На підставі кількісної оцінки теплової і механічної дії на поверхню калібру в процесі прокатки, запропонований показник К_енерг, який обчислюється на основі фізичних характеристик процесу деформації, таких як температура, величина обтискання, механічна потужність і ін., що дозволяє точніше оцінити умови роботи валків.

, (14)

де q - теплова потужність, що передається через одиницю контактної поверхні; N - механічна потужність, що передається через одиницю контактної поверхні.

Величина К_енерг використовується для обґрунтованого вибору матеріалу валків.

Встановлено, що в структурі твердих сплавів, отриманих методом ГВП, формується ієрархічна неоднорідність, яка може бути описана методами фрактальної геометрії. Мінімальними елементами фрактала є конгломерати карбідних частинок, що послідовно об'єднуються в групи вищих порядків. Розмірність такого фрактала є дробною і змінюється в інтервалі від 1,3 до 2. Завдяки явищу самоподібності, про ступінь розвитку фрактальної структури можна судити на підставі оцінки кількісних характеристик конгломератів. При оптимізації технології виробництва і при оцінці якості твердих сплавів разом з характеристиками, передбаченими ГОСТ 9391-86, необхідно оцінювати ступінь розвитку фрактальної структури, ступінь перекристалізації і ступінь суміжності карбідних частинок. Вплив параметрів структури на міцність сплаву ілюструється рис. 9 і 10. На підставі аналізу взаємозв'язку структури і властивостей сплавів були сформульовані вимоги до оптимальної структури твердого сплаву.

Встановлено, що неоднорідність структури формується ще на етапі розмелу компонентів суміші. Проведені дослідження показали, що гранулометричний склад суміші при постійних характеристиках млина (діаметр тіл, що мелють, і співвідношення мас шихти і тіл, що мелють), визначається такими параметрами, як тривалість попереднього розмелу зв'язки, тривалість сумісного розмелу зв'язки з карбідною фазою, а також тонкою кристалічною будовою частинок карбідної фази. При цьому в суміші формуються скупчення карбідних частинок з характеристичним розміром, схожим з розміром неоднорідностей (конгломератів) першого рівня, що виявляються в твердому сплаві після спікання (рис. 11).

Встановлено, що кінетика усадки твердих сплавів при ГВП описується рівнянням типу

, (15)

де Y - лінійна величина усадки; X - час процесу усадки.

Отримані в роботі кількісні дані були використані для отримання регресійних і аналітичних моделей формування властивостей твердих сплавів при ГВП

Встановлено також, що додатковий нагрівання матеріалу після ГВП до температур евтектичного перетворення дозволяє підвищити однорідність матеріалу, зменшити розкид механічних характеристик і сформувати укрупнені рівноосні частинки з високим ступенем розділення.

Сьомий розділ «Формування структури і властивостей матеріалів на основі заліза, призначених для роботи в умовах комбінованого навантаження» вивченню сплавів на основі заліза (леговані сталі, карбідосталі), які є альтернативою твердим сплавам при виборі матеріалу для роботи в умовах переважно термоциклічного впливу.

У роботі запропонований модифікований критерій ефективності матеріалу в умовах термоциклічного навантаження

, (16)

де - коефіцієнт Пуассона; - модуль пружності; - коефіцієнт термічного розширення; - коефіцієнт температуропровідності; - ударна в'язкість.

З використанням модифікованого критерію ефективності матеріалу показано, що леговані сплави на основі заліза є перспективним матеріалом для роботи в умовах прикладення циклічних механічних і термічних дій.

Основною проблемою залишається знижена в порівнянні з твердим сплавом твердість і стійкість до абразивного зносу. Збільшення частки карбідних фаз в структурі є шляхом подолання цього обмеження, проте в залежності від морфології карбідної фази вимоги до її вмісту відрізняються. Проведена в роботі оцінка показує, що структури з безперервним каркасом карбідної фази слід використовувати в тих випадках, коли основною вимогою є високий опір мікропластичній деформації. При цьому об'ємна частка фази повинна бути вище за деяке граничне значення. Наближена оцінка для випадків рівних деформацій і рівних напруг в елементарному гетерофазному об'ємі дає його значення в межах 0,11 - 0,28 (для випадку карбідної фази типу карбіду вольфраму і легованої залізної матриці). Структури з ізольованими частинками карбідної фази мають потенційно вищу працездатність в умовах змінних температур, проте для реалізації можливостей матеріалу слід формувати структуру з максимально можливою при даному вмісті карбідної фази відстанню між частинками, розмір частинок повинен бути більше 4-5 мкм. Проте при цьому не можна допускати надмірного огрублення частинок і необхідно забезпечувати їх рівномірний розподіл в матриці.

