Об’єкт дослідження – внутрішні та зовнішні поверхні поділу конструкційних сталей і сплавів та виробів.
Предмет дослідження – опір утворенню міжзеренних пошкоджень і інтеркристалітному руйнуванню конструкційних сталей і сплавів під дією силового навантаження в залежності від структурно-енергетичного стану внутрішніх поверхонь поділу; технологічні режими керування структурою для усунення інтеркристалітного сколу; підвищення експлуатаційної надійності виробів.
Метою роботи є створення наукових основ, моделей та методів управління структурно-енергетичним станом поверхонь поділу структурних складових при отриманні виробів з підвищеними параметрами надійності з врахуванням умов їх експлуатації.
Методи досліджень: в роботі використана загальна системна методологія, згідно якої розглядалась складна ієрархічна будова сплавів, що досліджувались. Аналіз структури проводився на основі концепції інваріантного моделювання. Застосовували енергетичний та структурно-феноменологічний підходи механіки, суть яких полягає у розгляді структури на різних рівнях ієрархії, встановленні її керівних параметрів та побудові відповідної узагальненої моделі. Вплив структурно-енергетичних характеристик внутрішніх поверхонь поділу на властивості сплавів аналізували методами фізичного матеріалознавства. Використовували металографічні дослідження, сканувальну та електронну мікроскопію, рентгеноструктурний, мікрорентгеноспектральний та фрактографічний аналізи, оже-електронну мікроскопію. Визначали також мікротвердість, LM-твердість, проводили механічні випробування на розтяг і ударний згин при температурах від -196°С до +100°С. Виконана оцінка структурно-енергетичного стану поверхонь поділу зерен після іонно-плазмового травлення зразків, здійснено системне комп’ютерне моделювання властивостей полікристалічних сплавів. Проведені дослідження міцністних параметрів їх поверхонь за допомогою відкритого пакету скінчено-елементного аналізу FEniCS на мові Python.
Структуровані та систематизовані результати проведеного комплексу експериментальних і теоретичних досліджень є науковими засадами нового підходу до підвищення експлуатаційної надійності полікристалічних систем шляхом вибору оптимальних параметрів енергетичного стану поверхонь поділу структурних складових.
Запропоновані наукові основи і експериментально обґрунтований концептуальний підхід вибору раціональних технологій обробки деталей шляхом використання сукупності системних, енергетичних та градієнтних моделей в якості цифрових двійників структури поверхонь поділу для отримання виробів із заданим життєвим циклом.
З використанням енергетичного підходу опису континуальних нелокальних середовищ побудовані математичні співвідношення моделі полікристалічних систем. Показано, що на схильність до утворення міжзеренних пошкоджень і руйнування сплавів мають вплив не тільки абсолютні значення параметрів властивостей мікрооб’ємів, але і їх градієнт.
Нові методологічні підходи зернограничного конструювання структури дозволили визначити шляхи управління структурно-енергетичним станом поверхонь поділу при використані технологій зварювання, термічної обробки, легування, мікролегування та поверхневого зміцнення, що забезпечують підвищення параметрів довговічності, ресурсу і безвідмовності виробів при зменшенні вартості їх життєвого циклу.
Отриманий в роботі критерій міжзеренної міцності використовується при визначені причин руйнування конструкцій, а також при оптимізації технологій виготовлення відповідальних деталей, які працюють в умовах інтенсивних динамічних і контактних навантажень.
Результати, отримані в дисертації, можуть ефективно використовуватись при виборі раціональних режимів зварювання, поверхневого зміцнення, термічної обробки, легування, мікролегування для наукового обґрунтування технологічних рішень по підвищенню опору до утворення міжзеренних пошкоджень і тріщин в деталях, що працюють в умовах інтенсивних зовнішніх впливів.
