«Вдосконалення технології плазмового зміцнення підкранових рейок та направляючих верстатів»

Котовський, Руслан Анатолійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8956

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Мацепа, Сергій Михайлович	-
dc.contributor.author	Котовський, Руслан Анатолійович	-
dc.date.accessioned	2026-03-22T19:25:36Z	-
dc.date.available	2026-03-22T19:25:36Z	-
dc.date.issued	2024	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8956	-
dc.description.abstract	Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Вдосконалення технології плазмового зміцнення підкранових рейок та направляючих верстатів» Виконавець: здобувач групи мНТ-32 Котовський Руслан Анатолійович. Керівник:старший викладач Мацепа С.М. Кваліфікаційна робата містить 98 сторінок формату А4, 58 рисунків, 6 таблиць, 78 літературних джерел Актуальність теми обумовлена тим, що Новітні технології поверхневого зміцнення для важконавантажених великогабаритних сталевих виробів промисловості, які працюють в умовах інтенсивного зношування є актуальною проблемою. Застосування відомих методів ускладнено у зв'язку з великою трудомісткістю і небезпекою виникнення деформацій і несприятливого напруженого стану. Для цих цілей досить перспективно застосування поверхневої обробки висококонцентрованими джерелами нагріву (ВДН). З методів ВДН найбільш економічним і продуктивним є плазмова обробка. Однак в даний час відсутні науково обґрунтовані рекомендації з розробки технологій плазмового зміцнення важконавантажених виробів. Одним з перспективних рішень в даному випадку є нанесення зміцнених шарів градієнтної (дискретної) будови. Для важконавантажених деталей типу підкранових рейок і т.і. потрібні технології, що забезпечують високу продуктивність обробки в поєднанні з товщиною покриттів, відповідною величині допустимого зносу. Перший розділ присвячено: Літературному аналізу в області нанесення шарів зміцнення; розглянуто схеми конструкцій поверхневих структур покриттів дискретного типу; опрацьовано декілька технологій градієнтного зміцнення; Другий розділ присвячено: вибору обладнання та підготовці зразків; побудована модель з розмірами, достатніми для спостереження змін в поверхневому шарі до кордону вирівнювання властивостей в основному металі; порівняно розподіли температури і макроструктури Третій розділ присвячено: дослідженню структури та властивостей сталей після зміцнення. Четвертий розділ присвячено Охороні праці та безпеці в надзвичайних ситуаціях.; вимогам безпеки при зміцненні плазмовим методом.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	Технології плазмового зміцнення	uk_UA
dc.title	«Вдосконалення технології плазмового зміцнення підкранових рейок та направляючих верстатів»	uk_UA
dc.type	Master Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Котовський.pdf Restricted Access		2.05 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв

До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2024р.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «Вдосконалення технології плазмового зміцнення підкранових рейок
та направляючих верстатів»

Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-32
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Обробка металів за
спецтехнологіями»
Котовський Руслан Анатолійович
Керівник: ст. викладач Мацепа Сергій Михайлович
Рецензент: директор ДП «Семпал» м.Черкаси
Якушев Володимир Іванович

Черкаси 2024 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Обробка металів за спецтехнологіями»

ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » ____________2024р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра

_Котовському Руслану Анатолійовичу_
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Вдосконалення технології плазмового зміцнення підкранових
рейок та направляючих верстатів».
Керівник роботи Мацепа Сергій Михайлович, старший викладач
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«16» вересня 2024р. №272/04
2. Термін подання здобувачем роботи 26. 11. 2024 р.
3. Вихідні дані до роботи: Технологія плазмового зміцнення, підкранові рейки зі
сталі М76; Завдання з розділу охорони праці
4. Зміст пояснювальної записки: Літературний аналіз в області нанесення
шарів зміцнення; Обладнання та проведення досліджень. Математична
модель визначення напружень в поверхневому шарі при ПЗ; Дослідження
структури та властивостей сталей після зміцнення; Вимоги безпеки при
зміцненні плазмовим методом.
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі, об’єкт та
предмет дослідження; Схеми конструкцій поверхневих структур покриттів
дискретного типу; Обладнання; Математична модель; Мікроструктури
поверхонь; Дослідження шорсткості поверхонь після ПЗ; Схеми зміцнених
зон; Безпека при Плазмовому зміцненні; Загальні висновки;

6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-3 Мацепа Сергій Михайлович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович

7. Дата видачі завдання 16.09.2024 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.09 - 01.10.2023
2 Написання І розділу КРМ 02.10.- 15.10.2023
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2023
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2023
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2023
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 30.11.2023
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2023
8 Захист роботи 17.12- 19.12.2023р.

Здобувач ___________ Руслан КОТОВСЬКИЙ
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

Керівник ___________ _Сергій МАЦЕПА_
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

4
АНОТАЦІЯ
Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Вдосконалення технології
плазмового зміцнення підкранових рейок та направляючих верстатів»
Виконавець: здобувач групи мНТ-32 Котовський Руслан Анатолійович.
Керівник:старший викладач Мацепа С.М.
Кваліфікаційна робата містить 98 сторінок формату А4, 58 рисунків, 6
таблиць, 78 літературних джерел
Актуальність теми обумовлена тим, що Новітні технології поверхневого
зміцнення для важконавантажених великогабаритних сталевих виробів
промисловості, які працюють в умовах інтенсивного зношування є актуальною
проблемою. Застосування відомих методів ускладнено у зв'язку з великою
трудомісткістю і небезпекою виникнення деформацій і несприятливого
напруженого стану. Для цих цілей досить перспективно застосування поверхневої
обробки висококонцентрованими джерелами нагріву (ВДН). З методів ВДН
найбільш економічним і продуктивним є плазмова обробка. Однак в даний час
відсутні науково обґрунтовані рекомендації з розробки технологій плазмового
зміцнення важконавантажених виробів. Одним з перспективних рішень в даному
випадку є нанесення зміцнених шарів градієнтної (дискретної) будови.
Для важконавантажених деталей типу підкранових рейок і т.і. потрібні
технології, що забезпечують високу продуктивність обробки в поєднанні з
товщиною покриттів, відповідною величині допустимого зносу.
Перший розділ присвячено: Літературному аналізу в області нанесення шарів
зміцнення; розглянуто схеми конструкцій поверхневих структур покриттів
дискретного типу; опрацьовано декілька технологій градієнтного зміцнення;
Другий розділ присвячено: вибору обладнання та підготовці зразків;
побудована модель з розмірами, достатніми для спостереження змін в
поверхневому шарі до кордону вирівнювання властивостей в основному металі;
порівняно розподіли температури і макроструктури
Третій розділ присвячено: дослідженню структури та властивостей сталей
після зміцнення.
Четвертий розділ присвячено Охороні праці та безпеці в надзвичайних
ситуаціях.; вимогам безпеки при зміцненні плазмовим методом

5
ABSTRACT
Master's Qualification Topic: " Improving the technology of plasma hardening of
crane rails and guideways "
Performer: student of the мNT-32 group Ruslan Kotovskyi.
Head: Senior Lecturer Matsepa S.M.
Qualifying Robot contains 98 A4 pages, 58 drawings, 6 tables, 78 literary sources
The relevance of the topic is due to the fact that the latest surface hardening
technologies for heavy-duty large-sized steel products of the industry, working in the
conditions of intensive wear and tear is an urgent problem. The use of known methods is
complicated due to the high complexity and the risk of deformation and adverse stress.
For these purposes, the use of surface treatment with highly concentrated sources of heat
(VDN) is quite promising. Plasma processing is the most economical and productive of
the VDN methods. However, there are currently no scientifically sound guidelines for the
development of plasma hardening technologies for heavy-duty products. One promising
solution in this case is the application of reinforced layers of a gradient (discrete)
structure.
The first section is devoted to: Literary analysis in the field of application of layers
of strengthening; schemes of structures of surface structures of coatings of discrete type
are considered; several gradient reinforcement technologies have been developed;
The second section is dedicated to: equipment selection and sample preparation; a
model with dimensions sufficient to observe changes in the surface layer to the boundary
of equalization of properties in the base metal is constructed; comparative distributions
of temperature and macrostructure
The third section is devoted to the study of the structure and properties of steels
after hardening.
The fourth section is devoted to Occupational Safety and Health; Plasma hardening
safety requirements
.
6
Зміст
Вступ ................................................................................................................................. 8
Розділ 1 Літературний аналіз в області нанесення шарів зміцнення .................. 10
1.1 Триботехнічні і механічні властивості матеріалів градієнтної будови ......... 10
1.2 Методи нанесення на деталі покриттів градієнтної будови ........................... 13
1.3 Поверхнева градієнтна термічна обробка сталей і сплавів ............................ 20
1.4 Поверхнева градієнтна обробка сталей і сплавів висококонцентрованими
джерелами енергії .......................................................................................................... 22
1.4.1Лазерна обробка ................................................................................................ 23
1.4.2 Плазмова обробка ............................................................................................. 27
Висновок до розділу 1............................................................................................... 29
Розділ 2 Обладнання та проведення досліджень. Математична модель
визначення напружень в поверхневому шарі при ПЗ ............................................... 31
2.1. Обладнання та підготовка зразків ................................................................ 31
2.1 Спосіб дослідження зразків на зносостійкість .............................................. 32
2.2 Розрахунок еквівалентних напружень методом кінцевих елементів .......... 36
2.3 Вибір оптимальних параметрів плазмового градієнтного зміцнення ......... 43
Висновок до розділу 2............................................................................................... 46
Розділ 3. Дослідження структури та властивостей сталей після зміцнення ....... 48
3.1 Металографічні дослідження зміцнених шарів після обробки плазмою ...... 48
3.2 Дослідження зносостійкості після зміцнення .................................................. 54
3.3 Дослідження шорсткості поверхні сталей після плазмового зміцнення .... 60
3.4 Аналіз конструкції плазматрона для зміцнення виробів складної форми .. 63
3.5 Технологічні процеси плазмового зміцнення важконавантажених стальних
виробів ............................................................................................................................ 67
3.5.1 Зміцнення підкранових рейок ...................................................................... 67
Висновок до розділу 3............................................................................................... 71
Розділ 4. Охорона праці та безпека в НС ................................................................ 73

7
4.1 Вимоги безпеки при зміцненні плазмовим методом ....................................... 73
4.2 Правовий режим воєнного стану ....................................................................... 80
Загальні висновки ...................................................................................................... 88
Список використаної літератури ................................................................................. 89

8
Вступ
Аналіз новітніх технологій поверхневого зміцнення для навантажених
великогабаритних сталевих виробів промисловості, які працюють в умовах
інтенсивного зношування є актуальною проблемою. Застосування відомих методів
ускладнено у зв'язку з великою трудомісткістю і небезпекою виникнення
несприятливого напруженого стану. Для цих цілей досить перспективно
застосування поверхневої обробки висококонцентрованими джерелами нагріву
(ВДН). З методів ВДН найбільш економічним і продуктивним є плазмова обробка.
Однак в даний час відсутні науково обґрунтовані рекомендації з розробки
технологій плазмового зміцнення важко навантажених виробів. Одним з
перспективних рішень в даному випадку є нанесення зміцнених шарів градієнтної
(дискретної) будови.
Для важконавантажених деталей металорізальних верстатів, прокатних
валків і т.і. потрібні технології, що забезпечують високу продуктивність обробки в
поєднанні з товщиною покриттів, відповідною величині допустимого зносу.
Теплофізичні параметри ВДН дозволяють формувати поверхневі зміцнені
шари з дрібнодисперсною структурою або за рахунок реалізації швидкісного
гартування в твердому стані (обробка без оплавлення), або за рахунок гартування
при швидкісній кристалізації рідкої фази (обробка з оплавленням). Обробка з
оплавленням має обмежене застосування (наприклад, для деталей з чавуну), тому
що призводить до підвищення шорсткості й зниження якості поверхні, що не
припустимо для таких відповідальних деталей, як напрямні верстатів або рейки.
Мета роботи. Аналіз процесів формування градієнтних шарів з оптимальним
розташуванням зміцнених зон і підвищеним рівнем експлуатаційних властивостей
при поверхневій обробці сталей висококонцентрованим плазмовим струменем.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
- Вивчити методи отримання зміцнених шарів і покриттів градієнтної будови
на сталях і сплавах;

9
- Відтворити математичну модель оптимального управління процесом
плазмового градієнтного зміцнення поверхні сталевих виробів, проаналізувати
режими обробки, що забезпечують раціональний розподіл напружень;
- Дослідити механізми структурних перетворень в сталях при плазмовій
поверхневій обробці, експлуатаційні властивості сталей з поверхневим зміцненим
шаром градієнтної будови;
- Провести випробування на зносостійкість деталей із зміцненим шаром;
- Проаналізувати технологічні процеси плазмової обробки сталевих виробів
Об'єктом дослідження є процеси градієнтного плазмового поверхневого
зміцнення сталевих виробів, предметом - закономірності змін мікроструктури та
механічних властивостей зміцнених шарів на сталевих виробах, отриманих при
плазмовій обробці.