Збільшення частинок підвищує вірогідність гальмування тріщин за рахунок їх переважного розповсюдження в пластичній матриці. Для визначення можливості формування оптимальних структур було вивчено вплив термічної обробки на параметри карбідної фази у високовуглецевих сталях, склад яких наведений в таблиці 3. Дослідження показали, що варіюючи температуру гарту сплаву №1 можна отримати карбідну фазу у вигляді ізольованих рівноосних карбідів. Для дослідженого сплаву температура складає 1100 10 ^оС^. Проведення 3-х кратного відпуску при 550 ^оС з подальшою додатковою нормалізацією від температури 850 10 ^оС дозволить підвищити ступінь глобулярності карбідів і забезпечити однорідну структуру матриці з незначними коливаннями твердості. Значний теоретичний і практичний інтерес представляє дослідження можливості впливу на процеси виділення і розчинення карбідних фаз традиційних високохромистих сталей типу Х12 шляхом модифікації складу . Було запропоновано ввести до складу сталі нікель в кількості 4-5% з метою підвищення міцностних і в'язкісних характеристик матриці сплаву, підвищення стійкості залишкового аустеніту, що дозволяє спростити технологію термічної обробки. Крім того, розчинність вуглецю в аустеніті на 2 - 3 порядки вище, ніж у фериті. Тому формування і розпад аустеніту дозволяє впливати на протікання перетворень в карбідній фазі через зміну ефективної розчинності вуглецю у феррито-аустенітній матриці при зміні співвідношення фаз в ній.

Експериментально показано, що великі ділянки карбідної фази гальмують розвиток тріщини за механізмом зростання магістральної тріщини і сприяють формуванню дрібної сітки розпалу, тоді як дрібнодисперсні частинки (менше 0,1 - 1 мкм) не є перешкодою для прямолінійного розповсюдження тріщини. Для сплавів №№ 2-4 встановлено, що легування високохромистих сталей нікелем в кількості 4-5% дозволяє загальмувати виділення з аустеніту дисперсних карбідних частинок в широкому інтервалі швидкостей охолоджування, що сприяє отриманню оптимальних структур.

Таблиця 3

Хімічний склад досліджених сталей

Виконані дослідження показали, що для роботи в умовах комбінованої механічної і термічної циклічної дії структура матеріалу повинна містити значну частку крупних (більше 4 - 5 мкм) ізольованих рівномірно розподілених карбідних частинок. Традиційно для отримання таких матеріалів використовують твердофазне спікання порошкових сумішей регламентованого складу. Отримання безпористих матеріалів забезпечується використанням гарячого ізостатичного пресування. Дешевшими і гнучкішими є процеси порошкової металургії (рідкофазного спікання) і електрошлакової переплаву з введенням порошкоподібних компонентів в зону плавлення. Обидві ці технології дозволяють отримати рідку матричну фазу, в якій розподіляється тверда карбідна складова. Наявність рідкої матриці дозволяє інтенсифікувати процеси міжфазної взаємодії, що забезпечує отримання міцного зв'язку частинок з матричним матеріалом не тільки за рахунок адгезії, але і за рахунок дифузії і протікання процесів розчинення - виділення.

Проведені експерименти показали, що проведення процесу формування матеріалу в двофазній області різко підсилює дифузійну взаємодію фаз, що може приводити до формування як ізольованих, так і каркасних структур.

Восьмий розділ «Практична реалізація отриманих результатів» присвячений практичному використанню виявлених закономірностей, розроблених моделей, критеріїв і методик. На момент введення в експлуатацію сучасних прокатних станів , потреби промисловості України в твердосплавних прокатних валках задовольнялися переважно за рахунок імпорту. При організації виробництва в умовах НВО «Донікс» з урахуванням високої капіталоємності технології ГІП, за основу була узята технологія ГВП і був проведений комплекс науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт з її адаптації до вимог виробництва твердосплавних валків. З використанням розроблених методик оцінки макро- і мікроструктури методами кількісної металографії, акустичного аналізу, ультразвукового контролю, вимірювання механічних характеристик, здійснювали супровід процесу відпрацювання технології. Результати досліджень дозволили виявити основні технологічні параметри, що впливають на отримання необхідної структури і властивостей, і прискорити процес знаходження оптимальних значень параметрів за рахунок використання методик активного експерименту і математичної обробки результатів. Підсумком проведених досліджень стала розробка вдосконаленої технології гарячого вакуумного пресування, що передбачає управління параметрами шихти і процесу її обробки. Ця технологія отримала назву керованого гарячого вакуумного пресування ГВП(керов).

З використанням отриманих результатів з 2002 р. було почате промислове виробництво валків за новою технологією і їх постачання на металургійні підприємства України. Запропоновані рекомендації впроваджені в умовах НВО «Донікс» і внесені до технічних умов, технологічних інструкцій і інструкцій по проведенню контролю і випробувань. Комплекс НДР і ДКР, а також організаційних заходів, дозволив отримати фактичні показники стійкості валків і їх питомої витрати на рівні кращих світових зразків при меншій ціні виробів.

