Підвищення контактної довговічності полікристалічних систем управлінням параметрами великокутових границь зерен

Автор(и)

  • Viacheslav Kopylov Національний технічний університет «Київський політехнічних інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-1789-3226
  • Oleg Kuzin Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0003-3669-0237
  • Niсkolay Kuzin Львівська філія Дніпровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна вул. Іванни Блажкевич, 12а, м. Львів, Україна, 79052 Львівський науково-дослідний інститут судових експертиз вул. Липинського, 54, м. Львів, Україна, 79024, Україна https://orcid.org/0000-0002-6032-4598

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181441

Ключові слова:

системне моделювання, ієрархічні моделі, розрахункове матеріалознавство, полікристали, енергія границь зерен, зносотривкість

Анотація

Досліджено полікристалічні металеві системи зразків стали 40Х з різною морфологією і параметрами розподілу великокутових границь зерен за енергіями. Встановлено вплив структурно-енергетичного стану границь зерен на експлуатаційну надійність стали 40Х після покращення. На основі ієрархічного моделювання будови полікристалів запропоновані нові підходи і створено алгоритми для визначення взаємозв'язків між структурою, яка формується при технологічних обробках матеріалів і етапами життєвого циклу деталей. Виявлено, що в якості цифрового двійника структури полікристалічних сплавів, який описує їх поведінку в умовах контактних навантажень, доцільно використовувати матричне подання системної моделі з її наповненням кількісними характеристиками зерен. З використанням розроблених методик визначено шляхи технологічного управління енергетичним станом меж поділу зерен структурних складових для підвищення довговічності деталей, що працюють при контактних навантаженнях. Розроблено розрахунково-експериментальний метод для оцінки впливу кількісних характеристик структури на параметри міцності границь зерен і їх здатність до утворення межзеренних пошкоджень при зовнішніх навантаженнях. Рівень енергії границь зерен і потрійних стиків між групами зерен малого і великого розміру є вищим, ніж між зернами одного розміру. Поверхні розділу з високим рівнем енергії є місцями утворення пошкоджень при технологічних обробках і зовнішніх навантаженнях конструкційних матеріалів. Це вказує на вирішальну роль великокутових границь, розміщених між потрійними стиками з високим градієнтом енергії в процесах утворення мікроструктурно коротких тріщин і межзеренного руйнування полікристалічних систем. Використання методів ієрархічного моделювання і числового матеріалознавства дозволяє підвищувати експлуатаційну надійність виробів вибором оптимальних параметрів внутрішніх граничних поверхонь. Менша вартість життєвого циклу деталей досягається режимами термічної обробки, які змінюють кількісні характеристики структури сталей

Біографії авторів

Viacheslav Kopylov, Національний технічний університет «Київський політехнічних інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра інженерії поверхні

Oleg Kuzin, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра прикладного матеріалознавства та обробки матеріалів

Niсkolay Kuzin, Львівська філія Дніпровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна вул. Іванни Блажкевич, 12а, м. Львів, Україна, 79052 Львівський науково-дослідний інститут судових експертиз вул. Липинського, 54, м. Львів, Україна, 79024

