Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні

ВПЛИВ СТРУЖКОУТВОРЕННЯ, ЩО СТВОРЮЄ СТРУЖКУ НАДЛОМУ, НА ЗБУДЖЕННЯ РЕГЕНЕРАТИВНИХ АВТОКОЛИВАНЬ ПРИ ТОЧІННІ

Павло Тришин — 2026-05-07

Мета роботи. Метою цього дослідження є вивчення впливу стружкоутворення на збудження регенеративних автоколивань при точінні, порівняння поведінки автоколивань при стружкоутворенні, яке створює зливну стружку та стружку надлому, а також прогнозування стабільності обробки крихких матеріалів.

Методи дослідження. Дослідження проводилося в умовах безперервного ортогонального точіння на токарному верстаті з ЧПК. Вібрацію досліджували за допомогою різця-осцилятора з одним ступенем свободи в напрямку зміни товщини шару, що зрізається. Зміщення різальної кромки під час обробки вимірювали за допомогою індуктивного датчика, а сигнали записували за допомогою багатоканальної системи збору даних та обробляли на комп'ютері. Осцилограми аналізували для визначення амплітуди та статичного відхилення.

Результати. Експериментальні результати показали, що тип утворення стружки має значний вплив на вібрацію під час точіння. Під час обробки сталі 45, що характеризується зливним стружкоутворенням, у діапазоні швидкостей різання v = 100–250 м/хв спостерігалися регенеративні автоколивання, при цьому амплітуда їх зростала зі збільшенням швидкості різання. Натомість, під час обробки сірого чавуну СЧ35, який утворює стружку надлому, регенеративних автоколивань не виявлено; були наявні лише випадкові коливання низької амплітуди, рівень яких залишався майже постійним у всьому діапазоні швидкостей різання. Для бронзи БрО3Ц13С4, що також утворює стружку надлому, регенеративні автоколивання виникали лише при вищих швидкостях різання (v=150–250 м/хв), амплітуда їх зростала зі швидкістю різання, подібно до сталі.

Наукова новизна. Наукова новизна цього дослідження полягає у встановленні впливу стружкоутворення на умови пригнічення та збудження регенеративних автоколивань при точінні.

Практична цінність. Практичне значення цього дослідження полягає в покращенні прогнозування стабільності при обробці матеріалів з різними механізмами стружкоутворення. Отримані результати можуть бути використані для вибору оптимальних умов різання, які зменшують або запобігають виникненню регенеративних автоколивань, особливо під час обробки крихких матеріалів.

ТЕРМОМЕХАНІЧНИЙ ВПЛИВ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ НА ТОЧНІСТЬ ОТВОРІВ ТА ЗНОШЕННЯ ІНСТРУМЕНТУ ПРИ СВЕРДЛІННІ ПАКЕТІВ ВУГЛЕПЛАСТИК/ТИТАНОВИЙ СПЛАВ

Віталій Колесник — 2026-05-07

Мета роботи. Систематизувати та узагальнити результати досліджень щодо впливу режимів різання під час свердління пакетів вуглепластик/титановий сплав на точність отворів, якість обробленої поверхні, інтенсивність зношування різального інструменту та утворення наросту на ріжучій кромці.

Методи дослідження. Використано порівняльно-параметричний аналіз впливу подачі та швидкості різання на осьову силу свердління, температуру у зоні різання, інтенсивність розшарування композиційного матеріалу, висоту заусенця у шарі титанового сплаву, параметри шорсткості поверхні та інтенсивність зношування інструменту. Узагальнено результати експериментальних досліджень і числового моделювання з сучасних наукових публікацій для встановлення причинно-наслідкових зв’язків між режимами різання, термомеханічними процесами у зоні різання та показниками якості отворів.

Отримані результати. Встановлено, що подача є основним фактором механічного навантаження під час свердління та визначає інтенсивність розшарування вуглепластику. Швидкість різання переважно впливає на температуру у зоні різання та адгезійні явища у титановому сплаві. Показано, що утворення наросту та адгезійне перенесення матеріалу на ріжучу кромку змінюють її мікрогеометрію, спричиняють зростання осьових сил, погіршення точності отворів і зниження стабільності процесу свердління.

