Матеріалознавчі аспекти проблеми застосування деформованих наноструктурованих сталей і напилених покриттів

Abstract

Автори аналізують проблеми підвищення фізико-механічних властивостей матеріалів, які експлуатуються в екстремальних умовах, як-от корозія, високі механічні навантаження та знос. Особливу увагу приділено методам інтенсивної пластичної деформації (ІПД), зокрема рівноканальному кутовому пресуванню (ECAP) та крученню під високим тиском (HPT), які дають змогу отримувати наноструктуровані матеріали з підвищеною міцністю та твердістю. Однак автори зазначають, що ці методи мають обмеження, пов’язані зі складністю обладнання й обробкою великогабаритних деталей. Альтернативним підходом є використання передрекристалізаційної термічної обробки (ПТО), яка дає можливість покращити механічні властивості матеріалів завдяки формуванню субмікрокристалічної структури. Дослідження показали, що ПТО після пластичної деформації значно підвищує міцність, твердість та зносостійкість сталей, як-от 20, 45, У8, 40Х та 12Х13. Наприклад, для сталі 20 після комбінованої деформації та ПТО кількість наноструктурних елементів досягає 62 %, що суттєво покращує її властивості. Окремо розглядаються методи газотермічного напилення (плазмове й електродугове) для нанесення покриттів, які забезпечують підвищену зносостійкість та корозійну стійкість. Автори демонструють, що термічна обробка покриттів, наприклад ПНК-2К10 та ПХ18Н15, дає змогу досягти максимальної твердості (до 3,45 ГПа) та знизити теплопровідність на 30 %. Електродугові покриття, зокрема з дроту 65Г, після ПТО показують збільшення зносостійкості на 45 %. Важливим результатом дослідження є розробка методу стабілізації полігонізаційної субструктури за допомогою комбінованої пластичної деформації (30 % динамічної + 30 % статичної) з подальшою ПТО. Цей підхід дає змогу підвищити термічну стійкість субструктури до 60 хвилин, що відкриває можливості для промислового застосування у виробництві великогабаритних деталей. У висновках автори підкреслюють, що запропоновані методи наноструктурування та термічної обробки є перспективними для підвищення експлуатаційних характеристик матеріалів у суднобудуванні та морській інфраструктурі. Вони зменшують витрати на обслуговування, підвищують довговічність конструкцій та відповідають сучасним екологічним вимогам.