Відділ має багаторічну історію, яка почалося в 1955 р. у напівзруйнованій башті по вул. Тімірязєвській, 2 (теперішня вулиця Садово-Ботанічна) на території тодішнього Інституту металокераміки і спеціальних сплавів АН УРСР. Вченими-ентузіастами, співробітниками відділу було створення лабораторне і стендове експериментальне устаткування для проведення досліджень механічних властивостей металокерамічних і композиційних матеріалів, які були потрібні країні для розвитку нових галузей техніки, освоєння космічного простору, для розбудови обороноздатності країни. За короткий час було розроблено і змонтовано унікальні випробувальні установки і стенди для дослідження міцності нових класів матеріалів та працездатності елементів конструкцій авіаційної, енергетичної, ракетно-космічної та інших найпрогресивніших та наукоємних галузей техніки. Ці роботи були значно розширені за рахунок створення в 1966 році Інституту проблем міцності АН УРСР на базі сектору міцності Інституту металокераміки і спецсплавів АН УРСР (в 1964 р. перейменованого в Інститут проблем матеріалознавства АН УРСР).

Початку 50-х років минулого сторіччя притаманний інтенсивний розвиток і швидке впровадження нових технічних рішень в області транспортного двигунобудування, ракетно-космічної і ряду інших областей нової техніки. Газотурбінні двигуни швидко стають практично безальтернативними авіаційними і, у значній мірі, корабельними енергетичними установками, особливо військового призначення. Створюються нові типи ракетних комплексів, які допомагають розв’язувати цивільні і військові задачі доставки пілотованих і вантажних апаратів у космос. Над актуальною стає задача безпечного повернення космічних об'єктів на Землю. Ефективність такої техніки визначалася, насамперед, рівнем наукової бази і практичною можливістю реалізувати теплові процеси з екстремальними термодинамічними параметрами, забезпечивши високу надійність і працездатність конструкції в складних умовах термомеханічного навантаження.

Характерним для цього періоду стало створення нових спеціальних жароміцних сплавів, тугоплавких металевих і полімерних композиційних матеріалів, конструкційної кераміки тощо. Специфіка властивостей цих матеріалів, технологій їхнього одержання і наступного виготовлення елементів конструкцій з них, а також особливості умов експлуатації визначили необхідність розробки неординарних підходів до розв’язання проблем високотемпературної міцності, як на стадії одержання фізико-механічних характеристик, так і при визначенні несучої здатності конструкції. Зріс інтерес до інформації про механізми пошкодження створюваних матеріалів при комплексному впливі навантажень, температур, коррозійно-ерозійного впливу середовищ.

У зв'язку з цим у період 1955-1980 років в Інституті був створений комплекс газодинамічних стендів, що відрізняються функціональними можливостями і специфікою розв’язання конкретних задач. Стендові випробування проводилися на простих моделях або зразках для одержання оптимальних складів і технології отримання керамічних матеріалів і елементів конструкцій. Значний обсяг робіт виконаний з оцінки працездатності керамічних лопаток для ГТД і елементів камер згоряння. Певне повторення керамічного буму було у 1980-ті роки з більш чіткою перспективою їх використання для виготовлення високотемпературних деталей дизельних двигунів, так званих адіабатних двигунів. В цей час стендові випробування проводились для багатьох інститутів та організацій СРСР. Результатом була поява дослідного зразка такого двигуна. У цей час демонструвались такі двигуни в Японії та США. Подальшого розвитку ця проблема не отримала, але методична та експериментальна база, у тому числі стендова, для дослідження такого класу матеріалів та виробів з них досягла досить високого рівня навіть для сьогодення.

Зробивши відповідні висновки з попередніх досліджень, акцент було зроблено на дослідженнях металевих жароміцних сплавів різних класів. Протягом 1960-1980 років роботи проводились у співдружності та за замовленнями провідних моторобудівних організацій УРСР і СРСР. Розв’язувалися задачі можливості використання нових матеріалів у двигунах різних поколінь, удосконалення технологічних процесів одержання нових класів матеріалів, а також наукове обґрунтування методів конструювання оптимальних за показниками міцності елементів конструкцій з урахуванням специфіки властивостей цих матеріалів.

