ni(Co)MnSn в залежності від їх товщини (20, 50, 100, 300, 500 і 1000 нм). Дослідити трансформацію двійникової структури в епітаксіальних плівках сплавів з магнітною пам'яттю форми Ni(Co)MnSn методом атомної силової мікроскопії, а також феромагнітного резонансу. Висновок: Встановлено, що напруження на інтерфейсі плівки та підкладинки блокують мартенситне перетворення в плівці товщиною 20 нм. Збільшення товщини плівки призводить до зменшення впливу цих напружень, і, як результат, для плівок з товщиною 50 нм та більше мартенситне перетворення стає можливим. Двійникування плівки є необхідним через вимогу збереження площі поверхні плівки. Баланс між пружною енергією на границі плівки і підкладинки та пружною енергією двійникових границь призводить до формування смугастої періодичної двійникової структури субмікронної ширини, яка представляє інтерес з точки зору застосування в спінтроніці та магноніці. Ширина двійникових варіантів збільшується зі зростанням товщини плівок, що призводить до різкої модифікації їх магнітних властивостей. Результати, отримані в цій роботі, демонструють досить простий спосіб отримання нанорозмірних просторово-періодичних структур з чіткими двійниковими границями в епітаксіальних плівках з магнітним ефектом пам'яті форми, змінювати магнітні властивості яких в широких межах можна, вибираючи необхідну товщину плівки. Такі структури є перспективними для застосування в пристроях спінтроніки та магноніки. Topicality: NiMn-based alloys with a ferromagnetic shape memory effect are under intensive study due to their rather unusual physical properties and potential applications. Object of research: Ni(Co)MnSn films of different thicknesses (20, 50, 100, 300, 500 and 1000 nm) deposited on a single crystal substrate MgO (001). Subject of research: modification of structural, magnetic and magnetic resonance properties of epitaxial Ni(Co)MnSn films depending on their thickness. Purpose of work: to find out the influence of film thickness on the formation and transformation of twin structure in epitaxial films Ni (Co) MnSn with magnetic shape memory effect, as well as on their magnetoelastic properties. Research methods: atomic force microscopy, ferromagnetic resonance. Information about the volume of the report, the number of illustrations, tables, applications and literary names in the list of used ones: 74 pages of the report, 18 illustrations, 56 literary sources. The purpose of the individual task, the methods used and the results obtained: Investigate the modification of the structural, magnetic and magnetic resonance properties of epitaxial films Ni(Co)MnSn depending on their thickness (20, 50, 100, 300, 500 and 1000 nm).5 Investigate the transformation of the twin structure in epitaxial films Ni(Co)MnSn with magnetic shape memory effect by atomic force microscopy and ferromagnetic resonance. Conclusion: It is established that the stresses at the interface of the film and the substrate block the martensitic transformation in the film with a thickness of 20 nm. Increasing the film thickness reduces the effect of these stresses, and as a result, for films with a thickness of 50 nm and more, martensitic transformation becomes possible. The twinning of the film is necessary due to the requirement to preserve the surface area of the film. The balance between the elastic energy at the filmsubstrate boundary and the elastic energy of the twin boundaries leads to the formation of a striped periodic twin structure of submicron width, which is of interest from the point of view of application in spintronics and magnonics. The width of the twin variants increases with increasing film thickness, which leads to a sharp modification of their magnetic properties. The results obtained in this work demonstrate a fairly simple way to obtain nanoscale spatially periodic structures with clear twin boundaries in epitaxial films with a magnetic shape memory effect, the magnetic properties of which can be varied within wide limits by choosing the desired film thickness. Such structures are promising for use in spintronics and magnonics devices.