Розроблені підходи були використані також при відпрацюванні технології отримання високоякісних злитків титану. На підставі аналізу процесів розсіювання енергії пружних коливань показано, що формування структурної неоднорідності в титанових сплавах пов'язане з утворенням ділянок насиченого -твердого розчину азоту в титані, підвищує небезпеку накопичення пошкоджень унаслідок того, що ступінь зростання площі поверхні, на якій відбувається поглинання, перевищує ступінь зменшення коефіцієнта відбиття. На підставі аналізу теоретичних залежностей і експериментальних даних встановлено, що розчинення включень з концентрацією азоту менше 30% ат. можливо внаслідок їх перитектичного плавлення, що приводить до розвитку фазового перетворення в об'ємі частинки. Показано, що прискорене розчинення нітридних частинок стехіометричного складу при камерному електрошлаковому переплаві (КЕШП) має недифузійну природу.

Прискорене розчинення збагачених азотом включень відбувається унаслідок взаємодії включення з активною кальційвміщуючою шлаковою ванною. Експериментально встановлено, що в результаті цього процесу в злитку формується однорідний твердий розчин азоту в титані. У експериментах з штучними включеннями підвищення змісту розчиненого азоту в металі злитка КЕШП складало 0,01 - 0,02% мас. Показано, що разом з прискореним розчиненням, при КЕШП під активним кальційвміщуючим флюсом відбувається дроблення і руйнування нітридних частинок.

Проведені дослідження дозволили скоректувати параметри процесу з метою підвищення його ефективності. Зокрема, тепловий режим плавки слід вибирати так, щоб температура в шлаковій ванні перевищувала температуру перитектичного перетворення в системі «титан - азот» (2020^оС). Приведені результати були використані при розробці технології рафінування титана і його сплавів від збагачених азотом включень, яка розроблялася в рамках міжнародної програми «Next step to market» спільно з компанією Дженерал Електрик (США). Робота проводилася в рамках гранту, виданого Фондом цивільних досліджень і розвитку (США). Методика оцінки макроструктури титанових злитків була передана Інженерному центру «Титан» Інституту електрозварювання ім. Е.О. Патона і використовується при промисловому виробництві злитків.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішено важливу науково-технічну проблему підвищення службових характеристик багатофазних металевих сплавів, що працюють в умовах циклічної термічної і механічної дії, на базі розвитку наукових основ процесу формування структури багатофазних металевих матеріалів з урахуванням структурних закономірностей дисипації енергії в гетерогенних структурах.

1. На основі аналізу стану проблеми показано, що для забезпечення розробки і виробництва високоефективних матеріалів з підвищеною працездатністю в умовах циклічної механічної та термічної дії необхідно: розвиток уявлень щодо взаємозв'язку кількісних характеристик структури матеріалів з їх фізико-механічними та службовими характеристиками; встановлення особливостей накопичення пошкоджень, зношування та руйнування матеріалів в залежності від структурних параметрів, розробка технологічних принципів формування структур з комплексом підвищених характеристик.

2. Отримали подальший розвиток основні положення структурно-енергетичної теорії руйнування стосовно процесів, що відбуваються в багатофазних сплавах при циклічному механічному і термічному навантаженні, які дозволяють врахувати ефекти адитивного впливу температури і механічної напруги на активацію дисипативних процесів в матеріалах з гетерогенною структурою залежно від геометричних характеристик ділянок фаз і їх фізичних характеристик - модуля нормальної пружності і густини. Встановлено, що для діапазону зміни характеристик фаз, типових для багатофазних сплавів, існує чисельне значення порогового розміру структурного елементу, що змінюється в межах від 10^-6 до 10^-3 м. При зменшенні розміру ділянки нижче порогового, його демпфуюча здатність різко знижується. Схильність матеріалу до дисипації енергії зовнішніх дій росте при збільшенні площі поверхні розділу фаз і відмінності в їх фізичних характеристиках.

3. Отримали подальший розвиток основні положення кількісної металографії і отримані нові залежності для кількісного визначення топологічних характеристик структури і параметрів форми окремих частинок. Розроблені залежності є інваріантними до форми частинок. Вперше отримані залежності для кількісної оцінки характеристик процесу перекристалізації і для визначення наявності в структурі конгломератів частинок. Отримані залежності, що дозволяють визначити мінімальний об'ємний зміст фази, при якому виникає каркасна структура, з урахуванням геометрії реальної частинки, застосовані для аналізу частинок у формі довільних опуклих багатогранників. Зокрема показано, що при збільшенні відношення максимального розміру частинки типу правильної трикутної і квадратної призми до мінімального від 1 до 4 - 5, це значення зменшується від 0,65 - 0,75 до 0,15 - 0,2 залежно від форми частинки.

4. Вперше встановлені особливості процесів поглинання і розсіювання енергії пружних механічних коливань в матеріалах з карбідною фазою, утворюючою каркасну і ізольовану структуру. Встановлено, що швидкість розповсюдження УЗК в діапазоні частот 1 - 10 Мгц в твердих сплавах підкоряється правилу адитивності з використанням значення суміжності карбідної фази як коефіцієнту і встановлено, що величина фону розсіювання УЗК характеризує пористість матеріалу в діапазоні розмірів пір 0,1 - 1 мм. Встановлено, що при одноразовій динамічній дії в твердих сплавах з каркасним типом структури виникає сигнал акустичної емісії, що характеризується лінійчатим спектром. Частоти основних максимумів спектру твердих сплавів корелюють із змістом фази, що пов'язує, і суміжністю карбідного каркаса. У високолегованих сталях з матричним типом структури спектр має безперервний характер з неявно вираженими локальними максимумами, а переважаюча частота спектру корелює з ударною в'язкістю і твердістю сталі.

