Данилейко О. О. Підвищення експлуатаційних властивостей сталевих виробів комбінованою лазерною термомеханічною поверхневою обробкою

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U101913

Облікова картка дисертації

0823U101913.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 131 - Прикладна механіка

Спеціалізована вчена рада

ДФ 26.002.81; ID 3866

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Анотація

У дисертаційній роботі висвітлюються способи підвищення надійності та довговічності інструментів зі сталі 30ХГСА, які використовуються в дробарках ударного типу, а також корпусів коронок для колонкового буріння комбінованою лазерною термомеханічною поверхневою обробкою. Завдяки отриманим результатам проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено спосіб термомеханічної поверхневої обробки металевих виробів за роздільною схемою, відповідно до якої передбачається спочатку проведення пластичної деформації поверхневого шару виробу високошвидкісним потоком із сферичними дрібнорозмірними частками протягом визначеного часу (для утворення подрібненої активованої структури та шорсткості текстури на поверхні), а потім – термообробку з високошвидкісним нагріванням лазерним променем поверхні деталі до температури області стабільного аустеніту, та подальшим миттєвим охолодженням із швидкістю вище критичної швидкості гартування. Запропоновано алгоритм визначення технологічних режимів комбінованої термомеханічної поверхневої обробки інструментів зі сталі 30ХГСА з використанням дробоструминної (далі – ДСО) і лазерно-термічної (далі – ЛТО) обробок, а також з урахуванням кута нахилу струменевого потоку при ДСО. Встановлено, що при ЛТО без оплавлення ефект поверхневого пластичного деформування в зміцненому поверхневому шарі зберігається. При ДСО з подальшою ЛТО глибина зміцненого шару в 1,4 рази більша, порівняно з окремою ЛТО, і в ~14 раз більша, порівнюючи з окремою ДСО. Спільна деформаційна дія динамічних інструментів при ДСО, низькочастотній ударній обробці та подальшій термічній дії лазерного променя сприяють значній зміні структурного і напруженого станів та справляють суттєвий вплив на зміну глибини, мікротвердості та зношування деталей. Визначено, що при динамічній дії дробоструминної обробки розмір кристалітів менший у ~ 1,5 рази, як порівняти з вихідним матеріалом без зміни фазового складу. При гартуванні лазерним променем розмір кристалітів заліза менший майже в 2 рази, порівнюючи з дією ДСО, і майже в 3 рази, порівнюючи з вихідним станом матеріалу. Наукова новизна роботи полягає в тому, що в ній уперше: 1. Розроблено комбінований спосіб лазерного термомеханічного зміцнення з попереднім нанесенням відповідної текстури на поверхні деформаційним інструментом і подальшим лазерним гартуванням високопотужним лазером, експериментально визначено оптимальні технологічні режими зміцнення виробів зі сталі 30ХГСА, що забезпечує не тільки підвищення глибини зміцнення та покращує фізико-механічні властивості поверхневого шару, а й підвищує зносостійкість виробів у більш ніж 13 разів. 2. Запропоновано алгоритм визначення оптимальних технологічних режимів за критерієм глибини зміцненого шару для визначення ефективної схеми комбінованої лазерної термомеханічної обробки інструментів із середньолегованих сталей. 3. Запропоновано розрахунково-експериментальну залежність для визначення зони деформаційного впливу під час охолодження при використанні комбінованого лазерного термомеханічного зміцнення за суміщеною схемою. 4. Визначено зміни глибини, мікротвердості, розміру і ступеня деформації кристалітів, величини внутрішніх залишкових напружень, а також зносо- та корозійної стійкості зразків, зміцнених одиничними та комбінованими термомеханічними способами обробки з використанням динамічної деформаційної дії інструментів та термічної дії лазерним променем. Практичне значення отриманих результатів полягає в такому: • спроектовано і виготовлено експериментальну установку з числовим програмним керуванням та розроблено керуючі програми для оздоблювально-зміцнювальної обробки металевих виробів з використанням термічної дії лазерного променя та деформаційної (зокрема ударної) дії деформуючого інструмента, а також модернізовано установку та пристрої для досліджень; • удосконалена методика визначення глибини зміцненого шару після термодеформаційного процесу поверхневого зміцнення. • розроблено та випробувано у виробничих умовах технологічні процеси комбінованої лазерної обробки, зокрема в умовах ДП завод «Генератор», Державного концерну «Укроборонпром» та Приватному акціонерному товаристві «Хорольський механічний завод». • результати дисертаційної роботи використовуються для підготовки фахівців зі спеціальності 131 «Прикладна механіка» в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», для проведення експериментальних досліджень за різноманітними науковими темами та проєктами. Результати дисертаційної роботи, зокрема, були використані у межах досліджень наукового проєкту № 0121U113829 «Підвищення зносо та корозійної стійкості сталевих виробів комбінованим методом поверхневої лазерно механічної обробки». Упровадження запропонованого комбінованого способу зміцнення сприятиме підвищенню ефективності виробництва за рахунок автоматизації процесів термомеханічної обробки по контуру деталей складної форми зі сталі 30ХГСА, а також із тугоплавких металів.

