Анотація до роботи:

Мамонова А. А. Особливості формування тонкої кристалічної структури та оптимізація процесів гарячої штамповки порошкових сталей. Рукопис. Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.06. – порошкова металургія та композиційні матеріали. Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ 2007.

Дисертаційна робота присвячена вивченню закономірностей формування тонкої кристалічної структури в периферійних і внутрішніх областях заготовок із порошкових гарячештампованих сталей в залежності від температури нагрівання під штампування і хімічного складу досліджуваних матеріалів. Встановленню температурних режимів, при яких формується найбільш рівномірна дефектність структури в об’ємі штамповки, а також використання рентгенівських характеристик тонкої структури для прогнозування та цілеспрямованого управління властивостями міцності сталей конструкційного призначення.

Шляхом узагальнення результатів аналізу сучасних досягнень в галузі матеріалознавства порошкових гарячештампованих матеріалів, сучасних методів рентгеноструктурного аналізу таких об’єктів і отриманих автором експериментальних даних встановлено основні закономірності формування субструктури в різних областях порошкових поковок. Встановлена дія декількох конкуруючих процесів при гарячій штамповці: подрібнювання елементів тонкої структури та їх збільшення, зміцнення і знеміцнювання, деформаційне зміцнення і „заліковування дефектів” в результаті „самовідпалювання”. Показано, що в процесі гарячого штампування формується градієнтна тонка кристалічна структура по перерізу заготовки.

Вперше шляхом використання сучасних підходів в обробленні даних рентгенографії – методу гармонічного аналізу профілю рентгенівської лінії і методу апроксимації з застосуванням пакету комп’ютерних програм отримані кількісні характеристики параметрів тонкої структури в різних частинах штамповки в залежності від хімічного складу та технологічних факторів їх виготовлення. На рівні параметрів тонкої структури виявлено відмінності структури в периферійній та внутрішній областях заготовок з порошкових гарячештампованих сталей в залежності від температури нагрівання під штампування і їх хімічного складу. Вперше, з урахуванням внутрішньозеренной структури, визначено температури нагрівання під штампування, при яких в досліджуваних порошкових гарячештампованих сталях формується структура близька до однорідної. Встановлені закономірності формування субструктури в порошкових сталях використано для прогнозування і керування властивостями міцності порошкових сталей конструкційного призначення в залежності від технологічних параметрів їх отримання. Встановлено, що для визначення кількісних характеристик параметрів тонкої структури порошкових гарячештампованих сталей найбільш інформативним і коректним э метод гармонічного аналізу профілю рентгенівської лінії.

1. На основі узагальнення результатів аналізу сучасних досягнень в галузі матеріалознавства порошкових гарячештампованих матеріалів, сучасних методів рентгеноструктурного аналізу таких об’єктів і отриманих автором експериментальних даних встановлено закономірності формування субструктури в різних областях порошкових поковок. Встановлена дія декількох конкуруючих процесів при гарячому штампуванні: подрібнення елементів структури та їх збільшення, зміцнення і знеміцнювання, деформаційне зміцнення і „заліковування дефектів” в результаті „самовідпалювання”. Показано, що в процесі гарячого штампування формується градієнтна тонка кристалічна структура сталей по перерізу заготовки.

В вуглецевих сталях формування тонкої структури в значній мірі визначається кількістю і дисперсністю перлітних складових, які залежать від вмісту вуглецю в шихті температурою нагрівання під штампування і втратою вуглецю в різних частинах заготовки. Механичні властивості вуглецевих сталей підвищуються з ростом дефектності структури, яка характеризується параметрами тонкої структури.

Легування залізної матриці хромом веде до підвищення дисперсності областей когерентного розсіювання по об’єму штамповки (20 – 30 нм), чим забезпечується дислокаційний механізм зміцнення і можливість отримання матеріалу з підвищеними механічними властивостями. Відмінності дефектності сруктури в периферійних і внутрішніх областях заготовок з сталі ПК10Х17 обумовлені специфічною особливістю хімічного складу – здатністю до „самозакалювання”.

2. Визначено діапазони температур нагрівання під штампування, при яких в об’ємі гарячештампованих заготовок формується найбільш рівномірна дефектність структури, а механічні властивості матеріалу досягають оптимальних значень. Для технічного заліза і низьковуглецевої сталі діапазон температур складає 1030 – 1050 С, вуглецевої – 1100 С, хромистої 1130 – 1150 С.

3. Встановлено механізм розчинення карбіду хрому Cr₃C₂ в залізній матриці, який полягає в односторонній дифузії хрому і вуглецю в залізну матрицю, яка починається після досягнення 550 С, в збідненні карбіду Cr₃C₂ по вуглецю і хрому і перекристалізації з орторомбічної гратки карбіду хрому Cr₃C₂ в гексагональну Cr₇C₃ (900 – 950 С), насиченні карбіду Cr₇C₃ залізом і інтенсивному розчиненні складного карбіду в матриці (950 – 1100 С). Результати досліджень дозволили рекомендувати оптимальні технологічні параметри процесу отримання порошкового конструкційного зносостійкого матеріалу Cr₃C₂ – Fe.

4. На рівні тонкої структури показано, що висока міцність сталі 60Х2, що піддавалась деформації і нізькотемпературному відпусканню при 573 К, обумовлена утворенням коміркової субструктури. Найбільш висока пластичність сталі проявляється при високотемпературному відпусканні. що обумовлено зменшенням долі хаотично розподілених дислокацій і формуванням блочної структури. Перевага дислокаційного механізму зміцнення приводить до значно вищого ступеню зміцнення.