Помітне місце зайняли дослідження композиційних систем зі спеціально орієнтованою структурою, якими, зокрема, є направлено кристалізовані (монокристалічні) сплави і жаростійкі покриття. З ними і зараз пов'язаний прогрес у сучасному газотурбобудуванні. Дуже плідною в питаннях впровадження захисних покриттів була співпраця з українськими конструкторами газотурбінних двигунів для авіації та морських кораблів. Провідна роль серед матеріалознавчих організацій належала і належить Інституту електрозварювання імені Є.О.Патона НАН України.

Інший проблемний напрямок включав комплекс стендових досліджень натурних конструкційних елементів газотурбінних двигунів (ГТД), зокрема лопаток і їх моделей для розв’язання задач оптимізації технології конструювання лопаткового апарата за критеріями опору термосиловому навантаженню, визначення ступеню небезпеки експлуатаційних режимів ГТД, впливу на довговічність лопаток різних параметрів термічного циклу, геометричних характеристик профілю, конструктивних рішень систем охолодження тощо. Для досягнення згаданих цілей дослідження відтворювалися або моделювалися різні режими, характерні для авіаційних і корабельних ГТД. У значній мірі газодинамічні стенди це дозволяють робити і для сучасних машин.

Суттєві результати отримані під час дослідження довговічності лопаток у залежності від хімічного складу середовища, зокрема при наявності солей морської води або підвищеного вмісту з'єднань сірки в газовому потоці в процесі стендових досліджень. Отримані дані про вплив солей морської води і з'єднань сірки в газовому потоці і зроблені на їхній підставі висновки відносяться насамперед до реальних умов експлуатації лопаток ГТД і впливу середовищ у концентраціях, що відповідають натурним. У зв'язку з цим зниження в 2—4 рази (а в ряді випадків і на порядок) довговічності лопаток свідчить про істотний вплив факторів, пов'язаних з поверхневими проявами фізико-хімічних процесів, взаємодією термонапруженого матеріалу і хімічно активних елементів. При цьому слід зауважити, що на сьогоднішній день роль цих факторів конструкторами недооцінюється в належній мірі.

З початку 1960-х до наших днів другою принциповою проблемою, яка розв’язувалась на газодинамічних стендах, було відпрацювання несучої здатності композиційних матеріалів для створення конструкцій теплового захисту космічних літальних апаратів та елементів ракетних двигунів. Необхідність одержання конкретних рішень із відпрацювання систем теплового захисту на різних стадіях їхнього конструювання і коректування за результатами натурних випробувань і реальних польотів обумовила створення в Інституті спеціалізованої методичної й експериментальної бази і постановку комплексних досліджень, спрямованих на вивчення поведінки теплозахисних матеріалів (ТЗМ) і конструкцій (ТЗК) практично за всіма параметрами, що визначають їх функціональну специфіку, при максимально повному врахуванні факторів і неординарності дії експлуатаційних навантажень – теплових і механічних. Протягом багатьох років та на різних стадіях розвитку розв’язувались актуальні задачі стосовно теплового захисту космічних апаратів і ракетних двигунів комплексів "Восток","Союз","Буран", інших спеціальних об‘єктів. Більш ніж на 350 великогабаритних моделях у високотемпературному потоці на газодинамічному стенді проведені дослідження несучої здатності ТЗК, що включають вивчення закономірностей поведінки різних рецептур матеріалів, видів з'єднання окремих шарів і теплозахисних систем у цілому. Розв’язувались задачі, що включають вибір оптимальних класів і сполучень матеріалів і методів конструювання пакетів; відпрацьовування розмірів ТЗК для різних по теплонавантаженості елементів поверхонь космічних апаратів, вибір оптимальних способів кріплення блоків теплозахисних матеріалів між собою і всієї конструкції на поверхні апарату, включаючи захист люків, ілюмінаторів тощо. Умови стендових випробувань моделювали за інтенсивністю, тривалістю і періодичністю теплового впливу для реальних траєкторій руху космічних апаратів (КА) в щільних шарах атмосфери. Стосовно теплозахисних конструкцій космічних кораблів багаторазового використання стендові випробування проводились не на модельних конструкціях, а на натурних фрагментах-панелях теплового захисту.

