Анотація до роботи:

Мартиненко В.О. "Розробка технології поверхневого зміцнення низьколегованих низьковуглецевих сталей за допомогою дуги з неплавким електродом". – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.03.06 – Зварювання та споріднені процеси і технології. Національний кораблебудівний університет імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України, Миколаїв, 2007р.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології поверхневого зміцнення низьковуглецевих низьколегованих сталей (на прикладі Ст.3 і 09Г2) дугою з неплавким електродом (дуга з вугільним і вольфрамовим електродами); вивченню впливу основних параметрів поверхневого зміцнення на структуру і механічні властивості зміцненого шару.

Під час первинних дослідів було встановлено, що для поверхневого зміцнення можна використовувати дугу з неплавким електродом. Вона дозволяє проводити локальний нагрів з високими швидкостями охолодження.

Установлено, що високої твердості поверхневого шару низьковуглецевих сталей з вихідною феритно-перлітною структурою можна досягти додатковими прогрівами без розплавлювання поверхні. Однократний прогрів поверхні цієї сталі зумовлює підвищення твердості на глибині 0,2 мм до 270 HV. При двократному нагріві твердість поверхневого шару на глибині 0,2 мм складає до 380 HV. Трикратний прогрів забезпечує утворення переважно мартенситної структури в поверхневому шарі і дає підвищення твердості на глибині 0,3 мм до 400 HV, а на глибині 0,6 мм – до 360 HV.

При обробці поверхні з магнітним скануванням вугільної дуги був отриманий зразок із шириною зони знеміцнення 2 мм і мінімальною твердістю 400 HV. Відстань між максимумами твердості складає близько 2,5 мм. Ділянка з твердістю нижчою за 450 HV менша від 1 мм. Застосування магнітного сканування дуги дозволяє збільшити твердість у зоні перекриття зміцнюваних смуг і зменшити кількість проходів.

Запропоновані в дисертаційній роботі основні принципи поверхневого зміцнення низьковуглецевих низьколегованих і конструкційних сталей, а також алгоритм розрахунку термічних циклів і полів максимальних температур використовуються при відновленні кранових коліс на ВАТ "Дамен Шип’ярдс "Океан".

1. Застосування поверхневого зміцнення дозволяє підвищити працездатність деталей машин і конструкцій, що експлуатуються в умовах абразивного зношування або руйнуються від утоми. Це досягається шляхом зміцнення поверхневих шарів сталі різними способами з використанням локальних джерел нагрівання (лазерний і електронний промені, плазмовий струмінь), які широко застосовуються в промисловості для поверхневого загартування конструкційних легованих сталей. Найбільш простим і дешевим способом поверхневого зміцнення є застосування дуги з неплавким електродом.

2. Для прогріву без розплавлювання поверхневих шарів сталі дугою з вугільним електродом погонна енергія нагрівання не повинна перевищувати 500 Дж/с. При такому значенні погонної енергії швидкості охолодження ділянок, прогрітих вище за критичну точку Ас₃, у кілька разів перевищують швидкості загартування для конструкційних сталей.

3. Обґрунтовано, що істотне підвищення твердості низьковуглецевих сталей з вихідною феритно-перлітною структурою після однократного нагрівання без розплавлювання дугою з неплавким електродом може бути досягнуто тільки для дрібнозернистих сталей з балом зерна № 7 і більшим. Для великозернистих низьковуглецевих сталей одержання високої твердості при поверхневому загартуванні шляхом нагрівання дугою з неплавким електродом необхідна попередня підготовка структури поверхневих шарів.

4. Висока твердість поверхневих шарів шляхом загартування досягається додатковими прогрівами поверхні з метою більш рівномірного перерозподілу вуглецю по об’єму металу й одержанню після остаточного прогріву мартенситу із середнім вмістом вуглецю, близьким до вмісту його в даній сталі.

5. Встановлено, що сканування магнітним полем дугового розряду з неплавким електродом під час поверхневого загартування сталей дозволяє перетворити джерело нагріву з точкового на смуговий і виконувати обробку поверхні без її розплавлювання практично на будь-яких режимах доступних по стійкості для обраного електрода.

6. Показано, що сканування магнітним полем дугового розряду підвищує продуктивність поверхневої обробки, створює рівномірний по глибині загартований шар і зменшує розмір зони відпустку, водночас зменшується ефективний ККД нагрівання дуги до 17 %.

7. Створена методика розрахунків теплових прогрівів металів смуговими джерелами узгоджується з дослідними даними і є теоретичною базою для розробки технології поверхневого зміцнення сталей дугою, що сканується магнітним полем.

8. Виявлено, що низьковуглецеві сталі мають високу температуру закінчення мартенситного перетворення і тому їхнє поверхневе загартування нагріванням дугою з неплавким електродом може виконуватися без примусового охолодження.

9. Перспективою подальшого використання отриманих результатів може бути застосування поверхневої обробки для здрібнювання структури крайок виробу перед зварюванням.

Публікації автора:

1. Мартыненко В.А. Применение дуги с неплавящимся угольным электродом при поверхностной обработке сталей с низкой прокаливаемостью / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Автоматическая сварка. – 2004. – № 8. – С. 24-29.

Особистий внесок автора: проведено експериментальні дослідження з поверхневого зміцнення конструкційних сталей; знайдено мінімальні значення шляху дифузії для різних сталей.