10
Розділ 1 Літературний аналіз в області нанесення шарів зміцнення
1.1 Триботехнічні і механічні властивості матеріалів градієнтної будови
Досвід експлуатації та результати численних досліджень свідчать про те, що в
більшості випадків функціональні властивості і ресурс різних видів машин і
технологічного оснащення визначається інтенсивним зношуванням
високонавантажених деталей вузлів тертя і поверхні робочих органів [1]. Разом з
тим, традиційні методи зміцнення і нанесення покриттів, здатні поліпшити їх
експлуатаційні характеристики, не задовольняють постійно зростаючим вимогам в
умовах динамічних навантажень, високих температур, активного впливу
корозійних середовищ і наявності абразивних потоків. Ефективним виходом з цієї
ситуації є формування на поверхні виробів з конструкційних матеріалів
зносостійких покриттів градієнтної будови, шаруватих, матрично-наповнених або
скелетного типу [2].
Трибологія давно зіткнулася з явищем виборчого зношування матеріалів,
викликаного структурною неоднорідністю. Такого роду явище спостерігається в
бабітових підшипниках ковзання, на сталевих деталях при їх зношуванні і
поліруванні [3]. Суть його полягає в тому, що найбільш інтенсивного руйнування
піддається менш міцна (найчастіше м'якша) структурна складова, в результаті чого
спочатку рівна робоча поверхня стає хвилястою. При цьому ефект формозміни
поверхні тертя більш яскраво виражений на матеріалах з крупнодісперсною
структурою. Утворення такої експлуатаційної хвилястості при деяких умовах тертя
має сприяти підвищенню службових властивостей сполучень. Відомо, наприклад,
що в режимі недостатності змазки на поверхні тертя штучним чином створюють
своєрідні кармани, збільшуючи тим самим її маслоємність, що в свою чергу знижує
знос і ризик виникнення задирок. Наявність таких карманів дозволяє значно
обмежити присутність продуктів зношування в зоні тертя, підвищивши тим самим
зносостійкість сполучення і стабільність його триботехнічних характеристик.
Розвиток сучасних методів отримання поверхонь, які зношуються градієнтної
будови пов'язано з реалізацією в трибоматеріалознавстві правила Шарпі [4].
Відповідно до принципу Шарпі, оптимальна структура сплаву (при заданому

11
фазовому складі) досягається тоді, коли найбільш тверді структурні складові
залягають у вигляді ізольованих один від одного включень, а найбільш в'язкі
структурні складові утворюють суцільну матрицю. Це правило в дещо зміненій
формі доцільно використовувати і при розгляді залежностей «мікроструктура-
властивість» застосовується до таких якостей сплавів, як міцність, в'язкість,
тріщиностійкість, стійкість в умовах теплозмін та інше.
На рис. 1.1 схематично показана поверхня тертя сплаву з твердої і м'якої
складовими, причому ділянки першої підносяться над ділянками другий в
результаті більшого зносу останньої. При цьому варіант а відповідає випадку, коли
правило Шарпі задовольняється, а варіант б - не задовольняється.

Рис. 1.1 - Поверхня тертя сплаву з твердої і м'якої складовими [4].
В оригінальній формі правило Шарпі тлумачилося лише відносно структур
типу острівці-матриця. Однак, поширюючи це правило на сплави з підвищеними
характеристиками міцності, в'язкими і зносостійкими властивостями, необхідно
особливо звертати увагу на варіант решітка-матриця. Цей варіант забезпечує
отримання не тільки оптимальної структури поверхні тертя (переважно типу рис.
1.1, б), а й оптимального об'ємного армування металу.
Широке використання в даний час композиційних матеріалів з
макрогетерогенною структурою, а також методів локального зміцнення поверхонь
тертя шляхом лазерної обробки, іонної імплантації та ін. Стало додатковим
стимулом до вивчення закономірностей зношування і формозміни поверхонь тертя,
що містять зони з різними триботехнічними характеристиками.
Досвід перших десятиліть розробок і досліджень покриттів дискретного
будови узагальнено в роботі [5]. З огляду на недоліки суцільних покриттів, які

12
полягають в когезійному тріщиноутворенні і адгезійному відшаруванні, а також
безперспективність підвищення їх експлуатаційних характеристик в напрямку
збільшення адгезійної міцності, представляється доцільним наносити покриття
дискретної структури. Це дозволить досягти високої адгезійної і когезійної
стійкості кожної ділянки покриття шляхом обмеження нормальних напружень в
покритті і дотичних в площині адгезійного контакту покриття з основою.
Для традиційних суцільних покриттів, як і для компактних матеріалів, у всіх
випадках знос є результатом локального перенапруження одного або обох
контактуючих тіл за рахунок нормального і дотичного навантаження. Дискретна
структура покриття обмежує це локальне перенапруження. Знос є результатом
локального перенапруження одного або обох контактуючих тіл за рахунок
нормального і дотичного навантаження.
В роботі [6] був запропонований метод розрахунку розміру дискретної ділянки
покриття з урахуванням залишкових напружень, високий рівень яких значно
впливає на характеристики міцності системи основа-покриття.
Авторами робіт [7,8] зазначалося, що зародження тріщин в покриттях
дискретної структури починається при більш значних критичних деформаціях, ніж
в покриттях регулярної структури. Про це говорять експериментальні дослідження
і теоретичні розрахунки, виходячи з яких, слідує, що покриття дискретної
структури може витримати більші навантаження в порівнянні з покриттями
регулярної структури. Для оптимізації технології отримання покриттів
дискретного будови застосовується також багатокритерійний підхід [9], що
дозволяє скоротити кількість випробувань і отримати регресивні залежності
границі витривалості.
Про перспективність формування дискретної будови поверхні говорить той
факт, що контактують пари які не стикаються всією поверхнею. Вони контактують
з дискретним, випадково розташованими площинами фактичного контакту [10,11].
Це обумовлено відхиленнями форми поверхні, хвилястістю і шорсткістю. При
цьому досягнення повного контакту не доцільно, це підтверджується вивченням

13
деформацій і контактних напружень, що труться [12,13]. Отже, більш прийнятним
може бути цілеспрямоване формування рельєфу поверхні.
1.2 Методи нанесення на деталі покриттів градієнтної будови
Для поліпшення характеристик поверхневого шару на матеріалах реалізується
кілька способів: нанесення матеріалу необхідного складу на основу (наплавлення,
напилення, металізація, осадження та ін.), гартування поверхневого шару деталей
(поверхневе гартування, хіміко-термічна обробка, пластичне поверхневе
деформування і їх комбінації). Крім того, можливо реалізувати гартування
нанесеного покриття для додаткового підвищення властивостей, а також
поліпшення адгезії покриття з основою.
При нанесенні на метал емалей, було помічено, що при деформації поверхні
залишаються дрібні острівці покриття, які зберігали міцне зчеплення з основою [5].
Адгезійну міцність даного покриття характеризувало відношення площі емалі яка
залишилася до площі поверхні зразка.
Для з'ясування причин високої адгезійно-когезійної стійкості окремих ділянок
покриття проводили дослідження на титановому сплаві з силікатним покриттям.
При досягненні в процесі деформування напруженнями когезійної міцності, робочу
ділянку зразка покривали рівномірною мережею тріщин. Вивчення залежностей
кроку тріщин і напруженого стану в покриттях дозволили встановити, що
причиною аномальної адгезійної і когезійної стійкості решти ділянок покриття є
зниження їх напружено-деформованого стану за рахунок обмеження довжини
ділянки і зміни його форми.
Наявність ділянок покриття з підвищеною адгезійною і когезионною стійкістю
можна пояснити явищами саморегулювання або самоорганізації [5, 14, 15].
Помічено, що на контактуючих поверхнях при терті ковзання сплаву Fe-Cr
утворюються регулярні ділянки, що призводять до зниження коефіцієнта тертя і
зносу. З'являючись в процесі роботи, такі ділянки зберігаються протягом усього
періоду експлуатації.
В [16] автори відзначають, що руйнування покриття відбувається внаслідок
нестачі контактної міцності, не менше ніж від порушення когезійної і адгезійної

14
міцності. Рівень залишкових напружень значно перевищує максимальні
еквівалентні напруження. Для зниження еквівалентних напружень запропоновано
формувати дискретну структуру, для якої залишкові напруження значно менші, ніж
в суцільних покриттях [17, 18]. Дослідження показують, що внаслідок значних
навантажень - суцільні покриття в процесі різання розтріскуються і
відшаровуються від основи, в той час як в покриттях дискретної будови
відшаровування практично відсутні [19].
Вивчення конструкцій таких покриттів показує, що напруження в покриттях
зменшуються зі зменшенням розмірів дискретних ділянок.
Було запропоновано запобігати когезійний розтріскування на основі принципу
самоорганізації формуванням дискретного поверхневого шару [20]. Розмір
дискретної ділянки прийнято обмежити кроком тріщини. Максимальний розмір С
ділянки покриття дискретного типу визначається за формулою [18]:

де - температурні і залишкові напруження в покритті;
- критична деформація основи, перевищення якої призводить до
когезійний розтріскування;
Н0 – напівтовщина основи;
HП – товщина покриття;
Ео,ЕП – модулі пружності основи і покриття;
k - коефіцієнт, який залежить від модулів пружності основи і покриття.
Методика дає можливість спрогнозувати розміри дискретних ділянок
покриття з урахуванням експлуатаційних, залишкових і температурних напружень
ще на етапі конструювання деталей з покриттям. Результати випробувань
показують зниження залишкових напружень в покриттях дискретного типу в
порівнянні з суцільними покриттями.
В роботі [22] відзначається зниження сил різання при використанні
інструменту з покриттями, що свідчить про зниження навантаження на основний

15
метал. Крім того, в покриттях з дискретною будовою на відміну від суцільних,
поширення тріщин гаситься на кордоні окремої ділянки через зміну властивостей
матеріалу і не поширюється далі. В [23] вказується, що обмеження площі контакту,
викликане дискретною будовою покриття, веде до зменшення напружень на
поверхні адгезійного контакту в системі «основа-покриття». Поля напружень
сусідніх ділянок в міждискретних проміжках взаємно компенсуються і поверхня
основи розвантажується.
Залежно від конструктивних варіантів покриттів дискретного типу,
пропонуються найбільш типові види поверхневого шару: острівні, перфоровані,
стільникові (рис. 1.2). Острівні покриття формуються у вигляді окремих ділянок
відповідної форми, які розміщують з певним кроком (рис. 1.2а), перфоровані - у
вигляді сітки з потужними зв'язками (рис. 1.2б), а стільникові - у вигляді сітчастої
структури твердої нітридної, карбідної або карбонітридної основи (рис. 1.2г).

