Search academic texts

Registration Number

0521U101283, Doctoral dissertation

Title

Control of surface properties of structural steels and alloys by directed action on their constituent structures.

Author

Kuzin Oleh A, Кандидат технічних наук

popup.head Kopylov Vyacheslav I
popup.advisor Kopylov Viacheslav I
popup.opponent Chervyakov Mykola O
popup.opponent Bykovsky Oleh H
popup.opponent Samotugin Sergii S

Status

Доктор технічних наук, 05.03.06, 3варювання та споріднені процеси і технології

Date

11-05-2021

Description

Об’єкт дослідження – внутрішні та зовнішні поверхні поділу конструкційних сталей і сплавів та виробів. Предмет дослідження – опір утворенню міжзеренних пошкоджень і інтеркристалітному руйнуванню конструкційних сталей і сплавів під дією силового навантаження в залежності від структурно-енергетичного стану внутрішніх поверхонь поділу; технологічні режими керування структурою для усунення інтеркристалітного сколу; підвищення експлуатаційної надійності виробів. Метою роботи є створення наукових основ, моделей та методів управління структурно-енергетичним станом поверхонь поділу структурних складових при отриманні виробів з підвищеними параметрами надійності з врахуванням умов їх експлуатації. Методи досліджень: в роботі використана загальна системна методологія, згідно якої розглядалась складна ієрархічна будова сплавів, що досліджувались. Аналіз структури проводився на основі концепції інваріантного моделювання. Застосовували енергетичний та структурно-феноменологічний підходи механіки, суть яких полягає у розгляді структури на різних рівнях ієрархії, встановленні її керівних параметрів та побудові відповідної узагальненої моделі. Вплив структурно-енергетичних характеристик внутрішніх поверхонь поділу на властивості сплавів аналізували методами фізичного матеріалознавства. Використовували металографічні дослідження, сканувальну та електронну мікроскопію, рентгеноструктурний, мікрорентгеноспектральний та фрактографічний аналізи, оже-електронну мікроскопію. Визначали також мікротвердість, LM-твердість, проводили механічні випробування на розтяг і ударний згин при температурах від -196°С до +100°С. Виконана оцінка структурно-енергетичного стану поверхонь поділу зерен після іонно-плазмового травлення зразків, здійснено системне комп’ютерне моделювання властивостей полікристалічних сплавів. Проведені дослідження міцністних параметрів їх поверхонь за допомогою відкритого пакету скінчено-елементного аналізу FEniCS на мові Python. Структуровані та систематизовані результати проведеного комплексу експериментальних і теоретичних досліджень є науковими засадами нового підходу до підвищення експлуатаційної надійності полікристалічних систем шляхом вибору оптимальних параметрів енергетичного стану поверхонь поділу структурних складових. Запропоновані наукові основи і експериментально обґрунтований концептуальний підхід вибору раціональних технологій обробки деталей шляхом використання сукупності системних, енергетичних та градієнтних моделей в якості цифрових двійників структури поверхонь поділу для отримання виробів із заданим життєвим циклом. З використанням енергетичного підходу опису континуальних нелокальних середовищ побудовані математичні співвідношення моделі полікристалічних систем. Показано, що на схильність до утворення міжзеренних пошкоджень і руйнування сплавів мають вплив не тільки абсолютні значення параметрів властивостей мікрооб’ємів, але і їх градієнт. Нові методологічні підходи зернограничного конструювання структури дозволили визначити шляхи управління структурно-енергетичним станом поверхонь поділу при використані технологій зварювання, термічної обробки, легування, мікролегування та поверхневого зміцнення, що забезпечують підвищення параметрів довговічності, ресурсу і безвідмовності виробів при зменшенні вартості їх життєвого циклу. Отриманий в роботі критерій міжзеренної міцності використовується при визначені причин руйнування конструкцій, а також при оптимізації технологій виготовлення відповідальних деталей, які працюють в умовах інтенсивних динамічних і контактних навантажень. Результати, отримані в дисертації, можуть ефективно використовуватись при виборі раціональних режимів зварювання, поверхневого зміцнення, термічної обробки, легування, мікролегування для наукового обґрунтування технологічних рішень по підвищенню опору до утворення міжзеренних пошкоджень і тріщин в деталях, що працюють в умовах інтенсивних зовнішніх впливів.