Анотація до роботи:

Чейляха О.П. Розвиток наукових основ створення і зміцнення экономнолегованих метастабільних сплавів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.01.- Металознавство і термічна обробка металів. Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, 2003 р.

Встановлено загальні закономірності і принципи формування метастабільних станів і цілеспрямованого використання керованих деформаційних фазових перетворень (мартенситних, динамічного деформаційного і термо-деформаційного старіння та ін.) у керуванні механічними й експлуатаційними властивостями сталей і чавунів різного функціонального призначення. На основі наукових положень, проведених системних досліджень впливу хімічного складу і різноманітних обробок на структуру, фазові перетворення і властивості, розроблені економічні (яки не містять дефіцитних компонентів Ni, Mo, V, Nb і ін.) метастабільні сплави: високоміцні, корозійностійкі і жаростійкі сталі, зносостійкі сталі і чавуни з підвищеними фізико-механічними й експлуатаційними властивостями. На основі обґрунтованого принципу гетерогенізації аустеніту й інших положень розроблені способи і технології термічної, термо-деформаційної, хіміко-термічної обробок для керування фазовими перетвореннями і властивостями розроблених і низки стандартних конструкційних, інструментальних і зносостійких сталей і чавунів, поверхневих шарів, що дозволяєть істотно підвищувати їх механічні й експлуатаційні характеристики. Показано великі можливості створення деформаційної метастабільності не тільки в проектованих сплавах, але й що дуже важливо, у стандартних сталях і чавунах, яки широко застосовуються за рахунок використання при термообробці систематизованих фізико-хімічних факторів і механізмів стабілізації і дестабілізації аустеніту. Розроблені зносостійкі чавуни, корозійностійка і жаростійка стали, способи і технології зміцнення впроваджені у виробництво.

У дисертаційній роботі здійснені нові научно-обгрунтовані розробки в галузі металознавства і термічної обробки, що забезпечують вирішення значної науково-технічної і прикладної проблеми для України – створення економічних різнофункціональних сплавів, яки не містять гостродефіцитних легуючих компонентів, і ефективних зміцнюючих технологій для підвищення їхніх якісних показників.

1. Сформульовано нові теоретичні положення, узагальнено закономірності і принципи створення і зміцнення економічних метастабільних сплавів, що базуються на формуванні метастабільних станів аустеніту будь-яких морфологічних типів, керованості кінетикою його деформаційних фазових перетворень при випробуваннях і експлуатації, кількісно взаємопов’язаної з формуванням властивостей (у комплексі з традиційними механізмами) в залежності від умов їхньої реалізації. Їхнє використання при створенні метастабільних сталей і чавунів різних систем легування, структурних класів і функціонального призначення дозволяє заощаджувати дорогі і дефіцитні легуючі компоненти (Ni, Mo, V, Nb і ін.) і підвищувати комплекс механічних і експлуатаційних властивостей розроблюваних сплавів і таких, що вже широко застосовуються.

2. На основі запропонованого принципу оборотності взаємозв’язку кінетики ДФП і формування властивостей з використанням розробленої математичної моделі встановлені кількісні аналітичні і графічні залежності механічних і експлуатаційних властивостей метастабільних сплавів різного легування, структурних класів і призначення від кінетичних параметрів ДФП, з урахуванням складу, структурного стану, спільної дії основних механізмів попереднього зміцнення метастабільного аустеніту, що дозволяє ефективно керувати їхніми властивостями. Запропоновано доповнення до відомої схеми взаємозв’язку напруження і температури утворення мартенситу (Г. Олсона і М. Коэна), що розширює температурний діапазон на інтервал точок М_н – М_к можливого прояву метастабільності сплавів.