2. Деклараційний патент на винахід UA 54030 A Україна, 7 C21D1/09. Спосіб поверхневого загартування сталей з низькою прогартовуваністю / Лебедєв Ю.М., Мартиненко В.О.; заявник та патентовласник Український державний морський технічний університет. - № 2002043348; заявл. 23.04.2002; опубл. 17.02.2003 Бюл. – № 2.

Особистий внесок автора: проведено експериментальні дослідження з поверхневого зміцнення і металографічні дослідження низьковуглецевої сталі Ст.3; за теоретичними розрахунками побудовані залежності розміру ребра А куба до діаметра перлітного зерна D від об’ємної частки перліту b і об’ємної частки перліту b від концентрації вуглецю в низьковуглецевих сталях.

3. Мартыненко В.А. Технологические особенности поверхностного упрочнения сталей дугой с неплавящимся электродом, сканируемой магнитным полем / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2006. – № 4 (409). – С. 96-104.

Особистий внесок автора: проведено експериментальні й теоретичні дослідження з поверхневого зміцнення конструкційних сталей із застосуванням магнітного сканування дуги для підвищення продуктивності процесу.

4. Мартыненко В.А., Использование неплавящегося вольфрамового электрода в среде аргона для поверхностного упрочнения конструкционных сталей / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко, Yu Zhishui // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2007. – № 4 (415). – С. 58-64.

Особистий внесок автора: проведено теоретичні дослідження з поверхневого зміцнення конструкційних сталей із застосуванням дуги з вольфрамовим електродом.

5. Мартыненко В.А. Особенности нагрева стали дугой с угольным электродом / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2007. – № 5 (416). – С. 49-57.

Особистий внесок автора: проведено експериментальні й теоретичні дослідження особливостей нагрівання металу дугою з вугільним електродом.

6. Мартыненко В.А. Особенности поверхностного упрочнения конструкционных сталей без расплавления поверхности дугой с неплавящимся электродом / В.А. Мартыненко // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2007. – № 6 (417). – С. 88-95.

Особистий внесок автора: проведено експериментальні й теоретичні дослідження поверхневого зміцнення конструкційних сталей дугою з неплавким електродом.

7. Мартыненко В.А. Особенности поверхностного упрочнения цилиндрических деталей из углеродистых и низколегированных сталей нагревом дугой с неплавящимся электродом / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Сборник трудов. Вторая межд. конф. "Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах". – К.: ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины. – 2004 – С. 151-156.

Особистий внесок автора: проаналізовано теоретичні розрахунки, подано методику розрахунку термічних циклів для циліндричних виробів малих діаметрів (20...40…40 мм).

8. Мартыненко В.А. Поверхностное упрочнение судостроительных сталей нагревом дугой с неплавящимся дугой с неплавящимся электродом / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Матеріали міжнародної конференції: Кораблебудування освіта, наука, виробництво: В 2 т. – Миколаїв: УДМТУ. – 2002. – Т. II. – С. 69.

Особистий внесок автора: розроблено методику дослідження поверхневого зміцнення і проведені дослідження сталі Ст.3.

9. Мартыненко В.А. Применение прогрева с неплавящимся электродом для поверхностной закалки низкоуглеродистых низколегированных сталей / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Зб. труд. II Всеукраїнська науково-технічна конф. молодих учених та спеціалістів "Зварювання та суміжні технології". – К. – 2003. – С. 42.

Особистий внесок автора: проведено металографічні дослідження низьковуглецевої сталі Ст.3. після поверхневого зміцнення, а також розглянута залежність твердості від кількості прогрівів.

10. Мартыненко В.А. Особенности поверхностной закалки низкоуглеродистых низколегированных сталей нагревом дугой с неплавящимся электродом / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Материалы Международной научно–технической конференции студентов, аспирантов и молодых научных работников "Современные сварочные и родственные технологии и их роль в развитии производства". 28-31 октября. – Николаев. – 2003. – С. 112-115.

Особистий внесок автора: проведено дослідження поверхневого зміцнення конструкційних сталей; знайдено критичні параметри погонної енергії для запобігання розплавлювання поверхні.

11. Мартыненко В.А. Повышения эффективности поверхностной закалки сталей сканированием дуги с неплавящимся электродом / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко, Д.Р. Аврамец // Материалы Региональной научно-практической конференции посвященной 45-летию кафедры сварочного производства НУК "Сварочное производство и технический прогресс". 1-4 декабря. – Николаев. – 2004. – С. 111.

Особистий внесок автора: розроблено методику і проведено дослідження з магнітним скануванням дуги.

12. Мартыненко В.А. Особенности поверхностного упрочнения цилиндрических деталей из углеродистых и низколегированных сталей дуговым нагревом с использованием угольного электрода / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Тез. докл. Вторая межд. конф. "Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах". – К.: ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины. – 2004 – С. 40.

Особистий внесок автора: виконано металографічний аналіз зміцнених зразків конструкційних сталей.

13. Мартыненко В.А. Влияние внешнего переменного магнитного поля на поверхностный прогрев сталей и сплавов дуговым разрядом с неплавящимся электродом / Ю.М. Лебедев, В.А. Мартыненко // Зб. труд. III Всеукраїнська науково-технічна конф. молодих учених та спеціалістів "Зварювання та суміжні технології". – К. – 2005 – С. 21.

Особистий внесок автора: досліджено процеси, що відбуваються під час магнітного сканування дуги, зокрема встановлена залежність зниження ККД від напруги на пристрої, який відхиляє дугу.