Слинько Георгій Іванович. Розвиток основ структуроутворення і керування властивостями фосфористих чавунів, які працюють в умовах циклічних навантажень та підвищених температур. : Дис... д-ра наук: 05.02.01 - 2005.
Анотація до роботи:
Слинько Г.І. Розвиток основ структуроутворення і керування властивостями фосфористих чавунів, які працюють в умовах циклчних навантажень та підвищених температур. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – Матеріалознавство. – Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, 2004.
Дисертація присвячена розвитку основ структуроутворення і вибору методів керування властивостями фосфористих чавунів для литих заготовок деталей машин, які працюють в умовах циклічних навантажень та підвищених температур. Встановлено загальні закономірності і принципи формування мікроструктури чавунів з пластинчастим і кулястим графітом в залежності від ступеню їх легування фосфором і впливу масштабного чинника. Встановлено, що фосфідна евтектика у кількості 1...6 % є зміцнювальним структурним складником і підвищує міцність, твердість, зносостійкість, термостійкість, оброблюваність фосфористих чавунів. Негативний вплив фосфідної евтектики на пластичні властивості і циклічну тріщиностійкість менш значний у порівнянні з впливом зростаючих кількостей фериту, розмірів його зерен і графіту. Запропоновано комплексну систему керування властивостями чавунів, яка включає аналітичне визначення необхідних характеристик структурних складників і технологію їх отримання. На підставі наукових положень, проведених систематичних досліджень впливу фосфору і металургійних чинників на структуру і властивості розроблені економнолеговані фосфористі чавуни різних класів. Із врахуванням отриманних результатів взаємозв’язку характеристик структурних складників і властивостей фосфористих чавунів розроблені способи і технології їх плавлення, легування, модифікування, термічної обробки і поверхневого зміцнення, що дозволило забезпечити необхідний рівень механічних і експлуатаційних властивостей деталей машин. Розроблені фосфористі чавуни, способи і технології їх отримання і зміцнення поверхонь тертя впроваджені у виробництво.
В дисертаційній роботі здійснені нові науково-обгрунтовані розробки в галузі матеріалознавства, що забезпечують вирішення важливої науково-технічної і практичної проблеми для України – створення економнолегованих ливарних чавунів різних класів, що не містять гостродефіцитних легувальних елементів і є зміцненими за рахунок армувальних властивостей фосфідної евтектики і ефективних зміцнювальних технологій для підвищення їхніх якісних і експлуатаційних показників.
Виходячи з аналізу літературних даних і досвіду виробництва встановлено, що багато деталей машин, зокрема двигунів внутрішнього згоряння виготовляється з чавунів з пластинчастим і кулястим графітом. Одним з найбільш ефективних і недефіцитних в Україні твердорозчинних зміцнювачів цих чавунів – є фосфор. Проте, процеси структуроутворення легованих фосфором чавунів вивчені недостатньо. Відсутні дані щодо ступеню впливу структурних складників на властивості фосфористих чавунів, що працюють в умовах статичних і циклічних навантажень та підвищених температур.
2. Вперше для характеристики процесів структуроутворення фосфористих чавунів і визначення впливу фосфідної евтектики на їх властивості застосовані індекси і параметри її форми. Отримано аналітичні формули для визначення кількості фериту і діаметрів його зерен та індексів і параметрів форми графіту в залежності від індексів і параметрів форми ФЕ і навпаки – характеристик ФЕ в залежності від характеристик графіту. Це дає можливість аналітично визначати структурний склад фосфористих чавунів за наявності хоча б однієї характристики структурних складників.
Досліджено процеси структуроутворення легованих фосфором чавунів з пластинчастим і кулястим графітом. Підтверджено відомі дані, що із збільшенням домішок фосфору в чавунах утворюється фосфідна евтектика, кількість і будова якої залежать від домішок фосфору та швидкості кристалізації чавуну. Визначено вплив ФЕ на процеси структуроутворення фосфористих чавунів при легуванні їх фосфором у межах 0,02...0,97%. Показано, що збільшення домішок фосфору сприяє їх графітизації: збільшується кількість фериту, кількість графіту і розміри графітових вкраплень; знижується ступінь сфероїдизації кулястого та спостерігається незначна коагуляція вершин пластинчастого графіту.