Рис. 1.2. Схеми конструкції поверхневих структур покриттів дискретного
типу [23]
В [24-28] зазначається, що формування поверхні тертя дискретно-орієнтованої
топографії з раціонально розміщеними лунками забезпечує збільшення
маслоємності, армування поверхні, що призводить до підвищення її несучої
здатності. При раціональній насиченості поверхні змазуючим матеріалом
знижується ймовірність розривів плівки масла, і, отже, заїдання і зносу поверхні.
В [29] запропоновано покриття отримані методами вакуумного осадження
обробляти за допомогою лазера для отримання необхідної конфігурації твердих і
м'яких ділянок. При цьому лазерна обробка дозволяє додатково підвищити

16
адгезійну міцність покриття. При лазерній обробці формувалися ділянки покриття
круглої форми з рівним кроком. Тобто тверді ділянки перебували на вузький
матриці, що відповідає правилу Шарпі. Площа твердих ділянок склала 20-30% від
загальної площі поверхні.
Як показано в [26] дифузійні покриття практично завжди містять в структурі
макроскопічні дефекти у вигляді пор і включень, а також високі залишкові
макронапруження розтягування і стиснення. Встановлено, що структурна
гетерогенність впливає на процеси утворення тріщин. Фрактографічний аналіз
показує, що тріщина зароджується на макродефекті як на концентраторі напружень
і поширюється до наступного включення, замикаючись на ньому. У гетерогенних
структурах покриття тріщини розташовуються на певній відстані один від одного.
В результаті сітка складається з правильних багатокутників і заповнюють всю
поверхню так, що напруження рівномірно знижуються.
Таким чином, загальним недоліком покриттів (в тому числі вакуум -
плазмових), є значні напруження і недолік контактної міцності, що веде до їх
передчасного руйнування [30]. У той же час, значно підвищити стійкість таких
покриттів дозволяє нанесення їх в вигляді не суцільного шару, а дискретного.
Різні способи наплавлення дозволяють отримувати на всій поверхні деталі або
на окремих її ділянках шари, які володіють заданими експлуатаційними
властивостями, хімічним складом і товщиною [31]. У той же час процес
наплавлення супроводжується розплавленням поверхневого шару, значним
тепловкладенням і, як наслідок, появою значних залишкових напружень в
поверхневому шарі. В процесі експлуатації такі наплавлені шари під впливом
високих навантажень схильні до розтріскування, що призводить до виходу з ладу
деталей.
Зазори в наплавленном шарі дозволили підвищити ресурс роликів [31, 32]. При
наплавленні між швами залишали зазори, а наплавка проводилася під кутом до
утворюючих (рис 1.3). Завдяки цьому термовтомні тріщини блокуються, не
досягнувши критичної довжини, знижуються залишкові напруження, вдається
уникнути виникнення дефектів в зоні перекриття швів і змін в основному металі

17
внаслідок повторного нагріву. Так як між глибиною і довжиною тріщини існує
стійкий зв'язок, то для роликів радіальної ділянки критичній глибині тріщини а =
25-35 мм і а/с = 0.5, критична довжина поверхневої тріщини 2с=100-140мм.
Зупинивши її просування (яке залежить від в'язкості руйнування основного
матеріалу ролика) перш, ніж довжина тріщини досягне 100 мм, можна запобігти
поширенню тріщини в глибину до досягнення акрит. Нанесення швів під кутом до
утворюючої дозволяє при правильному виборі ширини шва і кута запобігти
поширенню тріщини.
Застосування такого способу наплавлення дозволило значно підвищити ресурс
роботи валків. Така технологія наплавлення дозволяє змінити конструкцію
наплавленого шару, усуваючи зони переважного зародження тріщин і знижуючи
рівень напруженого стану, що в поєднанні з оптимальним складом металу
забезпечує підвищення ресурсу роликів. Кількість і довжина тріщин набагато
менше, ніж в разі розривів суцільності поверхні монолітного ролика
розвантажувальними канавками, розташованими на відстані, рівному ширині шва
[32]. Також при цьому знижується витрата електроенергії і дорогих
наплавлювальних матеріалів, об’єм шкідливих викидів в атмосферу.
Додаткова можливість гальмування руйнування шаруватих композицій
з'являється при формуванні кожного наплавленого шару з синусоїдальних (рис 1.3)
або звивистих швів [32, 33]. У цьому випадку використовується ефект гальмування

Рис. 1.3 - Прокатний валок з наплавленням під кутом до утворюючих [32]
тріщини за рахунок перетину з іншими тріщинами. Для заданих розмірів
наплавленого шару, що визначають розрахункову довжину тріщини, розгалуження
призводить до її уповільнення через збільшення реальних розмірів поверхні

18
руйнування. Багатошарову композицію рекомендується формувати, чергуючи
ділянки високої міцності з ділянками високої пластичності не тільки від шару до
шару, але і в межах кожного шару.
а)

б)

Рис. 1.3 - Наплавлення зиґзаґоподібних (а) і синусоїдальних швів (б) [32]
Для прокатних валків обтискних станів активний шар може бути сформований
з розташованих в шаховому порядку «клітин» (рис. 1.4), наплавлених двома
матеріалами з різним вмістом легуючих елементів [32, 34]. Це дозволяє
програмувати нерівномірність зносу робочої поверхні. Різниця в міцності і
пластичності матеріалів суміжних клітин дозволяє знизити рівень залишкових
напружень і підвищити тріщиностійкість композиції. Завдяки зміні розмірів
«клітин» від довжини дуги захоплення при прокатці, зменшується проковзування і
збільшується ступінь обтиску металу. Це дозволяє зменшити число пропусків
заготовки і підвищити продуктивність стану. Відповідно характером зносу
властивості «клітин» можуть змінюватися по довжині валка за рахунок легування
металу або диференційованої термічної (термомеханічної) обробки.

19
Рис. 1.4 - Схема прокатного валка з наплавленням двома матеріалами в
шаховому порядку [32]
Високою працездатністю відрізняються також валки гарячої прокатки,
активний шар яких наплавлений за схемою «перехресного намотування». Завдяки
орієнтації швів (і, отже, зон перекриття) під кутом до утворюючої, знижується
ймовірність утворення глибоких кільцевих тріщин, що ведуть до руйнування валка,
підвищується стійкість до зношування.
До недоліків методів наплавлення можна віднести утворення значних
залишкових напружень в поверхневих шарах, високу вартість легованих
наплавочних матеріалів, необхідність подальшої механічної обробки твердого
наплавленого шару [32, 34].
Авторами [35] сталь 12Х18Н9Т піддавалася прокатці в профільованих валках.
В результаті на поверхні утворювалися паралельні смуги шириною 1,5 мм
розташовані уздовж поздовжньої осі плоских зразків. Така обробка дозволяє в
широких межах змінювати структуру і властивості матеріалів.
Позитивний вплив регулярного мікрорельєфу на поверхнях деталей, що
труться при наявності мастила пропонується використовувати нанесенням канавок
на поверхні деталі. Канавки розташовують перпендикулярно напрямку
зношування, паралельно або під певним кутом [36- 38]. Також наголошується, що
зносостійкість поверхні залежить від розміру і форми заглиблень [39, 40].
Формувати технологічні канавки пропонують автори [41]. Обробку рекомендують
проводити на контактуючих поверхнях методом пластичного деформування з
ультразвуком.
Автором [42-43] запропонована технологія нанесення «лункових» покриттів
методом ППД (поверхнева плазмова деформація) . Глибина таких лунок складає
12-38 мкм, щільність розташування - 20-45%. Коефіцієнт тертя при такій технології
знизився в 1,3-1,5 рази, зносостійкість підвищилася в 1,5-3 рази.
В [44] запропоновано технологію нанесення острівцевих і лінійних ділянок
покриттів методом електроіскрового легування. Оптимальною визначена
дискретність 50-70% площі поверхні деталі. При цьому зафіксовано підвищення

20
зносостійкості в 1,5-3 рази. Дискретним методом зміцнення також рекомендується
піддавати відновлені нанесенням покриттів деталі, що також призводить до
збільшення адгезії покриття з підкладкою [45].
В цілому дискретні покриття широко застосовуються як при відновленні
деталей, так і при виготовленні інструменту. Можливості чисельних розрахунків
для оптимізації їх структури дозволяють істотно поліпшити їх експлуатаційні
характеристики [46, 47]. Однак, малі товщини таких покриттів і можливість
відшарувань, істотно знижують область їх застосування [48].
1.3 Поверхнева градієнтна термічна обробка сталей і сплавів
Відомо, що при термообробці металів всіма способами за винятком об'ємної в
поверхневому шарі дуже складно отримати постійні властивості по всій площі
поверхні. Багатьма вченими були запропоновані методи, що дозволяють позитивно
використовувати неоднорідність властивостей поверхні для підвищення
експлуатаційних характеристик деталей [49-51].
В роботі [51] розроблено спосіб термічного армування прокату за рахунок
створення методами термічної обробки ділянок різної форми, розмірів і орієнтації
зі структурою, що відрізняється від основної структури металу. Метал, оброблений
за даною технологією, являє собою макрогетерогенну структурну композицію, яка
імітує мікроструктурними стан металу.
Дослідження показують, що досягнення рівня міцності σв = 600 Н / мм2 для
прокату з нелегованої сталі можливо при термічному армуванні 60% площі
прокату. Для досягнення такої міцності за стандартною технологією потрібно
легування 2,5% легуючих елементів із застосуванням додаткової термічної
обробки. Перевагами термічного армування прокату є:
- плавний перехід від зміцнених ділянок до незміцнених;
- наявність залишкових напружень стиску;
- зміни характеру і напрямку поширення тріщин.
Відомий метод диференційованого гарту [52], сутність якого полягає в
інтенсивному охолодженні від температури аустенізації до 400-500ºС поверхні і
приповерхневих шарів з подальшим порівняно повільним охолодженням решти

21
об’єму металу. Проведений після гарту металографічний аналіз виявив наявність
приповерхневого шару глибиною 1-1.5 мм.
В [53] запропоновано термоциклічну електролітно-плазмову технологію
зміцнення поверхні. Суть її полягає в тому, що нагрівання здійснюється при
проходженні електричного розряду між поверхнею і електродом з утворенням з
водного розчину солі лужного металу плазмового шару. Залежно від часу нагріву
товщина зміцненого шару становить від 0.3 до 10мм. Формуються окремо
розташовані прямокутні ділянки (можливо отримання ділянок іншої форми)
орієнтовані перпендикулярно напрямку руху.
Дослідження показали, що такі поверхні (рис. 1.5) мають такі властивості:
- забезпечують еластичність і пружність передачі функціонального
навантаження на поверхню вкладиша підшипника ковзання;
- демпфують вібраційні навантаження;
- забезпечують рідинний режим тертя навіть при невеликих швидкостях
переміщення;
- виключають розрив розділової рідинної плівки і безпосередній контакт
поверхонь тертя при імпульсних навантаженнях.

Рис. 1.5 - Схема розміщення твердих ділянок при термоциклічній обробці [53].
Методику контактної дискретної термообробки - спосіб дискретного
підвищення механічних властивостей поверхневих шарів концентрованим
джерелом нагрівання з використанням електричного струму [50]. Наявність
структурної неоднорідності, пов'язаної з дискретністю процесу термозміцнення,
призводить до зниження напружень в металі деталі, яка зміцнюється.
На деяких заводах практикується поверхова закалка «змійкою» замість
суцільної закалки (рис. 1.6). Для цього шляхом нагрівання газовим пальником на

22
поверхні напрямних утворюється зиґзаґоподібні загартовані смуги [54]. У процесі
загартування на напрямні поверхні станини наноситься перехресна звивиста лінія
шириною 6-12мм з кроком 40-100мм. Гартівний малюнок виконується від руки і
зазвичай має неправильну форму. Відстань від краю станини до лінії гарту має бути
не менше 6 мм.
В роботі [55] представлені результати досліджень формування структурно-
неоднорідного поверхневого шару при електромеханічній обробці, що включає
використання деформуючого електрод інструменту. Саме такі технології, що
дозволяють поєднувати геометрію поверхні і властивості поверхневого шару, є
перспективними і їх позитивний ефект вже відзначений у багатьох роботах [56-58].

Рис. 1.6 - Гартування напрямних металорізальних верстатів «змійкою» [54].
Градієнтні зміцнені шари на поверхнях деталей можуть бути отримані при
використанні практично всіх методів поверхневої обробки, але позитивний вплив
таких технологій обробки недостатньо вивчено, а наявні технології розробляються
для вирішення вузькоспеціалізованих проблем. Більш широко вивченими і
пристосованими для отримання градієнтних покриттів є методи поверхневої
термічної обробки висококонцентрованими джерелами нагріву.
1.4 Поверхнева градієнтна обробка сталей і сплавів
висококонцентрованими джерелами енергії
Застосування ВДН (лазерного, електронно-променевого, плазмового)
дозволяє істотно поліпшити експлуатаційні характеристики і властивості сталей.
Крім того, ці джерела дозволяють виконувати зміцнення як всієї поверхні, так і
локально - в найбільш навантажених ділянках.

23
Обробка сталей ВДН в порівнянні з іншими методами об'ємного і
поверхневого зміцнення має такі переваги [59-61]:
- висока щільність потужності дозволяє отримати надзвичайно високі
значення швидкості нагріву і охолодження - понад 104 ... 105 ° С/с, що
сприяє отриманню унікальних структур і властивостей обробленої
поверхні;
- висока продуктивність: тривалість зміцнення ВДН на 1-2 порядки менше в
порівнянні з об'ємною термообробкою (ОТО) і, особливо, хіміко-
термічною обробкою (ХТО);
- відсутність додаткових охолоджуючих середовищ, токсичних відходів,
шкідливих викидів; висока культура виробництва; можливість особистого
управління глибиною і твердістю зміцненого шару за допомогою зміни
режимів обробки; можливість часткової і повної автоматизації
технологічних процесів; можливість отримання на поверхні металу шару з
заданими властивостями шляхом введення легуючих елементів [62].
Поверхнева обробка ВДН виконується з нанесенням окремих зон (доріжок).
Завдяки цьому така обробка - один з найбільш ефективних методів отримання
зміцнених шарів градієнтної будови.
1.4.1Лазерна обробка
Сучасні відомості про технологію лазерної обробки викладені в довідниках,
монографіях, підручниках [63-67].
Отримання високих експлуатаційних властивостей поверхневого шару сталей
(твердості, теплостійкості, зносостійкості) при лазерній обробці досягається
завдяки дії декількох механізмів зміцнення. Після лазерного гарту в поверхневому
шарі утворюються зміцнені зони, що мають більшу твердість, ніж при загартуванні
з пічним нагрівом. Це відбувається за рахунок більш високої насиченості твердого
розчину вуглецем і легуючими елементами, а також за рахунок утворення
дрібнодисперсної структури мартенситних кристалів, сформованих в умовах дії
потужних внутрішніх напружень, пов'язаних з високою швидкістю охолодження.