5. Вперше встановлена особливість формування структури твердих сплавів, що отримують методом гарячого вакуумного пресування, що полягає у виникненні ієрархічної неоднорідності, яка описується методами фрактальної геометрії і визначені чинники, що впливають на її формування. Мінімальними елементами фрактала є конгломерати карбідних частинок, які послідовно об'єднуються в групи вищих порядків. Розмірність такого фрактала є дробною і змінюється в інтервалі від 1,3 до 2.

6. Вперше встановлений мікромеханізм пошкодження поверхні калібрів твердосплавних прокатних валків при експлуатації, що полягає в одночасному протіканні конкуруючих процесів зародження і зростання локальних зародків зносу і крихких тріщин. Встановлено, що на поверхні калібрів валків з твердих сплавів із змістом зв'язки 14 - 20% по масі і карбідними частинками розміром більше 4-5 мкм темп зародження зародків перевищує темп розвитку тріщин, що приводить до зростання тріщин між зародками і формування замкнутої сітки розпалу. У сплавах із зерном менше 1-2 мкм, швидкість росту тріщин перевищує швидкість зародження локальних зародків, що приводить до формування магістральних крихких макротріщин.

7. Розроблений показник К_енерг, для обґрунтованого вибору матеріалу валків з урахуванням температурно-силових параметрів прокатки, який обчислюється на основі температурно-силових характеристик процесу деформації. При значеннях К_енерг > 8-9 характер зносу міняється від переважно термічного на переважно механічний.

8. Встановлено, що для підвищення опору розповсюдженню тріщин у високолегованих сталях ледебуритного класу методами термічної обробки, слід прагнути до формування в структурі ізольованих ділянок карбідної фази з розміром 4 - 5 мкм і максимально можливою при даному вмісті карбідної фази вільною міжчастковою відстанню. Запропоновані режими термічної обробки, що забезпечують досягнення вказаного результату. Встановлено, що легування високохромистих сталей нікелем в кількості 4-5% дозволяє загальмувати виділення з аустеніту дисперсних карбідних частинок в широкому інтервалі швидкостей охолоджування, що сприяє отриманню оптимальних структур.

9. Експериментально встановлено, що процеси електрошлакової переплавки з введенням порошкоподібних компонентів в зону плавлення і рідкофазного гарячого вакуумного пресування дозволяють отримати карбідосталі системи WC - (Fe+Ni) і TiC - (Fe+Ni) з міцностними характеристиками, що перевищують показники матеріалів систем WC - (Со+Ni) і TiC - (Ni+Мо), отриманих методом твердофазного гарячого ізостатичного пресування на 10 - 20%.

10. Експериментально встановлені особливості формування структурної неоднорідності в титанових сплавах, що полягають в тому, що при камерному ЕШП розчинення нітридних включень з концентрацією азоту менше 30% ат. відбувається унаслідок їх перитектичного плавлення, що приводить до розвитку фазового перетворення в об'ємі частинки. Розчинення нітридных частинок стехіометричного складу відбувається унаслідок взаємодії включення з активною кальційвміщуючою шлаковою ванною. Показано, що утворення ділянок насиченого - твердого розчину азоту в титані (твердих - включень) при розчиненні нітридних частинок підвищує небезпеку накопичення пошкоджень унаслідок того, що ступінь зростання площі поверхні, на якій відбувається поглинання, перевищує ступінь зменшення коефіцієнта відбиття в 1,7 - 3,4 рази.

11. Розроблена і передана для практичного застосування методика ультразвукового контролю злитків титану після ЕЛП і КЕШП. Розмір порожнеч і нітридних включень, що надійно виявляються, складає 1 - 1,5 мм в злитках діаметром до 200 мм і 2 - 3 мм в злитках діаметром до 600 мм. Показано, що амплітуда фону УЗ сигналу пропорційна розміру дендритів в литій структурі. Результати УЗ контролю були використані при оптимізації технологічних параметрів процесу переплавки.

12. Розроблені нові методики кількісної оцінки структури і контролю якості твердих сплавів, які передані для промислового використання і включені в нормативну документацію. Оптимізація технологічних процесів на основі даних, отриманих з використанням запропонованих методик дозволила знизити частку продукції з відхиленнями від вимог ТУ на 2,97%.

13. Результати роботи використані при вдосконаленні існуючих і розробці нових технологічних процесів виробництва твердих сплавів. Це дозволили підвищити службові характеристики твердосплавних валків до рівня кращих світових аналогів, а для валків чистових клітей високошвидкісних блоків безперервних прокатних станів їх сплавів ТС11, ТС14 підвищити гарантований норматив напрацювання на валок за кампанію на 25% в порівнянні зі світовими аналогами.