Наукова новизна. Обґрунтовано інтегрований підхід до оцінювання процесу свердління пакетів вуглепластик/титановий сплав як єдиної термомеханічної системи, у якій режими різання, розвиток зношування інструменту та утворення наросту розглядаються як взаємопов’язані чинники переходу між абразивним, адгезійним і дифузійним механізмами зношування.

Практична цінність. Отримані узагальнення можуть бути використані для визначення напрямів подальших досліджень, підвищення ресурсу різального інструменту, стабілізації процесу свердління та оптимізації режимів різання.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ДИНАМІЧНОГО НАДДУВУ НА ПОКАЗНИКИ ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ

Наталія Євсєєва — 2026-05-07

Мета роботи. Дослідити вплив параметрів газообміну, зокрема динамічного (швидкісного) наддуву, на індикаторні та ефективні показники бензинового чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння на прикладі високофорсованого двигуна мотоцикла Kawasaki Ninja ZX-10R.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використано комплекс теоретичних та аналітично-розрахункових методів. Проведено аналіз величини динамічного наддуву шляхом визначення динамічного тиску повітря залежно від швидкості руху транспортного засобу в діапазоні 0–300 км/год. Виконано термодинамічний розрахунок робочого циклу бензинового двигуна на номінальному режимі з використанням програмного середовища Engine Calculation. Розрахунок проведено для умов відсутності та наявності динамічного наддуву з урахуванням зміни тиску на впуску, густини заряду, маси повітря та палива в циклі, а також параметрів робочого тіла на початку циклу.

Отримані результати. Встановлено, що зі зростанням швидкості руху мотоцикла величина динамічного тиску повітря зростає за квадратичним законом і при швидкості понад 300 км/год досягає значення понад 4 кПа. Це призводить до підвищення тиску на впуску, збільшення циклового заряду повітря та відповідного зростання подачі палива. У результаті ефективна потужність двигуна збільшується до 4,2 %, а середній ефективний тиск – на аналогічну величину. При цьому індикаторний та ефективний коефіцієнти корисної дії, а також питома витрата палива залишаються практично незмінними. Виявлено, що підвищення потужності зумовлене переважно збільшенням маси робочого тіла в циліндрі, тоді як основні коефіцієнти, що характеризують процес газообміну, змінюються незначно.

Наукова новизна. Розроблено методику оцінювання впливу динамічного наддуву на індикаторні та ефективні показники бензинового двигуна внутрішнього згоряння з урахуванням зміни параметрів газообміну та умов впуску, що дозволяє кількісно визначати приріст потужності залежно від швидкості руху транспортного засобу.

Практична цінність. Запропонована методика та отримані результати можуть бути використані при проектуванні та оптимізації впускних систем швидкісних транспортних засобів, зокрема мотоциклів, спортивних автомобілів, літальних апаратів, а також при модернізації існуючих двигунів з метою підвищення їх потужнісних показників без суттєвого ускладнення конструкції.

МІКРОПЛАЗМОВЕ ПОРОШКОВЕ НАПЛАВЛЕННЯ ДЛЯ РЕМОНТУ МОНОКОЛІС ТУРБІН ІЗ НІКЕЛЕВИХ ЖАРОМІЦНИХ СПЛАВІВ

Олександр Чечет — 2026-05-07

Мета роботи. Теоретичне обґрунтування та експериментальна розробка технології відновлення робочих лопаток колеса турбіни авіаційного двигуна, виконаного за технологією «бліск» із жароміцних нікелевих сплавів, методом адитивного мікроплазмового порошкового наплавлення (МПН).

Методи дослідження. В ході дослідження було застосовано метод пошарового порошкового наплавлення з використанням мікроплазми на торцеві поверхні пластин зі сплаву ЖС32-ВИ за допомогою спеціалізованої роботизованої системи STARWELD 190H. Процес МПН здійснювався з використанням постійного струму позитивної полярності (силою струму 2…50 А). В якості плазмоутворюючого та захисного газу використовували аргон високої чистоти. Розміри експериментальних пластин становили 115×15×2 мм. Наплавлення здійснювали з використанням зворотно-поступального руху. Після наплавлення зразки піддавали термічній обробці. Механічні властивості зразків, отриманих методом адитивного нарощування, визначали на стандартних плоских зразках.