3. На основі системних досліджень узагальнені закономірності зміни кінетики деформаційних мартенситних перетворень від вихідного вмісту метастабільного аустеніту будь-яких фазово-морфологічних типів у сталях і чавунах усіх структурних класів, різних систем легування і призначення, де він може бути присутнім, незалежно від напружено-деформаційних умов їхньої реалізації. Відхилення фазового складу в ту чи іншу сторону незалежно від причин, що викликали його, закономірно змінює кінетику ДМПВ відповідно до повної кінетичної мартенситної кривої. При однаковому вихідному фазовому складі сплаву реверсування деформації і збільшення її швидкості, зменшення твердості напруженого стану знижують інтенсивність ДМП. Переривання ДМП, витримка під дією дотичних напружень, здатні як гальмувати, так і активізувати наступне перетворення в залежності від їхньої величини і кількості отриманого мартенситу. Ці закономірності й особливості необхідно враховувати в реальних умовах експлуатації.

4. На основі проведених системних досліджень впливу легування (С, Si, Cr, Mn) на фазові перетворення, структуру і властивості розроблені нові економнолеговані високоміцні сталі систем легування Fe-14 % Cr-7 % Mn-(0,1-0,4) % С; Fe-(2-8) % Cr-6 % Mn-0,3 % С; Fe-7 % Mn-(1-2) % Si-0,2 % С, які володіють підвищеним комплексом механічних властивостей у порівнянні з дорогими хромонікелевими сталями. Розроблено способи термічної і термо-деформаційної обробок для керування кінетикою ДМПВ і властивостями нових сталей, що дозволило підвищити їхній комплекс.

5. З використанням побудованих фізико-математичних моделей розчинення – виділення надлишкових фаз в аустеніті в різних температурно-кінетичних умовах теоретично й експериментально обґрунтований принцип гетерогенізації аустеніту, що передує мартенситним перетворенням. Його реалізація дозволяє одержувати сукупність фазово-структурних переваг і метастабільних станів аустеніту, комплексно використовувати основні зміцнюючі механізми у поєднанні з ДФПВ для підвищення механічних і експлуатаційних властивостей різнофункціональних сплавів.

6. На основі принципу гетерогенізації аустеніту з використанням побудованих фізико-математичних моделей і розрахунків розроблені способи і технології термообробки: швидкісне високотемпературне загартування, низькотемпературне загартування з регламентованим розчиненням надлишкових фаз з (А_гет+К) стану, загартування зі східчастим нагріванням і витримкою в докритичній (a+К) і міжкритичній (a+g+К) областях, загартування зі східчастим охолодженням (на повітрі), термоциклічні обробки (ВТЦО, СТЦО, НТЦО) і нові способи термо-деформаційної і комбінованої обробок. Вони дозволяють створювати метастабільні гетерофазні стани, керувати ступенем метастабільності аустенітної фази й істотно підвищувати механічні й експлуатаційні властивості розроблених високоміцних і стандартних конструкційних, корозійностійких і зносостійких сталей і чавунів.

7. У результаті проведених досліджень впливу легуючих елементів (Cr, Mn, С, Cu, Ti) на фазові перетворення і властивості розроблені нові економнолеговані зносостійкі метастабільні чавуни на Fe-Cr-Mn-C, Fe-Mn-C основах, які за механічними і службовими характеристикаи не поступаються дорогим дефіцитно легованим аналогам. Показано, що зміною вмісту легуючих елементів і температурно-тимчасових параметрів термообробки – загартування, відпуску, НТЦО можна в широких межах регулювати фазовий склад, ступінь метастабільності аустенітних фаз і керувати кінетикою ДФПВ в поверхневих (що зношуються) шарах, що забезпечує підвищення властивостей розроблених зносостійких чавунів.

8. Випробування, проведені за допомогою побудованої лабораторної установки і розробленої методики ударно-абразивного зношування, і вивчення фазового складу рентгеноструктурним, електронно-мікроскопічним і магнітометричним методами вперше дозволили установити кількісні взаємозв’язки між кінетикою ДФПВ, що реалізуються в поверхневих шарах, кінетикою зношування і формуванням ударно-абразивної й абразивної зносостійкості розроблених метастабільних чавунів і цементованих сталей. Збільшення інтенсивності ДФПВ в поверхневих шарах під впливом легування або обробок супроводжується зниженням інтенсивності зношування, а відносна ударно-абразивна й абразивна зносостійкість лінійно залежить від кількості твердих фаз (мартенситу і карбідів), яки утворюються, що можна використовувати для підвищення довговічності і надійності деталей, які швидко зношуються.