14. З використанням результатів дисертаційної роботи були розроблені доповнення до ТУ У 13495380.003-98, що регламентують склади твердих сплавів для прокатних валків і методи контролю структури і властивостей. Впровадження результатів роботи в промислових умовах дозволило отримати пайовий економічний ефект, що належить авторові, у розмірі 6324980 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пашинский В.В. Гетерогенность структуры и диссипация энергии в металлических материалах. Монография / В.В. Пашинский // Донецк: ВИК, 2008. - 285 с.

2. Пашинский В.В. Взаимосвязь структуры и свойств материалов для твердосплавных прокатных валков дискового типа / В.В. Пашинский // Металл и литье Украины. - №12. - 2002. - С. 33 - 36.

3. Пашинский В.В. Методика количественного стереологического анализа взаимного расположения частиц в спеченых материалах / В.В. Пашинский // Физика и техника высоких давлений. - 2008. - том 18. - №1. - С. 101 - 109.

4. Пашинский В.В. Фрактальная природа структурной неоднородности в спеченых твердых сплавах / В.В. Пашинский // Физика и техника высоких давлений. - 2008. - том 18. - №2. - С. 91 - 96.

5. Пашинский В.В. Особенности поглощения энергии упругих колебаний в низкочастотном диапазоне при импульсном воздействии на металлические материалы / В.В. Пашинский // Металург. - 2008. - №8. - С. 52 - 57.

6. Пашинский В.В. Разработка энергетического критерия эксплуатации валков / В.В. Пашинский // Металург. - 2008. - №11. - С. 49 - 50.

7. Пілюшенко В.Л. Зв'язок структури твердих сплавів з характеристиками розповсюдження ультразвукових коливань / В.Л. Пілюшенко, В.В. Пашинський // Металознавство та обробка металів. - 2008. - №2. - С. 46 - 50.

8. Пілюшенко В.Л. Прояв ефектів спадковості в карбідній фазі спечених твердих сплавів / В.Л. Пілюшенко, В.В. Пашинський // Металознавство та обробка металів. - 2008. - №4. - С. 22 - 25.

9. Отдельные аспекты организации производства твердосплавных прокатных валков дискового типа методом горячего прессования валков / А.Г. Маншилин, В.В. Назаренко, С.В. Труханов, В.В. Пашинский // Металл и литье Украины. - 2000. - №5-6. - С. 38 - 40.

10. Труханов С.В. Прокатные валки дискового типа для чистовых прокатных блоков проволочных станов. Особенности производства / С.В. Труханов, Д.Г. Сидоренко, В.В. Пашинский // Металл и литье Украины. - 2001. - №7-9. - С. 64 - 67.

11. ESR as a Fast Technique to Dissolve Nitrogen-rich Inclusions in Titanium / M.G. Benz, P.J. Meschter, J.P. Nic, L.C. Perocchi, M.F.X Gigliotti, R.S. Gilmore, V.N. Radchenko, O.V. Tarlov, A.D. Ryabtsev.V.V. Pashynsky // Materials Research Innovations. -1999. - Issue 6. - Р. 364 - 368. USA

12. Использование электрошлаковой технологии для рафинирования титана и титановых сплавов от обогащенных азотом включений / А.А. Троянский, А.Д. Рябцев, В.В. Пашинский, М.В. Самборский // Проблемы специальной электрометаллургии.- 2002.- №3 (68) .- С. 10 - 13.

13. Исследование механизма разрушения нитридных включений в титановых сплавах при электрошлаковом переплаве под активными металлсодержащими флюсами / А.А. Троянский, О.В. Тарлов, А.Д. Рябцев, В.В. Пашинский, М.Дж. Бенц, В.Н. Радченко // Теория и практика металлургии. - №6(20).- 2000.- С. 11-12.

14. Разработка и внедрение эффективных технологий производства твердосплавных прокатных валков / А.Г. Маншилин, А.И. Кулик, В.В. Пашинский, Д.Г. Сидоренко, В.В. Каширин // Сталь. - 2002. - №8. - С. 72 -7 4.

15. Разработка эффективных технологий производства твердосплавных прокатных валков дискового типа и их применение на высокоскоростных проволочных станах / А.Г. Маншилин, В.В. Пашинский, Д.Г. Сидоренко, В.В. Горбатенко // Производство проката. - 2004. - №2. - С. 30 - 33.

16. Производство твердосплавных прокатных валков дискового типа и факторы, влияющие на их эксплуатационную стойкость / А.Г. Маншилин, Д.П. Кукуй, В.В. Пашинский, Д.Г. Сидоренко, В.В. Горбатенко // Металл и литье Украины. - 2004. - №3-4. - С. 17 - 18.

17. Анализ опыта эксплуатации и повышение эффективности использования твердосплавных прокатных валков дискового типа / М.А. Бабенко, А.Г. Маншилин, В.В. Пашинский, Д.Г. Сидоренко, В.В. Горбатенко // Металл и литье Украины. - 2004. - № 8-10. - С. 68 - 70.

18. Особенности структуры перспективных материалов для валков горячей прокатки / В.В. Пашинский, А.Д. Рябцев, В.В. Горбатенко, Е.Г. Пашинская // Сталь. - №5. - 2003. - С. 73 - 76.