24
Кристалічна решітка мартенситу має підвищену викривленість, що перешкоджає
взаємодії дислокацій, а пластинчаста морфологія з великою кількістю двійників
закріплює дислокаційні скупчення і гальмує розвиток деформаційних процесів [68-
70].
Особливістю лазерної обробки є те, що вона може проводитися при
безперервному або імпульсному випромінюванні, в залежності від виду установки.
Відповідно, обробка при безперервному випромінюванні може проводитися
нанесенням зміцнених доріжок, нанесених з необхідною траєкторією. Такі доріжки
можуть перекриватися для досягнення максимальної рівномірності глибини
зміцненої зони, а також наноситися без зазору або з зазором. При імпульсному
випромінюванні на поверхні оброблюваної заготовки утворюються острівці зі
структурою гарту. При такому виді обробки складно досягти рівномірних
властивостей поверхневого шару. Однак така обробка активно використовується і
дозволяє отримувати прийнятні результати.
Форма зміцненої зони в поперечному перерізі при імпульсному
випромінюванні являє собою сегмент кола. При безперервному випромінюванні
утворюється смуга шириною, яка не перевищує 5 мм.
Структура кристалічної решітки сталі залежить від швидкості охолодження
[65]. При локальному нагріванні лазерним променем охолодження відбувається зі
швидкістю 105 - 106 К/с за рахунок відведення тепла всередину самої заготовки, що
дозволяє отримувати дрібнодисперсну структуру сталі.
У більшості випадків при контактному навантаженні деталей, ширина
площадки контакту перевищує ширину одиничної зміцненої зони. Тоді в процесі
тертя беруть участь певні структурно-неоднорідні ділянки. Ефективність лазерного
зміцнення визначається відносним розташуванням цих ділянок на поверхні тертя.
Автори роботи [69] досліджували закономірності зношування циліндричних
поверхонь з різним відносним розташуванням концентричних лазерних доріжок.
Випробування показали великі втрати маси оброблених зразків у порівнянні зі
стандартними на етапі припрацювання. На другій стадії знос зміцнених зразків був
нижче. Після випробувань знос оброблених зразків в залежності від кроку доріжок

25
був нижче в 5-10 разів. У роботах [69, 70] зазначено, що при наявності в мастилі до
15% абразиву ділянки підвищеного зносу (западини) служать для затримання
продуктів зносу, а при певному розташуванні западин і виступів (сформованих
методом нанесення доріжок), абразив примусово виводиться із зони контакту .
В роботі [71] вивчали вплив лазерної обробки на зносостійкість чавунних
направляючих металорізальних верстатів. Обробка велася з оплавленням. Було
визначено, що оптимальний кут між напрямком зношування і зміцненої зоною
становить 45º. Лазерна обробка проводилася з різним кроком між зміцненими
зонами. В результаті випробувань на зносостійкість було визначено, що така
обробка збільшує зносостійкість в порівнянні з вихідною структурою матеріалу,
однак не перевищує зносостійкість об'ємно-загартованих зразків. Можливо, це
викликано тим, що обробка велася з оплавленням поверхні.
Авторами роботи [72] вивчався вплив лазерної зміцнюючої обробки на
зносостійкість направляючих. Встановлено, що зносостійкість збільшується при
зміцненні навіть невеликого відсотка площини. Визначено, що істотне збільшення
зносу (в 2 рази) дає 20% зміцненої поверхні. Помічено, що збільшення частки
зміцненої поверхні більш ніж на 50%, істотної зміни зносостійкості не дає.
Запропоновано, виходячи з конкретних конструкцій напрямних, поверхні ковзання
зміцнювати різноманітними малюнками (рис. 1.7).

Рис. 1.7 - Варіанти нанесення зміцнених лазером зон [72].
Зносостійкість збільшується при зміцненні навіть невеликого відсотка
площині. Визначено, що істотне збільшення зносостійкості (в 2 рази) дає 20%

26
зміцненої поверхні (рис. 1.8). Зі збільшенням зміцненої поверхні більш ніж на 50%
істотної зміни зносостійкості не спостерігалося [72].

Рис. 1.8 - Залежність зміни зносу (δ) поверхні направляючої від коефіцієнта
відношення зміцненої і незміцнене площі (F, %) [62].
Лазерне зміцнення широко використовується в автомобільній промисловості
для підвищення зносостійкості локальних ділянок деталей, в яких неприпустимо
виникнення деформацій [47, 63]. Для зміцнення коробок диференціала заднього
моста з чавуну КЧ35-10 використовується газовий лазер на СО2 безперервної дії з
довжиною хвилі 1 мкм. На зміцнюючу поверхню деталі наносяться зміцнені
доріжки шириною 1,6 мм на відстані 2..3мм один від одного. При такій обробці
підвищується зносостійкість до 5 разів. Мікротвердість підвищилася з 150кг/мм2
до240 кг/мм2. Також при охолодженні з'являються ділянки аустенитно-феритної
суміші з мікротвердістю до 670 кг/мм2.
Лазерне поверхневе гартування дозволяє зміцнювати локальні ділянки
деталей, які вимагають підвищеної твердості, зносостійкості і т.д. [74,75]. Дозволяє
обробляти поверхні складної форми, а також внутрішні поверхні. Даний метод
може бути використаний в якості завершальної операції, оскільки можлива обробка
без оплавлення поверхні і відсутні температурні деформації [70, 71]. У той же час,
даний спосіб досить складний, вимагає великих енергетичних витрат. Поверхня
повинна бути підготовлена для зменшення відбиваючої здатності. Так само варто
відзначити невеликі розміри зони зміцнення (глибина до1мм, ширина до 3 мм) [32].
Це практично виключає застосування лазерного зміцнення для важко

27
навантажених великогабаритних сталевих виробів - прокатних валків, плит,
направляючих верстатів, рейок.
1.4.2 Плазмова обробка
Найбільш економічним, технологічним і перспективним
висококонцентрованим джерелом нагріву є плазмовий струмінь. Плазмові
установки мають високий ККД (вище 50%) і можуть бути зібрані на основі серійно
випускається устаткування [59]. Щільність теплового потоку досягає 105 ... 106
Вт/см2, що і дозволяє відносити плазмову обробку до висококонцентрованих
джерел нагріву [60, 61]. Висока теплова потужність (до 40 кВт) дозволяє
отримувати ширину і глибину зміцненої зони, що значно перевищують утворені
іншими методами обробки (ширина до 10мм і глибина до 5 мм при обробці з
оплавленням). Що значно перевищує розміри зміцнених ділянок одержуваних за
допомогою інших методів ВДН.
Одна з перших згадок про можливість використання плазмового струменя для
поверхневої термічної обробки металів відзначено в 1959 році в роботі [69]. Але
промислове застосування плазмових зміцнюючих технологій почалося через два
десятиліття. Тоді вже були глибоко вивчені теоретичні та технологічні основи
лазерного зміцнення [63-67].
Мікроструктурні зміни в сталі після плазмового поверхневого зміцнення
відбуваються так само, як і при лазерному зміцненні [62-74]. Різниця полягає в
технологічних підходах, лазерна обробка з оплавленням мало впливає на якість
поверхні, в той час як при плазмовому гартуванні можливий виплеск металу із зони
зміцнення через газодинамічний впливу потоку плазми.
Відома велика кількість робіт, присвячених дослідженням процесу плазмового
зміцнення. Вивчена технологія значного підвищення властивостей поверхневого
шару (твердості, зносостійкості, тріщиностійкості і ін.) Для різних сталей і сплавів,
в тому числі вуглецевих і низьколегованих сталей [55, 29], чавунів [65-68]
високолегованих і швидкорізальних сталей [32 -36], і інших матеріалів. В
умовах виробництва застосовуються і розвиваються технології плазмового
зміцнення металорізального інструменту [59 , 63], штампового і деформуючого

28
інструменту [44], валків (чавунних, сталевих, наплавлених) [64, 68], залізничних
коліс [46, 72], рейок [51], грунтообробного інструменту [9, 23], різних деталей
обладнання [28, 44].
Відомі монографії [46] присвячені результатами досліджень плазмових
процесів і їх практичної реалізації.
Відзначається підвищення зносостійкості вуглецевих і легованих сталей після
плазмового поверхневого зміцнення в порівнянні з іншими способами зміцнення
[13-16].
Незважаючи на широке вивчення можливостей поверхневого зміцнення із
застосуванням плазмових технологій в літературі практично відсутні відомості про
отримання плазмових градієнтних покриттів на сталях. Для зміцнення виробів із
сталей рекомендується обробка без зазору або з перекриттям до 30% [56, 11]. В той
же час не досліджувався вплив напрямку нанесення зміцнених зон, а також з
зазором між ними.
Ряд робіт присвячені одержанню та дослідженню властивостей плазмових
градієнтних покриттів на чавунах [17-19]. У роботах [17,18] досліджено абразивну
зносостійкість чавунних зразків, зміцнених за схемами показаним на рис.1.9.
Випробування показали, що при зміцненні в напрямку, перпендикулярному
напрямку зношування - зносостійкість зразків після плазмової обробки без
оплавлення вище, ніж при зміцненні вздовж напрямку зношування. В обох
випадках зі збільшенням відносної площі зміцненої поверхні коефіцієнт
зносостійкості збільшується. При зміцненні з оплавленням встановлена зворотна
залежність. Найбільш високий коефіцієнт зносостійкості мають зразки при обробці
без оплавлення при перехресному русі плазмотрона, особливо в разі, коли
напрямок обробки складає кут 45 ° з напрямом зношування. Було встановлено, що
при оптимальному співвідношенні 1/3 .. 1/4 досягається підвищення зносостійкості
не менше ніж в 3 рази.

29

Рис. 1.9 - Схема нанесення зміцнених зон на деталі з чавуну [118]
Проводилось зміцнення млинових валків діаметром 200..250 мм при
переміщенні плазмотрона під кутом 45 ° до осьової лінії з отриманням обмежених
м'яких ділянок, розмір яких приблизно дорівнює розміру одиничного зерна
(пшениця, ячмінь, кукурудза). У цьому випадку поряд з підвищенням
зносостійкості валків в 2..2,5 рази покращується захоплення зерна і підвищується
продуктивність подрібнення [117].
Розміри зони плазмової обробки можуть бути зменшені для специфічних умов
обробки, там, де не потрібна велика глибина і ширина зон. Прикладом цього є
робота [109]. Для цього використовуються плазмотрони меншої потужності і
розмірів. Обробка такими плазмотронами може проводитися вручну.
Висновок до розділу 1
1. При зношуванні в процесі припрацювання сполучень формується
хвилястість, яка дозволяє збільшити ресурс деталей тому що зношені ділянки
служать в якості масляних кишень або утримують продукти зносу. Для зменшення
інтенсивності зношування потрібне збільшення ступеня зміцнення або зміну
співвідношення зміцнених і незміцнених зон.
2. При формуванні дискретного поверхневого шару можна запобігти
розтріскуванню за рахунок значного зниження контактних напружень. Однак такі
покриття мають малу товщину і незастосовні для деталей, що працюють в умовах
підвищеного зносу і високих контактних навантажень.
3. Методи термоциклічної, газополум'яної обробки дозволяють
формувати поверхневі шари з нерівномірною структурою. По застосуванню до
вузького кола деталей ці методи дозволяють підвищити експлуатаційні властивості
деталей, підвищити їх ресурс, але ці технології вимагають спеціального обладнання

30
і недостатньо вивчені. Недоліком їх є також значний розігрів деталей, що може
викликати розтріскування і термічні деформації.
4. Найбільш перспективним методом поверхневого зміцнення для
формування градиєнтного поверхневого шару є лазерна обробка, яка має ряд
переваг в порівнянні з традиційними технологіями поверхневого зміцнення. В тому
числі можливість зміцнення локальних ділянок та формування заданої геометрії
розташування зміцнених зон, що дозволяє підвищити ресурс і надійність деталей і
виробів. Але технологія лазерного зміцнення не отримала застосування для
масивних виробів, що пов'язано з їх високою вартістю, складністю устаткування і
малими розмірами зміцненої зони.
5. Найбільш економічним і продуктивним методом поверхневого
зміцнення є плазмова обробка. Однак в даний час не досліджені основи технології
плазмового градієнтного зміцнення.