Читати повністю

Публікації

Lesyk D., Matrinez S., Mordyuk B., Dzhemelinskyi V., Danyleiko O. Combined laser ultrasonic surface hardening process for improving the properties of metallic products. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Advances in Design, Simulation and Manufacturing. Switzerland: Springer International Publishing, 2018. P. 97-107. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93587-4_11.

Dzhemelinskyi V., Lesyk, Goncharuk D., Danyleiko O. Surface hardening and finishing of metallic products by hybrid laser-ultrasonic treatment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. № 1(12 91). P. 35-42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.124031.

Lesyk D., Matrinez S., Mordyuk B., Dzhemelinskyi V., Danyleiko O. Effects of the combined laser-ultrasonic surface hardening induced microstructure and phase state on mechanical properties of AISI D2 tool steel. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II. Switzerland: Springer International Publishing, 2020. P. 188-198. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_19.

Danyleiko O., Dzhemelinskyi V., Lesyk D. Increasing wear and corrosion resistance of steel products by combined laser thermomechanical treatment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. № 6 (1-114). P. 72-80. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247552.

Lesyk D., Hruska M., Dzhemelinskyi V., Danyleiko O., Honner M. Selective surface modification of complexly shaped steel parts by robot-assisted 3D scanning laser hardening system. Lecture Notes in Networks and System. New Technologies, Development and Application V. Switzerland: Springer International Publishing, 2022. V. 472. P. 30-36. https://doi.org/10.1007/978-3-031-05230-9_3.

Джемелінський В. В., Лесик Д. А., Салій С. С., Данилейко О. О. Забезпечення якості поверхневого шару дрібнорозмірних деталей комбінованою оздоблювально-зміцнювальною обробкою. Вібрації в техніці та технологіях. 2016. № 1(81). С. 81-85.

Лесик Д. А., Джемелінський В. В., Данилейко О. О., Хижевський В. В. Дослідження мікрорельєфу та структури поверхневого шару при лазерній та ультразвуковій термодеформаційній обробці інструментальної сталі. Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Серія «Машинобудування». 2016. № 3(78). С. 58-64.

Лесик Д. А., Джемелінський В. В., Мордюк Б. М., Прокопенко Г. І., Данилейко О. О. Визначення оптимальних режимів комбінованого лазерно ультразвукового зміцнення інструментів сталі Х12МФ. Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Серія «Нові рішення в сучасних технологіях». 2017. № 23(1245). С. 27-35. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2017.23.05.

Lesyk D., Dzhemelinskyi V., Martinez S., Lamikiz A., Danyleiko O., Hyzhevskyi V. Laser transformation hardening effect on hardening zone features and surface hardness of tool steel AISI D2. Mechanics and Advanced Technologies. 2017. №1(79). P. 26-33. http://dx.doi.org/10.20535/2521-1943.2017.79.95851.

Джемелінський В. В., Лесик Д. А., Данилейко О. О., Бернацький А. В. Підвищення ефективності поверхневого зміцнення металевих виробів комбінованою термодеформаційною обробкою. Вібрації в техніці та технологіях. 2020. № 1(96). С. 103-110. http://dx.doi.org/10.37128/2306-8744-2020-1-11.