19. К вопросу о возможности использования электрошлаковой технологии для получения композиционных материалов систем Fe - WC, Fe - TiC / А.А. Троянский, Д.П. Кукуй, Н.Н. Галян, А. Д. Рябцев, В.В. Пашинский // Металл и литье Украины. - 2006. - №3- 4. - С. 40 - 43.

20. Производство изделий из твердых сплавов / В.В. Пашинский Д.Г. Сидоренко В.В. Каширин С.В. Труханов А.М. Теряев // Металл и литье Украины 2006. - № 7-8. - С. 37 - 41.

21. Исследование механизма разрушения нитридных включений в титановых сплавах при электрошлаковом переплаве под «активными» металлсодержащими флюсами / А.А. Троянский, А.Д. Рябцев, О.В. Тарлов, В.В. Пашинский, М.Дж. Бенц // Труды Донецкого государственного технического университета. Металургия, Выпуск 18. - Донецк: ДонГТУ, 2000. - С. 65 - 69.

22. Пашинський В.В. Аналіз основних факторів, що впливають на стійкість прокатних, валків чистової та другої проміжної групи клітей високошвидкісних дротових станів / В.В. Пашинський, Д.Г. Сидоренко, Горбатенко В.В // Сборник научных трудов «Строительство, материаловедение, машиностроение». - Днепропетровск: ПГАСА. - 2004. - С. 50 - 56.

23. Пашинский В.В. Особенности влияния параметров нагрева на структуру и свойства высокоуглеродистой хромоникелевой стали ледебуритного класса / В.В. Пашинский, В.П. Горбатенко В.В. Горбатенко // Труды Донецкого национального технического университета. Металургия, №74. - Донецк: ДонГТУ, 2004. - С.53 - 56.

24. Влияние размера карбидных частиц и доли связующей составляющей на механические свойства твердых сплавов на основе карбида вольфрама для прокатных валков / В.В. Пашинский, В.В. Горбатенко, В.П. Горбатенко, Д.Г. Сидоренко // Труды Донецкого государственного университета, Металлургия, Выпуск 102, Донецк, ДонНТУ, 2006. - С. 162 - 168.

25. Исследование эксплуатационных характеристик твердосплавных прокатных валков дискового типа, изготовленных методами порошковой металлургии / В.В. Пашинский, С.В. Труханов, Д.Г. Сидоренко, А.И. Кудлай, К.В. Корохов // Труды четвертого конгресса прокатчиков.- Т. 2 .- М.: АО «Черметинформация», 2002. - С. 248 - 251.

26. Расширение сортамента и повышение эффективности использования твердосплавных прокатных валков / А.Г. Маншилин,В.В. Пашинский, Д.Г. Сидоренко,В.В. Каширин, В.В. Горбатенко // - Труды седьмого конгресса прокатчиков.-Т. 1.- М.:АО «Черметинформация», 2007. - С. 406 - 411.

27. Electroslag Remelting of Titanium for the Removal of Nitrogen-Rich Inclusions / A.D. Ryabtsev, A.A. Troyansky, V.V. Pashynsky, M.V. Samborsky, W.T. Carter, M.G. Benz // Liquid Metal Processing and Casting. Proceedings of the 2003 International Symposium. Nancy, France September 21-24, 2003. - Р. 141 - 149.

28. Investigation of structure of hard alloys, produсed by traditional sintering and sintering under pressure / V.V. Pashynsky, D.G. Sydorenko, S.V. Trykhanov, V.V. Kashyryn // Proceeding of the V International Conference «Metallurgy, Refractories and Environment», Stara Lesna, High Tatras, Slovakia, May 13-16, 2002. - P. 293 - 297.

29. Производство твердосплавных прокатных валков дискового типа и их применение на высокоскоростных проволочных станах / O.Г. Маншилин, Д.П. Кукуй, В.В. Пашинський, Д.Г. Сидоренко, В.В. Горбатенко // Донбасс 2020: наука і техніка виробництву: Матеріали ІІ науково-практичної конференції [Электронний ресурс] /Донец. нац. техн. ун-т та ін. - Донецьк, 2004. - С.47 - 52. - 1 электр. опт. диск (CD-ROM); 12 см.

30. The structure and properties of the large size parts from sintered tungsten carbide alloys produced by hot high-pressure treatment / V.Pashynsky, D. Kukuy, S. Trukhanov, V. Nazarenko // 9-th International Metallurgical Conference "Metal 2000", 16-18.5.2000 [Электронный ресурс].- Ostrava, Czech Republic. - Р. 123 - 125.-1 электр. опт. диск (CD-ROM); 12 см.

31. Peculiarities of structure of hard alloys, produced by sintering under pressure and their influenсе on the properties of material / V.V. Pashynsky, D.G. Sydorenko, S.V. Trykhanov, V.V. Kashyryn // Proceeding of the 11^th. International Metallurgical &Material Conference «Metal 2002». 14-16.05.2002 [Электронный ресурс].- Hradec nad Moravicе, Czech Rep. - Р. 1-5. -1 электр. опт. диск (CD-ROM); 12 см.

