Barsuk A. A Project-experimental Approach to the Development of Technological Measures to Increase the Wear Resistance of Cast Iron for Castings Operating Under Conditions of Abrasive Friction

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0826U002983

Thesis Registration Form

0826U002983.pdf

Applicant for

Specialization

  • 136 - Металургія

28-08-2026

Specialized Academic Board

PhD 15062

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Essay

The object of the study is cast iron for castings operating under abrasive friction conditions. The subject of the study the optimal composition of cast iron and alloying elements that ensure maximum values for wear resistance, hardness, tensile strength, and impact toughness. The aim of the dissertation is to develop a design-experimental approach in the development of technological measures to increase the wear resistance of cast iron for castings operating under abrasive friction conditions, based on the synthesis of optimal chemical compositions of cast iron and the subsequent practical implementation of relevant technological solutions. For the first time, a mathematical model σb=f1(C; Ceq; Ti) has been constructed, which allows determining the behavior of the tensile strength of cast iron when changing the carbon content and carbon equivalent of cast iron with different alloying with titanium, and the chemical composition of cast iron was optimized according to the criterion of maximizing the tensile strength. For the first time, a mathematical model Kwr=f2(C; Ceq; Ti) has been constructed, which allows determining the behavior of the wear resistance coefficient of cast iron when changing the carbon content and carbon equivalent of cast iron with different alloying with titanium, and the chemical composition of cast iron was optimized according to the criterion of maximizing the wear resistance coefficient. For the first time, a mathematical model HRC=f(C; Ceq; Ti) has been constructed, which allows determining the behavior of the hardness of cast iron when changing the carbon content and carbon equivalent of cast iron with different alloying with titanium, and the chemical composition of cast iron was optimized according to the criterion of maximizing hardness. For the first time, a mathematical model an=f(C; Ceq; Ti) has been developed, which allows determining the behavior of cast iron’s impact toughness as the carbon content and carbon equivalent of the cast iron vary under different titanium alloying conditions, and the chemical composition of the cast iron has been optimized to maximize impact toughness, and the specific effects of combined titanium and boron alloying on the impact toughness of cast iron have been determined Further research has been conducted on the selection of optimal alloying systems, taking into account the varying effects of alloying elements on the properties of wear-resistant cast iron. – Practical recommendations are provided for designers on selecting the chemical composition of cast iron to meet tensile strength requirements, and for process engineers on the optimal composition of the charge and the selection of titanium alloying conditions for the cast iron composition chosen by the process engineers, which ensure maximum tensile strength of the cast iron; – practical recommendations are provided for ensuring high wear resistance in cast iron used to manufacture components operating under conditions of intense abrasive friction, achieved by optimizing the chemical composition of the cast iron to maximize the wear resistance coefficient, with the possibility of flexibly selecting an optimal adjustment regime for silicon and manganese content by adding ferrosilicon and ferromanganese; – a methodology is presented for selecting optimal approaches to increasing the hardness of cast iron for components such as “mixer blades,” whose surfaces are subjected to intense friction from abrasive elements, through the combined alloying of cast iron with titanium and the addition of ferroalloys that influence both the graphitization process and the carbide formation process; – a methodology is provided for selecting the chemical composition of wear-resistant cast iron for components operating under abrasive friction conditions, which can be used to calculate and optimize the charge composition based on the cost of raw materials while simultaneously meeting a set of requirements for the mechanical properties of the cast iron—either hardness or tensile strength, wear resistance coefficient, and impact toughness; – practical recommendations are provided for alloying cast iron with boron, chromium, nickel, and vanadium; following these recommendations increases the hardness and wear resistance of the cast iron and, consequently, extends the service life of the blades in asphalt mixers; – the results obtained in this dissertation can be implemented in the foundries of machine-building enterprises. Keywords: wear resistance of cast iron, abrasive friction, alloying, alloying elements, carbon equivalent, mechanical properties, hardness, wear resistance coefficient, impact toughness, mixer blades, induction melting, microstructure, casting, structural and phase characteristics, phase composition, chemical composition, wear-resistant structure, titanium carbides, durability of parts operating under abrasive wear conditions, wear-resistant coatings, surface hardening.

Read more

Research papers

1. Kharchenko, S., Barsuk, A., Karimova, N., Nanka, A., Pelypenko, Y., Shevtsov, V., Morozov, I., Morozov, V. (2021). Mathematical model of the mechanical properties of Ti-alloyed hypoeutectic cast iron for mixer blades. EUREKA: Physics and Engineering, 3, 99–110. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2021.001830

2. Frolova, L., Barsuk, A., Nikolaiev, D. (2022). Revealing the significance of the influence of vanadium on the mechanical properties of cast iron for castings for machine-building purpose. Technology Audit and Production Reserves, 4 (1 (66)), 6–10. doi: http://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.263428

3. Barsuk, A. (2022). Optimization of the composition of cast iron for cast parts operating under abrasive friction, according to the criterion of maximum wear resistance. ScienceRise, 6, 14–20. doi: http://doi.org/10.21303/2313-8416.2022.002775

4. Barsuk, A. (2024). Development of the hardness mathematical model of Ti-alloyed iron for cast parts used in conditions of intensive abrasive friction. Technology Audit and Production Reserves, 3 (1 (77)), 6–9. doi: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.301156/

5. Barsuk, A., Makarenko, D., Trenov, M., Sevoian, A. (2024). Identification of regularities of the influence of titanium on the impact toughness of hypoeutectic wear-resistant cast iron and assessment of the efficiency of its additional alloying with boron. ScienceRise, 2, 43–51. http://doi.org/10.21303/2313-8416.2024.003629