31
Розділ 2 Обладнання та проведення досліджень. Математична модель
визначення напружень в поверхневому шарі при ПЗ
2.1. Обладнання та підготовка зразків
Експериментальна частина роботи виконана з використанням лабораторної
установки для плазмової поверхневої обробки (рис. 2.1). Установка створена на базі
плазмової установки Київ-7 і включає плазмотрон, джерело живлення, систему
подачі газу, систему водяного охолодження плазмотрона, механізми переміщення
плазмотрона відносно заготовки.

Рис. 2.1 - Установка для плазмової обробки.
Установка забезпечує межі регулювання сили струму: 100-500А; межі
регулювання витрати плазмоутворюючого газу: 5-20 л / хв; межі регулювання
швидкості переміщення плазмотрона: 0,1-1 м / хв.
Процес плазмового поверхневого зміцнення відбувається шляхом нанесення
окремих зміцнених зон. Залежно від кроку між проходами плазмотрона виходить
покриття суцільної або градієнтної будови. Окрема зміцнена зона складається в
свою чергу з зони гарту і перехідної зони. У разі зміцнення з оплавленням також
утворюється зона гарту з рідкого стану.
Для вивчення структури зони плазмового впливу проводилися металографічні
дослідження на шліфах, виготовлених за схемою, показаної на рис. 2.2. Такі шліфи
повинні містити не менше двох зміцнених зон. Зразки вирізаються з заготовки з
зміцненою поверхнею абразивним кругом з обов'язковим охолодженням, яке
захищає зразок від перегріву, що призводить до зміни структури.

32

Рис. 2.2 - Схема вирізки зразків для металографічних досліджень (V -
напрямок переміщення плазмотрона).
При аналізі нових технологій зміцнення відносно великогабаритних сталевих
виробів металографічні дослідження повинні виконуватися на зразках, вирізаних з
реальних виробів, підкранових рейок (рис. 2.4) і т.п.
Підготовка шлифов для макро- і мікро металографічних досліджень
(шліфування, полірування, травлення) виконується з використанням
загальновідомих рекомендацій [120, 121].

Рис. 2.4 - Схема вирізки зразків з рейки для металографічних досліджень.
Для визначення мікроструктури поверхнево зміцнених зразків із сталей на
підготовлених шліфах використовувалися методи оптичної та електронної
мікроскопії. Для цього застосовувалися мікроскопи МІМ-8м, «Neophot-21», «Tesla
BS-540», РЕМ-100У.
2.1 Спосіб дослідження зразків на зносостійкість
Під час роботи механізмів і машин зміна номінальних розмірів спряжених або
контактуючих поверхонь деталей відбувається, головним чином, через абразивний
знос, що викликається наявністю в зоні контакту твердих частинок пилу, окалин,
продуктів зносу та ін. Найбільш достовірним методом визначення зносостійкості

33
матеріалів є випробування в реальних умовах роботи [133], тобто безпосередньо на
робочих агрегатах. Але даний спосіб є найбільш трудомістким, з огляду на те, що
для вимірювання величини зносу потрібен демонтаж деталі, яка випробовується
або проведення аналізу робочих середовищ вузла (аналіз кількості продуктів зносу
в маслі) [134].
Метою дослідження є проведення випробувань в умовах аналогічних робочим
- роботі важконавантажених деталей типу напрямних, валків прокатних станів,
рейок. Велике число факторів, що впливають на процес зношування деталей
машин, а також необхідність вивчення особливостей цього впливу зумовлюють
значний об’єм експериментальних досліджень [135]. Для виконання даного
завдання необхідно підібрати методику випробувань, обладнання, абразив і зразок.
Аналіз існуючих моделей установок на зношування і методик випробувань на
знос показав необхідність спроектувати установку такої конструкції, яка
задовольняла б специфіці проведених випробувань [133].
При випробуваннях матеріалів на лабораторних установках повинні
відтворюватися основні умови тертя на поверхні, які є при експлуатації деталей,
притому, що забезпечується один і той же вид зношування. Для правильного
вибору методики і умов випробувань на лабораторній установці необхідно
детально ознайомитися з умовами роботи досліджуваного вузла тертя (характер
мастила, швидкість ковзання, тиск в зоні контакту, температура в поверхневому
шарі деталей і ін.), А також встановити основний механізм зношування пари [136].
З відомих методів випробувань на абразивне зношування (тертя об закріплені
частинки, абразивний прошарок, тертя в абразивній масі, ударно-абразивне
зношування, зношування в струмені абразивних частинок), для розглянутої
проблеми найбільш підходить метод тертя з абразивним прошарком.
У більшості установок для зношування зразки мають невеликі розміри (до
1см), зважаючи на відсутність необхідності у великих розмірах зразків і,
відповідно, зменшуються габарити установок. Нам необхідно визначити вплив
плазмового зміцнення на зносостійкість за умови нанесення зміцнених зон з
зазором, величина якого повинна варіюватися від 0 до 100% відносно ширини зони

34
зміцнення. Тому розміри зразка повинні забезпечувати нанесення не менше 3-х
зміцнених зон на зразку. Зони розташовуються на відстані b = 1-10мм одна від
одної. Розміри зміцнених зон - a = 10-12мм. Отже, розмір зразка повинен бути не
менше 3 · a + 2 · b = 50мм (рис. 2.5) [136].

Рис. 2.5 - Схема розташування зміцнених зон на зразку (Vизн - напрямок
зношування, Vобр - напрямок обробки)
Розміри зразків дозволяють в ході випробувань варіювати геометричні
параметри градієнтного зміцненого шару (кут ω, зазор b).
Зразки для випробувань перед зміцненням фрезерувати до розміру 60х50х20.
Шорсткість поверхні склала Rz 0.2.
Зважаючи на значні розміри зразка тертя об торцеву поверхню дасть нерівний
знос через залежність швидкості обертання від радіуса. Контакт по циліндричній
поверхні забезпечить рівну швидкість ковзання всіх точок зразка відносно контр-
тіла.
Як абразив був обраний кварцовий пісок зернистістю 0.5мм. Швидкість подачі
абразиву регулюється частковим перекриттям каліброваного вентиля, що йде від
бункера з піском. Подача абразиву повинна забезпечувати відсутність контакту між
зразком і контр-тілом (наявність постійного абразивного прошарку).
Зусилля притиску зразка 4кг на 1см довжини контакту, забезпечується
важелем з навантаженням за допомогою пружини. Таким чином, компенсуються
биття, що виникають в процесі контакту зразка з контр-тілом і потоком абразивних
частинок.
Швидкість обертання диска приймаємо виходячи з даних літературних джерел
V = 1,5 м / с. Шлях тертя між зважуваннями 900м.

35
Після кожного випробування зразки протирали від залишків абразиву,
знежирювали і зважували на аналітичних вагах моделі ВЛКТ-500 з точністю 0,01.
Коефіцієнт зносостійкості розраховували по втраті маси до і після
випробувань як відношення до втрати маси еталонного (незміцненого зразка).
Контр-тіло повинне витримувати тривалий час експлуатації без зміни
геометричних розмірів (викликано тим, що випробовувані зразки будуть мати
високу твердість і зносостійкість, а швидка зміна розмірів барабана спричинить за
собою зміну лінійної швидкості в зоні контакту);
В установці випробування на зносостійкість проводяться за методом
зношування через абразивний прошарок (рис. 2.6). До барабана, який обертається
2 під заданим навантаженням P2, яка визначається вагою вантажу Р1, притискається
своєю плоскою стороною зразок 1. Між барабаном і зразком з бункера 4
засипається абразив (кварцовий або морський пісок, корунд). Абразивні частинки
протираються по поверхні зразка, забезпечуючи його зношування, і, отже, втрату у
вазі.

Рис. 2.6 - Схема випробувань на абразивну зносостійкість
Випробування за вказаною схемою проводяться на установці (рис. 2.7), в якій
в якості приводу використовується електродвигун (1) з клиноремінною передачею.
Швидкість обертання контр-тіла можна варіювати зміною шківів. Установка
змонтована на рамі 2. На двох опорах встановлено вал з контр-тілом. За допомогою
важеля зразок 4 притискається до обертається контр-тілу, абразив потрапляє між
ними з бункера 3.

36

Рис. 2.7 - Загальний вигляд і схема установки для випробувань на
зносостійкість. 1 - електродвигун, 2 - підстава, 3 - бункер для абразиву, 4 - зразок.
Випробування дозволяють отримати результати, що відповідають реальним
умовам експлуатації великогабаритних сталевих виробів (напрямні, рейки) в
умовах тертя «метал по металу» з абразивним прошарком.
2.2 Розрахунок еквівалентних напружень методом кінцевих елементів
Відомо, що напруги в металі деталей значно впливають на працездатність,
міцність і інші експлуатаційні властивості. Найбільшим навантаженням піддається
поверхневий шар, який в першу чергу взаємодіє з навколишнім середовищем і
піддається різним видам зносу.
Картина полів напружень після термічної обробки при локальному зміцненні
залежить від розташування зон тепловкладення. Градієнтна плазмова обробка
передбачає чергування загартованих ділянок з незміцненими зонами. Для
визначення їх оптимальної і сприятливої геометрії для експлуатації в умовах
робочих навантажень розглянемо варіанти розташування зміцнених ділянок
паралельно, перпендикулярно і під кутом до напрямку зношування (рис.2.8) при
різному співвідношенні площі зміцненої і незміцнене поверхні.

Рис. 2.8 - Варіанти геометрії градієнтних зміцнених шарів (V - напрямок
зношування)

37
В даний час немає єдиних методик розрахунку залишкових напружень після
впливу плазмового струменя з зонами обробки, які чергуються.
Відома модель розрахунку еквівалентних напружень в дискретних покриттях
на чавунних деталях [138]. Перетин окремих зміцнених зон авторами
запропоновано апроксимувати відрізками прямих ліній у вигляді трапеції (рис. 2.9).
Це дозволяло отримати просту схему розбиття на кінцеві елементи і спростити
розрахунок.

Рис. 2.9 - Схематизація зміцненої поверхні [138].
Для вивчення полів напружень в поверхневих шарах після плазмової
поверхневої градієнтної обробки перетин зміцненої зони моделювали максимально
наближеним до реальних розмірів. У даній роботі проводилася побудова моделі
зміцнюючої деталі з вихідними властивостями з метою моделювання поширення
тепла і моделі з різними властивостями основного і зміцненого металу. Зміцнена
зона моделювалася в формі сегмента кола (рис.2.10), в якому а - глибина зміцненої
зони, b - ширина, r - радіус заокруглення, f - відстань між сусідніми зонами.
Розрахунок проводився в програмі FEMAP з використанням розрахункового
модуля Nastran. Будувалася модель з розмірами, достатніми для спостереження
змін в поверхневому шарі до кордону вирівнювання властивостей в основному
металі [139].

Рис. 2.10 - Розрахункова схема навантаження поверхні
Розбиття моделі на кінцеві елементи виробляли за допомогою тетрагональних
і гексагональних елементів для отримання оптимальної картини в заокругленнях, а

38
також для зв'язування вузлів кінцевих елементів при роздільному розбитті
основного металу і зміцненої зони. Побудована модель після розбиття містить 7080
елементів (рис. 2.11). Для отримання найбільш коректного результату в перехідній
зоні кількість елементів збільшена [140].

Рис. 2.11 - Кінцево-елементна модель зразка з зміцненим зонами.
Напруження, що діють в поверхневому шарі, складаються із залишкових
температурних, викликаних деформаціями в процесі зміцнення, і контактних
напружень від робочих навантажень в зоні контакту з сполученими деталями. Тому
розрахунок необхідно проводити в два етапи: 1) розрахунок температур і
деформацій; 2) спільне навантаження - додавання контактного навантаження.
Так як розподіл напружень залежить від характеру розподілу і величини
температури ВДН, то спочатку необхідно отримати розподіл в залежності від
теплового потоку, що генерується плазмовим струменем.
Залежно від необхідних значень твердості вибирається режим обробки (сила
струму I, швидкість переміщення плазмотрона V). Це може бути як максимально
досяжна твердість при обробці без оплавлення (табл. 2.1), так і обмежена
технічними умовами деякими проміжними значеннями.
Таблиця 2.1 - Режими плазмової обробки
Марка Режим плазмової
сталі обробки Твердість НV

39
I, А V, мм/хв В Після плазмової Після плазмової обробки
початковому обробки на по обмеженому режиму
стані максимальну
твердість
М76 420 870-885 -
830 220-235
- 680-685
Баланс потоку тепла в кожній елементарній точці тіла визначається
співвідношенням [130]:

де , c - коефіцієнти теплопровідності (Вт/м К), теплоємності (Дж/кг К);
ρ– щільність матеріалу тіла (кг/м3);
операція T = grad(T ).
T =T(xj , t) – температура
Виконується розрахунок температур в деталі при впливі плазмового струменя.
Навантаження прикладаються у вигляді нестаціонарного конвективного потоку, в
якому зміна температури задано в вигляді функції від часу T (t). Для інших ділянок
моделі призначається початкова температура навколишнього середовища. Здається
температура в зоні зміцнення, марка сталі, швидкість переміщення плазмового
джерела. Уточнюються коефіцієнти теплоємності і теплопровідності. Після
розрахунку температурних полів (рис. 2.12) і аналізу результатів, вибирається
режим плазмової обробки, для якого розраховуються залишкові температурні
напруження.