3. Вперше визначено оптимальні розміри фосфідної евтектики, довжина вкраплень якої в чавуні з пластинчастим графітом має бути не більшою 90 мкм, а в чавуні з кулястим графітом має перебувати у межах 90...120 мкм. Визначено, що оптимальними є довжина пластин графіту 60...90 мкм, а діаметр куль – 45...60 мкм.
4. Вперше, із застосуванням методів математичного аналізу і лінійної механіки руйнування визначено вплив ФЕ на міцність чавунів. Встановлено, що максимальна границя міцності при розтягуванні стандартних циліндричних зразків досягається за наявності 2...3 % фосфідної евтектики, розташованої у вигляді окремих вкраплень в металевій матриці. Розбіжність між розрахунковими та експериментальними даними складає ±3,5%, що підтверджує коректність аналітичних досліджень.
5. Методами металографічного і фрактографічного аналізів виконали феноменологічні дослідження мікромеханизмів руйнування фосфористих чавунів з пластинчастим і кулястим графітом в умовах статичного, динамічного і циклічного навантажень при температурах 20 і 450С та темоциклічного – при 400600С.
Вперше встановлено, що мікромеханізм руйнування фосфористих чавунів може характеризуватися трьома основними видами: транскристалічним сколом, змішаним та міжзеренним руйнуванням. Найбільш прийнятним, з точки зору зміцнення чавунів, є змішаний вид руйнування, який відбувається в межах домішок фосфору 0,1...0,6%. При цьому ФЕ є армувальним структурним складником, що гальмує тріщини. При більших домішках фосфору утворюється ФЕ у вигляді жорсткого каркасу, який спричиняє руйнування чавуну. Отримані дані узгоджуються з аналітичними дослідженнями.
6. Проведені всебічні дослідження впливу ФЕ на механічні, технологічні та експлуатаційні властивості ЧПГ і ЧКГ. Встановлено, що при легуванні фосфором:
підвищуються твердість та зносостійкість;
підвищуються до екстремальних значень, а потім знижуються міцність при розтягу при кімнатній та підвищеній температурах, міцність при стисканні, термостійкість, оброблюваність лезовим інструментом;
знижуються міцність при згинанні, ударна в’язкість, пластичність, статична та циклічна тріщиностійкість.
Оптимальним є легування чавунів фосфором в межах 0,1...0,6%, при цьому утворюється фосфідна евтектика, яка є армувальним структурним складником. Її кількість рекомендується в залежності від призначення та умов експлуатації чавунних деталей.
7. Вперше встановлено, що твердість оплавленого поверхневого шару чавуну підвищується із збільшенням домішок фосфору за рахунок утворення ледебуриту з дисперсними вкрапленнями фосфідної евтектики, що рекомендовано застосувати при виробництві розподільних валів та коромисел клапанів
8. Підтверджено відомі дані щодо впливу масштабного чинника на властивості чавунів з різною формою графіту. При цьому загальні закономірності впливу домішок фосфору на властивості чавунівзалишаються практично без змін.
9. Вперше із застосуванням комплексного статистичного аналізу взаємозв’язку властивостей фосфористих чаунів з їх фазовим складом підтвердили, що провідну роль у зміцненні чавунів відіграє фосфідна евтектика, а за її відсутності – зміцнена фосфором металева матриця.