Отримані результати. Після механічних випробувань зразки мали наступні властивості: середні значення міцності σ_в=1147 МПа, пластичності δ= 9,5 %, при вимогах нормативної документації σ_в ≥ 882 МПа,
δ= 6,0 %. Злами мали середньо-кристалічну структуру. Дефекти у зламах не виявлено. Мікроструктура матеріалу зразків до термообробки являє собою γ- твердий розчин з наявністю інтерметалідної γ´-фази, карбідів, карбонітридів, а також евтектичної (γ-γ´) - фази розміром 5мкм, яка характерна для литого стану сплаву ЖС32-ВИ. Мікроструктура матеріалу зразків після термообробки відповідає нормальному стану сплаву ЖС32-ВИ.

Наукова новизна. При виготовленні коліс турбін методом лиття одна з найсерйозніших проблем – це ливарні дефекти, такі як тріщини, пористість, раковини. Використання існуючих методів ремонту, які основані на зварюванні або наплавленні методом аргонодугового зварювання, наприклад для лопаток, обмежені високою схильністю жароміцних нікелевих сплавів (ЖС3ДК, ВЖЛ12) до появи термовтомних тріщин через високий вміст γ´-фази. Запропонована технологія ремонту полягає у зрізанні лопатки до місця розташування дефекту і подальшому пошаровому відновленню профіля лопатки методом адитивного мікроплазмового наплавлення.

Практична цінність. Встановлено, що відновлення колеса турбіни авіаційних двигунів методом адитивного мікроплазмого порошкового наплавлення забезпечує високі механічні властивості по всій висоті вирощеної лопатки без виникнення дефектів лиття.

ВПЛИВ ОКИСЛЮВАЛЬНОЇ ДІЇ ЗАХИСНОГО ГАЗУ НА ГЕОМЕТРІЮ ТА ЕНЕРГЕТИКУ ДУГОВОГО 3D-ДРУКУ ВИСОКОМІЦНОЮ СТАЛЛЮ

Денис Молочков — 2026-05-07

Мета роботи. Встановлення закономірностей впливу концентрації вуглекислого газу (0–100 % CO₂) у захисній суміші з аргоном на зовнішню макрогеометрію (ширину, висоту, хвилястість) та енергетичні показники процесу формування тонкостінних структур з низьким тепловкладенням із високоміцної низьколегованої сталі (HSLA) MoNiVa з використанням роботизованого адитивного виробництва за технологією CMT (Cold Metal Transfer).

Методи дослідження. Дослідження проводились із застосуванням роботизованого комплексу з джерелом живлення Fronius TPSi (режим CMT, швидкість подачі дроту 2,0 м/хв, швидкість зварювання 35 см/хв). Для усунення суб’єктивних похибок та аналізу стохастичної макрогеометрії розроблено метод комп'ютерного зору (OpenCV) на основі попіксельного інтегрування оптичних сканів (600 DPI, абсолютна похибка 0,045 мм). Синхронізація геометричних метрик з високочастотним (10 Гц) логуванням енергетичних параметрів дуги дозволила оцінити питому об'ємну енергію (VED).

Отримані результати. Під час тонкостінного наплавлення виявлено фундаментальний масштабний ефект. Використання моногазів виявилося технологічно недоцільним: 100% аргон провокує сильну внутрішню пористість через високу в’язкість розплаву та його швидке твердіння, тоді як 100 % CO₂ спричиняє просторове меандрування, гідродинамічний колапс та катастрофічну втрату 45 % площі поперечного перерізу. Визначено зону надвисокої технологічної стабільності в строгому діапазоні 5–18 % CO₂, де коефіцієнт варіації (CV) ширини досягає мінімуму (1,30–1,87 %) при збереженні пропорційного форм-фактора валика.

Наукова новизна. Вперше формалізовано термогідродинамічний «масштабний ефект» у WAAM-технології для складних HSLA сталей. Доведено, що в умовах низького тепловкладення додавання активного газу не покращує змочування, а навпаки, провокує швидку кристалізацію та утворення оксидних бар'єрів. Математично доведено «енергетичний парадокс» процесу: незважаючи на те, що режим 100 % CO₂ має найнижче лінійне тепловкладення (205,5 Дж/мм) завдяки синергетичному придушенню струму, він потребує найвищої питомої об'ємної енергії (2,09 кДж/см³) через критичне погіршення масопереносу.