Вивчення роботоздатності, характеристик прогрівання і кінетики руйнування різних типів ТЗМ за режимами теплового навантаження, що відповідає натурним, дозволило обґрунтувати рекомендації з оптимального вибору матеріалу покриття і технологій його одержання і виготовленню пакетів, мінімізації товщини і, відповідно, ваги ТЗП у залежності від умов роботи; раціональному конструюванню багатошарових ТЗК і сумісності в них різних шарів зовнішніх захисних і теплоізоляційних шарів; виборові матеріалів, описові закономірностей їхнього руйнування для ТЗП апаратів багаторазового використання і призначенню їхнього реального ресурсу при циклічному навантаженні. Розробка сучасних матеріалів та композитних систем для згадуваних галузей техніки найбільш ефективно може бути реалізована саме при наявності таких випробувальних комплексів. Створення енергетичних транспортних машин нових поколінь і надалі повинно проводитись при постійному науковому супроводі з використанням такої стендової бази. Це стосується також розробки ракетно-космічних систем. По кожному з цих напрямків Україна має тверді позиції та безсумнівний авторитет у світовому співтоваристві про що свідчать відзнаки співробітників відділу: Г.М.Третьяченко – лауреат Державних премій УРСР (1969), СРСР (1982), України (1993), премії імені О.М.Динника НАН України (1997), Л.В.Кравчук – лауреат Державної премії України (1993), премії імені М.К.Янгеля НАН України (2000), В.С.Дзюба – лауреат Державної премії України (1993), Р.І.Куріат – лауреат премії імені М.К.Янгеля НАН України (2000), Б.С.Карпінос – лауреат премії імені О.М.Динника НАН України (1997), В.Г.Барило – лауреат премії імені О.М.Динника НАН України (1997).

• 1. Дослідження процесів пошкодження, кінетики руйнування матеріалів та їх впливу на несучу здатність і граничний стан елементів конструкцій в екстремальних умовах неізотермічного навантаження за дії фізичних полів різної природи.
• 2. Розробка методів фізичного та математичного моделювання несталих та нерівноважних термодинамічних станів матеріалу елементів енергетичного обладнання з використанням моделей різної форми та розмірів.
• 3. Розв’язання мультифізичних задач рухомого середовища і твердого тіла щодо проблем термостійкості, термоудару, термовтоми, проникнення і зносу.
• 3. Експериментальне дослідження термоциклічної довговічності зразків матеріалів, моделей та елементів енергетичного обладнання у тому числі з жаростійкими та зміцнюючими покриттями за дії високотемпературного газового потоку.
• 4. Прогнозування граничного стану нових перспективних матеріалів металевих і композиційних матеріалів для авіаційної техніки за умов екстремального термосилового навантаження. Критерії та рівняння граничного стану.
• 5. Розробка методів діагностики та стендового тестування для визначення технічного стану і реального ресурсу натурних конструкцій трубопровідної запірної та запобіжної арматури, що використовуються на АЕС та ТЕС.
• 6. Розробка методик випробувань з подальшим визначенням характеристик міцності та деформативності композиційних матеріалів в екстремальних умовах температурного (до 3300К) та силового навантаження.
• 7. Дослідження роботоздатності моделей та натурних конструкцій ракетно-космічної техніки під дією інтенсивних високотемпературних газових потоків та силового навантаження на газодинамічних стендах.
• 8. Розробка експериментальних та розрахункових методів прогнозування функціональної надійності теплозахисних покриттів елементів теплового захисту ракетно-космічної техніки в умовах максимально наближених до експлуатаційних.
• 9. Визначення характеристик міцності матеріалів та кінетики руйнування зразів, моделей та елементів конструкцій за умов екстремального термомеханічного навантаження високотемпературним хімічно активним газовим середовищем.
• 10. Методи електродугового напилення.
• 11. Методи вакуумного іонно-плазмового теромоциклічного азотування.
• 12. Методи електро-іскрового напилення поверхневих плівок.

Комплекс газодинамічних стендів для дослідження міцності матеріалів та елементів конструкцій в умовах термосилового навантаження за корозійної та ерозійної дії високотемпературних швидкісних газових потоків (об’єкт має статус національного надбання).

Газодинамічні стенди (ГДС) призначені для комплексних досліджень поведінки нових жароміцних сплавів, тугоплавких металевих і композиційних матеріалів, конструкційної кераміки, оптимізації складу та технологій їх створення і подальшого виготовлення елементів конструкцій з цих матеріалів на різних стадіях впровадження нових технічних рішень в галузі транспортного та стаціонарного енергетичного машинобудування, ракетно-космічної техніки (РКТ).

