Анотація до роботи:

Ніконоров О.С. Керування структурою, властивостями та спадковістю литих конструкційних сталей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01. – Металознавство і термічна обробка металів. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2005 р.

Дисертаційна робота присвячена проблемам керування структуроутворенням виливків, підвищення їх механічних і експлуатаційних характеристик та спадковості литих сталей після наступних операції термічної і хіміко-термічної обробки.

На основі системних досліджень встановлено закономірні зміни первинної литої структури і рівня фізико-механічних властивостей вуглецевих і легованих конструкційних сталей залежно від температурно-часових умов їх кристалізації і наступного охолодження виливків. Показано, що від дії технологічних параметрів лиття та кристалізації залежать процеси структуроутворення, фазово-структурний стан, ступінь рівноважності і завершеності фазових перетворень у виливках. Це зумовлює можливість цілеспрямованого формування у виливках певної металогенетичної інформації (елементів спадковості) на макро-, мікро- та субмікрорівнях.

Виходячи з цього досліджено і встановлено закономірності структурної і фазової спадковості литих сталей, процесів збереження і трансформації первинної литої структури (а значить і властивостей) залежно від наступних операції термічної і хіміко-термічної обробки. Показано, що швидкоохолоджені при кристалізації сталі з дисперсною і більш однорідною структурою, дрібним аустенітним зерном, підвищеною легованістю твердого розчину, з більшим ступенем реалізації мартенситного перетворення при охолодженні виливків і після наступних режимів термічної обробки успадковують закладені при кристалізації елементи структури і забезпечують високий рівень механічних властивостей, що може перевищувати властивості термічно зміцнених деформівних сталей аналогічного хімічного складу.

Встановлено, що характеристики литої структури протяжність і морфологія певних структурних зон виливків суттєво впливають на характеристики дифузійного шару під час операцій хіміко-термічної обробки – глибину евтектоїдної і перехідної зон при цементації, фазовий перерозподіл при азотуванні, тривалість і ефективність дифузійного насичення сталей.

Результати проведених досліджень можуть слугувати основою для розробки нових процесів обробки литих виробів, покращення їх фізико-механічних і експлуатаційних властивостей, дозволяють ефективно керувати структурою і властивостями литих сталей на всіх технологічних етапах їх обробки.

1. На основі системних досліджень процесів кристалізації і структуроутворення вуглецевих і легованих конструкційних сталей в умовах регламентованого тепловідбору вперше встановлено кількісні закономірні зміни характеристик структури і механічних властивостей залежно від температурно-часових параметрів тверднення і охолодження виливків.

2. Показано, що підвищення інтенсивності тепловідбору в інтервалі 10...10³С/с і створення значного градієнта температур у двофазній зоні дозволяє ефективно впливати на фазово-структурний стан і властивості литих сталей, реалізуючи можливості формування дисперсної і щільної дендритної структури, дрібного грануляційного і аустенітного зерна, пригнічення проявів ліквації і шкідливого впливу неметалевих вкраплень, підвищення легованості твердого розчину і ступеня завершеності мартенситного перетворення при охолодженні виливків.

3. Встановлено можливість і розроблено науково-технологічні засади керування кристалізацією і структуроутворенням з метою забезпечення заданої структури, властивостей і комплексу певних спадкових металогенетичних ознак литих сталей. Показано, що відповідні зміни, залежно від умов кристалізації, відбуваються також на рівні тонкої кристалічної будови – підвищення швидкості охолодження розплаву призводить до зростання густоти дислокацій, викривлень кристалічної ґратки, подрібнення блоків мозаїки.

4. Вперше прямими експериментами досліджено прояви спадковості при термічній обробці литих сталей з різною вихідною структурою. Доведено, що швидкоохолоджені сталі закономірно успадковують закладені при кристалізації характеристики макро-, мікро- і субмікроструктури і високий рівень механічних властивостей, що перевищує характеристики термічно зміцненого прокату аналогічних сталей.

5. Порівняльними експериментами з використанням методів кількісної оцінки проявів ліквації в сталях 45Л і 25ХГСТФЛ з різною вихідною структурою встановлено спадкування розподілу елементів (Mn, Si, Cr, V, Ti) після тривалої аустенітизації. Найбільш рівномірний розподіл елементів (коефіцієнт ліквації близький до 1) забезпечується у швидкоохолоджених сталях.

6. Методами металографічного аналізу і рентгеноструктурними дослідженнями тонкої кристалічної будови литих сталей встановлено, що із зменшенням розмірів елемента спадкування, реалізація проявів спадковості при наступних операціях термічної обробки зростає.

7. Встановлено, що залежно від умов кристалізації досліджувані сталі характеризуються не тільки різною дисперсністю, але й різною здатністю до росту аустенітного зерна. Використання інтенсивного тепловідбору при кристалізації відкриває можливості одержання спадково дрібнозернистих сталей з високими показниками опору крихкому руйнуванню за нормальних і низьких температур.