9. Дослідженнями й випробуваннями встановлено, що одержання метастабільного А_ост і регулювання кінетики його ДМПВ за рахунок використання систематизованих у роботі фізико-хімічних факторів і механізмів стабілізації аустеніту, можна керувати властивостями й істотно підвищувати їхній комплекс стандартних сталей різних класів і призначення - 20Х13, 30Х13, 6ХС, 55С2, 45ХН2МФА, Х12М, Х12Ф1, ХВГ, 5ХНМ, 7Х3 і високоміцному чавуні ВЧ52, які широко застосовуються у виробництві.

10. На основі досліджень впливу легування (7,5-15,5 % Cr; 5-12 % Mn) на фазовий склад, метастабільність аустеніту, кінетику ДМПВ і властивості, розроблена більш економічна наплавочна порошкова стрічка Пл-Нп-25Х14Г12Ф-А-Ф (ПЛН-7), яка забезпечує одержання метастабільного аустеніту наплавленого металу переважаючого за властивостями, зносостійкістю (у 2,5-3,8 рази) і експлуатаційною довговічністю відомі більш дорогі аналоги (ПЛН-4 і ПЛН-6).

11. Дослідженнями впливу параметрів обробок і легуючих елементів на структуру, фазовий склад і властивості сталей систем легування Fe-Cr-Mn-C, Fe-Cr-C і Fe-Mn-C показані перспективні можливості формування фазово-структурних модифікацій і метастабільних станів у поверхневих шарах методами ХТО (цементація, зневуглецювання) у поєднанні з термообробкою. Керована реалізація ДФПВ в зміцнених шарах дозволяє істотно підвищувати зносостійкість у поєднанні при необхідності з корозійною стійкістю, жаростійкістю поверхні, високою міцністю, або навпаки підвищеною в'язкістю і пластичністю серцевини.

12. На основі дослідження впливу легуючих елементів (14-22 % Cr, 6-12 % Mn, 0,24-2,34 % C) і параметрів термообробки на структуру, фазові перетворення і властивості розроблені економічні безнікелеві корозійностійкі і жаростійкі сталі аустенітно-феритного, аустенітно-карбідного, ферито-аустенітно-карбідного, ферито-карбідного класів.

За механічними властивостями, зносостійкістю (у 2,5-3,8 рази) вони перевершують дорогі хромонікелеві сталі (відповідно 10Х18Н10Л, 35Х23Н7СЛ) і відповідні їм по корозійній стійкості в деяких середовищах і жаростійкості (при 1000-1050 С). Уперше показані можливості підвищення їхніх властивостей за рахунок керування кінетикою ДМПВ параметрами загартування, що змінюють співвідношення між феритом і аустенітом.

13. Дослідження службових властивостей і виробничі випробування розроблених метастабільних зносостійких чавунів (ЧХ12Г4Д2, ЧХ15Г5ТЮ), корозійностійкої (12Х16Г10ДСТЛ) і жаростійкої (35Х23Г3СФЛ) сталей, наплавочної порошкової стрічки (Пл-Нп-25Х14Г12Ф-А-Ф (ПЛН-7), технологій термообробки стандартних сталей (20Х13, Х12М), що забезпечують формування метастабільних станів, показали високі їхні експлуатаційні характеристики, які не поступаються, (а в ряді випадків перевершують) відомі дорогі дефіцитно леговані аналоги. Впровадження розроблених матеріалів і зміцнюючих технологій на машинобудівних і металургійних підприємствах дозволило одержати значний економічний ефект: фактичний – понад 1 млн. грн.; очікуваний – понад 5 млн. грн.

Основні результати і положення дисертації опубліковані в роботах:

1. Чейлях А.П. Влияние условий нагружения на кинетику деформационного г бґ превращения и свойства Fe-Cr-Mn сталей с метастабильным аустенитом // Физика металлов и металловедение.-1992.-№10.-С.120-129.

   Чейлях А.П. Количественный анализ вклада деформационных мартенситных превращений при испытаниях в формировании свойств сплавов с метастабильным аустенитом // Металлы.-1999.-№4.-С.43-52.