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра рухомого складу і колії

Провідний науковий співробітник

Посилання

  1. Kopylov, V. (2016). Effect of multiphase structure of plasma coatings on their elastic and strength properties. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (83)), 49–57. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.79586
  2. Lyashenko, B. A., Stotsko, Z. A., Kuzin, O. A., Kuzin, M. O., Mikosianchyk, O. A. (2019). Determination of the optimal parameters of the structure of functional gradient materials using mathematical modelling approaches. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 92 (1-2), 13–18. DOI: https://doi.org/10.5604/01.3001.0013.3183
  3. Popov, V. L. (2017). Contact Mechanics and Friction. Physical Principles and Applications. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-53081-8
  4. Kuzin, O. A., Bespalov, S. A., Meshcheryakova, T. M. (2001). Specific Features of Fracture of Improved 40Kh Steel under Conditions of Contact Interaction. Materials Science, 37 (3), 473–479. doi: https://doi.org/10.1023/A:1013214323569
  5. Durham, S. D., Padgett, W. J. (1997). Cumulative Damage Models for System Failure with Application to Carbon Fibers and Composites. Technometrics, 39 (1), 34–44. doi: https://doi.org/10.2307/1270770
  6. McEvily, A. J. (2013). Metal Failures: Mechanisms, Analysis, Prevention. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781118671023
  7. Zohdi, T. I., Wriggers, P. (Eds.) (2005). An Introduction to Computational Micromechanics. Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-32360-0
  8. Kundu, T. (2008). Fundamentals of Fracture Mechanics. CRC Press, 304.
  9. Lebedev, A. A., Muzyka, N. R., Volchek, N. L. (2003). Metod diagnostiki sostoyaniya materiala po parametram rasseyaniya harakteristik tverdosti. Zavod. lab., 12, 49–51.
  10. Lebedev, A. A., Muzyka, N. R., Volchek, N. L. (2003). Noviy metod otsenki degradatsii materiala v protsesse narabotki. Zaliznychnyi transport Ukrainy, 5, 30–33.
  11. Louisette, P. (2013). Grain boundaries. From theory to engineering. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-94-007-4969-6
  12. Kaybyshev, O. A., Valiev, R. Z. (1987). Granitsy zeren i svoystva metallov. Moscow: Metallurgiya, 214.
  13. Kuzin, O. A., Kuzin, M. O. (2013). Struktura i mizhzerenna poshkodzhuvanist stalei. Ukrainska akademiya drukarstva, naukovi zapysky, 4 (45), 99–115.
  14. Romaka, L., Romaka, V. V., Melnychenko, N., Stadnyk, Y., Bohun, L., Horyn, A. (2018). Experimental and DFT study of the V–Co–Sb ternary system. Journal of Alloys and Compounds, 739, 771–779. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.198
  15. McDowell, D. L., Olson, G. B. (2008). Concurrent design of hierarchical materials and structures. Scientific Modeling and Simulation SMNS, 15 (1-3), 207–240. doi: https://doi.org/10.1007/s10820-008-9100-6
  16. Kuzin, O. A. (2000). Control over the Properties of Microalloyed Steels by the Parameters of Internal Interfaces. Materials Science, 36 (5), 755–760. doi: https://doi.org/10.1023/A:1011324311526
  17. Kuzin, O. A., Meshcheriakova, T. M., Bespalov, S. A. (1999). Vykorystannia ionno-plazmovoho travlennia dlia analizu strukturno-enerhetychnoho stanu vnutrishnikh poverkhon rozdilu. Visnyk Derzhavnoho universytetu «Lvivska politekhnika». Optymizatsiya vyrobnychykh protsesiv i tekhnichnyi kontrol u mashynobuduvanni i pryladobuduvanni, 359, 73–76.
  18. Dergach, T. A. (2014). Analysis of quality features corrosion-resistant ferritic-austenitic steels in order to expand the range of use. Metaloznavstvo ta termichna obrobka metaliv, 3 (66), 20–29.
  19. Rohrer, G. S. (2011). Grain boundary energy anisotropy: a review. Journal of Materials Science, 46 (18), 5881–5895. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-011-5677-3
  20. Marx, M., Schaef, W., Vehoff, H. (2010). Interaction of short cracks with the local microstructure. Procedia Engineering, 2 (1), 163–171. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2010.03.018

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-10-23

Як цитувати

Kopylov, V., Kuzin, O., & Kuzin, N. (2019). Підвищення контактної довговічності полікристалічних систем управлінням параметрами великокутових границь зерен. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(12 (101), 14–22. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181441

Номер

Том 5 № 12 (101) (2019): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Viacheslav Kopylov, Oleg Kuzin, Niсkolay Kuzin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.