Registration Number
0526U000254, Doctoral dissertation
Status
Доктор технічних наук
Date
23-09-2026
popup.evolution
.
Title
Scientific and technological principles of controlling the structure formation and properties of composite and heterophase materials based on aluminium and iron-carbon alloys
Author
Vladyslav V. Kaverynskyi, Кандидат технічних наук
popup.advisor Hennadii A. Bahliuk
popup.opponent Yurii I. Bohomol
popup.opponent Viktor D. Rud
popup.opponent Yuliia H. Kvasnytska
popup.review Viktor P. Solntsev
popup.review Yuliia V. Fartushna
popup.rada
Frantsevich Institute for Problems of Materials Science National Academy of Science of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена комплексному дослідженню закономірностей формування структури, фазового складу та комплексу властивостей гетерофазних металевих матеріалів на основі алюмінію та заліза із ознаками природних та штучних композитів. Особлива увага приділена ролі неметалевих фаз, таких як графіт у чавунах, кремній у силумінах, карбідні та карбонітридні включення в сталі та алюмоматричних композитах, на морфологію, розподіл та механічні характеристики матеріалів. Досліджено можливості керування властивостями матеріалів через модифікування розплавів, термічну обробку, серії гарячих деформацій та in-situ синтез зміцнювальних фаз.
Об’єктом дослідження є структура та властивості гетерофазних матеріалів на основі алюмінію і заліза зі структурою природних композитів, а предметом – закономірності впливу хімічного складу, технологічних режимів синтезу, модифікування та деформаційно-термічної обробки на формування мікроструктури та фізико-механічні характеристики.
У роботі розроблено та застосовано фізично обґрунтовані математичні моделі, що поєднують термодинамічний аналіз фазових рівноваг і кінетичний опис процесів формування та росту дисперсних фаз у системах Al–Ti–C, Fe–Ti–C та Ti–B₄C–Fe. Встановлено порогові значення складу й температурних режимів, що визначають дисперсність зміцнювальних фаз і характер фазових перетворень; спрогнозовано вплив складу на ріст TiC, подрібнення частинок та режими синтезу.
Розроблено модель розчинення порошкових брикетованих модифікаторів при внутрішньоформовому модифікуванні чавуну з урахуванням хімічного складу, геометрії та пористості. Встановлено вплив конструкції брикету на тривалість розчинення; показано, що брикети з конічним каналом забезпечують рівномірне введення модифікатора під час заповнення форми.
Для Al-TiC та спечених Al-Si-Ni композитів встановлено протилежний вплив відпалу на температурну залежність КТР: для Al-Si-Ni – зростання КТР у низькотемпературній області, для Al-TiC – загальне зниження без зміни характеру залежності. Для Al–SiC із 30–40 % Si показано зниження КТР при введенні 3,5 % Cu та спіканні у розплаві олова.
Досліджено малі гарячі деформації з проміжними відпалами сплавів Al-Si. Встановлено, що сумарна деформація 40–70 % при 450–540 °C формує дисперсні глобулярні включення Si та підвищує пластичність і міцність; твердість матриці визначає верхню межу твердості. Для Al–Si з Cu, Zn, Fe та Mn встановлено нелінійне зростання межі міцності при практично незмінній межі плинності та підвищення відносного звуження, що пов’язано з деформаційним старінням і зміною морфології евтектичних фаз.
Мікромасштабним скінченно-елементним моделюванням у поєднанні з експериментом встановлено закономірності зародження і розвитку тріщин у композитах та сплавах Al–Si з урахуванням взаємодії «включення–матриця». Визначено критичні розміри та міжчастинкову відстань, що визначають локальне розтріскування і перехід до макроскопічного руйнування.
Встановлено вплив низькочастотної знакозмінної вібрації на мікроструктуру і міцність евтектичного силуміну (12 % Si). Показано роль шпаруватості сигналу у диспергуванні Si та формуванні дендритної сітки, а також зв’язок морфології включень і міцності.
Для низьковуглецевих сталей встановлено особливості впливу деформаційного зміцнення та рекристалізаційного відпалу: при нижчих температурах відпалу збільшення наклепу лінійно підвищує міцність, а при вищих температурах спостерігається зворотний ефект, пов’язаний зі зміною температури початку рекристалізації та ростом зерна.
Розрахунками DFT досліджено дифузію домішкових атомів у кристалічній ґратці з урахуванням дефектів і третіх компонентів. Кількісно оцінено енергії активації дифузії та взаємодію між фазами для прогнозування формування дисперсних і карбонітридних включень.
Наукова новизна роботи полягає у створенні фізично обґрунтованих моделей кінетики формування зміцнювальних фаз у композитах, встановленні порогових значень складу і температурних режимів, визначенні зв’язку між морфологією включень, розміром кристалітів і механічними характеристиками, а також у знаходженні нових закономірностей впливу технологічних параметрів на КТР і механічні властивості алюмоматричних матеріалів.
Практичне значення отриманих результатів полягає у розробленні технології виготовлення спечених алюмінієвих сплавів і композитів з керованим коефіцієнтом теплового розширення для деталей високоточної навігаційної техніки, що підтверджено розробленням технічних умов ТУ У 25.3-0516930-036-026(І):2026 та актом впровадження на ДП СПБ «Арсенал». Створені математичні моделі використовуються для оптимізації складу порошкових сумішей, режимів in-situ синтезу при виробництві карбідосталей та для процесів внутрішньоформового модифікування чавуну, а розроблені режими деформаційно-термічної обробки забезпечують кероване формування комплексу механічних властивостей матеріалів.
Registration Date
2026-08-24
popup.nrat_date
2026-08-24 / 2026-10-06