   Чейлях А.П. Кинетика деформационного г бґ превращения и механические свойства сталей и чугунов с различным содержанием метастабильного аустенита // Физика металлов и металловедение.-2002.-Т.94, №4.-С.66-76.

   Чейлях А.П. Способы закалки высокопрочных сталей из неравновесных состояний гетерогенного аустенита // Металлофизика и новейшие технологии.-2000.-Т.22, №1.-С.19-32.

   Чейлях А.П. Новые экономичные функциональные метастабильные сплавы и способы повышения их свойств // Металл и литье Украины.-2000.-№11-12.-С.20-28.

   Чейлях А.П. Повышение механических свойств конструкционных сталей скоростной высокотемпературной закалкой // Известия РАН. Металлы.-1995.-№2.-С.75-81.

   Чейлях А.П. Влияние ступенчатого нагрева под закалку на структуру и механические свойства конструкционных сталей // Известия РАН. Металлы.-1995.-№5.-С.37-44.

   Чейлях А.П. К вопросу о термической обработке высокохромистых сталей // Металловедение и термическая обработка металлов.-2000.-№10.-С.18-21.

   Чейлях А.П. Получение вторичного аустенита и использование его метастабильности для повышения свойств сталей мартенситного и мартенситно-аустенитного классов // Вестник ПГТУ: Сб. научн. трудов.-Мариуполь.-1997.-Вып.3.-С.73-78.

   Чейлях А.П. Использование термоциклической обработки для регулирования метастабильности аустенита и повышения свойств сталей и чугунов // Вестник ПГТУ: Сб. научн. трудов.-Мариуполь.-2000.-Вып.10.-С.88-93.

   11. Чейлях А.П. Возможности создания метастабильных состояний аустенита в сплавах на основе железа // Нові матеріали і технології в металлургії та машинобудуванні .- Запоріжжя.- 2002.- № 2.- С.

   12. Малинов Л.С., Чейлях А.П. Структура и свойства Fe-Cr-Mn сталей после закалки с предварительным нагревом в межкритическом интервале температур // Металловедение и термическая обработка металлов.-1990.-№6.-С.45-47.

   13. Малинов Л.С., Чейлях А.П., Малинова Е.Л. Влияние цементации и последующей термообработки на структуру, фазовый состав и абразивную стойкость Fe-Cr-Mn сталей // Известия АН СССР. Металлы.-1991.-№1.-С.120-123.

   14. Влияние изотермической закалки на свойства и структуру высокопрочного чугуна/ Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, В.Л. Малинов, А.Б. Гоголь, Т.И. Архипова // Металловедение и термическая обработка металлов.-1992.-№10.-С.27-29.

   15. Малинов Л.С., Чейлях А.П., Малинова Е.Л. Структура и свойства экономлегированных марганцевых сталей // Известия РАН. Металлы.-1993.-№1.-С.106-111.

   16. Чейлях А.П., Малинов Л.С., Лейко Н.Г. Повышение долговечности клапанов из стали 20Х13 высокотемпературной скоростной закалкой // Металлургическая и горнорудная промышленность.-1993.-№3.-С.27-29.

   17. Повышение долговечности режущих дисков горнопроходческих комплексов /Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, С.И. Кантор, С.М.Фучило // Литейное производство.-1993.-№7.-С.-11-12.

   18. Чейлях А.П., Малинов Л.С. Свойства и превращения в хромомарганцевых коррозионностойких сталях // Металловедение и термическая обработка металлов.-1994.-№2.-С.28-32.

   19. Выбор состава хромомарганцевой стали с метастабильным аустенитом в качестве основы наплавочного материала / Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, Е.Я. Харланова, Т.В. Барышникова // Известия ВУЗов. Черная металлургия.-1994.-№3.-С.45-48.

   20. Чейлях А.П., Малинов Л.С., Бекетова Е.М. Закалка марганцовистых сталей с предварительным нагревом в двухфазном (б + г) интервале // Известия ВУЗов. Черная металлургия.-1994.-№10.-С.42-44.