8. Вперше встановлено спадковий зв’язок розмірних характеристик первин-ної литої структури з кінетикою дифузійного насичення, структурою дифузійного шару і серцевини сталей при цементації і азотуванні. Показано, що дрібнозерниста структура швидкоохолоджених сталей з розвиненою системою міжзеренних границь і дефектів кристалічної будови зумовлює більш активне протікання дифузійного насичення, більшу глибину і твердість поверхневого зміцнення.

9. Одержані кількісні залежності механічних властивостей від температурно-часових умов кристалізації досліджуваних сталей у литому і термічно обробленому станах і одержані рівняння регресії дозволяють реалізувати можливості прогнозування і досягнення заданого комплексу властивостей литих сталей на рівні деформівних шляхом створення нових ливарних технологій.

10. За результатами досліджень і промислових випробувань розроблено нові маловідходні технології лиття з інтенсивним тепловідбором виробництва заготовок деталей редуктора центрифуги ОГШ-35 (водило) та компресору ВНЦ 53-60 (полумуфта) із сталей 45Л і 25ХГСТФЛ замість виготовлення їх з прокату із застосуванням трудомістких і енерговитратних операцій кування і різання. Промислове випробування проведено на НВАТ „NICMAS” та ВАТ СНПО ім. Фрунзе.

Публікації автора:

1. Кондратюк С.Є., Стоянова О.М., Ніконоров О.С. Спадковість і структура литих цементованих сталей. // Металознавство та обробка металів, 2001. – № 4, – с. 58 – 64.

Здобувачем проведено дослідження впливу характеристик первинної литої структури конструкційних сталей на глибину дифузійного шару, утворення евтектоїдної і перехідної зони при цементації, зміну характеристик цементованого шару і серцевини сталей під час ХТО.

2. Кондратюк С.Є., Стоянова О.М., Ніконоров О.С. Первинна структура і спадковість властивостей литих конструкційних сталей // Вісник Дніпро-петровського університету. Серія фізика, радіоелектроніка, 2002. – № 8, – С. 79 – 82.

Здобувачем встановлено вплив температурно-часових параметрів кристалізації і первинної литої структури на її спадкування і механічні властивості литих сталей при наступних операціях зміцнюючої обробки.

3. Ніконоров О.С. Вплив литої структури на формування азотованого шару конструкційних сталей.// Металознавство та обробка металів, 2003.– № 1, – с. 32 – 35.

Досліджено вплив параметрів литої структури на глибину і мікротвердість дифузійного шару сталей 18ХГНЛ та 25ХГСTЛ при азотуванні.

4. Кондратюк С.Є., Ніконоров О.С., Кузін О.А. Спадковість зеренної структури литої сталі // Металознавство та обробка металів. – 2004. – № 1. – С. 3 – 7.

Здобувачем досліджено вплив умов кристалізації і структуроутворення на аустенітне зерно при наступних операціях зміцнюючої термічної обробки. Встановлено закономірність зміни розміру зерна сталі залежно від характеристик вихідної литої структури, зумовленої температурно-часовими умовами кристалізації і охолодження виливків.

5. Кондратюк С.Є., Ніконоров О.С., Кальчук М.О. Спадковість тонкої кристалічної структури литих сталей // Металознавство та обробка металів. – 2004. – № 3. – С.63 – 69.

Здобувачем проведено металографічний аналіз сталей. На основі результатів металографічного і рентгеноструктурного аналізів встановлено явище спадковості структури сталей у зв’язку з умовами кристалізації при наступних операціях термічної обробки.

6. Кондратюк С.Е., Стоянова Е.Н., Никоноров А.С., Стась И.М. Гетерогенность структуры в отливках конструкционных сталей. // Процессы литья, 2004. – № 4 – с. 85 – 88.

Здобувачем проведено металографічний аналіз, визначено механічні властивості та узагальнено результати експериментів. Показано на прикладі сталі 45Л, що виливок можна розглядати як композит, який складається з окремих псевдогомогенных структурних зон, з характерними значеннями параметрів литої структури і різними механічними властивостями в межах однієї зони.

7. Кондратюк С.Є., Ніконоров О.С. Спадковість в металевих литих матеріалах. // Вісник Сумського державного університету. Серія технічні науки, 2004. – № 13 (72) – с. 107 – 113.

Здобувачем розглянуто прояви явища спадковості металів в литих металевих матеріалах у зв’язку з умовами їх кристалізації.

8. Никоноров А.С. Структура и наследственность литых сталей подвергнутых ХТО // V Уральская школа-семинар молодых ученых. Сборник тезисов, Екатеринбург, УПИ, Россия.

На основі системних досліджень встановлено закономірний вплив характеристик литої структури конструкційних сталей на глибину
дифузійного шару, зміну його характеристик та серцевини сталей під час хіміко-термичної обробки.

9. Ніконоров О.С. Історичний розвиток явища спадковості в металах // Материалы научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов СумГУ, Сумы, изд-во СумГУ, №4, 2004.

На основі аналізу літературних даних та власних експериментів розглянуто прояви спадковості у зв’язку з умовами кристалізації металевих матеріалів. Показано, що явище спадковості в металевих матеріалах проявляється не в якихось одиничних випадках, а масово.

Дисертант приймав безпосередню участь в отриманні та обговоренні результатів, написанні сумісних публікацій.