Олексієнко Сергій Олександрович. Вплив неметалевих включень на підвищення довговічності конструкційних матеріалів поверхневою модифікацією

brief description

Олексієнко Сергій Олександрович. Вплив неметалевих включень на підвищення довговічності конструкційних матеріалів поверхневою модифікацією : дис... канд. техн. наук: 05.02.01 / Чернігівський держ. технологічний ун-т. — Чернігів, 2006. — 180арк. — Бібліогр.: арк. 159-172

Олексієнко С.О. Вплив неметалевих включень на підвищення довговічності конструкційних матеріалів поверхневою модифікацією. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 Матеріалознавство. Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича, Національна академія наук України. Київ, 2006.
Дисертація присвячена комплексній оцінці основних закономірностей впливу хімічної природи неметалевих включень (НМВ) в сталі на її довговічність та ефективність поверхневої модифікації і розробці на цій основі синергічних металохелатуючих композицій (СМХК) на вторинній сировині з пониженою екологічною небезпекою та з високою ефективністю підвищення довговічності сталі в агресивних середовищах наномасштабним поверхневим металохелатуванням.
Встановлено ряди небезпеки НМВ в сталі 20, Х18Н10Т модельних плавок: оксиди, нітриди, сульфіди та пластичні силікати) за електрохімічною гетерогенністю, наводнюванням в NACE та ін. наводнювальних технологічних середовищах; за концентрацією термічних (мозаїчних), механічних напружень на міжфазній границі Ме-НМВ. Вперше виявлені нові фактори впливу НМВ на довговічність, експлуатаційну надійність, водневу деградацію сталі: електросорбційна валентність, за якою визначена превалююча роль оксидів в механізмі руйнування сталі за участю позитивно заряджених іонів Н+і сульфідів за участю негативно заряджених іонів водню Н-; негативний диференц-ефект, що пришвидшує руйнування сталі, в залежності від НМВ, при статичному та малоцикловому навантаженні. Розроблені, на основі кореляцій показників фізико-хімічних явищ на поверхні, в поверхневому шарі та об’ємі металу, з характеристиками синергістів, активні синергічні металохелатуючі композиції, ефективні для поверхневої модифікації сталі для підвищення її довговічності, експлуатаційної надійності та екологічної безпеки. Результати роботи знайшли практичне застосування на виробництві та в учбовому процесі.

В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової і прикладної задачі матеріалознавства підвищення довговічності сталі, з врахуванням впливу неметалевих включень, поверхневою модифікацією наномасштабним металохелатуванням.
1. Розвинуто і поглиблено теоретичні уявлення про основні закономірності та механізм впливу неметалевих включень НМВ (на прикладах сталі 20, Х18Н10Т модельних плавок): оксидів (глиноземисті шпінелі), сульфідів (FeSMnS), пластичних силікатів (хFeOуMnOzSiO2) і нітридів титану (TiN) на довговічність сталі в експлуатаційних умовах, що базуються на оцінці термодинамічних та кінетичних параметрів гетерогенних процесів, адсорбції на поверхні сталі з різними НМВ, особливостях фізико-хімічних явищ в об’ємі та робочому шарі деталей (наводнювання) при їх статичному та малоцикловому навантаженні в технологічних середовищах з різною агресивністю.
2. Встановлені ряди небезпеки НМВ за електрохімічною гетерогенністю, наводнюванням (Сульфіди > Оксиди > Пластичні силікати > Нітриди), за концентрацією на міжфазній границі Ме-НМВ термічних (мозаїчних) напружень stang(Оксиди > Пластичні силікати > Нітриди), за відносним коефіцієнтом концентрації механічних напружень КЕ(Пластичні силікати > Сульфіди >Оксиди > > Нітриди).
За більшістю показників найменш небезпечні в середовищі NACE нітридні неметалеві включення.
3. Виявлені суттєві впливові фактори дії НМВ на довговічність сталі в умовах водневої деградації. За електросорбційною валентністю fNв механізмі руйнування за участю позитивно заряджених іонів водню Н+,превалююча роль належить оксидам:Оксиди > Пластичні силікати > Нітриди > Сульфіди, а за участю Н- сульфідам: Сульфіди > Пластичні силікати > Нітриди > Оксиди; за негативним диференц-ефектом, що знижує довговічність при статичному та малоцикловому навантаженні сталі 20, ряд небезпеки НМВ становить:Сульфіди>Оксиди>Пластичні силікати> Нітриди; для Х18Н10Т (Оксиди > Сульфіди > Нітриди); мінімальному струму обміну за воднему нітридів відповідає найменше значення роботи виходу електрону Фм.
4. Розроблено наукові принципи створення ефективних синергічних металохелатуючих композицій (СМХК) на вторинній сировині (регіональні відходи виробництва: капролактам ВАТ Хімволокно”, МП РХП Азот” та ін.) для підвищення довговічності сталі, з різними НМВ, поверхневою модифікацією, які полягають у кількісній оцінці і встановленні чисельних кореляційних залежностей металофізичних, фізико-механічних властивостей сталі та фізико-хімічних СМХК (адсорбційні, захисні властивості та ін. електронні та термодинамічні характеристики синергістів).
5. Розкрито природу адсорбційних явищ на сталях і встановлено вплив НМВ на хемосорбційні процеси при металохелатуванні та його активізацію при зниженні роботи виходу електрону та гальмування НДЕ: адсорбція здійснюється за двома механізмами блокувальним та енергетичним на рівномірно-неоднорідній поверхні сталі (Сульфіди > Нітриди > Оксиди > Пластичні силікати), за ізотермою Тьомкіна. Розраховано коефіцієнти синергізму підвищення довговічності сталі наномасштабним поверхневим металохелатуванням з врахуванням впливу НМВ: Сульфіди > Нітриди > Пластичні силікати > Оксиди (від 1,6 до 1,2), при малоцикловому навантаженні.
За більшістю показників найбільш благоприємні неметалеві включення нітриди. Найбільш небезпечні НМВ в агресивному середовищі NACE сульфіди.
6. Розроблено рецептуру оптимальної синергічної металохелатуючої композиції (СМХК), мастильно-охолоджувальної рідини (МОР) на вторинній сировині для підвищення довговічності сталі, з різними НМВ, ще на етапі формоутворення деталей та їх подальшої експлуатації в агресивних технологічних середовищах: Ккрв хлоридному середовищі з рН3 максимальний у нітридів (147,5), мінімальний у сульфідів (115,0), показник наводнювання Vнв NACE мінімальний у нітридів (6,9), максимальний у оксидів (15,0), що обумовлює найвищу малоциклову витривалість у нітридів (15250 циклів до руйнування) і найменшу у оксидів (9350).
7. Визначена прогнозна екологічна оцінка розроблених СМХК, МОР, що за сумарним індексом токсичності (К,СМХК=21,2, К,МОР=15,2) відносяться до 4 класу небезпеки мало небезпечні матеріали, та встановлена техніко-економічна та соціально-екологічна ефективність підвищення довговічності сталі поверхневою модифікацією СМХК, МОР на вторинній сировині (з утилізацією відходів виробництва, споживання), що складає Е=Еі= 65000грн/рік, із запобіжним екологічним збитком W= 42061 грн/рік.
8. Результати роботи знайшли практичне використання на виробництві: ВАТ Хімволокно”, ВАТ ЧеЗаРа”, ТОВ ТехНова”, ВАТ Чернігівський інструментальний завод”.