Припускається, що реакції синтезу ідуть практично до повного перетворення компонентів, після чого в системі встановлюється рівновага між всіма фазовими складовими. В основу методики розрахунків покладено закони збереження маси та енергії.

, де Z, (8)

Z - фаза продукту синтезу; k - кількість компонентів Х суміші; р - кількість фаз у продукті синтезу; n, m - мольні частки відповідно кожного компонента та фаз у продукті синтезу.



, (9)

де H, H - ентальпії продуктів реакції та компонентів суміші, - тепловий ефект реакції при адіабатичній температурі.

На другому етапі для одержання евтектичних сплавів необхідна температура підігріву може визначатись з рівняння теплового балансу за умови, що T=T. На цьому етапі в якості основного критерію можливості використання обраної системи вибиралась температура синтезу T та необхідна температура зовнішнього підігріву T, які повинні відповідати можливостям обладнання. Шляхом постійного підводу тепла і після досягнення T балансується тепловідвід з системи, що дозволяє вести розмову про систему як квазізакриту. Для одержання евтектичних сплавів необхідна температура підігріву може визначатись з рівняння теплового балансу за умови, що T=T:

, (10)

де - теплоємність продуктів реакції; - теплоємність вихідних речовин; Т_о - початкова температура, Т - адіабатична температура процесу, T_п - необхідна мінімальна температура підігріву, L - теплота плавлення евтектики; - маса рідкої фази, - тепловий ефект реакції синтезу (утворення Z) при адіабатичній температурі, - ентальпія фазових перетворень.

Термодинамічний аналіз бінарних систем Ме-С на основі тугоплавких металів і вуглецевих матеріалів показав, що для систем Сr-С, V-С, Мо-С, W-С мінімальні температури підігріву для забезпечення евтектичного плавлення у закритих системах складають відповідно 1040, 1230, 2180 та 2400°С, що дає оцінку можливості реалізації процесів у конкретних умовах виробництва за наявним обладнанням. Варіанти зменшення необхідної температури зовнішнього підігріву суміші вивчались шляхом варіювання її хімічним складом, дисперсністю порошків, їх попередньою активацією, введенням легувальних домішок. Питома поверхнева енергія дисперсних компонентів визначалась за формулою Кельвіна.

На третьому етапі розраховується склад багатокомпонентних сумішей для отримання евтектичних сплавів за методикою, основаною на використанні рівняння М. Хіллерта. Рівняння дозволяє визначити зміну термодинамічної активності а елемента X бінарного сплаву, при введенні в цю систему третього легувального компонента Y, до аі побудувати тальвег в потрійній системі Z-Х-Y за координатами, отриманими з системи рівнянь (11), що відповідають двом гілкам ліквідусу евтектичної області:

ln(а)- ln(а)= -,

ln(а)- ln(а)= -, (11)

де - тангенс кута нахилу відповідної коноди в ізотермічному перерізі двофазної області.

За рівнянням Д. Чіпмана і Д. Елліота розраховано положення ліній ізоактивності вуглецю на діаграмі Сr-С. Активність вуглецю у карбідах визначалась за методикою Р.А. Андрієвського. Результатом завершення цих розрахунків є встановлення співвідношення між компонентами суміші, які дають відповідну багатокомпонентну евтектику. На прикладі системи Cr-C-Ni показано, що для забезпечення умов синтезу з мінімальними температурами зовнішнього підігріву необхідно встановити співвідношення між основними компонентами базової бінарної системи Сг-С, що відповідає подвійній евтектиці.

На четвертому етапі розрахунків визначаються тепловтрати в навколишнє середовище та в підкладку та оцінюється відповідність температури підігріву сумішей температурному інтервалу утворення карбідів. Суміш розглядається як хімічно відкрита підсистема системи "суміш - підкладка - газова фаза”. Розраховується зміна вільної енергії при проходженні в системі всіх можливих реакцій. Першочергово проходять реакції, які забезпечують мінімізацію вільної енергії системи. На основі аналізу реакцій та можливих, наприклад, температурних, інтервалів їх проходження коректуються технологічні параметри процесів формування покриттів.

Механізми синтезу розглянуто на прикладі системи Cr-Fe-C-O з можливими основними реакціями. В системі конкурують окислювальні та відновлювальні процеси, а також навуглецьовування порошку суміші та металу підкладки. Аналіз термодинамічної вірогідності цих реакцій за величиною вільної енергії Гіббса показав, що при t >1000°C превалюють відновлювальні процеси. Зі збільшенням вуглецевого потенціалу газової фази в системі утворюються вищі карбіди хрому, зростає концентрація вуглецю в підкладці з утворенням заевтектоїдної сталі. В роботі визначено умови, при яких відповідає активності вуглецю у конденсованих фазах, що необхідно для протікання процесу утворення металокарбідного покриття. Процес його формування для системи Cr-Fe-C-O відбувається за такими стадіями:

1. Утворення оксидів вуглецю з виділенням значної кількості теплоти.

2. Дифузія вуглецю в метал порошків та утворення їх карбідів з розігрівом поверхневого шару за рахунок екзотермічного ефекту до температури плавлення евтектики.