32. Электрошлаковые технологии рафинирования и легирования металлов и сплавов в камерной печи с использованием «активных» металлсодержащих флюсов / А.А. Троянский, А.Д. Рябцев, В.В. Пашинский, М.В. Самборский // Специальная металлургия: вчера, сегодня, завтра. Материалы международной научно-технической конференции 8-10 октября 2002 г.- Киев: Политехника, 2002. - С. 110 - 114.

33. The development of the technology of high-quality ingots manufacturing from metals with high-reaction ability (Cr, Ti and oth.) and alloys on their base with using of the method of electroslag remelting under “active” Ca-containing fluxes (on Donetsk State Technical University basis) / A.Troyansky, D. Ryabtsev, V. Pashynsky, V. Radchenko // Proceeding of the International Symposium on Electroslag Ramelting Technology and Equipmеnt. Medovar Memorial Symposium. May 15-17, 2001. - Kyiv, Ukraine. - P. 79 - 81.

34. ESR Refining to Dissolve Nitrogen-Rich Inclusions in Titanium Alloys - Proposal for Pilot-Scale Evaluation / M.G. Benz, W.T. Carter, P.J. Meschter, J.C. Zhao, M.R. Jackson, A.D. Riabtsev, O.V. Tarlov, V.V. Pashynsky // GE Corporate Research and Development Report. -1999. - 12 Р.

35. Dissolution of nitrogen-rich inclusions in titanium alloys by “Activ Slag” ESR refining / V.N. Radchenko, O.V. Tarlov, A.D. Ryabtsev, M.G. Benz, V.V. Pashynsky // XITC'98, Xi'an International Titanium Conference September 15-18, 1998, Xi'an, China. - P. 1 - 6.

36. “Active Slag” ESR Refining of Titanium Alloys for Dissolution of Nitrogen-Rich Inclusions / A.D. Ryabtsev, O.V. Tarlov, V.V. Pashynsky, M.G. Benz, L.C. Perocchi, J. Gilmore, V.N. Radchenko // Asian Industrial Technology Congress (AITC '99), 26 - 29 April 1999, [Электронный ресурс]. - Hong Kong, China - P. 1 - 4.-1 электрон. опт. диск (CD-ROM); 12 см.

37. ESR as fast technique to dissolve nitrogen-rich inclusions in titanium / V.N.Radchenko, O.V. Tarlov, A.D. Ryabtsev, V.V. Pashynsky, M.G. Benz // Conference Innovations in Materials, Washington, DC, July 19-22, 1998. - P. 76 - 77.

38. “Active Slag” ESR Refining of Titanium Alloys for Dissolution of Nitrogen-Rich Inclusions /A.D. Ryabtsev, O.V. Tarlov, V.V. Pashynsky, M.G. Benz, L.C. Perocchi and V. N. Radchenko // The 9^th World Conference on Titanium 7-11 June, 1999, S. Petersburg, Russia. - P. 41.

АННОТАЦИЯ

Пашинский В.В. “Развитие научных основ процесса формирования структуры многофазных сплавов, работающих при циклическом термомеханическом нагружении“. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.16.01 «Металловедение и термическая обработка металлов» - Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет» Министерства образования и науки Украины, г. Донецк, 2009 г.

В диссертации решена важная научно-техническая проблема повышения служебных характеристик многофазных металлических сплавов, работающих в условиях циклического термического и механического воздействия на базе развития научных основ процесса формирования структуры многофазных металлических материалов с учетом структурных закономерностей диссипации энергии в гетерогенных структурах.

Получила дальнейшее развитие модель аддитивного влияния внешних воздействий различной природы на значения механических характеристик и протекание релаксационных процессов в материалах, которая позволила определить предельные значения накопленной материалом энергии, приводящие к активации релаксационных процессов в зависимости от параметров упругих колебаний и физических характеристик материала. С использованием разработанной модели и метода акустической аналогии выполнена оценка влияния гетерофазности структуры и физических характеристик фаз, образующих материал, на процессы поглощения и рассеяния энергии упругих колебаний.

Получили дальнейшее развитие основные положения количественной металлографии и получены новые зависимости для количественного определения топологических характеристик многофазной структуры и параметров формы отдельных участков фаз. Впервые разработаны количественные критерии, алгоритмы и программы, позволяющие получить с использованием ЭВМ информацию о стереологических характеристиках структуры.

Впервые установлены особенности процессов поглощения и рассеяния энергии упругих механических колебаний в материалах с карбидной фазой, образующей каркасную и изолированную структуру. Установлено, что существует статистически достоверная связь между значением параметров распространения ультразвуковых колебаний, макроструктурой и стереологическими характеристиками микроструктуры твердых сплавов.

Установлено, что в структуре твердых сплавов формируется иерархическая неоднородность, которая может быть описана методами фрактальной геометрии. Размерность такого фрактала дробная и изменяется в интервале от 1,3 до 2. Показано, что механические свойства твердых сплавов зависят от таких характеристик структуры, как смежность, связность и неоднородность, оцениваемая по доле конгломератов в структуре. Установлено влияние параметров приготовления смеси и кинетических параметров процесса горячего прессования на структуру и свойства твердых сплавов и разработаны рекомендации по совершенствованию процесса горячего вакуумного прессования.