Практична цінність. Виявлене технологічне вікно (5–18 % CO₂) та формалізований енергетичний баланс для тонкостінних структур зі сталі MoNiVa слугують готовим фундаментом для мінімізації геометричних дефектів та максимізації енергоефективності на виробництві. Розроблений алгоритм машинного зору придатний для імплементації в системи керування WAAM із замкненим контуром для предиктивного коригування параметрів у режимі реального часу.

ВПЛИВ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ БІОРОЗЧИННОГО МАГНІЄВОГО СПЛАВУ СИСТЕМИ Mg-Nd-Zr ДЛЯ ОСТЕОСИНТЕЗУ НА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Віктор Грешта — 2026-06-04

Мета роботи. Визначення раціонального хімічного складу біорозчинного магнієвого сплаву системи
Mg-Nd-Zr, при якому забезпечується оптимальне поєднання міцності та пластичності, для застосування в остеосинтезі.

Методи дослідження. Застосовано комплекс методів, що включав планування експерименту за методом Бокса-Бенкена, виготовлення зразків шляхом виплавки та термічної обробки магнієвих сплавів, механічні випробування на розтяг згідно з ISO 6892-1, а також статистичну обробку отриманих даних за допомогою програмного забезпечення STATSOFT.

Отримані результати. Встановлено ключову роль неодиму у підвищенні границі міцності магнієвого сплаву системи Mg-Nd-Zr, з оптимальним вмістом близько 3,6%. Виявлено позитивний вплив цирконію на пластичність сплаву, імовірно через формування дрібнозернистої структури, з оптимальним вмістом близько 1,8%. Виявлено негативний ефект взаємодії між неодимом та цирконієм при їх одночасному підвищенні концентрації, що потребує врахування при оптимізації складу сплаву. Встановлено, що вплив цинку в досліджуваному діапазоні концентрацій (до 0,8%) на механічні властивості сплаву є статистично незначущим. На основі отриманих даних розроблено регресійну модель, яка дозволяє з високою точністю прогнозувати механічні властивості сплаву залежно від вмісту легуючих елементів. Ці результати створюють основу для оптимізації хімічного складу біорозчинного магнієвого сплаву з метою досягнення оптимального балансу міцності та пластичності для застосування в остеосинтезі.

Наукова новизна. Встановлено комплексний вплив легувальних елементів (Nd, Zr, Zn) на механічні властивості біорозчинного магнієвого сплаву системи Mg-Nd-Zr для остеосинтезу. Виявлено, що неодим є ключовим елементом, який підвищує границю міцності сплаву, тоді як цирконій сприяє одночасному зростанню міцності та пластичності. Виявлено негативний ефект взаємодії між Nd та Zr при їх високих концентраціях, що суттєво впливає на механічні характеристики сплаву.

Практична цінність. Розроблена регресійна модель дозволяє прогнозувати механічні властивості сплаву залежно від вмісту легуючих елементів, що значно спрощує процес підбору оптимального складу для конкретних медичних застосувань.

МІКРОСТРУКТУРА, МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА КОНТРОЛЬОВАНА ДЕГРАДАЦІЯ БІОРОЗЧИННОГО СПЛАВУ Mg-3,15Nd-1,25Zr-0,6Zn ДЛЯ ІМПЛАНТІВ ОСТЕОСИНТЕЗУ: ПРОМИСЛОВА ТЕХНОЛОГІЯ ТА ПОРІВНЯЛЬНА ОЦІНКА ЗІ СПЛАВОМ МЛ10

Микита Айкін — 2026-05-07

Мета. Оцінити мікроструктуру, механічні властивості та деградаційну поведінку біорозчинного сплаву Mg-3,15Nd-1,25Zr-0,6Zn (мас.%), виготовленого за промислово сумісною технологією, та продемонструвати його переваги над сплавом МЛ10 для остеосинтезу з кінетикою деградації, синхронізованою із загоєнням кістки.