3. Плавлення евтектики.

4. Розчинення в утвореному розплаві металевих частинок і легувальних добавок. Ті добавки, які знижують температуру евтектичного плавлення, підтримують деякий час утворений шар в рідкому стані, що сприяє поліпшенню умов кристалізації.

Паралельно з стадіями 2-4 проходить навуглецьовування металу підкладки і сплавляння його з покриттям.

5. Кристалізація металокарбідного покриття.

При температурах T >1150C інтенсивно іде процес евтектичного плавлення в системі “метал підкладки - вуглець”, що є ендотермічною реакцією. Крім того, у цьому випадку метал підкладки значно розбавляє покриття в перехідній зоні. При температурах підігріву до T< 1000°С (з ізотермічними витримками в тому числі) відбувалося окислення порошків хрому та стальної підкладки, що повністю відповідає термодинамічному прогнозу реакцій. Для отримання однорідного за структурою в глибину покриття з високою твердістю інтервал карбідоутворення в системі Cr-Fe-C-O доцільно вибирати в межах T=1000-1150°С.

Експериментальні результати підтверджують термодинамічно прогнозований механізм формування металокарбідного покриття з використанням екзотермічних ефектів (РСЕ) і дозволяють зробити висновки, що процеси синтезу покриття та його структура можуть бути керованими шляхом зміни характеристик вхідних компонентів, складу суміші, її щільності, температури та термограми зовнішнього підігріву. Крім металокарбідних покриттів сформовані за аналогічною технологією боридні та карбоборидні покриття, що дозволяє розширити використання цього підходу до широкого класу перспективних композиційних матеріалів.

На хід процесу формування покриття і кінцеву структуру металокарбідного шару в значній мірі впливає порядок чергування шарів композиції. При безпосередньому контакті вуглецевого матеріалу з підкладкою покриття формується в умовах, при яких відбувається контактне плавлення “залізо-вуглець”, компоненти суміші розчиняються в розплаві, де і відбувається утворення карбідів. Такі покриття містять дендрити твердого розчину металів компонентів суміші та підкладки. Дендрити пронизують покриття від перехідної зони до поверхні. Перехідна зона характеризується плавним переходом по мікротвердості від покриття до підкладки, яка навуглецьована до заевтектоїдної сталі. За схемою укладки шарів суміші "деталь - порошок карбідотворного металу - вуглець" переважно відбувається екзотермічна реакція карбідизації. Такі покриття мають однорідну на усій глибині структуру та твердість, а перехідна зона вузька і мікротвердість швидко зменшується.

а) за схемою укладки шарів “підк- б) за схемою укладки шарів “підкладка-порошок ладка-вуглець-порошок металу” металу-вуглець”

Таблиця 3. Мікротвердість та твердість металокарбідних покриттів

Склад	V - С	Сr - С	W - С	Мо - С
	карбід- на фаза	матри- ця	карбід- на фаза	матри-ця	карбід-на фаза	мат-риця	карбід-на фаза	матриця
Н100,ГПа	10,0-6,0	4,0-6,0	8,0-15,5	4,0-5,0	10-15,0	6,0	9,0-5,0	4,5-7,0
HRC	66 - 69	64 - 68	68 - 70	63 - 66

Для визначення зносостійкості зразків зі сформованими покриттями використовували експериментальну установку для випробовувань робочих поверхонь на зношування по абразивному прошарку. Еталонні зразки для визначення відносної зносостійкості виготовлялися зі сталі 40ХН (термообробка: загартування з 820С, охолодження в маслі, відпускання при 300-350С). Твердість - HRC 53-56. Умови випробовувань: зусилля на зразок - 150 Н; частота обертання вала с закріпленими зразками - 1,0 с^-1; шлях тертя зразка за один дослід - 100 м; розміри поверхні тертя - 5 х 15 мм, питомий тиск - 2 МПа.

Абразивна зносостійкість карбідохромових покриттів по відношенню до еталону виявилася вищою у 1,8 - 2,6 разів і визначається кількістю та величиною карбідів, мікротвердістю матриці і значно зростає для евтектичних структур. Дендрити твердого розчину внаслідок порівняно низької мікротвердості зношуються з більшою інтенсивністю. Зносостійкість є функцією розмірів карбідів, їх вмісту та твердості матриці, до того ж на неї впливають ступінь однорідності та евтектичності покриттів, наявність дендритів твердих розчинів, їх розташування та розміри. Покриття, які мають більший вміст карбідної фази, але і структурно неоднорідну матрицю, мають меншу стійкість проти абразивного зношування, ніж покриття з однорідною евтектичною структурою. Негативний вплив на зносостійкість збільшення максимальних розмірів карбідів пояснюється зменшенням релаксаційної здатності композиційного покриття та значною концентрацією напруги у перехідній зоні підсистеми "включення - матриця". Доцільно для оптимізації параметрів технологічного процесу формування покриття з конкретними службовими характеристиками застосовувати регресійний аналіз із використанням розробленого алгоритму.