Установлено, что на поверхности калибров валков из твердых сплавов с содержанием связки 14 - 20% по массе и карбидными частицами размером больше 4-5 мкм темп зарождения очагов превышает темп развития трещин, что приводит к росту трещин между очагами и формированию замкнутой сетки разгара. В сплавах с зерном менее 1-2 мкм, скорость роста трещин превышает скорость зарождения локальных очагов, что приводит к формированию магистральных хрупких макротрещин. Для обоснованного выбора материала валков с учетом температурно-силовых параметров прокатки разработан показатель К_энерг, который вычисляется на основе физических характеристик процесса деформации.

Установлено, что для повышения сопротивления распространению трещин в высоколегированных сталях ледебуритного класса методами термической обработки следует стремиться к формированию в структуре изолированных участков карбидной фазы с размером порядка 4-5 мкм и максимально возможным свободным межчастичным расстоянием. Установлено, что легирование высокохромистых сталей никелем в количестве 4-5% позволяет затормозить выделение из аустенита дисперсных карбидных частиц в широком интервале скоростей охлаждения, что способствует получению оптимальных структур.

На основании анализа процессов рассеяния энергии упругих колебаний показано, что формирование структурной неоднородности в титановых сплавах связанное с образованием участков насыщенного -твердого раствора азота в титане (твердых - включений) повышает опасность накопления повреждений. Растворение нитридных включений с концентрацией азота менее 30% ат. в титановых сплавах происходит вследствие их перитектического плавления, приводящего к развитию фазового превращения в объеме частицы. Ускоренное растворение нитридных частиц при камерном ЭШП имеет недиффузионную природу и происходит вследствие взаимодействия включения с активной кальцийсодержащей шлаковой ванной.

Внедрение результатов работы в промышленных условиях позволило получить за период с 2002 по 2008 г. долевой экономический эффект в размере 6324980 грн.

Ключевые слова: диссипация энергии, количественные характеристики структуры, механические напряжения, термическое воздействие, ударная вязкость, износ, разрушение, твердый сплав, износостойкая сталь, титановый сплав.

Пашинський В.В. «Розвиток наукових основ процесу формування структури багатофазних сплавів, що працюють при циклічному термомеханічному навантаженні». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальностю 05.16.01 «Металознавство та термічна обробка» - Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», м. Донецьк, 2009 р.

У дисертації вирішено важливу науково-технічну проблему підвищення службових характеристик багатофазних металевих сплавів, що працюють в умовах циклічної термічної і механічної дії на базі розвитку наукових основ процесу формування структури багатофазних металевих матеріалів з урахуванням структурних закономірностей дисипації енергії в гетерогенних структурах. Розвинуто теоретичні уявлення про процес накопичення енергії та руйнування при комбінованому зовнішньому впливі, визначені основні вимоги до структур з підвищеною стійкістю до такого впливу, розвинуті методи оцінки ступеню гетерофазності структури, розроблені методики визначення кількісних характеристик структури. Досліджено зв'язок параметрів структури із властивостями та службовими характеристиками твердих сплавів, інструментальних сталей та титанових сплавів, показано їх залежність від типу структури та її кількісних характеристик. Розроблені методи керування формуванням структури вказаних класів матеріалів, запропоновані методи оцінки структури та методики контролю якості матеріалів, що дозволило отримати дольовий економічний ефект 6324980 грн.

Ключові слова: дисипація енергії, кількісні характеристики структури, механічні напруження, термічний вплив, ударна в'язкість, зношування, руйнування, твердий сплав, зносостійка сталь, титановий сплав.

Pashynskyi V.V. «Development of scientific bases of process of multiphase alloys structure forming which work at the cyclic thermomechanical loading». - Manuscript.

Dissertation on the competition of doctor degree in engineering sciences for speciality 05.16.01 «Physical metalurgy and heat treatment» - State higher educational institution «Donetsk National Technical University», Donetsk, 2009.

Important scientific-engineering problem which deals with increasing of performance of multiphase metallic alloys that work at conditions of cyclic thermal and mechanical loading is solved in dissertation. Solution is based on development of scientific fundamentals of structure formation process for multiphase metallic materials, taking into account structure laws of energy dissipation in heterogeneous structures. Theoretical conceptions of process of accumulation of energy and destruction at the combined external influence are developed, the basic requirements are certain to the structures with increased resistance to such influence, the methods of estimation of structure heterogeneity degree are developed, methods of determination of quantitative parameters of structure are developed. Investigation of connection of structure parameters with properties and working life of hard alloys, tool steels and titanium alloys, their dependence on structure and its quantitative parameters is fulfilled. The methods of structure formation control for the studied classes of materials are developed, the methods of estimation of structure and method of control of quality of materials are offered. It permits to obtain the partial economic effect 6324980 UAH.

Keywords: dissipation of energy, quantitative descriptions of structure, mechanical tensions, thermal influence, impact toughness, wear, destruction, hard alloy, wear resistant steel, titanium alloy.

Размещено на Allbest.ru