Анотація до роботи:

Вініченко В.С. Дослідження і розробка високотемпературних композиційних матеріалів для тонкостінних оболонок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – “Матеріалознавство”. – Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, 2002.

Дисертацію присвячено питанням створення волокнистих і волокнисто-шаруватих високотемпературних композиційних матеріалів. В даній роботі вивчено доцільність використання економнолегованого нікелевого сплаву і шаруватої ніобієво-титанової композиції як матриць, зміцнених вольфрамо-ренієвими волокнами, для виготовлення деталей ракетних двигунів.

Встановлено, що в умовах температур, які циклічно змінюються протягом декількох годин, доцільно використовувати менш сумісний з вольфрамо-ренієвими волокнами, але більш міцний при підвищених температурах сплав ЭК64, ніж термодинамічно більш сумісний з зазначеними волокнами, і менш міцний при підвищених температурах сплав ВЖ98.

Показано, що в шаруватій ніобієво-титановій матриці найбільш ймовірною причиною знеміцнення вольфрамо-ренієвих волокон при термічній дії є дифузія вуглецю із матеріалу волокон до титанового прошарку, що обумовлено здатністю останнього бути ефективним гетером.

Розроблено рекомендації щодо усунення цього ефекту. Визначено технологічні режими отримання композиційних матеріалів, які використано на підприємствах для виготовлення насадків радіаційного охолодження.

Узагальнення результатів проведених досліджень дозволяє сформулювати такі висновки:

1. У дисертації одержало подальший розвиток вирішення наукової задачі створення композиційних матеріалів, формованих методом контактного зварювання, для деталей ракетних двигунів, які можуть працювати при нагріванні до температур 1560 С, що циклічно повторюються.

2. Встановлено, що застосування вольфрамо-ренієвих волокон дозволяє формувати композиційний матеріал методом контактного зварювання із матрицями зі сплавів (ЭК64, НбЦУ), що мають більш високу міцність при підвищених температурах, ніж ті, що використовувалися раніше (ВЖ98).

3. Вперше показано, що композиційний матеріал з матрицею (сплав ЭК64), менше сумісною з вольфрамо-ренієвими волокнами і більш міцною при високих температурах, чинить більший опір термоциклічному навантаженню, ніж композиційний матеріал з матрицею (сплав ВЖ98), більш сумісною з волокнами і менш міцною при високих температурах.

4. Виявлено, що нагрівання волокон із сплаву ВР27ЗВП у контакті з титаном в інтервалі температур 70–1560 С призводить до зниження їх пластичності при 20 С. Тому для композиційних матеріалів, армованих зазначеними волокнами, із складовими з титанових сплавів необхідно застосовувати низькотемпературний відпал з нагрівом до 700 С.

5. Встановлено, що за даних умов випробувань міцність композиційних матеріалів із матричними листами зі сплаву НбПЛ знижується в 2-2,7 рази, а композиційного матеріалу з ніобієвими листами зі сплаву НбЦУ – усього в 1,2 рази відносно початкової міцності. Більшу ступень знеміцнення композиційного матеріалу з листами зі сплаву НбПЛ пояснено знеміцненням його волокон внаслідок дифузії вуглецю з останніх до титану. Тимчасове зниження міцності композиційного матеріалу з листами зі сплаву НбЦУ може бути обумовлено утворенням на межі ніобієві складові - титановий прошарок твердого розчину, що містить біля 70 % мас. відносно легкоплавкого титану.

6. Запропоновані в даній роботі композиційні матеріали і розроблені технологічні режими їх одержання використано підприємством п/с А-1147 для виготовлення соплових насадків. Вироби пройшли випробування з відпрацьовуванням необхідного ресурсу без руйнування. Очікуваний економічний ефект склав 420 тис. грн. Соплові насадки з композиційних матеріалів, виготовлені за експериментальними технологіями на виробничій ділянці ЗНТУ, прийняті для випробування підприємством ДКБ "Південне".