Проведені дослідження показали, що розроблені наукові засади проектування та реалізації технологічних процесів формування зносостійких покриттів на деталях із залізовуглецевих сплавів з використанням екзотермічних ефектів дозволяють отримувати покриття з стабільними структурами та підвищеними триботехнічними характеристиками.

У сьомому розділі подані результати дослідницьких робіт з отримання на деталях зі сталі і чавуну поверхневих шарів, нанесення композиційних металокарбідних покриттів та їх дослідно-промислового впровадження у виробництво. Результати виконаних теоретичних та експериментальних досліджень дозволили сформулювати основні підходи до розробки технологічних процесів зміцнення робочих поверхонь деталей машин, що працюють в умовах фрикційних навантажень та можуть бути зміцнені шляхом формування композиційних поверхонь.

У розділі запропоновано склад матеріалу з структурою, сильно збагаченою стабілізованим хромом цементитом для підвищення зносостійкості деталей сільгоспмашин, які працюють в умовах абразивного зношування. Подані результати дослідних робіт з оптимізації хімічного складу комплексно легованого сірого чавуну для автомобільних деталей, що дозволяє його використання як для деталей з поверхневим вибілом окремих поверхонь, так і для зносостійких деталей в умовах роботи з періодичними термоударами (гільза циліндра), що значно спрощує заготівельне виробництво і підвищує його ефективність.

Стабільність карбідів у ряді випадків може мати і негативні наслідки. Це має місце у випадках, коли необхідна механічна обробка заготовок. Така проблема виникає для заготовок корпусів вакуумних насосів з сірого чавуну з залишковими карбідами. Дослідні роботи з графітизувального відпалу кокільних чавунних виливок вакуумного насоса виконані на високотемпературному металомікроскопі. Простежена кінетика формування під впливом висхідної дифузії хрому залишкових карбідів, які не піддаються розкладанню відпалом. Запропоновані результати дослідно-промислових робіт щодо впровадження в промисловість режимів термообробки виливків, що дозволяє оптимізувати їх тривалість.

Результати дослідних і дослідно-промислових робіт з поверхневого вибілу деталей автомобілів приведено як результат практичних застосувань дослідження впливу нікелю, міді, хрому на стабільність цементиту в доевтектичному сірому чавуні та поліпшення експлуатаційних характеристик деталей.

Шляхом локального вибілу п'яти "коромисла клапана", при литті з використанням місцевих холодильників, підвищується зносостійкість цієї поверхні зі збереженням технологічності механічної обробки інших поверхонь. Показано, що заміна нікелю більш дешевою міддю, яка є, крім того, сильнішим графітизатором, дозволяє практично зберегти вибілюваність чавуну, отримати за рахунок стабілізації цементиту у локальних областях високі триботехнічні властивості та теплопровідність.

Для відновлення зношених коромисел клапанів двигунів розроблена установка для нанесення композиційних металокарбідних шарів на поверхню "п'ята" (рис. 18) з використанням екзотермічних ефектів. За аналогічною схемою відпрацьована технологія нанесення металокарбідних композиційних покриттів на інструменти з маловуглецевих сталей, що дозволило отримати їх зносостійкість вищу, ніж у швидкорізальних сталей.

Позитивні результати одержані при впроваджені розроблених технологічних процесів для відновлення деталей транспортної техніки.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблені наукові засади формування на сплавах заліза зносостійких композиційних металокарбідних покриттів шляхом створення структур з термодинамічно прогнозованою стабільністю, які ґрунтуються на вивченні основних енергетичних закономірностей фазових перетворень та обміну енергією і полягають в наступному:

необхідний рівень енергетичної стабільності системи визначається умовами експлуатації і може контролюватися такою зміною метастабільного стану, який супроводжується зміною дисипативних структур (дислокаційної субструктури, розшаруванням фаз, перебудовою гратки, зворотними процесами розчинення та виділення тощо);

стабільність структурного стану композиційного матеріалу коректно характеризувати відношенням висоти енергетичного бар'єру, у рамках якого існує дана структура, до висоти гіпотетичного бар'єру, який здатна подолати система в заданих умовах експлуатації;

термодинамічна активність компонентів у сусідніх фазах повинна мати близькі значення або бути рівною;

стабільність композиційного матеріалу може бути підвищеною створенням навколо включень спеціальних зон, що контролюють дифузію вуглецю та інших елементів;

для забезпечення стабільності композиційного матеріалу необхідно створювати умови для можливості самоорганізації його структурних складових, тобто вплив зовнішнього середовища повинен компенсовуватись в них адекватними змінами дисипативних структур.

2. В рамках термодинамічного та фізико-хімічного підходу до нерівноважних систем визначені параметри та умови формування зносостійких композиційних покриттів із метало-вуглецевих компонентів у вигляді порошків металів (Cr, Mo, V, W) та вуглецю у вигляді порошків, волокон або тканин при наявності екзотермічних ефектів, з врахуванням відкритості систем з обміном із зовнішнім середовищем потоками енергії та маси. Запропоновано експериментально підтверджені методи визначення температурного інтервалу синтезу карбідів, умов плавлення та утворення покриття з литими евтектичними структурами, розрахунку координат евтектичного тальвегу бінарних та багатокомпонентних систем.