Газодинамічні стенди являють собою комплекс систем для створення і формування потоку газів - продуктів згоряння повітряно-гасової суміші, програмного регулювання його параметрів і контролю стану об'єктів дослідження в процесі випробувань. У залежності від рівня теплових і механічних навантажень, типу наукових і прикладних задач, створено кілька варіантів установок на базі загального силового устаткування. Методологічною основою стендових досліджень є комплекс спеціалізованих методик моделювання термонапруженого станів матеріалу і інтенсивностей зовнішнього впливу середовища, які при їх реалізації забезпечують еквівалентність процесів пошкодження матеріалу і граничний стан досліджуваного конструкційного елемента в модельних і натурних умовах.

Газодинамічні стенди (ГДС) для досліджень натурних конструкційних елементів газотурбінних двигунів (ГТД), зокрема лопаток, і їх моделей з метою розв’язання задач оптимізації технології конструювання лопаткового апарата за критеріями опору термосиловому навантаженню, визначення ступеню небезпеки експлуатаційних режимів ГТД, впливу на довговічність лопаток різних параметрів термічного циклу, геометричних характеристик профілю, конструктивних рішень систем охолодження тощо.

Газодинамічні стенди для розв’язання проблем ракетно-космічної техніки (РКТ), зокрема вивчення поведінки теплозахисних, в тому числі композиційних, матеріалів (ТЗМ) та одержання конкретних рішень стосовно створенню систем теплозахисних конструкцій (ТЗК), визначення параметрів їх міцності та функціональної здатності з можливістю врахування технологічних чинників на різних стадіях конструювання та створення апаратів РКТ, та неординарної дії експлуатаційних чинників (теплових і механічних) на різних траєкторіях польотів.

Технічні характеристики ГДС

Теплові навантаження - стаціонарні та нестаціонарні, обумовлюються конвективним і радіаційним теплообміном між об'єктом дослідження і високотемпературним газовим потоком з параметрами:

• – максимальна температура газового потоку до 1900 К;
• – швидкість потоку – до- або трансзвукова;
• – швидкість зміни температури газового потоку в циклі до 1000 К/с;
• – сумарний питомий тепловий потік – до 2000 кДж/м2с.
• – тривалість безперервних випробувань необмежена при температурах – до 1800 К.
• – максимальний тиск повітря – 1 МПа;
• – паливо - гас, авіаційне або дизельне паливо.
• – витрата палива (гас, авіаційне або дизельне паливо) – до 30 г/с;

Додатково гідравлічною системою навантаження здійснюється розтягнення або стиснення об'єкта при граничному зусиллі – до 150 Кн, а за допомогою електродинамічного вібратора - вібраційні навантаження з параметрами:

• – діапазон робочих частот – 45 ... 2000 Гц;
• – віброприскорення – до 430 м/с2,
• – вага об'єкта досліджень до 300 кг.

Хімічна дія (в поєднанні з тепловою) досягається природним окислювальним впливом високотемпературного газового потоку – продуктів горіння різних типів палива за надмірного вмісті окислювача або додатковим програмним введенням в потік кисню, або інших корозійно-активних компонентів (наприклад меркаптану, солей морської води і ін.).

Експериментальні вимірювання: контроль і реєстрація температури робочих середовищ і об'єктів дослідження здійснюється термопарами типу ХК, ХА, ПП і пірометром інфрачервоного випромінювання «Infratherm IGA 140» Фірми «IMPAC InfraredGmbH» (Німеччина) з відповідним програмним забезпеченням InfraWin. Універсальний інформаційно-вимірювальний комплекс забезпечує обробку сигналів від первинних джерел, моніторинг інформації та подання її у вигляді табличних і ілюстративних даних на ПЕОМ. Базовий варіант комплексу передбачає можливість синхронного вимірювання температур (6 каналів), деформацій за допомогою тензорезисторів (4 канали), лінійних переміщення (3 канали) і тисків (3 канали).

Об’єкти дослідження. Стендові випробування проводяться з використанням великогабаритних зразків, натурних елементів конструкцій або моделей стосовно завдань визначення працездатності деталей гарячого тракту газотурбінних, реактивних транспортних двигунів, теплозахисних конструкцій космічних апаратів одно- і багаторазового використання.

Переміщення моделей, фіксування в зоні високотемпературного газового потоку і механічне навантаження здійснюється за допомогою дистанційно керованих маніпуляторів. Конструкції панельного типу можуть досліджуватися при одночасному вібраційному навантаженні при різних кутах атаки газового потоку і змінюваному векторі вібронавантаження. Для замкнутих оболонкових конструкцій можливо внутрішнє та одночасне механічне навантаження.