5. Встановлено, що для визначення кількісних характеристик параметрів тонкої структури порошкових гарячештампованих сталей найбільш інформативним, достовірним і коректним є метод гармонічного аналізу профілю рентгенівської лінії. Метод гармонічного аналізу профілю рентгенівських ліній може бути ефективно використаний як засіб контролю тонкої структури порошкових матеріалів при розробці та оптимізації технологічних процесів їх отримання.

6. Отримані в роботі результати з встановлення закономірностей формування субструктури в різних областях гарячештампованих поковок було використано при розробці технологічного процесу виготовлення ряду деталей з порошкових хромистих сталей і зносостійких матеріалів методом гарячого штампування пористих заготовок. Технологія виготовлення окремих виробів прийнята і впроваджена в науково – виробничій фірмі „Паскаль”.

Публікації автора:

1. Власюк Р.З., Деймонтович В Б., Мамонова А.А., Радомысельский И.Д. Растворение Сr₃С₂ в железной матрице // Порошковая металлургия. — 1981. — №10. — С. 26 — 30.

Здобувачем досліджено закономірності формування субструктури і фазовий склад в процесі взаємодії залізної матриці з Сr₃С₂ при спіканні в інтервалі 100 – 1100 С.

2. Власюк Р. З., Костырко Л. Н., .Мамонова А. А., Напара – Волгина С.Г., Радомысельский И. Д.. Структура и механические свойства высокопрочной порошковой стали марки 60Х2 после термической обработки. // Порошковая металлургия, — 1983, — № 6, — С.80 — 83.

Здобувачем досліджено закономірності формування субструктури методом гармонічного аналізу профілю рентгенівських ліній в залежності від ступеня деформації і режиму термічної обробки .

3. Радомысельский И.Д., Дзюбенко А.И., Ляпунов А.П., Мамонова А.А Высокопрочные углеродистые стали с наследственно-тонкокристаллической структурой. I. Влияние вибропомола на параметры тонкой структуры частиц железного порошка //Порошковая металлургия. — 1986. — №6 — С. 48 — 51.

Здобувачем – досліджено закономірності формування тонкої структури в порошках заліза після вібропомелення протягом 15, 30, 45, 60 годин і наступного відновлювального відпалювання.

4. Маслюк В. А., Мамонова А. А., Грабчак А. К. Влияние температуры штамповки пористой заготовки на параметры тонкой структуры ферритной фазы в порошковой углеродистой стали // Порошковая металлургия. — 2002. — №7/8. — С. 24 — 28.

Здобувачем досліджено вплив температури штамповки на закономірності формування тонкої кристалічної структури та мікроструктуи, відповідно механічні характеристики в периферіній та внутрішній областях гарячештампованих заготовок з сталі ПК70.

5. Маслюк В. А., Мамонова А. А. Особенности тонкой структуры феррита в горячештампованных порошковых сталях. I. Влияние температуры нагрева под штамповку на тонкую структуру феррита в образцах из порошков технического железа и углеродистых сталей // Порошковая металлургия. — 2005. — №5/6. — С. 108-119.

Здобувачем досліджено закономірності формування тонкої кристалічної структури в периферійних та внутрішніх областях гарячештампованих заготовок з заліза марки ПЖВ4, низьковуглецевої та вуглецевої сталей в залежності від температури нагрівання під штампування, розташування частин заготовки по відношенню до напрямку прикладеного зусилля штампування. Відповідно досліджено формування мікроструктури, проведено дюрометричний аналіз. Досліджено вплив субструктури на механічні властивості в периферійних і внутрішніх областях заготовок в залежності від умов їх отриманя та хімічного складу.

6. Маслюк В. А., Мамонова А. А. Особенности тонкой структуры феррита в горячештампованных порошковых сталях. II. Влияние температуры нагрева под штамповку на тонкую структуру феррита в образцах из порошковой хромистой стали //Порошковая металлургия. — 2005. — № 9/10. — С. 113 — 120.

Здобувачем досліджено вплив температури нагрівання під штампування на тонку структуру фериту в периферійних та внутрішніх областях гарячештампованих заготовок з сталі ПК10Х17 і залежність механічних властівостей від параметрів тонкої структури в об’ємі штамповок.

7. Маслюк В. А., Мамонова А. А. Особенности тонкой структуры феррита в горячештампованных порошковых сталях. III. Применение методов рентгенографии для определения деформационной неоднородности в порошковых горячештампованных сталях. // Порошковая металлургия — 2005. — №11/12. — С. 109 — 115.

Методами рентгенографії досліджена деформаціина неоднорідність в порошкових гарячештампованих сталях в залежності від хімічного складу і умов їх отримання.

8. Мамонова А. А., Маслюк В. А. Компьютерная обработка результатов исследования тонкой структуры порошковых сталей, полученных горячей штамповкой. // Сб. Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении. Моделирование в материаловедении. — Киев: ИПМ, 2005. — С. 71 — 80.

Здобувачем представлена математична обробка рентгенівських рефлексів для обчислення кількісних характеристик параметрів тонкої структури досліджуваних матеріалів методом гармонічного аналізу профілю рентгенівських ліній з використанням комп’ютерних програм.

9. Мамонова А. А., Маслюк В. А., Верховодов П. А. Аппроксимирующие функции в рентгенографическом определении деформационной неоднородности в порошковых горячештампованных сталях // Сб. Современные проблемы физического металловедения. Физические основы технологии порошковых материалов. — Киев: ИПМ, 2005. — С. 57 — 64.

Здобувачем досліджено закономірності формування тонкої кристалічної структури в об’ємі заготовок з порошкових гарячештампованих сталей різних класів в залежності від умов їх отримання з використанням апроксимуючих функцій Гаусса, Коши, Коши²і метода ГАПРЛ Проведено порівняльний аналіз оцінки кількісних характеристик дефектності структури, разрахованим за сучасними методами рентгеноструктурноо аналізу.