40
Рис. 2.12 - Розподіл температур при впливі плазмового струменя.
Методи МКЕ дають можливість зробити розрахунок і візуалізацію полів
напружень в поверхневих шарах. Це дозволяє наочно оцінити як характер
розподілу напружень, так і побачити їх числові значення в найбільш зручній формі.
Результати моделювання показують [140], що максимальні еквівалентні
напруження спостерігаються в перехідній зоні між зміцненим і основним металом
(рис. 2.13). Дана модель дозволяє не тільки визначити значення напружень на
поверхні покриття, але і відображає епюри напружень будь-якої точки зміцненої
зони і всієї моделі. Основним завданням є оптимізація розташування зон таким
чином, щоб отримати найменші значення напружень в перехідних зонах на
поверхні деталі.
Для вирішення поставленого завдання будувалися моделі з розташуванням
зміцнених зон (в моделі це місця прикладення теплового потоку) з утворенням
незміцнених ділянок шириною f від 1 до 10мм. При моделюванні найменші
значення напружень були отримані при ширині незміцненої зони 5-6мм (рис. 2.14).
Після розрахунку залишкових напружень виконується розрахунок
еквівалентних напружень. Для цього до моделі прикладається контактне
навантаження і отримані поля сумарних напружень (рис. 2.15). Порівняння
просторових епюр розподілу напружень показує, що під навантаженням поля
напружень компенсуються і поверхневий шар знаходиться в сприятливих умовах
експлуатації [142]. Це відбувається за рахунок того, що залишкові напруження
стиску складаються з контактними дотичними силами на розтяг, що виникають між
взаємодіючими деталями.

Рис. 2.13 - Розподіл залишкових напружень в зміцнених зонах

41

Рис. 2.14 - Розподіл залишкових напружень після плазмового поверхневого
градієнтного зміцнення паралельно напрямку зношування

Рис. 2.15 - Розподіл напружень в (1 - залишкових; 2 - контактних і
залишкових)
При зміні кута між зміцненими зонами і напрямком прикладання
навантаження (зношування) змінюються сумарні напруження на поверхні деталі
(2.16). Мінімальні напруження мають місце при куті 45º між напрямком зміцнення
і контактними силами.

42
Рис. 2.16 - Розподіл еквівалентних напружень після плазмового градієнтного
зміцнення (при величині кута між напрямком обробки і напрямком дії
контактного навантаження: 1 - паралельно дії навантаження; 3 - під кутом 45º до
дії навантаження; 2 - під кутом 90º до дії навантаження)
Відомо, що найбільшому зносу піддаються ділянки з максимальними
напруженнями. Виходячи з результатів побудованих епюр, можна спрогнозувати,
що знос такій поверхні буде рівномірним (рис. 2.17, 2.18), а з огляду на високу
твердість зміцнених зон - вкрай низьким [143].

Рис. 2.17 - Розподіл залишкових напружень після плазмового поверхневого
зміцнення

Рис. 2.18 - Розподіл еквівалентних напружень при поєднанні контактного
навантаження і залишкових напружень після плазмового поверхневого зміцнення
Таким чином, дослідження показали, що мінімальні еквівалентні напруження
в поверхневому шарі після плазмового градиентного зміцнення для сталі 45 будуть
отримані при нанесенні зміцнених зон на відстані 5-6мм і величиною кута між
напрямком обробки і контактним навантаженням в межах 45º ± 5º.

43
Різні умови експлуатації деталей і вузлів вимагають варіативного підходу до
властивостей поверхні, тобто вибору відповідних режимів обробки і геометрії
зміцненого шару. Методика дозволяє визначати розподіл еквівалентних напружень
в поверхневому шарі виробу після зміцнення, враховуючи властивості матеріалу і
розташування зміцнених зон. Це може бути підставою для вибору оптимальних
геометричних параметрів градиентної плазмової обробки. Дана модель може бути
інструментом для автоматичного управління процесом плазмового градієнтного
зміцнення виробів.
2.3 Вибір оптимальних параметрів плазмового градієнтного зміцнення
Для прогнозування властивостей зміцненої поверхні, а також для призначення
оптимальних режимів обробки і геометрії градієнтного зміцненого шару необхідна
розробка моделей, що описують як вплив технологічних параметрів плазмового
зміцнення на експлуатаційні характеристики деталі, так і величину і характер
розподілу напружень і деформацій.
У загальному випадку при поверхневій обробці сталей залишкові
макронапруження є алгебраїчною сумою напружень двох видів - термічних,
викликаних нерівномірним розподілом температури по перетину виробу, і
структурних, які пов'язані зі зміною об’єма в результаті фазових переходів   »
144. Слід зазначити, що в високовуглецевих сталях, знаки структурних і
термічних напружень протилежні. Кінцева величина результуючих залишкових
напружень залежить від складу сталі, режиму і технології обробки. Встановлено,
що при обробці сталей потужним плазмовим струменем (30кВт) без оплавлення
поверхні, основний вклад в величину залишкових напружень вносять термічні
напруження, які при поверхневому концентрованому нагріванні є однозначно
стискаючими [111].
Вибір режимів плазмового зміцнення залежить від необхідної твердості
поверхневого шару і марки сталі полягає в розрахунку необхідної теплової
потужності плазмового струменя. Тепловкладення в зміцнюючу деталь
регулюється силою струму плазмотрона і швидкістю переміщення плазмотрона

44
відносно деталі. Так для сталі М76 були визначені наступні режими зміцнення
(табл. 2.2).
При нанесенні на поверхню деталі зміцненого шару, кожна наступна доріжка
вносить додаткові залишкові напруження, які сумуються з вже наявними в металі.
В раніше нанесеній зміцненій зоні утворюється невелика (1-2мм) перехідна зона.
Тобто, крім зменшення міцності зміцненого шару, до 20% обробленої поверхні
втрачають отримані властивості. Отже, раціонально залишати мінімальний зазор
між зміцненими зонами, які наносяться.
Таблиця 2.2 - Режими плазмового зміцнення для різних схем обробки
№ Кут між Сила струму Швидкість Твердість σэкв,
напрямком плазмового переміщення зміцненого МПа
зміцнення і струменя, А плазмотрона, шару, HV
контактним мм/хв
навантаженням,
1 º 300 500 540-555 450
2 0º 350 500 645-655 580
3 400 500 805-815 645
4 300 500 540-550 410
5 45º 350 500 645-655 485
6 400 500 800-810 580
7 300 500 530-540 490
8 90º 350 500 650-660 540
9 400 500 805-815 620
Для вибору оптимальної геометрії градиентного плазмового зміцнення
необхідно провести розрахунок полів напружень для моделей з відстанню між
зміцненими зонами від 0 до 2b або більше, якщо це відповідає вимогам, і
дискретністю в 1-2 мм. За цими моделям будуються графіки напружень на глибині
від 1 до 5 мм і проводиться вибір відстані між зміцненими зонами при якому
значення еквівалентних напружень мінімальні.
Розрахунки показують, що оптимальним розміром кута між напрямком
зміцнення і контактними навантаженнями є кут в 45º. Однак, для сталі потрібне
проведення розрахунків такого кута. Для цього до деталі з обраною відстанню між
зміцненими зонами, по черзі прикладаються навантаження у вигляді сил
прикладених уздовж поверхні під різними кутами до напрямку зміцнення.

45
Таким чином, порядок розрахунку параметрів обробки виконується в
наступній послідовності:
- Завдання вихідних даних - матеріал, розміри деталі, необхідна твердість;
- Вибір режимів плазмової обробки (V, I) (табл. 2.1);
- Створення тривимірного об'єкту навантаження (досліджувана деталь);
- Розбиття об'єкта навантаження на кінцеві елементи;
- Підбір і введення вихідних даних для розрахунку температур, завдання
обмежень (Т0 = 20 ºС);
- Розрахунок температурних полів і вибір значень для розрахунку напружень;
- Отримання результатів і аналіз отриманих даних;
- Розрахунок напружень з урахуванням впливу контактних навантажень;
- Побудова оптимізаційної кривої за результатами декількох розрахунків;
- Вибір оптимальної геометрії розташування зміцнених зон за результатами
розрахунку.
Математична модель може бути використана на практиці для вибору режимів
плазмової градієнтної обробки великогабаритних сталевих виробів виготовлених з
різних марок сталей з урахуванням умов їх експлуатації.
Збіжність результатів моделювання і експериментів підтверджується при
порівнянні розподілу температур при впливі одиничної зміцненої зони в результаті
моделювання в FEMAP (рис. 2.19) з розмірами зміцненої зони спостерігається на
шліфах. Зони оплавлення, загартування з твердого стану та перехідної зони на
макрошліфах відповідають кордонам температур перетворень на графіку розподілу
температур, отриманому в результаті розрахунку.

46

Рис. 2.19 - Порівняння розподілу температур і макроструктури зміцненої
зони на макрошліфах
Таким чином, ми можемо оптимізувати параметри нанесення зміцнених
плазмових покриттів з використанням математичних методів, грунтуючись на
даних моделювання методом кінцевих елементів. З використанням розробленого
алгоритму, стає можливим проводити повний вибір параметрів плазмової обробки
і оптимальної конструкції градієнтних покриттів з найбільш високими
експлуатаційними показниками.
Висновок до розділу 2
1. Розроблена схема вирізки, конструкція зразків для досліджень
мікроструктури зміцнених шарів градієнтної будови на підкрановій рейці.
2. Розроблений алгоритм моделювання напруженого стану поверхні, що
дозволяє в режимі реального часу відслідковувати зміну температури поверхневого
шару і контролювати напруження в поверхневому шарі.
3. Проаналізована методика вимірювання параметрів шорсткості
поверхні зміцнених шарів градієнтної будови, що дозволяє контролювати
мікрорельєф поверхні до і після зношування.
4. Встановлено, що оптимальними для створення найбільш сприятливих
еквівалентних напружень в поверхневому шарі геометричними параметрами
градієнтного зміцнення є: відстань між зміцненими зонами 5-6мм і кут між
напрямком зміцнення і прикладання навантаження 45º.

47
5. Зіставлення результатів металографічних досліджень з розподілом
температур по глибині зміцненого шару отриманого розрахунковим методом
показали, що результати практично ідентичні і підтверджують точність
розрахункового методу.

48
Розділ 3. Дослідження структури та властивостей сталей після зміцнення
3.1 Металографічні дослідження зміцнених шарів після обробки
плазмою
Суть методу плазмового поверхневого зміцнення сталей полягає в локальному
висококонцентрованому нагріванні струменем дугової плазми, швидкому
природному охолодженні матеріалу за рахунок теплопровідності і протіканні при
цьому процесу загартування в поверхневому шарі [111].
При поверхневому загартуванні для отримання мартенситу в сплавах заліза з
вуглецем в температурному інтервалі мінімальної стійкості аустеніту швидкість
охолодження повинна перевищувати критичну, яка для більшості сталей
знаходиться в інтервалі 180 ... 200° С/с. Основною відмінною рисою плазмового
поверхневого гартування є досягнення дуже високих значень швидкості нагрівання
та охолодження - 104 ... 106 ° С/с. Багаторазове збільшення швидкості охолодження
не призводить до утворення нових фаз і структур - при плазмовому загартуванні в
сталі є ті ж фази і структури, що і при звичайному гартуванні. Це обумовлює
отримання більш високого ступеня зміцнення (більш високої твердості), ніж при
об'ємному гартуванні [111].
Оптимальні режими плазмового зміцнення зразків, що забезпечують найбільш
високу твердість без оплавлення поверхні з подальшою обробкою. На
мікрошліфах, приготованих в перерізі, перпендикулярному напрямку обробки,
виконувалися виміри твердості по Віккерсу і металографічні дослідження на
оптичних мікроскопах МІМ-8м, «Neophot-21» і растровому електронному
мікроскопі: РЕМ-100У. Для порівняння зразки досліджених сталей піддавалися
також об'ємному гартуванню в печі за оптимальними для кожної марки режимам.
У таблиці 3.1 наведені режими зміцнення сталей і отримані значення твердості.