3. Вперше показано, що використання екзотермічних ефектів в процесах формування композиційних матеріалів покриттів дозволяє керувати утворенням їх структури та властивостей, що відкриває можливості оптимізації за критеріями зносостійкості, довговічності тощо. На прикладі екзотермічних сумішей Cr - C - i показано, що шляхом керування інтенсивністю та часом підводу тепла вдається змінювати умови та повноту проходження реакцій, дисперсність і форму карбідів, параметри стабільності покриття. Одночасна дія на реакційну зону формування покриття полів різноманітної природи (електромагнітних, вібраційних, тиском) впливає на швидкість реакцій, повноту їх проходження та кінцеву структуру матеріалу. Накладання електромагнітних полів в момент появи евтектичної рідини дозволяє значно прискорити процеси перенесення маси в сумішах та швидкість утворення карбідів, а накладання вібрацій на етапі кристалізації покриття дозволяє диспергувати структуру.

4. Вперше систематизовані основні механізми релаксації енергії у металокарбідних композиційних матеріалах з врахуванням впливу експлуатаційних факторів. До найбільш значущих віднесено: зневуглецьовування карбідів та перетворення їх кристалічної гратки з утворенням вищих карбідів; графітизація карбідів; розчинення та виділення карбідів; розшарування структурних складових на окремі фази та їх розчинення; формування та еволюція дислокаційної субструктури.

5. Вперше розроблено алгоритми і програми імітаційного моделювання на ЕОМ та побудовано нестаціонарні теплові поля і відповідні їм поля термічних напружень в композиційних покриттях систем Me - CrxCy; Me - VxCy; Me - MoC2; Me - WxCy; Me - графіт; Me - Cr3(B,C)2, y багатокомпонентних композитах з евтектичними та дисперсно-зміцненими типами структур, що виникають від нестаціонарних джерел тепла (процесів тертя, зварювання тощо). Показано, що конфігурація цих полів суттєво неоднорідна, мають місце значні перепади температур та напружень, зумовлені гетерогенністю структури, неоднорідністю теплофізичних та механічних властивостей структурних складових композиту, які досягають в залежності від навантаження в процесі тертя температур плавлення компонентів, а локальні напруження - до кількох ГПа. При цьому величини напружень розтягу та стиску чергуються по усьому об'єму покриття. Показано тісний взаємозв'язок між складом композиту, розмірами та формою структурних складових та статистичними характеристики для нестаціонарних полів температур та напружень. Для зменшення перепадів температур та термічних напружень слід використовувати (у межах можливого) однорідні за розмірами структури з максимальною дисперсністю карбідів та вирівнювати теплофізичні властивості твердих включень і матриці, яка повинна забезпечувати високу релаксаційну здатність.

6. Вперше запропоновано методи інверсії несприятливих для експлуатації в умовах тертя та зношування структур залізовуглецевих сплавів з суцільними ледебуритними сітками шляхом легування та гарячою вібраційною обробкою тиском. В якості легувального комплексу запропоновано використання сполук ванадію, ніобію, хрому з врахуванням позитивних ефектів від впливу невеликих добавок титану. Показано, що використання комплексного легування дозволяє економити цінні легувальні компоненти (ванадій та ніобій та хром) за рахунок введення титану, кремнію, алюмінію та міді. На основі вивчення та класифікації кінетичних та термодинамічних факторів вибілювання залізовуглецевих сплавів, запропоновано для створення певної глибини металокарбідного шару на робочих поверхнях деталей використовувати конодні діаграми "склад - структура - властивості".

7. Розкрито механізм зміцнення та стабілізації карбідів цементитного типу легуванням перехідними металами з різною наповненістю d - оболонки, який пов'язаний з різною ступінню заповнення підсмуги антизв'язуючих станів у карбідів (Fe₃C (Fe,Mn)₃C (Fe,Cr)₃C). Встановлено, що упорядковування та розупорядковування кристалічної ґратки карбідів заліза є зворотним процесом, супроводжується зміною внутрішньої енергії і є причиною спотворення ґратки, зміни властивостей (змінюється твердість, яка корелює із зневуглецьовуванням та, відповідно, збільшенням щільності дефектів вуглецевої підґратки) та сприяє релаксації внутрішніх напружень у карбідах. При високих температурах атоми вуглецю мають підвищену енергію, яка достатня для подолання енергетичного бар'єру і переходу з октаедричних пор у призматичні та навпаки. При цьому виконується робота, а ступінь упорядкованості системи і внутрішня енергія змінюються. Це викликає не тільки спотворення гратки карбідів, але і супроводжується ростом їх твердості, причому неоднорідність мікротвердості зменшується і частково вирівнюється при довільній кристалографічній орієнтації.