Контактні дані: тел. 044 281 63 86, bkp@ipp.kiev.ua, buiskykh@ipp.kiev.ua.

Пневмогідравлічні стенди (ПГС) для розв’язання задач стаціонарної, зокрема атомної, енергетики, випробування елементів труб і трубопровідної арматури внутрішнім тиском до 50 МПа, в томі числі при нагріванні робочого середовища до 500оС з метою оцінки реального ресурсу та кінетики втрати функціональної здатності в умовах наближених або моделюючих експлуатаційні.

Технічні характеристики ПГС. Додатково до спільних з ГДС системами ПГС має власні, а саме:

• – система теплоелектронагрівання призначена для зміни температури робочих середовищ від 20 до 500 0С;
• – ресивери та акумулятори змішаного типу;
• – системи плавного та дискретного регулювання витрат повітря і тиску робочих середовищ;
• – теплообмінники розімкнутої схеми;
• – Інформаційно-вимірювальная система додатково дозволяє контролювати деформації та лінійні переміщення.

Контактні дані: Буйських Костянтин Павлович, тел. 044 281 63 86, bkp@ipp.kiev.ua, buiskykh@ipp.kiev.ua.

Випробувальний комплекс для дослідження термомеханічних властивостей вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів (ВВКМ) створений на базі систем універсальної машини 1958У-10-1.

Основні технічні характеристики комплексу.

Діапазон навантажень , кН	0.002 ... 100
Діапазон робочих температур, К	290 ... 3300
Швидкість нагрівання, град /сек	до 1000
Середовище	вакуум, окисне або інертне
Вид навантаження	розтяг, стиск, згин, зсув, кручення
Тривалість навантаження	короткочасне статичне, тривале, циклічне

Комплекс дозволяє проводити випробування повністю в автоматичному режимі з можливістю завдання практично будь-яких програм з навантаження і нагрівання зі швидкістю до 1000 град/с при підтримці рівномірного поля температур по довжині робочої зони зразка. Розробка оригінальних зразків і методик для різних видів випробувань дозволила вимірювати деформацію робочої зони з високою точністю у всьому діапазоні температур. Завдяки можливості програмної зміни характеру навантаження і реалізація різних режимів м'якого, жорсткого або змішаного деформування в процесі випробування зразка система механічного навантаження дозволяє розв’язувати специфічні питання високотемпературних випробувань, зокрема, компенсації температурних деформацій зразка в процесі нагрівання. Це забезпечується послідовною роботою на режимах підтримки постійної мінімального навантаження (аналог випробувань на повзучість) до досягнення заданого рівня температури і подальшого активного навантаження із заданою швидкістю деформування до руйнування.

Для реалізації режимів нагрівання, близьких до експлуатаційних, в установці використовується спосіб прямого пропускання електричного струму, що забезпечує досить високі швидкості нагріву при практично однорідному температурному полі в поперечному перерізі зразка.

Вимірювання температури робочої частини зразка проводилось за допомогою платина-платинородієвих і вольфрам-ренієвих термопар та пірометром інфрачервоного випромінювання «Infratherm IGA 140» Фірми «IMPAC InfraredGmbH» (Німеччина) з відповідним програмним забезпеченням InfraWin.

Особливості методик. На відміну від існуючих методів випробувань в умовах високих температур розроблені оригінальні зразки і методики, що дозволяють вимірювати деформацію робочої зони. Для створення рівномірного поля температур по довжині робочої частини зразка розроблена оригінальна методика додаткового підігріву її країв. Принципово процес нагрівання реалізується за схемою, показаною на рисунку при випробуваннях на розтягування (а), стиск (б) і кручення (в).

Режим теплого навантаження визначається роботою трьох електрично не зв'язаних джерел живлення, програмованих від системи управління нагрівом. Основна змінна напруга V1 для нагрівання робочої частини підводиться безпосередньо до водо охолоджуваних захватів, а напруги V2 і V3 для підігрівання країв провідників струму, електрично-ізольованих від захватів. Оптимізація співвідношення напруг забезпечує необхідну швидкість нагрівання, компенсацію відтоку тепла в захватах і, тим самим, мінімізацію градієнта температури по довжині зразка.