49

Таблиця 3.1 - Режими зміцнення і твердість сталей

Режим об'ємного
гартування Твердість НV
Марка
сталі Після Після плазмової
Охолоджуюче У вихідному
Тз.°С об'ємного обробки
середовище стані
гартування
М76 800 вода 220-235 720-740 870-885
В результаті одиничного впливу (проходу) плазмового струменя на поверхні
сталі утворюється зміцнена зона (зона плазмового впливу - ЗПВ), яка складається з
загартованої та перехідної зон. При зміцненні з оплавленням в верхній частині ЗПВ
утворюється оплавлена зона - зона гартування з рідкого стану. ЗПВ має форму
сегмента кола (рис. 3.1), що викликано нормальним (гауссівским) розподілом
потужності плазмового струменя по площі плями нагріву. Розміри ЗПВ і твердість
в ЗПВ залежать, крім режиму обробки, від складу сталі і вихідного стану.

Рис. 3.1 - Макроструктура зміцненої зони на сталі М76, х15.
При обробці без оплавлення поверхні глибина ЗПВ становить 2,5 ... 3,5 мм,
ширина - в межах 10 ... 15 мм; при обробці з оплавленням розміри ЗПВ можуть бути
збільшені за рахунок появи поверхневої оплавленої зони (рис. 3.1) і збільшення
розмірів зони загартування в твердому стані. При цьому розміри перехідної зони
практично не змінюються. При обробці з оплавленням глибина ЗПВ може досягати
5 ... 6 мм і більше - в залежності від ступеня оплавлення, а ширина, відповідно, - до
20 мм.
У структурі вуглецевих сталей евтектоїдного складу надлишкові фази (ферит,
цементит) відсутні, тому при швидкісному плазмовому нагріванні основним є

50
перетворення зернистого або пластинчастого перліту в аустеніт. У початковому
стані евтектоїдна рейкова сталь М76 має структуру пластинчастого перліту (рис.
3.4,. Після об'ємного гартування від стандартних температур сталі набувають
досить високу твердість і структуру крупноголкового мартенситу.

Рис. 3.3 - Мікроструктура перехідної зони при плазмовому загартуванні
сталеs М76 х320.
Плазмове гартування евтектоїдних сталей призводить до отримання структури
високодисперсного мартенситу переважно пластинчастої морфології [111].

а б

51
Рис. 3.4 - Мікроструктура вуглецевих і інструментальних сталей
евтектоїдного складу: а, - М76 в початковому стані; б - після плазмового
зміцнення х 1000.
Нагрівання до дуже високої температури при малій тривалості витримки (за
розрахунковими оцінками близько 0,1 ... 0,01 с) не викликає зростання зерна
аустеніту (як при об'ємної загартуванню з перегрівом) - структура загартованої
зони має високу ступінь дисперсності і однорідна по всьому об'єму ЗПВ - аж до
кордону з вихідним металом (рис. 3.3). Межі аустенітних зерен в структурі
загартованої зони металографічно не виявляються (рис. 3.4, б).
Таким чином, металографічні дослідження вуглецевих і низьколегованих
інструментальних сталей з вмістом вуглецю 0,4 ... 1,0% показали, що плазмова
поверхнева обробка є високоефективним методом термічного зміцнення. В
результаті неї досягається 3,5 ... 4,5-кратне підвищення твердості сталей в
порівнянні з нормалізованим станом і на 100 ... 150 НV в порівнянні з об'ємним
загартуванням в печі. Це пов'язано зі зміною цілого ряду структурних і
субструктурних характеристик - збільшенням ступеня насиченості твердого
розчину вуглецем і легуючими елементами; виділенням субмікроскопічних
частинок вторинних карбідів, рівномірно розподілених в мартенситній матриці.
Але найбільш значущий вплив на додаткове підвищення твердості сталей при
плазмовому гартуванні надає подрібнення загартованої структури. Отже, плазмове
поверхневе гартування може бути рекомендовано замість об'ємного гарту для
виробів з вуглецевих і низьколегованих інструментальних сталей, глибина
допустимого зносу яких в процесі експлуатації не перевищує глибини зміцненого
шару [111].
Найчастіше деталі зміцнюються нанесенням загартованих доріжок на відстані
одна від одної під кутом 0 ° або 90 ° до напрямку зношування. При цьому в деталях
циліндричної форми або в плоских деталях, в яких доріжки знаходяться у
вертикальному положенні, масло буде випливати з «масляних кишень». Зменшити
цей ефект можна завдаючи зміцнені доріжки під кутом 45 ° до напрямку
зношування.

52
Практично повністю зберігається мастило в масляних кишенях, якщо
наносити зміцнені доріжки, які взаємно перетинаються на відстані один від одного
під кутом 45 ° до напрямку зношування. В такому випадку, м'які ділянки будуть з
чотирьох боків оточені твердими.
Поверхня сталевих деталей, оброблених таким чином, зможе тривалий час
утримувати мастило. При такому варіанті обробки поверхня буде складатися з
ділянок незміцнених, зміцнених і зміцнених дворазово (рис. 3.6).

Рис. 3.6 - Схема нанесення перехресних зміцнених доріжок на зразку, I -
незміцнене зона; II - зміцнена зона; III - зміцнена дворазово зона (перетин двох
доріжок)
Для кращого розуміння ефекту після зміцнення поверхні сталі при
перехресному нанесенні зміцнених зон була вивчена зміна мікротвердості на сталі
45. При послідовному нанесенні двох взаємно перпендикулярних доріжкках (рис.
3.6). Потім було вивчена зміна мікротвердості в напрямках, зазначених стрілками
1-4 (рис. 3.7). Мікротвердість визначалася за допомогою Мікротвердоміра МІМ-2.
У напрямку 1 твердість різко підвищується на кордоні зміцненої зони,
досягаючи максимуму в середині. У напрямку 2 твердість також зростає від краю
перетину зміцнених зон до середини, причому в зоні початку перетину помічено
незначне зниження твердості, що може бути викликано наявністю перехідної зони,
яка утворилася при нанесенні першої доріжки.

53

а) б)

в)
Рис. 3.7 – Розподіл мікротвердості в місцях взаємного переміщення
зміцнених зон
У напрямку 3 на межі перетину зміцнених доріжок є зона відпуску, утворена
в результаті відпуску, який стався через тепловідведення при нанесенні другої
зміцненої зони.
Таким чином, в результаті такого способу нанесення модифікованих покриттів
на поверхні оброблюваного металу утворюється структура, що має ще більш
складну будову в порівнянні зі стандартною обробкою з зазором або без. Така
поверхня містить ділянки незміцнені, зміцнені і зміцнені дворазово.
Це дозволяє:
- збільшити зносостійкість поверхні;
- вибирати таку конструкцію градієнтного зміцненого шару, яка в процесі
зношування призведе до утворення рельєфу поверхні, найбільш сприятливого в
необхідних умовах змащування;
- оптимізувати фрикційні властивості поверхні.

54
3.2 Дослідження зносостійкості після зміцнення
При нанесенні зміцнених зон під кутом до напрямку зношування, змінюється
фактичний шлях контакту сполучених поверхонь і частинок зносу по зміцненим (h)
і незміцненим (k) ділянкам (рис.3.8) при ширині зміцненої зони a і зазорі між
зонами f. Так, при перпендикулярному до напрямку зношування розташуванні зон
це значення дорівнює ширині зони, а зі збільшенням величини кута буде
збільшуватися. При паралельному напрямку зношування і зміцнених зон значення
h і k рівні довжині доріжок або безперервні (нескінченні) в випадку циліндричних
деталей. Отже, при збільшенні кута ω більше 0º значення h і k будуть
збільшуватися, а збільшення ділянки контакту з зміцненої зоною в поєднанні з
зонами незміцненими має дати позитивний ефект. При розташуванні зміцнених зон
паралельно напрямку зношування (ω = 0º) буде знижуватися ефективність
дискретної обробки.

Рис. 3.8 - Схема нанесення зміцнених доріжок: Vизн - напрямок зношування,
Vобр - напрямок обробки.
Оптимальні значення розташування зміцнених зон відносно напрямку
зношування знаходяться експериментально для різних сплавів і умов роботи
деталей.
Для визначення оптимальної геометрії зміцнених зон проводилися
випробування на зношування зразків з різним розташуванням зміцнених зон.
Випробування проводили на зразках розмірами 40х50х15 мм із сталі М76. На
першому етапі на зразках наносилися зміцнені зони з різним кроком. Потім
зміцнені зони наносилися під різними кутами відносно напрямку зношування.

55
Перша група зразків піддавалася плазмовому зміцненню в початковому стані.
На зразки наносилися зміцнені зони, розташовані відносно направлення
зношування під кутами 0º, 45º, 90º. У кожній групі зразків з різним напрямком
обробки ці зони накладалися на різній відстані (0, 3, 5, 7, 9 мм).
Друга група зразків піддавалася плазмовому зміцненню після об'ємного
гартування (охолодження в воді) за стандартними для даної марки сталі режимам.
Експеримент проводився на тих же режимах і з тією ж геометрією, що і для
незміцнених попередньо.
Коефіцієнт зносостійкості визначається за формулою [61]:

где Δmi –втрата маси зразка,
Δmэ – втрата маси еталона.
Зразки зважувалися до і після випробувань на електронних вагах з точністю
до 0,01 г.
Дослідження показали, що при нанесенні зміцнених зон паралельно напрямку
зношування (ω = 0º) максимальна зносостійкість спостерігається при ширині
незміцнених ділянок 5-6мм (рис. 3.9). Лінія, що відображає залежність
зносостійкості від зазору між зміцненими зонами близька до параболи, але при
цьому трохи зламана. При різній зносостійкості сталей М76 і 45 криві подібні, що
підтверджує закономірність отриманих в ході випробувань даних. Нерівномірність
ліній, можливо, викликана особливостями методу випробувань: в зоні контакту
зразка і контр-тіла рух абразиву складно точно спрогнозувати.
Подібна ж конфігурація кривих на графіку відображає залежність
зносостійкості від величини зазорів між зміцненими зонами при кутах нахилу
зміцнених зон до напрямку зношування ω = 45º і ω = 90º (рис. 3.10, 3.11).
Порівняння даних зносостійкості при рівній ширині зазору між зміцненими
зонами показує, що максимальна зносостійкість може бути досягнута при куті
нахилу зон до напрямку зношування під кутом ω = 45 °.

56

Рис. 3.9 - Вплив величини зазору між зміцненими доріжками на
зносостійкість сталей М76 і 45, при куті нанесення доріжок відносно напрямку
зношування 0º
Зразки, які піддавалися плазмовій обробці після об'ємного гартування,
показали значне збільшення зносостійкості. Подібно зразкам, що не були
попередньо зміцнені, зберігається тенденція до підвищення зносостійкості при
наявності певних проміжків між зонами поверхневого зміцнення (рис. 3.12).

Рис. 3.10 - Вплив величини зазору між зміцненими доріжками на
зносостійкість сталей М76 і 45, при куті нанесення доріжок відносно напрямку
зношування 45º

Рис. 3.11 - Вплив величини зазору між зміцненими доріжками на
зносостійкість сталей М76 і 45, при куті нанесення доріжок відносно напрямку
зношування 90º
Після плазмового поверхневого зміцнення з нанесенням зміцнених зон з
зазором частина поверхневого шару отримує повторне гартування. У перехідній

57
зоні утворюється структура відпуску з меншою твердістю і більшою пластичністю.
Такі ділянки будуть служити в якості м'якого демпфуючого прошарку між
основним металом і зонами поверхневого гарту. Зносостійкість деталі
підвищується як в порівнянні з об'ємним, так і з поверхневим загартуванням при
обробці без зазору.
Зносостійкість зразків з нанесенням зміцнених зон при перпендикулярному
перехресному русі плазмотрона. Обробка проводилася з кроком 6мм при ширині
зміцненої зони 10мм і під кутом 45º до напрямку зношування. Випробування на
зносостійкість показали, що коефіцієнт зносостійкості склав близько 4.9.