10. Вперше методом детермінованого факторного аналізу підтверджено результати випробувань механічних властивостей фосфористих чавунів:
- легування чавунів фосфором у кількості до 0,09% сприяє підвищенню їх твердості і міцності;
- фосфідна евтектика сприяє підвищенню твердості чавунів. Частка її впливу більш значна у порівнянні з часткою впливу металевої матриці;
- встановлено, що фосфідна евтектика у кількості 1...6 % є зміцнювальним структурним складником і позитивно впливає на міцність фосфористих чавунів. Загальна частка впливу фосфідної евтектики співмірна з часткою впливу металевої матриці;
- пластичність фосфористих чавунів знижується при легуванні їх фосфором у межах 0,02...0,97%. Встановлено, що частка впливу фосфідної евтектики в зниженні пластичності у 1,2 рази менше у порівнянні з дією графіту та в 2,7 рази менше порівняно з дією металевої матриці.
11. В результаті проведених аналітичних і технологічних досліджень визначені оптимальні хімічні склади та мікроструктури чавунів для деталей двигунів внутрішнього згоряння різних класів та інших деталей машинобудування. Встановлено металургійні прийоми, необхідні для отримання у виливках заданих властивостей і мікроструктури. Розроблено і впроваджено у виробництво оптимізовані склади чавунів, технічні умови, технологічні процеси, інструкції, методики та інша нормативно-технічна документація. Впровадження фосфористих чавунів для деталей машинобудування дало змогу підвищити їх властивості та знизити або виключити вміст Cr, Mo, Ti, Ni.
Деталі, виготовлені з дослідно – промислових економнолегованих фосфористих чавунів, успішно пройшли випробування на двигунах. Розроблені матеріали впроваджені у виробництво із загальним річним економічним ефектом 4011,2 тис. гривень.
Публікації автора:
Структура та опір руйнуванню залізовуглецевих сплавів / Осташ О.П., Волчок І.П., Колотілкін О.Б., Андрейко І. М., Стадник М. М., Силованюк В. П., Слинько Г. І. – Львів: Національна академія наук України. Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка, 2001.- 272 с.
Слинько Г.І. Вплив металургійних факторів на механічні та службові властивості фосфористих чавунів // Вісті Академії інженерних наук України. – 1995. – № 3. – С. 126-129.
Слынько Г.И., Волчок И.П. Чугун ЧСЗХГМД для литых деталей седел клапанов автомобильного двигателя // Процессы литья. – 1993 . – № 3. – С. 75-78.
Слынько Г.И., Грабовый В.М., Волчок И.П. Влияние фосфидной эвтектики на свойства легированного чугуна //Металловедение и термическая обработка металлов. – 1993. – № 3. – С. 23-25.
Cлынько Г.И., Миневич А.Ш. Вихретоковый структуроскоп для контроля качества отливок седел клапанов //Автомобильная промышленность. – 1992. – № 9. – С .30-31.
Слынько Г.И. Фосфористый чугун в двигателях внутреннего сгорания //Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 24-26. – Кіровоград: КІСМ. – 1996. – С.91-96.
Слынько Г.И. Механизм разрушения фосфористых чугунов в условиях повышенных температур //Машиноведение: Труды/ Таврическая государственная агротехническая академия. - Т.І. - Вып. З. - Мелитополь: ТГАТА.- 1997.- С. 3-7.
Слынько Г.И. Технологические особенности получения высококачественных заготовок в двигателестроении // Высокие технологии в машиностроении. –Харьков: ХГПУ.- 1998. – С.270-272.
Грабовый В.М., Слынько Г.И., Волчок И.П. Технология производства чугуна для седел клапанов двигателя //Литейное производство. - 1992.- № 8. – С. 6-8.
Слынько Г.И., Волчок И.П. Влияние металлургических факторов на триботехнические свойства легированного чугуна //Проблеми трибології (Problems of Tribology).–1996.-№1.–С. 89-91.
Слынько Г.И. Методика экспрессанализа химического состава экономнолегированных фосфористых чугунов //Теория и практика металлургии. – 1998. – №1. – С.18-20.
Слынько Г.И. Автоматизированная система управления процессом структурообразования чугуна //Металл и литье Украины. – 1998. – № 3-4. – С. 30-33.