   21. Влияние состава и термообработки на структуру и свойства литых хромистых сталей / Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, Г.И. Макмак, С.И. Кантор, С.М. Фучило // Известия ВУЗов. Черная металлургия.-1994.-№11.-С.43-45.

   22. Износостойкие чугуны с метастабильным аустенитом / А.П. Чейлях, И.М. Олейник, Е.Б. Локшина, А.Н. Лукьянскова // Металл и литье Украины.-1995.-№1.-С.30-35.

   23. Чейлях А.П., Гоголь А.Б., Большаков В.И. Влияние термообработки на структуру, стабильность остаточного аустенита и механические свойства стали Х12М // Металлургическая и горнорудная промышленность.-1995.-№1.-С.36-39.

   24. Разработка и исследование новой порошковой ленты для наплавки колес мостовых кранов / Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, Е.Я. Харланова, А.В. Зареченский, Н.А. Шепель, Т.В. Барышникова // Сварочное производство.-1995.-№10.-С.22-25.

   25. Чейлях А.П., Олейник И.М. Влияние отпуска на структуру и свойства хромомарганцовистых и марганцовистых чугунов с метастабильным аустенитом // Вестник ПГТУ: Сб. научн.трудов.-Мариуполь.-1995.-№1.-С.103-108.

   26. Влияние комбинированных обработок на стабильность аустенита и механические свойства хромомарганцевых сталей / Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, И.М. Олейник, Чжун-Чжи-Мянь // Металловедение и термическая обработка металлов.-1997.-№1.-С.18-21.

   27. Чейлях А.П., Дроздова И.Г. Скоростная высокотемпературная закалка нержавеющих хромистых сталей // Известия ВУЗов. Черная металлургия.-1997.-№2.-С.32-35.

   28. Чейлях А.П., Гавриленко Г.В. Структура и механические свойства новых безникелевых коррозионностойких сталей аустенитно-ферритного класса // Вестник ПГТУ: Сб. научн. трудов.-Мариуполь.-1999.-Вып.8.-С.76-79.

   29. Чейлях А.П., Фомина Э.Г. Математическое моделирование процессов растворения карбидов хрома в аустените высокопрочных сталей // Металлы.-1999.-№6.-С.77-86.

   30. О влиянии фазовых превращений на износостойкость сплавов с метастабильным аустенитом / А.П. Чейлях, И.М. Олейник, Е.Б. Локшина, А.В.Телыця // Металлы.-2000.-№1.-С.66-71.

   31. Чейлях А.П., Малинов Л.С., Гоголь С.Н. Новые коррозионностойкие безникелевые двухфазные стали // Известия ВУЗов. Черная металлургия.-2001.-№7.-с.44-47.

   32. Влияние параметров закалки на структуру и свойства экономлегированного износостойкого чугуна с метастабильной структурой / А.П. Чейлях, Д.В. Клок, В.В. Климанчук, П.Н. Кирильченко, О.А. Багмет // Металл и литье Украины.-2002.-№7-8.-С.33-38.

   33. Малинов Л.С., Харланова Е.Я., Чейлях А.П. Изменение фазового состава и механических свойств марганцовистых сталей при различных видах нагружения // Известия АН СССР. Металлы. – 1988. - № 5. – С.106-109.

   34. Чейлях А.П., Малинов Л.С., Гоголь С.Н. Влияние углерода и режимов закалки на структуру и свойства экономнолегированных метастабильных сплавов системы Fe-23 % Cr (3-6) % Mn-C // В сб. докл. второго междунар. симп. “Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении”.- Харьков.- 2001.- ч.II.- С.206-209.

   35. Чейлях А.П., Клок Д.В. Новый экономнолегированый чугун с метастабильной структурой //В сб. докл. 3-й междунар. н.-т. конф. “Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов”.- Харьков.- 2002.- Ч.1.- С.93-97.

   36. Способ закалки хромомарганцевых нержавеющих сталей: А.с. 1696514 СССР. МКИ С21D 6/00 / А.П. Чейлях (СССР).-№4760983/02; Заявлено 21.11.89; опубл. 7.12.91, Бюл. №45.- 6с.