Методи дослідження. Мікроструктуру досліджували методами оптичної мікроскопії (Neophot 32, OLYMPUS IX 70) та СЕМ/ЕДС (SELMI РЕМ-106I). Розмір зерна визначали методом перетинів (ISO 643:2024). Механічні властивості вимірювали на машині INSTRON 2801 (ASTM B557, ISO 6892-1) у термічно обробленому стані та після 90-добової витримки у Гелофузині (pH 7,4), Венофундині (pH 5,5) та фізіологічному розчині при 36 ± 1 °C. Швидкість корозії визначали гравіметричним методом. Термічну обробку проводили в атмосфері аргону у печах Bellevue та ПАП-4М. Промислові випробування виконано на кісточкових гвинтах трьох типорозмірів на АТ «Мотор Січ».

Результати. Після лиття у водоохолоджувану мідну виливницю (25–30 °C/с) та двоступеневої термічної обробки (560 °C/8 год + 200 °C/16 год) сплав має розмір зерна 57 ± 4,7 мкм (на 50% менше за МЛ10) з чистими межами, що містять дисперсні частинки Zn₂Zr₃ та β″ замість безперервних мереж (Mg,Zn)₁₂Nd. Границя міцності — 309 ± 6,5 МПа, границя текучості – 252 ± 6,5 МПа, подовження – 7,9 ± 0,65%, що на 31%, 33% та 126% вище за МЛ10. Швидкості корозії (0,45–0,68 мм/рік) на 39–42 % нижчі за МЛ10. Після 90 діб сплав зберіг 58–76 % початкової міцності (182–230 МПа), підтримуючи >180 МПа протягом критичного 12-тижневого періоду, проти 38–42 % для МЛ10. Промислові випробування на трьох типорозмірах гвинтів підтвердили відтворюваність.

Наукова новизна. Вперше систематично оцінено взаємозв'язок мікроструктури, механічних властивостей та кінетики деградації сплаву Mg-3,15Nd-1,25Zr-0,6Zn у трьох біологічних рідинах із порівнянням з МЛ10 та вимогами загоєння кістки. Встановлено, що усунення міжзеренних мереж (Mg,Zn)₁₂Nd разом із подрібненням зерна до 57 мкм змінює механізм корозії з міжкристалітного (150–200 мкм) на рівномірний поверхневий (<50 мкм), забезпечуючи синхронізацію деградації зі стадіями загоєння.

Практична цінність. Промислово масштабовану технологію валідовано у дослідному виробництві кісточкових гвинтів трьох типорозмірів із використанням стандартної тигельної плавки, лиття у мідну виливницю та конвенційної термічної обробки. Сплав забезпечує достатній запас міцності протягом усіх критичних фаз загоєння (тижні 0–20), перевершуючи МЛ10 та відповідаючи доклінічним вимогам до біодеградуючих ортопедичних фіксаторів.

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНИХ РЕЖИМІВ ГАРЯЧОЇ ДЕФОРМАЦІЇ ТА ВІДПАЛУ НОВОЇ ШТАМПОВОЇ СТАЛІ 4Х3Н3Г7М7Ф З РЕГУЛЬОВАНИМ АУСТЕНІТНИМ ПЕРЕТВОРЕННЯМ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ДИСПЕРСІЙНОМУ ТВЕРДІННЮ

Володимир Грабовський — 2026-05-07

Мета роботи. Визначення режимів нагріву, що забезпечують високу технологічну пластичність при гарячій обробці тиском та якомога меншу твердість після відпалу нової штампової сталі 4Х3Н3Г7М7Ф з регульованим аустенітним перетворенням при експлуатації та дисперсійному твердінню.

Методи дослідження. Випробування на кручення та ударний згин. Вимірювання твердості. Оптична мікроскопія. Рентгеноструктурний аналіз.

Отримані результати. За даними випробувань сталі 4Х3Н3Г7М7Ф на кручення та ударний згин в інтервалі температур 900…1225 °С встановлено, що отримані залежності мають вигляд кривих з максимумом в області температур 1150…1175 °С при числу обертів біля 5 та ударної в’язкості біля 92 Дж/см². Величина крутного моменту монотонно зменшується по мірі зростання температури (від 2590 Н×м при 900 °С до 739 Н×м при 1225 °С). Відповідно отриманим даним рекомендовано температурний режим гарячої обробки тиском дослідженої сталі, за яким максимальна температура нагріву заготовок (зливків) повинна бути не вище 1175 °С та не нижче 950 °С. Після кування і охолодження на повітрі сталь має бейнітно-мартенситну структуру з твердістю 44 НRС.