Схему вимірювання деформацій при випробуванні на розтягування наведено на рисунку. Використовується зразок складної форми з призматичними виступами розташованими по обидва боки робочої частини.

При використаному способі швидкісного нагрівання температура на їх кінцях становить 1100 ... 1200 К при температурі робочої частини 3300 К, що дозволяє застосовувати ніжки з жаростійкої кераміки без значної деформації і руйнування.

Вимірювання деформацій здійснюється за допомогою екстензометричного пристрою (рис.3), головними елементами якого є високотемпературні призми (3) і розміщені в охолоджуваному відсіку випробувальної камери попарно з'єднані пружні скоби (5) з наклеєними тензорезисторами

Використані схеми вимірювань з чотирма незалежними каналами, що дозволяє істотно підвищити достовірність одержуваних даних про деформаційні властивості матеріалу, значно послабивши при цьому вплив можливих температурних деформацій.

Приклади отриманих результатів.

Випробувальний комплекс успішно використовується при виконанні ряду міжнародних програм та робіт у співдружності з ДКБ «Південне» для дослідження механічних властивостей вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів в діапазоні температур 293...3273 К за різних видів навантаження.

Наведені нижче унікальні результати досліджень композиції ВВКМ при розтягуванні і стисненні відображають особливості деформування і руйнування цього класу матеріалів.

Контактні дані: Буйських Костянтин Павлович, тел. 044 281 63 86, bkp@ipp.kiev.ua, buiskykh@ipp.kiev.ua.

Електродугове напилення. Метод призначений для нанесення покриття на поверхню металевих деталей з метою підвищення їх зносостійкості, корозійної стійкості та довговічності. Ефективність його практичного застосування засвідчено при експлуатації виробів машинобудівного комплексу, зокрема потужних двигунів, сільськогосподарських машин, транспортних засобів, судових машин і механізмів, авіаційної та спеціальної техніки. Сутність методу полягає в розпиленні крапель розплавленого металу газовим потоком в напрямку поверхні деталі. Покриття поверхні металом за допомогою електродугового напилення, як правило, здійснюється в декілька проходів. Донорами є дроти з цинку, алюмінію, міді, латуні, бронзи, вуглецевої і нержавіючої сталі, ніхрому та інш

Метод з успіхом застосовується для:

• - відновлення сталевих та чавунних деталей , деталей з кольорових металів різної форми;
• - усунення дефектів сталевого та чавунного литва;
• - підвищення жаростійкості стали алітуванням (покриття алюмінієм);
• - нанесення антифрикційних покриттів при виготовленні підшипників ковзання;
• - довготривалого антикорозійного захисту алюмінієм та цинком металоконструкцій з гарантією 20-25 років;
• - захисно-декоративних цілей із покриттям міддю, бронзою, латунню, алюмінієм;
• - відновлення колінчастих валів великовантажних дизельних автомобілів, покриття завтовшки 1.5 мм наноситься на корінні та шатунні шийки діаметром 80...100 мм;
• - нанесення антикорозійних покриттів;
• - нанесення покриттів на вироби харчової промисловості;
• - виготовлення і відновлення деталей, що працюють в умовах абразивного зношування.

Контактні дані. К.т.н. Лопата Лариса Анатоліївна, beryuza@ukr.net

Електроіскрове легування (ЕІЛ). Метод призначений для підвищення зносостійкості та довговічності робочих деталей сільськогосподарських машин і інструменту для металообробки та деревообробки. Електроіскрове легування відноситься до технології зміцнення поверхні металу, яка базується на взаємодії матеріалу з висококонцентрованим енергетичним потоком. Утворення зміцненого шару відбувається в результаті фізико-хімічної взаємодії матеріалу електрода з оброблюваною деталлю. ЕІЛ грунтується на явищі електричної ерозії та полярного переносу матеріалу анода (електрода) на катод (деталь) при протіканні електричного розряду в газовому середовищі. В результаті іскрового розряду на поверхні деталі утворюється новий шар, якому надаються відмінні від вихідного стану властивості в залежності від параметрів іскрового розряду, складу електродного матеріалу, матеріалу оброблюваної деталі й інших факторів, що забезпечує підвищення твердості, зносостійкості та інші показники.