Основні результати дисертації викладено у публікаціях:

1. Процессы разупрочнения в композиционном материале системы ниобий-титан-ренированный вольфрам / Виниченко В.С., Лавренко А.С., Ольшанецкий В.Е., Рубан В.Т. // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 1999. - №2. - С. 26-30.

2. Исследование влияния термической обработки на свойства составляющих жаропрочного композиционного материала Nb-Ti-W (с рением) / Виниченко В.С., Лавренко А.С., Ольшанецкий В.Е., Стукало Л.А. // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2000, - №1. - С.70 -72.

3. Влияние тепловых воздействий на изменение структуры и свойств композиционных систем с различной реакционной способностью / Виниченко В.С., Лавренко А.С., Натапова А.Б., Ольшанецкий В.Е., Рубан В.Т., Стукало Л.А. // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2000. - №2. - С.62-65.

4. Новые жаропрочные металлокомпозиты для сопловых блоков реактивных двигателей / Коваль А.Д., Ольшанецкий В.Е., Лавренко А.С., Виниченко В.С. // Технологические системы. - 2001. - №3 (9). - С. 68 - 71.

5. Лавренко А.С., Виниченко В.С., Коробко А.В. Оптимизация режимов формирования тонколистовых металлокомпозитов системы нихром-вольфрам // Новые конструкционные материалы, эффективные методы их получения и обработки, повышения надежности и долговечности деталей машин и конструкций: Сб. науч. труд. ЗМИ им. В.Я. Чубаря - К.: УМК ВО, - 1991. - С. 33-34.

6. Thin Shells produced from composite sheets for high temperature service / A.S. Lavrenko, V.S. Vinichenko, A.M. Rudnev, A.V. Korobko J.V. Kuhar. // Composites fracture mechanics and technology. - Chernogolovka: Russian Composite Society. - 1992. - Р. 146-150

7. О получении бездефектной структуры при формировании слоистого ниобиево-титанового металлокомпозита методом контактной импульсной сварки / Виниченко В.С., Лавренко А.С., Ольшанецкий В.Е., Рубан В.Т., Стукало Л. А. // Сб. науч. труд. VIII Межд. конф. “Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий”. - Запорожье: ЗДТУ. - 2000.-С.26-30.

8. О взаимодействии структурных составляющих при термоциклировании слоистой композиционной системы Nb - Ti / Виниченко В.С., Лавренко А.С., Ольшанецкий В.Е., Дудник Г.И., Рубан В.Т., // Сб. науч. труд. VIII Межд. конф. “Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надёжности и долговечности изделий”. - Запорожье: ЗДТУ. - 2000. - С.55-57.

9. В.С. Виниченко, Л.А. Стукало, В.Е. Ольшанецкий. Разработка методики оценки эффективности использования волокнистой арматуры в жаропрочных композиционных материалах // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надёжности и долговечности изделий: Сб. науч. труд. ЗДТУ / г. Запорожье, 29 сентября – 1 октября 1998 г. - Запорожье: ЗДТУ, - 1998.- С. 58-59.

10. Виниченко В.С., Рубан В.Т., Ольшанецкий В.Е. Исследование влияния термических воздействий и состава исходной заготовки на эффективность использования прочности волокон // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Сб. науч. труд. ЗДТУ / г. Запорожье, 29 сентября - 1 октября 1998 г. - Запорожье: ЗДТУ, - 1998 - С. 60-61.

11. Исследование структурных изменений в композиционном материале ниобий-титан-вольфрам при термоциклировании / Виниченко В.С., Коробко А.В., Рубан В.Т., Новоселов С.М. // Материалы Межд. конф “Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий”. Ч.1. - Запорожье: ЗДТУ. - 1995. - С. 63.

12. Исследование возможности упрочнения слоистых ниобиево-титановых металлокомпозитов вольфрамовыми волокнами / Виниченко В.С., Лавренко А.С., Ольшанецкий В.Е., Рубан В.Т., Кондрашкин В.В. // Материалы Межд. конф. “Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надёжности и долговечности изделий”. Ч.1. - Запорожье: ЗДТУ. - 1995. - С. 68.