Досліджено вплив вмісту марганцю на фазовий склад та механічні властивості ADI матеріалів після ізотермічного загартування в діапазоні температур 310-380 оС . Результати рентгеноструктурних досліджень показали, що за цих умов гартування вміст мартенситної фази збільшується з підвищенням температури гартування. Встановлено, що збільшення вмісту марганцю сприяє збільшенню кількості залишкового аустеніту за однакових умов гартування. Це сприяє посиленню дії TRIP ефекту на процеси зміцнення. Показано, що при однакових умовах гартування вищу границю плинності мають ADI з малим вмістом Mn, тоді, як твердість вища у зразків з великим вмістом. Різна чутливість цих характеристик зміцнення до вмісту Mn пояснюється посиленням дії TRIP ефекту на швидкість зміцнення на початковій ділянці кривої навантаження в матеріалах з високим вмістом марганцю. Наслідком цього є підвищений рівень твердості в матеріалах з більш високим вмістом марганцю. Натомість, такі матеріали демонструють більш низькі механічні характеристики, які визначаються в момент руйнування. Деформація до руйнування та ударна в’язкість зменшуються практично вдвічі через окрихчуючу дією цього елементу. Вплив марганцю на границю втоми менш суттєвий, оскільки схильність до окрихчення компенсується фазовими перетвореннями в голові тріщини, яке сприяє виникненню стискаючих напружень біля вершини тріщини, і стримує її розповсюдження при втомі. Зважаючи на те, що марганець посилює дію TRIP ефекту але погіршує опір руйнуванню, в роботі пропонується використовувати чавун з підвищеним вмістом Mn у виробах землеоброблювальної техніки, які працюють в умовах зношування але не піддаються екстремальним навантаженням. The influence of manganese content on the phase composition and mechanical properties of ADI materials after isothermal quenching at temperatures of 310-380 оС is investigated. The results of X-ray diffraction studies have shown that under these quenching conditions, the content of the martensitic phase increases with an increase in the quenching temperature. It was found that increasing the manganese content increases the amount of residual austenite under the same quenching conditions. This enhances the effect of TRIP on the strengthening process. The consequence is increased level of strengthening in materials with a higher manganese content. It is shown that under the same quenching conditions, ADI with a low Mn content has the highest yield strength, while the hardness is higher for samples with a high content. The different sensitivity of these hardening characteristics to the Mn content is explained by the increased influence of the TRIP effect on the hardening rate at the initial interval of loading curves in materials with higher manganese content. Instead, such materials exhibit lower mechanical properties, which are determined at failure. Deformation and impact strength are reduced by half due to the embrittlement action of this element. The effect of manganese on the fatigue is less significant, because the tendency to embrittlement is compensated by phase transformations in the crack tip, which create compressive stresses at the crack tip and inhibits its spread during fatigue. Due to the fact that manganese enhances the TRIP effect but impairs the resistance to fracture, it is proposed to use ADI with high Mn content in tillage products that operate in conditions ofwear but are not exposed to extreme loads.

Підтверджено, що троостомартенситна структура високоміцного чавуну з рівномірно розподіленим дрібним кулястим графітом забезпечують необхідні експлуатаційні властивості поршневих кілець для двотактних двигунів. Встановлено, що структура та твердість поршневих кілець з високоміцного чавуну майже не змінюються під час рядової експлуатації у двотактних двигунах з хромованим циліндром. Якщо є небезпека роботи двигунів у критичних умовах, що супроводжуються значними перегрівами, то найбільш бажаною структурою слід визнати перлітну, як більш стабільну ніж бейнітну або мартенситну., It is confirmed that the fine troostite – martensite structure of ductile iron with uniformly distributed small globular graphite provides the required performance properties of piston rings for two-stroke engines. It was determined that the structure and hardness of ductile iron piston rings almost does not change during the ordinary operation in two-stroke engines with chromium-plated cylinder. If there is a hazard in engine operation under critical conditions involving significant overheating, the pearlite structure should be recognized as the most desirable one and more stable compared to beynite or martensite ones.