Метод ЕІЛ дозволяє створювати локальні покриття без попередньої обробки поверхні. В якості електродів і використовуються тверді сплави та тугоплавкі матеріали. Він забезпечує високу адгезію покриття з основним матеріалом. Для нього характерна надійність обладнання; низька енергоємність ручних і механізованих процесів (0,3 ... 2,0 кВт); відсутність нагрівання і деформацій виробу в процесі обробки.

Спосіб електроіскрового легування на практиці знаходить застосування для: зміцнення конструкційних сталей, чавунів, бронзи, алюмінію і титанових сплавів; підвищення зносостійкості, корозійної стійкості, жаростійкості та інш. фізико-хімічних і експлуатаційних властивостей поверхонь деталей. Метод ЕІЛ знаходить застосування в авіаційній, машинобудівній, оборонній промисловості. Електроіскрове легування використовується для економії і раціонального використання благородних металів в електротехнічній і електронній промисловості, в напівпровідниковій техніці – для нанесення покрить з золота, золото-кремнію, срібла та інших металів на транзисторні основи і для інтегральних схем. Метод ЕІЛ ефективний для зміцнення і легування вузьких смуг шириною 1 … 20 мм металорізального і деревообробного інструментів. ЕІЛ на практиці знаходить застосування для зміцнення ріжучих кромок сільськогосподарських машин, відновлення і зміцнення поверхні валів і вісей під підшипники ковзання та кочення.

Контактні дані. К.т.н., с.н.с. Анатолій Віталійович Рутковський, rut2000@ukr.net.

Метод вакуумного іонно-плазмового термоциклічного азотування. Метод призначений для підвищення зносостійкості та довговічності деталей та інструменту машинобудівного комплексу. Він ґрунтується на взаємодії іонізованого газу, з поверхневими шарами деталі. Внаслідок чого на поверхні деталі утворюються тверді сполуки азоту, які покращують механічні властивості матеріалу (твердість, зносостійкість и т.д.), а також багаторазово збільшують ресурс деталі. підвищується. Камера для плазмового азотування є вакуумною. Вона не має нагрівальних елементів, оскільки нагрівання деталі, що азотується, здійснюється за рахунок іонного бомбардування.

Основні технічні характеристики обладнання вакуумного іонно-плазмового термоциклічного азотування:

• - розміри робочої камери: діаметр / висота - 600 / 1200 мм;
• - розміри деталей, що обробляються: діаметр/довжина – 500/700 мм;
• - товщина азотованого шару – до 0,8 мм.

Відмінність розробленої технології вакуумного іонно-плазмового термоциклічного

азотування (вакуумного ІПТА) від існуючих методів азотування полягає в тому, що процес хіміко-термічної обробки пришвидшено в 2…6 разів.

Технологія реалізує ефект аномального масопереносу, що пов'язаний зі збуренням термічних напружень в поверхневих шарах деталі. Дискретно-імпульсний характер енергії забезпечує збільшення швидкості нагріву в 2 … 5 разів, що викликає в свою чергу зростання термічних напружень та швидкості дифузії азоту.

Завдяки циклічному характеру нагрівання у 2…5 рази скорочується виробнича потужність джерел електричного живлення, що відносить розроблену технологію до категорії енергозберігаючих. На відміну від класичних технологій нова технологія не створює суцільного нагріву деталі, а забезпечує нагрів тільки поверхневого шару на глибину, необхідну для його зміцнення. Технологія термоциклічного іонного азотування не змінює форми і розміри деталі, а також шорсткість поверхні. Тому вона використовується як фінішна, без заключної механічної обробки.

Екологічна перевага нової технології полягає у відмові від використання аміаку. Обробка відбувається тліючим розрядом у суміші аргону з азотом. Цим також усувається негативний вплив водню на серцевину деталі – водневе окрихчення та воднева корозія.

Переваги розробленої технології:

• – пришвидшення процесу азотування в 3 рази;
• – зростання на 20% твердості поверхні при відсутності деформаційних поводок, зміни форми, розмірів та чистоти поверхні;
• – зниження в 10 разів електровитрат за рахунок скорочення часу технологічного циклу, відсутності пічних пристроїв і наскрізного прогрівання деталі.

Вакуумне ІПТА ефективне для зміцнення високоточних деталей складної форми – зубчатих коліс, поршнів автотракторних двигунів, деталей типу «вал» та «вал-шестерня», екструдерів, довгомірних деталей складної форми та інш.

Контактні дані. К.т.н., с.н.с. Анатолій Віталійович Рутковський, rut2000@ukr.net.