Слынько Г.И. Конструкционные материалы и технология изготовления распределительных валов ДВС //Зб. наук. праць Кіровоградського державного технічного університету /техніка в сільськогосподарському виробництві , галузеве машинобудування, автоматизація. / - Вип. 5. – Кіровоград: КДТУ. -1999. – С.175-182.
Слинько Г.І. Вплив карбідоутворювальних елементів на структуру і властивості фосфористого чавуну //Машинознавство. – 1999. – №8. – С.35-37.
Волчок І.П., Єгоров А.О., Слинько Г.І. Мікромеханізм руйнування і властивості фосфористих чавунів //Механіка руйнування і міцність конструкцій (випуск 2): В 3 т. /Під заг. ред. Панасюка В.В. – Львів: Каменяр.- 1999. – Т.1: Механіка і механізми процесів руйнування матеріалів. - С.208-220.
Стадник М.М., Слинько Г.І., Горбачевський І.Я., Волчок І.П. Математична модель для аналізу впливу структури на міцність фосфористих чавунів //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2000. - № 2. – С.100-103.
Андрейко І.М., Слинько Г.І., Осташ О.П., Волчок І.П. Циклічна тріщиностійкість сірих і високоміцних чавунів з підвищеним вмістом фосфору //Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2000. - № 6. – С. 45-51.
Слинько Г.І. Вплив фосфору на процеси структуроутворення і властивості чавуну //Машинознавство. – 2000. - № 10. – С. 19-21.
Слинько Г. І. Синтетична фосфідна евтектика: Машинознавство. – 2002. - №2. - С. 40 – 42.
Слынько Г. И. Перспективы применения в машиностроении фосфористых чугунов //Перспективні задачі інженерної науки /3б. наук. праць, Під заг. ред В.І. Большакова. Вип. 3. – Gaudeamas.- 2002. - С. 60 – 65.
Слынько Г. И. Циклическая трещиностойкость фосфористых чугунов в условиях повышенных температур //Строительство, материаловедение, машиностроение /Вып.22, ч.1., Днепропетровск: ПГАСА. - 2003.- С.200.
Широков В. В., Арендар Л. А., Слинько Г. І., Волчок І. П. Вплив фосфідної евтектики на зношуваність високоміцних чавунів //Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2003. – №2. – С. 115 – 117.
Широков В. В., Волчок І. П., Слинько Г. І., Арендар Л. А. Трибологічні властивості високоміцних чавунів з фосфідною евтектикою //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2003. – №1. – С. 51 – 53.
Слинько Г. І., Ольшанецький В. Ю., Степанова Л. П. Фізичні основи фазових перетворень і розподілу легувальних елементів в структурі фосфористого чавуну //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2003. – №2. – С. 16 – 19.
Слынько Г.И. Влияние фосфидной эвтектики на структуру и твердость упрочненного слоя чугуна //Строительство, материаловедение, машиностроение /Вып. 27, ч.2, - Днепропетровск: ПГАСА. - 2004. – С.120-122.
Слынько Г.И. Слынько А.Г. Кинетика графитизации фосфористых чугунов // Машиноведение: Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. – Т.1. – Вып.3. – Мелитополь: ТГАТА. – 1997. – С. 36-40.
Широков В.В., Арендар Л.А., Волчок І.П., Слинько Г.І., Широков О.В. Вплив фосфідної евтектики на зношуваність, будову та фізико-механічні властивості чавунів // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях. – Киев. – 2001. – С. 129.
Чугун для тонкостенных отливок: А.с. 1700085 СССР, МКИ С 22 С 37/08./Г.И. Слынько, И.П. Волчок, А.Д. Шерман (СССР). – № 4732567/02; Заявлено 03.07.89; Опубл. 23.12.91, Бюл. № 47. – 5 с.
Вихревотоковый преобразователь: А.с. 1739272 А1 СССР, МКИ G 01 N 27/80/ А.Ш. Микевич, В.М. Швец, Г.И. Слынько (СССР). – № 4716699/28; Заявлено 10.07.89; Опубл. 07.06.92, Бюл. № 21. – 4 с.