Purpose. The purpose of the paper is an estimation of degree of metal hardness change for the railway wheel with martensite structure during rolling. Methodology. As strength characteristic the Rockwell hardness is used. Wear tests were conducted in the conditions of normal loading with (10%) and without sliding on the test equipment SMTs-2. Parameters of the fine crystalline structure (tetragonality degree of the crystalline grid, dislocation density, scale of coherent scattering regions, and disturbance value of the crystalline grid of second kind) are determined by the methods of X-ray structural analysis. Findings. During operation of the railway wheels with different strength level, origin of defects on the wheel thread is caused by simultaneous action of both the friction forces and the cyclically changing loadings. Considering that formation of damage centers is largely determined by the state of metal volumes near the wheel thread, one should expect the differences in friction processes development at high contact stress for the wheels with different strength level and structural state. Originality. During the wear tests softening effect of carbon steel with martensite quenching structure is obtained. Softening effect equaled 3.5–7% from the level of quenched metal hardness. The softening effect is accompanied by the reduction of tetragonality degree of the crystalline structure of martensite, reduction of coherent scattering regions, dislocation density increase and crystalline grid disturbance of the second kind. Practical value. The results point out the necessity for further studies to clarify the resulted softening effect mechanism., Цель. Целью работы является оценка степени изменения твердости металла железнодорожного колеса со структурой мартенсита при качении. Методика. В качестве характеристики прочности была использована твердость по Роквеллу. Испытания на изнашивание проводили при условиях нормальной нагрузки, с проскальзыванием (10%) и без проскальзывания, на испытательном оборудовании СМЦ-2. Параметры тонкого кристаллического строения (степень тетрагональности кристаллической решетки, плотность дислокаций, размер областей когерентного рассеивания, величина искажений кристаллической решетки второго рода) определяли с использованием методик рентгеновского структурного анализа. Результаты. При эксплуатации железнодорожных колес разного уровня прочности возникновение повреждений на поверхности катания обусловлено от одновременного действия сил трения и циклически меняющихся нагрузок. Считая, что формирование очагов разрушения в значительной степени определяется состоянием объемов металла вблизи с поверхностью катания железнодорожного колеса, следует ожидать различий в развитии процессов трения при высоком контактном напряжении для колес с разным уровнем прочности и структурным состоянием. Научная новизна. В процессе испытаний на изнашивание был получен эффект разупрочнения углеродной стали со структурой закалки на мартенсит. Снижение твердости составило значения от 3,5 до 7% от уровня закаленного металла. Эффект разупрочнения сопровождался снижением степени тетрагональности кристаллической решетки мартенсита, измельчением областей когерентного рассеивания, увеличением плотности дислокаций и искажений кристаллической решетки второго рода. Практическая значимость. Полученные результаты указывают на необходимость продолжения исследований по уточнению механизма полученного эффекта разупрочнения., Мета. Метою роботи є оцінка ступеню зміни твердості металу залізничного колеса з структурою мартенситу підчас кочення. Методика. В якості характеристики міцності була використана твердість за Роквеллом. Випробування на зношування проводили за умов нормального навантаження, з просковзуванням (10%) і без просковзування, на випробувальному устаткуванні СМЦ-2. Параметри тонкої кристалічної будови (ступінь тетрагональності кристалічної решітки, густина дислокацій, розмір областей когерентного розсіювання, величина викривлень кристалічної решітки другого роду) визначали з використанням методик рентгенівського структурного аналізу. Результати. При експлуатації залізничних коліс різного рівня міцності виникнення ушкоджень на поверхні кочення обумовлене від одночасної дії сил тертя та циклічно змінних навантажень. Вважаючи, що формування осередків руйнування в значній мірі визначається станом об'ємів металу поблизу з поверхнею кочення залізничного колеса, слід очікувати відмінностей в розвитку процесів тертя при високій контактній напрузі для коліс з різним рівнем міцності і структурним станом. Наукова новизна. В процесі випробувань на зношування був отриманий ефект пом’якшення вуглецевої сталі з структурою після гартування на мартенсит. Зниження твердості склало значення від 3,5 до 7% від рівня стану металу після гартування. Ефект пом’якшення супроводжувався зниженням ступеню тетрагональності кристалічної решітки мартенситу, подрібненням областей когерентного розсіювання, збільшенням густини дислокацій і викривлень кристалічної решітки другого роду. Практична значимість. Отримані результати указують на необхідність продовження досліджень стосовно уточнення механізму отриманого ефекту пом’якшення.