8. У рамках термодинамічного підходу сформульовані фізико-хімічні принципи визначення параметрів та умов формування композиційних матеріалів та покриттів із використанням екзотермічних ефектів. Запропонована така послідовність: розрахунок тепловиділення базової системи карбідотворний метал - вуглець визначення температурного інтервалу карбідоутворення розрахунок температури підігріву для ініціалізації синтезу покриття визначення легувального комплексу для утворення евтектичних структур розрахунок потужності джерела тепла для компенсації тепловтрат у відкритих системах. Показана можливість формування градієнтних структур покриття з керованими фізико-механічними властивостями шляхом зміни схеми чергування шарів екзотермічної суміші та їх складу. Показана можливість використання цього підходу до широкого класу перспективних композиційних матеріалів.

9. Установлена залежність зносостійкості розроблених композиційних покриттів від вмісту і розмірів часток карбідної фази та показано, що оптимальному відповідає склад з 22-25% вмісту карбідів за об'ємом з розмірами нижче 2-5 мкм. Підвищення твердості матриці збільшує абразивну зносостійкість покриття.

10. Технології формування на сплавах заліза композиційних металокарбідних шарів та покриттів зі стабільними структурами і підвищеними триботехнічними характеристиками пройшли апробацію шляхом реалізації розроблених на їх основі технологічних процесів: зміцнення робочих органів землеобробної техніки (лемеші плугів, лапи культиваторів - зносостійкість підвищена у 2-3 рази); нанесення зносостійких покриттів на заготовки з нелегованих вуглецевих сплавів для різального інструменту (стійкість отриманого інструменту вища, ніж при використанні швидкорізальних сталей); покращення триботехнічних характеристик деталей гідромоторів (підвищення пускового моменту гідромотора на 15-20% за рахунок зменшення коефіцієнтів тертя спокою); підвищення зносостійкості та відновлення деталей транспортної техніки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. 1.Савуляк В.І., Жуков А.О., Чорна Г.О. Побудова та аналіз моделей металевих сплавів. Монографія. - Вінниця: Універсум, 1999. - 200 с.

На основі термодинамічного підходу дисертант запропонував алгоритми побудови та уточнення моделей металевих сплавів та їх компонентів, методику розрахунку евтектичного тальвега багатокомпонентних систем.

2. Савуляк В.І. Синтез зносостійких композиційних матеріалів та поверхневих шарів з екзотермічних компонентів. Монографія. - Вінниця: Універсум, 2002. - 161с.

3. Савуляк В.І. Деякі питання термодинаміки систем Fe-C-i, де i -третій сильно ліквуючий компонент // Вісник технічного університету “Поділля”.- 2001. - №1. - С.25-29.

4. Savulyak V.I., Zhukov A.A., Arkhipova T.F. Hardening of the cementite phase during quenching of hypereutectoid steels and white irons // The Bulletin of Polytechnic Institute of Jassy. - Romania. - 1996. - vol.42, No.1-2. - P.61-67.

За результатами експериментальних досліджень дисертант виявив механізм збільшення мікротвердості карбідів під впливом гартування.

5. Савуляк В.І. Схильність сплавів заліза до графітизації та їх триботехнічні властивості //Вісник ВПІ. -2000. -№5. - С.62-67.

6. Жуков А.А., Савуляк В.И., Архипова Т.Ф. О влиянии элементов на равновесные температуры эвтектических превращений // Металловедение и термическая обработка металлов. -2000. - № 2. - С. 3 - 8.

Дисертантом виконаний аналіз впливу металоїдів на зміну температур евтектичних перетворень у сплавах на основі заліза.

7. Жуков А.А., Савуляк В.И., Архипова Т.Ф. Восходящая диффузия во время начальных стадий бейнитного и мартенситного превращений // Металлофизика и новейшие технологии. - 1999. - Т.21, № 2. - С.93-98.

Дисертант розробив модель та алгоритми розрахунків висхідної дифузії під час фазових перетворень у залізовуглецевих сплавах.

8. Savulyak V.I., Zhukov A.A., Arkhipova T.F. Cementite the forgotten phase // Meталлофизика и новейшие технологии. - 1998. -№ 9. - P.58-65.

У роботі [8] дисертант виконав дослідження механізму стабілізації карбідів заліза легуваням та підвищення їх твердості під впливом гартування.

9. Жуков А.А., Снежной Р.Л. Савуляк В.И., Архипова Т.Ф. Расчет химической спинодали в системе аустенит - цементит и некоторые практические приложения // РАН. Металлы. - 1998. - №5. - С.38-43.

Дисертант брав участь у розробці моделі та алгоритмів розрахунків протікання спінодального розпаду переохолодженого і пересиченого вуглецем аустеніту.

10. Савуляк В.И., Жуков А.А. Об образовании карбина (цианополиина) и алмаза в Fe-C сплавах //. - 2001, №3. - С.37-40.

У роботі [10] дисертант взяв участь у науковій полеміці з проблеми утворення алмазів у залізовуглецевих сплавах.

11. Savulyak V.I. Determination of experimental friction characteristics of sliding quide Materials // Проблеми трибології. -1998. -№1.- C. 154 -158.