Слынько Г.И. Теоретические и технологические основы создания конструкционных материалов для деталей газораспределительных механизмов двигателей и сельскохозяйственных машин //Сб.тр. ТГАТА. – Мелитополь. – 1996. – С. 53-54.
Georgy Slynko, Orest Ostash Cyclical cast iron resistance with phosphide eutectic //Mechanics 2000. Prоceedings of the Intenational Scientific Conference – Rzeszow University of Technology, Poland. – Rzeszow, June 2000. - Р. 365-366.
Слынько Г. И. Легированные сплавы для деталей газораспределительного механизма // Неметалические включения и газы в литейных сплавах: Тез. докл. – Запорожье: ЗГТУ.- 1994. – С. 93.
Слынько Г. И. Состояние и перспективы научных исследований материалов и технологии производства литых заготовок в автомобилестроении //[Conference] Situation and Perspective of Research and Development in Chemical and Mechanical Industry, Krusevac, 22-24 October 2001; Book 1: Mechanical Engineering; [organized by] Faculty of Phisical Chemistry Belgrade; editors Predrad v. Dasic, Miroslav R. Radovanovic, - Beograd (Krusevac: GRAFOSTIL). - Str. 370 – 377.
Слынько Г. И. Влияние микроструктуры чугунов на обрабатываемость литых заготовок //International Conference “Heavy Machinery”(4rd 2002; Kralgevo) – 28 – 30 June 2002. – D 39 – 42.
Слынько Г. И. Влияние масштабного фактора на структуру и износостойкость фосфористых чугунов //2nd International Conference “Research and Developmentin Mechanical Industry” RaDMI 2002. – Vrnjanska Banja, Yugoslavia, 01-04 September, 2002, Vol. 1. – P. 391-398.
Слынько Г.И. Микромеханизм разрушения фосфористых чугунов при повышенных температурах // IV International scientific Conferenсe AJMS for future of engineering science/ - Jgalo: Montenegro. – 2003. – Р. 33.
Слынько Г.И. Исследование влияния легирующих элементов на структуру и теплостойкость серого чугуна // Сб. тр. ТГАТА. – Мелитополь. – 1996. – С. 55-56.
Слынько Г.И. Влияние режимов оплавления на структуру и свойства упрочненного слоя кулачков распределительного вала МеМ3-245 // Материалы второго республиканского семинара по улучшению показателей тепловых двигателей и ресурсосбережению. – Мелитополь. – 1996. – С. 98-100.
Слынько Г.И. Комплексний вплив інтегральних характеристик неметалевих включень на механічні властивості фосфористих чавунів // Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах / 3б. наук. пр. – Запоріжжя: ЗНТУ. – 2003. – С. 175-176.
Слинько Г.И. Исследование влияния термической обработки на структуру фосфористых чугунов // Materials and metallurgy. – Sibenic: Сroatia. – 2002. – Р. 49-53.
Слынько Г.И. Влияние параметров формы неметаллических включений на свойства чугуна // Людина і космос. – Дніпропетровськ: НЦАОМУ. – 2002. – С. 222.
Слинько Г.І. Малоциклова втома фосфористих чавунів //Тези доповідей „Шостий міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові”. – Львів: КІНПАТРІ ЛТД. – 2003. – С.144-145.
Слынько Г.И. Влияние фосфидной эвтектики на трещиностойкость чугуна //«Проблемы современного материаловедения» (Материаловедение, строительство и отраслевое машиностроение, Выпуск 7). «Стародубовские чтения 98» / Под ред. В.И. Большакова // Научные труды Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. – Днепропетровск: Центр економічної освіти. – 1998. – С.127-128.
Слинько Г.І. Особливості формування мікроструктури фосфористих чавунів //Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів /Запоріжжя: ЗДТУ. – 1998. – С.165-166.