Барсук А. С., Дьомін Д. О. Підвищення зносостійкості чавунних виливків для роботи в умовах абразивного тертя. XХI Міжнародна науково-практична конференція «Інфор-маційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я. MicroCAD-2023» URI: https://zp.edu.ua/uploads/dept_s&r/2024/conf/1.5/NMGCA-2024.pdf

Барсук А. С. Вплив складу чавуну для литих деталей, що працюють в умовах абразив-ного тертя, на зносостійкість XІX міжнародна науково-практична конференція «ЛИТВО. Металургія. 2023», 10-12 жовтня 2023 року. URI: https://ptima.nas.gov.ua/images/stories/Conf/

Барсук А. С. Визначення твердості ti-легованого чавуну для виливків з підвищеними вимогами до зносостійкості/ XХII Міжнародна науково-практична конференція «ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ: НАУКА, ТЕХНІКА, ТЕХНОЛОГІЯ, ОСВІТА, ЗДОРОВ’Я. MicroCAD-2024». URI: https://ndch.kpi.kharkov.ua/wp-content/uploads/2025/01/Zbirnik-tez-MicroCAD-2024.pdf

Барсук А. С. Визначення твердості доевтектичного зносостійкого Ti-легованого чаву-ну для деталей, що експлуатуються в умовах абразивного тертя. XX Ювілейна міжна-родна науково-практична конференція «Литво 2024» ХIII Міжнародної науково-практичної конференції металургія 2024, 28 – 30 травня 2024 р. URI: https://ptima.nas.gov.ua/index.php/?view=article&id=434:zmistlytvometalurhiia2024&catid=9

Барсук А. С., Дьомін Д. О. Синтез складу чавуну, легованого титаном, за критерієм мак-симуму коефіцієнту зносостійкості. Збірник тез ХVІІ Міжнародної науково-технічної конференції «НЕМЕТАЛЕВІ ВКРАПЛЕННЯ І ГАЗИ У ЛИВАРНИХ СПЛАВАХ», Запо-ріжжя, 26-27 листопада 2024 року, с. 68–70. URI: https://repository.kpi.kharkov.ua/items/46f6191e-f16d-4058-ae06-2d168e34911f

Барсук А. С. Закономірності впливу титану на ударну в'язкість доевтектичного зносо-стійкого чавуну [Електронний ресурс] / А. С. Барсук // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я = Information technologies: science, engineering, technology, education, health : тези доп. 33-ї міжнар. наук.-практ. конф. MicroCAD-2025, 14-17 травня 2025 р. / ред. Є. І. Сокол ; уклад. Г. В. Лісачук ; Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т" [та ін.]. – Електрон. текст. дані. – Харків : НТУ "ХПІ", 2025 – С. 366. URI https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/90367

Барсук А. С. Оцінка ефективності додаткового легування доевтектичного зносостійкого чавуну бором [Електронний ресурс] / А. С. Барсук // Литво. Металургія. 2025 = Foundry. Metallurgy. 2025 : матеріали 21-ї Міжнар. наук.-практ. конф., 27-29 травня 2025 р. / Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т" [та ін.] ; заг. ред. О. І. Пономаренко. – Електрон. текст. дані. – Харків; Київ, 2025. – С. 29-30. – URI: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/90470

Барсук А. С. Систематизовані ретроспективні дані щодо показників ефективності інду-кційної плавки. ХІХ Міжнародна науково-практична конференція магістрантів та аспі-рантів «Теоретичні та практичні дослідження молодих вчених» (19–21 листопада 2025 року): матеріали конференції / за ред. проф. Є.І. Сокола. – Харків : НТУ «ХПІ», 2025. – 881, с. 783-784. URI: https://web.kpi.kharkov.ua/masters/wp-content/uploads/sites/135/2026/01/Programa-roboty-konferentsiyi-2025-1.pdf

Барсук А.С. Хімічний склад та твердість комплексно легованого зносостійкого чавуну за даними промислових плавок. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: тези доповідей ХXХІV міжнародної науково-практичної конференції MicroCAD-2026. Харків: НТУ «ХПІ», (2026), 462. URI: https://zenodo.org/records/20205455

Барсук А.С. Визначення можливостей забезпечення комплексних вимог по властивос-тям зносостійкого чавуну. Литво. Металургія. 2026: Матеріали XXІІ Міжнародної на-уково-практичної конференції. Харків: НТУ «ХПІ», 2026. C. 26–27. URI: https://ptima.nas.gov.ua/index.php/instytut/dovidka-pro-instytut?view=article&id=477:zmistlytvometalurhiia2026&catid=9:pages

Read more

Files

autoreferat-Анотація Барсук.pdf

Дисертація Барсук_Готово.pdf

Similar theses

0826U003584

Mykola Trenov

IMPROVEMENT OF MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF ALUMINUM ALLOYS USING NANODISPERSED MATERIALS

0826U003011

Pavlo S. Penziev

Design and technological engineering of complex body castings with the possibility of controlling the structure and mechanical properties of the alloy

0826U002985

Denys Nikolaiev

Determination of Optimal Ways of Remelting Various Nomenclature Charges to Obtain Black Alloys With Specified Properties Intended for Shaped Casting

0826U002818

Oleh V. Chystiakov

Influence of Elastic Vibrations and Thermo-Temporal Treatment on Crystallization Processes in Metallic Systems

0826U002661

Ivan F. Likhatskyi

Development of casting high-entropy alloys with increased aluminium content and technologies for their production