12. Савуляк В.І., Чорна Г.О. Термодинаміка синтезу композиційних матеріалів на основі тугоплавких металів. Вісник Сумського державного університету. - 2002, -№9. - C.83-87.

Дисертант розробляв математичні моделі термодинамічного аналізу процесів синтезу металокарбідних композиційних матеріалів з використанням екзотермічних ефектів та робив узагальнення результатів.

13. Савуляк В.И. Роль кислорода в формировании свойств поверхностных слоев Fe-C сплавов, подвергаемых трению и изнашиванию // Проблеми трибології. - 2000. -№3.- C. 27 -29.

14. Савуляк В.І., Березюк О.В., Дяченко В.О. Температурні поля в компо-зиційних матеріалах //Проблеми трибології. -2002, -№3-4. -С. 124-128.

У роботі [14] дисертант розробив моделі композиційного матеріалу, алгоритми програмування нестаціонарних теплових процесів під час тертя, виконав імітаційні дослідження на ПЕОМ та узагальнив результати.

15. Савуляк В.И. Антифрикционная среднеуглеродистая графитизированная сталь // Проблемы трибологии. - 2001, -№1. - С. 67-69.

16. Савуляк В.І., Чорна Г.О., Савуляк В.В. Експериментальне дослідження зносостійкості металокарбідних покриттів // Проблеми трибології. -2001. -№2. - С.22-25.

В роботі [16] дисертант розробив конструкцію установки, методику експериментів, брав участь та узагальнив їх результати.

17. Савуляк В.І. Підвищення зносостійкості циліндро-поршневих пар гідромашин шляхом використання високовуглецевих сплавів заліза з інвертованою структурою //Проблеми техніки. -2003. -№1. -С.146-153.

18. Савуляк В.І. Інверсія несприятливих структур та стабільність композиційних матеріалів та покриттів триботехнічного призначення // Вісник ВПІ. -2003. -№3. - С.46-54.

В роботі [18] дисертант запропонував та дослідив процеси інверсії несприятливих структур композиційних матеріалів на поверхні залізовуглецевих сплавів шляхом обробки концентрованими потоками енергії та легуванням.

19. Жуков А.А., Савуляк В.И., Шилина Е.П., Архипова Т.Ф. Формирование высокоуглеродистых поверхностных слоев на стали и чугуне // Метал-ловедение и термическая обработка металлов. -1997. -№12. - С. 21.

В роботі [19] дисертант розробляв концепцію створення зносостійкої структури поверхні сталі.

20. Савуляк В.И., Жуков А.А., Пахнющий И.О. Высокосернистые и серномедистые антифрикционные чугуны улучшенной обрабатываемости резанием// Металловедение и термическая обработка металлов. -1998. - №3. - С.16-18.

У роботі [21] дисертант досліджував механізми підвищення антифрикційних характеристик залізовуглецевих сплавів шляхом їх модифікації легуванням міддю ті сіркою з утворенням композиційної структури.

21. Жуков А.А., Савуляк В.И., Архипова Т.Ф. Об атомных сегрегациях в железоуглеродистых расплавах // Процессы литья. -1999. -№ 1. -С.6-10.

У роботі [22] дисертант розвивав концепцію утворення атомних сегрегацій та кластерної структури у залізовуглецевих розплавах.

22. Zhukov A.A., Savulуak V.I., Chernaya G.A. Use of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in superficial alloying of metals // Romanian Academy. -1999. - TSTM4. -P.176-180.

У роботі [23] дисертант виконував аналіз металографічних досліджень та узагальнення результатів.

23. Savulуak V.I., Chernaya G.A. Formation process of wear resistant coatings with using of exotermal mixtures // Buletinul Institutului politehnic din Jasi.- T. XLVI(L), F.3-4. - 2000. - P. 107-112.

У роботі [24] дисертант виконав аналіз формування зносостійких поверхонь з використанням екзотермічних ефектів.

24. Savulyak V.I., Zhukov A.A., Arkhipova T.F. Cellular precipitation of excessive phase during the start of bainitic transformation // The Bulletin of Polytechnic Institute of Jassy. -Romania. -2000. - vol.46, No.3-4. - P.113-119.

Дисертант брав участь у розробці моделей та алгоритмів розрахунків спінодального розпаду переохолодженого і пересиченого вуглецем аустеніту та виконував аналіз процесу.

25. Savulyak V.I., Zhukov A.A. Formation of Carbin (Cyanоpolyyne) and of Diamond in Fe-C Alloys // Modelling and Optimization in the Machines Bulding Field. Romanian Academy. - 1999. - V.5. -P.1-4.

Дисертант взяв участь у науковій полеміці з проблеми утворення карбіну та діамантів у залізовуглецевих сплавах.

26. Savulyak V.I., Arkhipova T.F., Djachenko V. A. Sinthesis thermodinamics of exothermal prozesses of composite materials // The Bulletin of Polytechnic Institute of Jassy.- Romania. - 2002. - vol.46, №3. - P.225-230.

Дисертант розробляв алгоритми та математичні моделі термодинамічного аналізу процесів синтезу композиційних матеріалів з використанням екзотермічних ефектів.