За результатами впливу на зниження твердості повного двоступеневого та неповного відпалів встановлено, що залежність твердості від відпалу в області температур Ас₁-Ас₃ має вигляд кривої з мінімумом. Повний відпал дослідженої сталі забезпечує зниження твердості до 35 НRС і рекомендовано виконувати за таким режимом: 800 °С, 2 години, охолодженні з піччю + 680 °С, 2 години, охолодженні з піччю. Зниження твердості сталі до 33 НRС досягається після неповного відпалу при температурі 680 °С протягом 6 годин і охолодження з піччю. Після відпалу на мінімальну твердість сталь 4Х3Н3Г7М7Ф набуває переважно структуру дрібнодисперсного зернистого перлиту.

Наукова новизна. Після гарячої деформації та охолодження на повітрі сталь 4Х3Н3Г7М7Ф з регульованим аустенітним перетворенням при експлуатації та дисперсійним твердінням має бейнітно-мартенситну структуру з твердістю 44 НRС. Встановлено, що при відпалі залежність твердості від зростання температури витримки сталі 4Х3Н3Г7М7Ф в інтервалі Ас₁-Ас₃ має вигляд кривої з мінімумом при температурі 680 °С. Пояснюється це зміною співвідношення складових часток сталі з розпадом вихідної бейнітно-мартеситноі структури та з поновленням такої структури при охолодженні аустенітної складової. У відпаленому стані сталь має переважно структуру дрібнодисперсного зернистого перлиту.

Практична цінність. За результатами випробувань на кручення та ударний згин визначено, що температура гарячої обробки тиском сталі 4Х3Н3Г7М7Ф повинна знаходитися в межах 1150…950 °С. Для покращення обробки різанням та отримання більш рівновагової структури розроблені режими повного та неповного відпалів сталі 4Х3Н3Г7М7Ф, які знижують значення твердості до 33…35 НRС (порівняно з 44 НRС після гарячої деформації). Найменшу твердість забезпечує неповний відпал за режимом: 680 °С, витримка 6 годин, охолодження з піччю.

ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ РОБОЧИХ ЛОПАТОК АВІАЦІЙНИХ ГАЗОТУРБІННИХ ДВИГУНІВ ІЗ ЖАРОМІЦНОГО НІКЕЛЕВОГО СПЛАВУ ЖС26-ВІ

Сергій Пучек — 2026-05-07

Мета роботи. Вивчити макро- та мікроструктурний стан робочих лопаток газотурбінного двигуна ВК-2500 у вихідному стані та після різної технологічної обробки. Оцінити рівень механічних характеристик і три-валої міцності.
Методи дослідження. Досліджували якість матеріалу робочих лопаток 1-го ступеня ГТД із жароміцного нікелевого сплаву ЖС26-ВІ у вихідному стані та після гарячого ізостатичного пресування (ГІП), а також після ГІП і стандартної термічної обробки. Люмінесцентний контроль лопаток здійснювали методом ЛЮМ1-ОВ. Дослідження мікроструктури проводили методами оптичної (мікроскоп «Neophot-32») та растрової електрон-ної мікроскопії (мікроскоп «JSM T-300»). Механічні властивості при кімнатній температурі визначали відповідно до ISO 6892-84 та СТ РЕВ 471-88, а показники жароміцності – відповідно до ДСТУ ISO 204:2019.
Отримані результати. Металографічними дослідженнями встановлено, що мікроструктура робочих ло-паток є монокристалічною з основними структурними складовими: γ′- твердий розчин із наявністю інтерме-талідної γ′- фази, евтектичної (γ-γ′) фази, карбідів і карбонітридів. У мікроструктурі лопаток після ГІП спо-стерігається зменшення розмірів структурних складових.
Наукова новизна. Отримано нові дані про структуру та фазовий склад матеріалу робочих лопаток авіаційного ГТД. Термічна обробка за стандартним режимом після ГІП забезпечує практично повну перекри-сталізацію зміцнювальної інтерметалідної γ′- фази, що полягає у розчиненні γ′- фази в γ- матриці з повторним її виділенням у вигляді дисперсних частинок кубічної морфології.
Практична цінність. Показано, що гаряче ізостатичне пресування у комбінації зі стандартною терміч-ною обробкою забезпечує отримання найбільш сприятливого поєднання міцнісних і пластичних характеристик, а також тривалої міцності лопаток.