Данилейко О. О., Джемелінський В. В., Лесик Д. А. Поліпшення якості поверхневого шару сталі 30ХГСА комбінованою лазерно деформаційною обробкою. Прогресивні технології в машинобудуванні : матеріали VII міжнар. наук.-техн. конф., м. Львів-Звенів, 5 9 лютого 2018 р. С. 41-43.

Lesyk D., Mordyuk B., Dzhemelinskyi V., Prokopenko G., Danyleiko O. Influence of ultrasonic impact treatment on surface topography and microstructure of AISI 321 stainless steel. International trends in Science and Technology : Proceedings of 2nd International Scientific and Practical Conference, Warsaw. 2018. № 3(10). V. 2. P. 3-8.

Лесик Д. А., Джемелінський В. В., Данилейко О. О., Скляр А. Можливості відновлення поверхонь деталей автомобілів комбінованою лазерно-деформаційною адитивною технологією. Сучасні технології на автомобільному транспорті та машинобудуванні : матеріали міжнар. наук. практ. конф., м. Харків, 15-18 жовтня 2019 р. Харків, 2019. С. 164-166.

Lesyk D., Dzhemelinskyi V., Danyleiko O., Salii S. Surface finishing of complexly shaped metal parts by vibratory treatment combined with magnetic treatment. International Trends in Science and Technology : Proceedings of the XVII International Scientific and Practical Conference, Warsaw, September 30, 2019. Warsaw, Poland : RS Global Sp. Z O. O., 2019. V. 1. P. 16-20.

Данилейко О. О., Джемелінський В. В., Лесик Д. А. Технологічне забезпечення якості поверхневого шару сталі 45 комбінованою лазерно ультразвуковою обробкою. Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем : матеріали IX міжнар. наук. практ. конф., м. Чернігів, 14-16 травня 2019 р. Чернігів : ЧНТУ, 2019. Т. 1. С. 94-95.

Лесик Д. А., Джемелінський В. В., Данилейко О. О. Перспективи використання комбінованої лазерно гідроструменевої обробки металевих деталей. Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем : матеріли Х міжнар. наук. практ. конф., м. Чернігів, 29 30 квіт. 2020 р. Чернігів : ЧНТУ, 2020. Т. 1. С. 165-166.

Данилейко О. О., Джемелінський В. В., Лесик Д. А. Підвищення зносостійкості металевих виробів комбінованою термодеформаційною обробкою. Прогресивна техніка, технологія та інженерна освіта : матеріали ХХІ міжнар. наук. техн. конф., м. Київ, 6 9 жовтня 2020 р., Київ, 2020. С. 110-113.

Данилейко О. О., Джемелінський В. В., Бернацький А. В., Лесик Д. А. Вплив дробоструминного зміцнення з наступним лазерним термозміцненням на якість поверхневого шару сталі 30ХГСА. Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем : матеріали XIII міжнар. наук. практ. конф., м. Чернігів, 25-26 травня 2023 р. Чернігів : ЧНТУ, 2023. Т. 2. С. 111.

Читати повністю

Файли

autoreferat-Анатоція до дисертації Данилейко О-О-.docx

editrequest-Лист до УкрІНТЕІ_PhD_Данилейко О-О-.pdf

evolution-Рішення_разової_вченої_ради_Данилейко_О_О.pdf

ДИСЕРТАЦІЯ_PhD_Данилейко О- О- PDFA.pdf

Схожі дисертації

0824U000270

Іванова Лариса Петрівна

Технологічне забезпечення точності шліфованих деталей за рахунок керування тепловим режимом технологічних рідин

0823U101977

Іщенко Олексій Антонович

Напружено-деформований стан тонкостінних оболонок реактора ВВЕР-1000 при максимальній проєктній аварії

0823U101983

Ярмоленко Олександр Сергійович

Підвищення продуктивності пластичного формоутворення з латуні вісесиметричних виробів із змінною товщиною стінки великої довжини

0823U101603

Перепелиця В’ячеслав Ігорович

Система гідравлічних приводів синхронізації робочих рухів автоматизованої установки для формування заготовок цегли

0823U101351

Майструк Павло Володимирович

Синтез дискретно-континуальних міжрезонансних коливальних систем вібраційних машин з електромагнітним приводом