27. Савуляк В.И., Жуков А.А., Чорная Г.А. О температурной зависимости субмикрогетерогенности жидкого чугуна // Литейное производство. -1998. - № 6. -С. 8-9.

Дисертант взяв участь у науковій дискусії з проблем рідкого стану залізовуглецевих сплавів.

28. Zhukov A.A., Savulyak V.I., Arkhipova T.F. The Structure of the Cementite fase in the constructional alloys on the Fe-C base// Modelling and Optimization in the Machines Bulding Field. Romanian Academy.-V.5. Bacau,-1999.-P. 5-8.

На основі даних рентгеноструктурного аналізу, результатів дії концентрованих потоків енергії дисертантом висунуте та обґрунтоване твердження про взаємозв'язок анізотропії фізико-механічних властивостей карбідів заліза та їх пінакоїдальної будови.

29. Savulyak V.I., Cherna G.A., Savulyak V.V. Experimental investigation of composite coating wear resistance // Матеріали міжнародної конференції “Tehnomus XI”. Romaniya, Suceava, -2001. - Р. 99 - 102.

В роботі [30] дисертант розробляв методики досліджень, алгоритми, конструкцію установки, брав участь у дослідах та узагальнив результати експериментів.

30. Савуляк В.И., Осадчук А.Ю. Нанесение композиционных покрытий на рабочие поверхности инструмента из углеродистых сталей // Оборудование и инструмент для профессионалов. -2003. -№5. - С.21-25.

В роботі [20] дисертант розробляв технологію реалізації наукових основ синтезу металокарбідних матеріалів з використанням екзотермічних ефектів для інструментів із залізовуглецевих сталей.

31. Дядькович В.Т., Савуляк В.И. А.с.№812967. Бюл. Изобретений, 1984. №32.

32. Савуляк В.И., Ивацко В.Т., Краевский П.В, Вдовиченко А.В. Особенности технологии упрочнения штамповой оснастки легированием композиционными материалами. -Краматорск, -2003. -С.553 -555.

Дисертантом запропонована концепція дисперсного зміцнення робочих поверхонь штампової оснастки.

33. Savulyak V.I., Arkhipova T.F., Kreshchenetsky V.L. Cases the ascending Diffusion of the components and anomalous stability of the heterogeneity fusions. Received by methods of powder metallurgy // Матеріали міжнародної конференції “Tehnomus XII”. Romaniya, Suceava. -2003. -P. 301-306.

У роботі [33] дисертант проаналізував динаміку процесів гомогенізації та аномальної стабільності у гетерогенних багатокомпонентних системах та зробив узагальнення.

34. Савуляк В.І., Чорна Г.О. Структуроутворення при нанесенні на деталі зміцнюючих шарів типу “метал-карбід” з використанням СВС-технологій // Збірник наукових праць. -Запоріжжя: ЗДТУ. -1998. -С.220.

В роботі [34] дисертант розробив концепцію утворення евтектичних структур в процесах синтезу металокарбідних композиційних шарів з використанням екзотермічних ефектів.

35. Савуляк В.И. Сивак Р.И. Применение методов механики пористых тел к исследованию процессов трения // Материалы 2-й Международной научно-технической конференции "Применение колебаний в технологиях. Расчет и проектирования машин для реализации технологий." -Винница, -1994. - С.158-159.

Дисертантом в роботі [35] запропонована методика представлення процесу тертя двох матеріалів як системи осциляторів на пористих поверхнях.

36. Zhukov A.A., Savulyak V.I., Arkhipova T.F. Uphill diffusion during the start of bainitic and martensitic transformation //Abst. of International Workshop “Diffusion and diffusional phase transformation in alloys”. -Cherkassy, Ukraina. -1998. -P.69.

Дисертантом в роботі [36] запропонована методика аналізу втрати стабільності структурного стану матеріалу та механізм його реалізації у гетерогенних системах.

АНОТАЦІЯ

Савуляк В.І. Наукові засади формування на сплавах заліза композиційних металокарбідних шарів зі стабільними структурами і підвищеними триботехнічними характеристиками. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.02.01 - матеріалознавство. Інститут проблем матеріалознавства НАН України, м. Київ, 2004.

Робота складається з вступу, семи розділів, загальних висновків і переліку літератури, що цитується.

Дисертація присвячена розв'язанню актуальної науково-технічної проблеми - розробці наукових засад формування на сплавах заліза композиційних металокарбідних шарів зі стабільними структурами і підвищеними триботехнічними характеристиками. На основі системного підходу сформульовано основні принципи стабільності структур композиційних матеріалів триботехнічного призначення. Імітаційне моделювання композиційних структур та дослідження нестаціонарних теплових полів та термічних напружень дозволили сформулювати основні вимоги до матеріалу.

Розроблені в рамках термодинамічного підходу фізико-хімічні основи визначення параметрів та умов формування зносостійких композиційних матеріалів та покриттів з метало-вуглецевих компонентів у вигляді порошків, волокон або тканин за наявності екзотермічних ефектів, що базуються на розгляді відкритих систем з урахуванням обміну із зовнішнім середовищем тепловими потоками та масою. Це дозволило запропонувати експериментально підтверджені методи визначення температурного інтервалу синтезу карбідів, умов евтектичного плавлення та утворення матеріалу або покриття з литими евтектичними структурами.