ПРОГНОЗУВАННЯ МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СТАЛІ 40ХМФА НА ОСНОВІ МУЛЬТИФРАКТАЛЬНОГО АНАЛІЗУ МІКРОСТРУКТУРИ

Діана Глушкова — 2026-05-07

Мета роботи. Метою дослідження є розробка та наукове обґрунтування методу кількісної оцінки й прогнозування механічних властивостей (межі міцності на розрив, межі текучості, відносного подовження) та стійкості до сірководневого корозійно-механічного руйнування сталі 40ХМФА на основі мультифрактального аналізу параметрів її бейнітно-мартенситної мікроструктури після різних режимів термічної обробки.

Методи дослідження. Дослідження проводили на сталі 40ХМФА (0,42 % C; 0,87 % Cr; 0,25 % Mo; 0,14 % V). Зразки піддавали гартуванню з 860 °C в олії з подальшим високим відпуском у діапазоні температур 660–740 °C (крок 20 °C) з витримками 5, 30, 60 та 90 хвилин. Механічні випробування включали статичний розтяг на стандартних циліндричних зразках, визначення ударної в’язкості на зразках Шарпі з V-подібним надрізом та вимірювання твердості за методами Роквелла і Віккерса. Мікроструктурний аналіз виконували за допомогою оптичної металографії після механічного шліфування, полірування, електролітичного полірування та травлення в 4 % ніталі. Мультифрактальний аналіз зображень мікроструктури здійснювали шляхом розрахунку узагальнених розмірностей Реньї (Dq), спектру сингулярностей f(α) та похідних параметрів: D₀, Δ, K і ширини спектру Δf(α) окремо для бейнітної та мартенситної складових. Стійкість до сірководневого розтріскування оцінювали відповідно до стандартизованих методик у середовищі, насиченому H₂S.

Отримані результати. Зі збільшенням температури та тривалості відпуску спостерігається закономірне зниження міцнісних характеристик (σ_в і σ_t) та зростання пластичності (δ₅). Мультифрактальні параметри чутливо відображають еволюцію мікроструктури: зменшення D₀ сприяє покращенню пластичності, а зростання параметрів Δ та K — підвищенню опору пластичній деформації. Розроблено регресійні моделі з високими коефіцієнтами детермінації (R² = 0,86–0,95), які дозволяють достовірно прогнозувати механічні властивості виключно за мультифрактальними характеристиками мікроструктури. Показано, що тривалий відпуск при 700 °C зберігає ацикулярну морфологію, але супроводжується коагуляційним ростом карбідних частинок.

Наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає в першому системному застосуванні мультифрактального аналізу для кількісної характеристики бейнітно-мартенситної мікроструктури сталі 40ХМФА з метою прогнозування її механічних властивостей і стійкості до сірководневого корозійно-механічного руйнування. Вперше встановлено кількісні кореляції між параметрами D₀, Δ, K, Δf(α) та показниками міцності й пластичності, а також розроблено регресійні залежності, які дозволяють проводити безруйнівну оцінку властивостей матеріалу. Доведено вищу інформативність мультифрактального підходу порівняно з традиційними методами кількісної металографії при аналізі субструктурних змін.

Практична цінність. Розроблений мультифрактальний метод і регресійні моделі можуть бути використані для створення цифрових систем безруйнівного контролю якості та прогнозування довговічності трубопроводів і елементів конструкцій, що працюють в агресивних сірководневих середовищах нафтогазової та атомної енергетики. Запропонований оптимальний режим термічної обробки - гартування з 860 °C в олії з подальшим відпуском при (700 ± 10) °C протягом 90 хвилин - забезпечує раціональний баланс міцності, пластичності та корозійної стійкості сталі 40ХМФА. Це дає змогу скоротити обсяг руйнівних механічних випробувань у виробництві труб подвійного призначення.