   37. Сталь:А.c. №1717665 СССР. МКИ С22С 38/38/А.П. Чейлях, Л.С. Малинов, Е.М. Бекетова (СССР).- №4841096/02; Заявлено 15.05.90; Опубл. 07.03.92; Бюл. №9.- 4с.

   38. Износостойкий чугун: пат. №2030478 Россия. МКИ С22С 37/00 / А.П. Чейлях, И.М. Олейник, Е.Ф. Минка, В.В. Перепелицын (Украина, Россия).- №5006565/02; заявлено 16.07.91; опубл. 10.03.95; Бюл. №7.- 4с.

   39. Установка для испытаний на ударно-абразивное изнашивание: А.с. №1820300 СССР. МКИ G01N 3/56/ А.П. Чейлях, И.М. Олейник (СССР).- №4936016/28; заявлено 12.05.91; опубл. 07.06.93; Бюл. №21.- 4с.

   40. Спосіб термообробки сталей мартенсітного класу: патент 12555 А Україна. МКВ С21D 6/00 / О.П. Чейлях (Україна).- № 94040954; заявл. 18.03.93; опубл. 28.02.97; Бюл. № 1.- 6 с.

   41. Спосіб обробки хромомарганцевих сталей: патент 15465 А Україна. МКВ С21D1/78, С21D7/02 / О.П. Чейлях (Україна).- № 93005869; заявл. 05.04.93; опубл. 30.06.97; Бюл. № 3.- 4 с.

   42. Сталь: патент 18012 А Україна. МКВ С22С 38/38 / О.П. Чейлях, Л.С. Малінов, С.Н. Гоголь (Украина).- №96020748; заявлено 27.02.96;опубл. 17.06.97; Бюл. №5.- 4с.

   43. Чейлях А.П., Олейник И.М. Раработка экономлегированных износостойких чугунов с метастабильным аустенитом // В сб. докл. Всесоюзной н.-т. конф. “Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработки в машиностроении и металлургии”.- Новокузнецк.-1991.-С.135-137.

   44. Чейлях А.П. Новые способы формирования гетерофазных состояний для повышения свойств сталей // В сб. тез. докл. III междунар.н.-т. конф. “Материалы для строитель. констр. ICMB’94”/ - Днепропетровск. – 1994. – С.12-13.

   45. Чейлях А.П. Количественный анализ роли деформационных мартенситных превращений в формировании механических свойств сплавов с метастабильным аустенитом // В сб. Актуальные вопросы диффузии, фазовых и структурных превращений в сплавах.- III Черкасский семинар стран содружества “Сокирне’ 95” - Сокирне. - 1995.- C.138.

   46. Чейлях А.П. Математическое моделирование формирования свойств сплавов с метастабильным аустенитом // В сб. докл. Международной н.-т. конф. “Прогрессивные методы получения и обработки конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин”.- Волгоград.-1996.- C.97-99.

   47. Чейлях А.П. Разработка функциональных экономичных метастабильных сплавов, принципов и способов повышения их свойств // Збiрник наукових праць VIII Міжнародноi наук.- техн. конф.- Запорiжжя, ЗДТУ.-2000.-C.8-10.

   48. Чейлях А.П. Взаимосвязь энергоемкость–свойства с позиции самоорганизации метастабильных сплавов // В сб. научн. трудов: “Строительство, материаловедение, машиностроение.- Днепропетровск. - 2002.-Вып.15.-4.1.- C.139-140.

   У роботах, опублікованих у співавторстві Чейляху О.П. належать:

   [12, 14, 15, 17,19, 20, 21, 24, 33] – методика вивчення кінетики ДМПВ, проведення досліджень, обробка результатів.

   [13] – проведення досліджень, обробка результатів.

   [16, 23, 26, 27] – розробка способів зміцнення, методика вивчення кінетики ДМПВ, обробка результатів.

   [18, 30] – узагальнення й обробка результатів досліджень, методика вивчення кінетики ДМПВ.

   [22, 25, 28, 31, 32, 34, 35, 37, 38, 42, 43] – розробка і дослідження сплавів, методика випробувань, обробка результатів.

   [29] – побудова фізико-математичної моделі, розрахунки, обробка результатів.

   [39] – конструкція установки, методика випробувань.