Досліджено структури та фізико-механічні властивості сформованих покриттів, які показали високу зносостійкість (знос I = 5-15 мкм/км, коефіцієнти тертя 0,1 -0,25 в залежності від складу та структури).

Розроблені технологічні процеси пройшли промислові випробування і використані для формування зносостійких поверхневих шарів на деталях із залізовуглецевих сплавів, нанесення зносостійких покриттів та для відновлення деталей транспортної техніки.

Ключові слова: композиційні металокарбідні матеріали, стабільність структури, карбіди тугоплавких металів, зносостійкість, коефіцієнти тертя спокою, екзотермічні ефекти, евтектичні покриття, дислокаційна структура, відновлення, різальний інструмент.

ABSTRACT

Savulyak V.I. Scientifical principles of the formation of metal-carbides layers with stable structure and improved tribotechnical properties on the surface of iron-based alloys. - Manuscript. Doctoral thesis in speciality 05.02.01. - Material Science. National Institute of Material Science Academy of Ukraine, Kyiv, 2004.

The thesis includes an introduction, seven parts, a resume and references. The subjects of the thesis is resolution of actual scientifical and technological problems of the formation of metal-carbides layers with stable structure formation and improved tribotechnical properties on the surface of iron-based alloys. On the basis of complex researches the main principles of existence and stability of composite materials designed for tribotechnical purposes have been formulated and systematised. Simulation of the composite structure and study of nonstationary thermal fields and the heat tension made it possible to formulate the basic demands to materials.

Physical and chemical basis of parameter's determination and formation conditions of wear-resistant composite metal carbides materials and layers of ferricarbonic components in the form of powders, fibres or fabrics in the presence of exothermal effects had been worked out on basis of thermodynamic approach. It based on the open systems investigation taking into account exchange of mass and thermal flows with surroundings. This made it possible to recommend the experimental confirmed methods of the temperature windows calculation for carbide synthesis, melting conditions and formation of cast materials and coverings with eutectic structure.

Structures, physical and mechanical properties of the formed coverings were investigated. They showed high wear-resistance (wear I = 5-15 mcmkm^-1, friction factor = 0.1- 0.25, depending on the composition and structure).

The developed technological processes passed through industrial testing and were used for getting wear-resistant layers on Fe-C-alloys for wear-resistant covering and restoration of transport equipment's parts.

Key words: composite metal-carbide materials, structure stability, refractory metal carbide, wear-resistance, start of friction coefficient, exothermal effects, eutectic covering, dislocation structure, restoration, cutting tools.

АННОТАЦИЯ

Савуляк В.И. Научные основы формирования на сплавах железа композиционных металлокарбидных слоев со стабильными структурами и повышенными триботехническими характеристиками. - Рукопись. Диссертация на получение научной степени доктора технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. Институт проблем материаловедения НАН Украины, г. Киев, 2004.

Работа состоит из вступления, семы разделов, общих выводов и перечня цитируемой литературы.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы - разработке научных основ формирования на сплавах железа композиционных металлокарбидных слоев с стабильными структурами и повышенными триботехническими характеристиками. На основе системного подхода сформулированы основные принципы стабильности структур композиционных материалов триботехнического назначение. Имитационное моделирование композиционных структур и исследование нестационарных тепловых полей и термических напряжений разрешили сформулировать основные требования к материалу.

Разработанные в рамках термодинамического подхода физико-химические основы определения параметров и условий формирования износоустойчивых композиционных материалов и покрытий из металло-углеродных компонентов в виде порошков, волокон или тканей при наличии экзотермических эффектов, которые базируются на рассмотрении открытых систем с учетом обмена с внешней средой тепловыми потоками и массой. Это позволило предложить экспериментально подтвержденные методы определения температурного окна синтеза карбидов, условий эвтектического плавления и образования материала или покрытие с литыми эвтектическими структурами.

Показано, что использование в процессах формирования металлокарбидных покрытий экзотермических эффектов в сочетании с воздействием извне потоками концентрированной энергии (тепла, вибраций, световой энергии) позволяет управлять процессами образования структуры и свойств композита.

Исследованы структуры и физико-механические свойства сформированных покрытий, которые показало высокую износостойкость (износ I = 5-15 мкм/км, коэффициенты трения 0,1-0,25 в зависимости от состава и структуры).

Разработанные технологические процессы прошли промышленные испытания и использованы для формирования износоустойчивых поверхностных слоев на деталях из железоуглеродистых сплавов, нанесения износоустойчивых покрытий и для восстановления деталей транспортной техники.

Ключевые слова: композиционные металлокарбидные материалы, стабильность структуры, карбиды тугоплавких металлов, износостойкость, коэффициенты трения покоя, экзотермические эффекты, эвтектические покрытия, дислокационная структура, восстановление, режущий инструмент.

Размещено на Allbest.ru