Рис. 3.12 - Вплив величини зазору між зміцненими доріжками на
зносостійкість сталей М76 і 45 (попередня обробка - об'ємний гарт), при куті
нанесення доріжок відносно напрямку зношування 45º.
Після зношування на зразках з'являється видимий рельєф (рис. 3.13). Зміцнені
зони світло-сірого кольору помітно менше стираються, ніж більш темні незміцнені.
На зразках, у яких відстань між зонами більше, (рис. 3.13, б, в) зміцнені зони мають
більш рівні кордони, що пояснюється відсутністю відпуска при обробці сусідніх
зон.
Таблиця 3.2 - Зносостійкість сталі М76 при різних варіантах обробки
Варіант обробки Зазор між зонами, Коефіцієнт Максимальні
мм зносостійкості, Ки еквівалентні
напруження, МПа
Без обробки - 1
Плазмове 0 4,17 645
зміцнення 2 4,36 590
4 4,85 480
6 4,91 470
8 4,56 570

58
Збільшення зносостійкості зразків з зазором між зміцненими доріжками може
бути пояснено позитивним ефектом чергування твердих і м'яких ділянок. Після
етапу припрацювання, коли м'які ділянки швидко стираються, вони вже не схильні
до силового контакту з абразивом і контр-тілом. Частина абразиву може вільно
проходити в цих ділянках, відповідно, уникаючи контакту з опорними ділянками,
що володіють максимальною твердістю. У разі роботи деталі в умовах смазки, дані
м'які ділянки можуть служити в якості масляних кишень і, відповідно, по ним буде
йти велика частина абразиву.
На зразку з зазором між зміцненими зонами f = 2 мм, після зношування видно,
що краї зміцнених зон піддавалися зносу (рис. 3.13, а). Тоді як на зразку з зазором
f = 5 (рис. 3.13, б) і, особливо, f = 7 (рис. 3.13, в) видно, що краї зміцнених зон рівні
і знос відбувався в основному по м'яким незміцнених ділянках.
Ще одним позитивним фактором, що забезпечує збільшення зносостійкості
зміцнених за цим методом зразків, є зменшення термічного впливу на вже наявну
доріжку при накладенні наступного. Так при зміцненні без зазору має місце
виникнення ділянок відпустки на кордоні між зонами, і навіть зниження твердості
на всій обробленій зоні.

а) б)

59

в)
Рис. 3.13 - Зовнішній вигляд поверхні, яка стирається; а) f = 2 мм, б) f =
5мм,в) f = 7мм
Таким чином, випробування показали, що найбільш висока зносостійкість
зміцненого шару для сталі М76 досягається в разі нанесення зміцнених зон з
зазором в 5-6мм при обробці під будь-яким кутом до напрямку зношування [146].
У той же час при нанесенні зміцнених зон під кутом 45-60º до напрямку
зношування спостерігається максимальна зносостійкість (вище, ніж при обробці
паралельно напрямку зношування на 15%). Такі режими можна рекомендувати для
підвищення ресурсу деталей, що працюють в умовах інтенсивного зношування.
У процесі тертя в поверхневих шарах контактуючих тіл формуються нові,
відмінні від вихідних структури, що визначають опір матеріалів зношування в
даних умовах навантаження. Зміна умов тертя (навантаження, швидкість, режими
змащування та ін.) може привести до різкої зміни інтенсивності зношування. Це
пов'язано з виникненням в поверхневому шарі матеріалів критичних температур,
що призводять до незворотних структурних змін в зоні контакту. Утворення нової
структури призводить до зменшення інтенсивності зношування.
Таким чином, методика випробувань дозволяє, робити дослідження на
зносостійкість відповідні реальним умовам експлуатації важконавантажених
великогабаритних виробів. Встановлено, що геометрія градієнтного зміцненого
шару, при якій коефіцієнт зносостійкості максимальний, дозволяє отримати
найбільш сприятливий розподіл еквівалентних напружень в поверхневому шарі.
Результати досліджень показують, що запропонована розрахункова методика з
високою точністю дозволяє виробляти вибір оптимальних параметрів градієнтного

60
плазмового зміцнення для підвищення експлуатаційних характеристик сталевих
виробів.
3.3 Дослідження шорсткості поверхні сталей після плазмового зміцнення
Відомо, що одним з основних властивостей фрикційного контакту є його
дискретність. При зближенні тіл під дією навантаження їх контакт відбувається по
окремим плям з високим тиском, що робить істотний вплив на всі процеси
контактної взаємодії та зношування поверхонь. Об'єм міжконтактного простору
визначає максимальну кількість мастильного матеріалу, що утримується в контакті,
при відсутності гідростатичних і гідродинамічних ефектів.
Від шорсткості залежить коефіцієнт тертя, плавність рухів, час
припрацювання, зносостійкість. Відхилення від правильної форми поверхні мають
великий вплив на характер роботи контактуючих поверхонь. Від хвилястості
залежить площа контакту і, відповідно, контактні напруження. Поверхні, які
піддавалися поверхневому зміцненню, набувають нових властивостей підвищують
ресурс машин, але при цьому потрібно враховувати безліч чинників які виникають
в процесі експлуатації.
Зміцнені зони мають майданчик з постійною твердістю і після періоду
підробітки, коли м'які ділянки зносяться, зони контакту матимуть форму близьку
до плоскої (рис.3.14). Тобто при роботі таких поверхонь контакт буде відбуватися
по площі зміцненої частини поверхні, яка визначається заданою шириною
зміцнених зон та кроком (зазором), між ними [147].
Згідно з нормативами, в сполученні двох деталей, та деталь довжина якої
більше (напрямні верстатів), повинна мати більш високу твердість. Нерівності
рельєфу таких деталей, при наявності значної шорсткості можуть відбитися на
більш м'якій сполученій поверхні.

а) б)

61
Рис. 3.14 - Схема зразка з зміцненим зонами: а - до припрацювання; б - після
припрацювання; 1 зміцнена зона, 2 - незміцнене зона.
Гострі, тверді вершини нерівностей можуть виступати як ріжучі кромки і, в
залежності від орієнтації, яка визначається видом і напрямом обробки, врізатися в
пов'язану поверхню. У разі відколу такі нерівності будуть працювати подібно
абразиву [147].
Для зменшення такого явища необхідно зменшувати висоту і радіус вершин
мікронерівностей. Для запобігання утворенню слідів від регулярного рельєфу
дискретно зміцнених поверхонь необхідно забезпечити нанесення зміцнених зон
під кутом до напрямку взаємного переміщення деталей [148].
Проводилися вимірювання величини висоти мікронерівностей по параметру
Rz. Вимірювання шорсткості зміцнених і незміцнених зон за схемою наведеною на
рис. 3.15. Середня висота мікронерівностей вихідної поверхні зразків (після
фрезерування) склала Rz20. Потім контролювалася шорсткість на зразках після
випробувань на зносостійкість.

Рис. 3.15 - Розташування точок контролю шорсткості
Профілограми шорсткості поверхні зразків вихідної поверхні після
фрезерування, зміцненої поверхні і після зношування представлені на рис. 3.16.

62
Рис. 3.16 - Профіллограмми зразків: а- початковий стан, б - зміцнена поверхня
до зношування, в - зміцнена поверхня після зношування, г - зношена незміцнена
поверхня
Дослідження показали [147], що після плазмової обробки без оплавлення
шорсткість не погіршується. Навпаки, за рахунок мікрооплавлення вершин
мікронерівностей, які отримують найбільше тепловкладення і мають мінімальний
об’єм, шорсткість незначно знижується, вершини нерівностей скругляются
(рис.3.16 (б)). Відбувається значне збільшення радіусів кривизни мікронерівностей,
відношення висоти нерівностей до радіусу зменшується. Абразивні елементи,
внаслідок більшої пологості микронеровностей, будуть менше деформувати
поверхневі шари зміцненої деталі. У свою чергу мікронерівності поверхнево
зміцненої деталі не будуть настільки ж інтенсивно дряпати спряжену поверхню, а
в разі відколів, мікрочастинки матимуть менше гострих кромок [148].
Після зношування зміцненої поверхні середня висота мікронерівностей
знаходиться в межах 40 мкм (рис. 3.16, в). Це пояснюється високою зносостійкістю
зміцненої поверхні, яка обумовлюється високою твердістю, високодисперсною
структурою металу. Зношування такої поверхні відбувається вкрай повільно, в
основному за рахунок мікрорізання. При цьому, в першу чергу, будуть
зношуватися вершини мікронерівностей поверхні. У той же час, в період
припрацювання інтенсивно зношуються незміцнені ділянки матеріалу, середня
висота мікронерівностей яких досягне 160мкм (рис. 3.16, г).
Досліджено вплив величини кута ω нахилу зони відносно напрямку
зношування на шорсткість поверхні після зношування. Вимірювання показали, що
максимальна шорсткість після зношування відзначається при співпаданні
напрямку зношування і напрямку зміцнених зон (рис.3.17), а мінімальна - при
величині кута між ними, що дорівнює 45º.

63

Рис. 3.17 - Залежність шорсткості поверхні після зношування від кута між
напрямком зміцнення і зношування
Плазмове зміцнення без оплавлення поверхні дозволяє забезпечити
збереження шорсткості, утвореної попередньою механічною обробкою. Зміцнені
зони, при нанесенні їх з певним зазором, зберігають задану шорсткість в процесі
зношування, що дозволяє зберігати стабільні умови роботи в контакті і
забезпечувати високу зносостійкість сполучених деталей.
Поверхневе загартування дозволяє отримати більш високу зносостійкість і
зберегти шорсткість близьку до початкової, якщо наносити зміцнені зони під кутом
ω до напрямку зношування. При значенні кута ω = 30..60º показник шорсткості
поверхні на зміцнених ділянках знижується майже в 2 рази.
Геометричні параметри градієнтного зміцненого шару впливають на характер
зміни параметрів шорсткості поверхні в процесі абразивного зношування: в
зміцнених зонах знос мінімальний, відбувається вигладжування, яке веде до
зменшення висоти мікронерівностей і поліпшенню умов роботи сполучених
поверхонь. Внаслідок цього, меншому зносу підлягає і сполучена з зміцненою
деталь. Таким чином, плазмове градієнтне зміцнення має переваги перед обробкою
без зазору - зменшений знос, наявність масляних кишень, менший знос сполученої
деталі і т.д.
3.4 Аналіз конструкції плазматрона для зміцнення виробів складної
форми
З літературних джерел відомі конструкції плазмотронів прямої і непрямої дії,
які використовуються в технологіях поверхневого зміцнення [110, 112, 149]. При
цьому зі збільшенням потужності збільшуються габарити плазмотрона.

64
Плазмотрони малої потужності, призначені для мікроплазмового зміцнення, мають
прийнятні форму і розміри для зміцнення напрямних металорізальних верстатів,
але забезпечують Утворення зміцненої зони малої товщини.
Обрано плазмотрон непрямої дії з секціонованою міжелектродною вставкою
[110]. Плазмотрон здатний працювати при тепловій потужності до 40 кВт і питомій
тепловій потужності (1-1.5) · 105 Вт / см2. Досягається глибина зміцненої зони - до
3-4 мм, ширина до 10-15 мм. Даний плазмотрон може працювати зі стандартним
обладнанням для плазмового зварювання і різання (Київ -4, АПР-403, УПС-804 і
ін.).
Раніше встановлені оптимальні геометричні параметри плазмотрона: діаметр
електрода 8-10мм, кут заточки електрода 90о; довжина каналу плазмотрона
включає 120-165мм, діаметр внутрішнього каналу плазмотрона 15мм [150]. Газ
вводиться в канал плазмотрона аксіальним способом.
У напрямку протікання газу діаметр каналу плазмотрона звужується, що
підвищує ентальпію газу. Внутрішній канал сопла має конічну і циліндричну
частину з вихідним діаметром 6мм, який дозволяє отримати високу щільність
теплового потоку, оптимальну для поверхневого зміцнення з високою швидкістю
нагріву і охолодження. Подальше зменшення діаметра недоцільно зважаючи на
зниження ерозійної стійкості сопла і збільшення втрат теплоти.
Даний плазмотрон має плоску торцеву поверхню сопла, що не дозволяє
використовувати його для обробки виробів складної форми, таких, наприклад, як
направляючі верстатів. У зв'язку з цим було поставлено завдання вдосконалення
конструкції плазмотрона за рахунок модернізації соплової частини і додання їй
форми конуса. Нову конструкцію плазмотрона [152], показана на рис. 3.18.

65

Рис. 3.18 - Зовнішній вигляд плазмотрона з сопловою частиною у формі
конуса.
Такий плазмотрон дозволяє проводити обробку деталей складної форми.
Оптимальна відстань від зрізу сопла до оброблюваної поверхні становить 5мм,
тому деталі плазмотрона піддаються додатковому нагріванню, як гарячим газом,
який відходить із зони обробки, так і від нагрітої поверхні деталі. Конусна зовнішня
поверхня дозволяє частково зменшити такий тепловий вплив. Крім того, така
форма дозволяє полегшити контроль над процесом зміцнення (рис.3.19).

Рис. 3.19 - Використання плазмотрона з конічним соплом для обробки
напрямних металорізальних станків.
Для обробки напрямних металорізальних верстатів необхідно, щоб форма
соплової частини дозволяла забезпечити оптимальну відстань від зрізу сопла до
оброблюваної поверхні. За умови симетричності напрямних з кутом між ними 120º,
кут нахилу конусної частини β має дорівнювати 30º (рис. 3.20). Це дозволить
обробляти всі похилі поверхні. Подальше збільшення кута β недоцільно з огляду
на те, що внутрішня будова сопла не дозволить забезпечити достатнє охолодження.

66

Рис. 3.20 - Схема конічного сопла.
Збільшення кута конусності дозволяє розширити межі застосування
плазмотронів, але таке збільшення має свої межі. Це пов'язано з тим, що сопло
плазмотрона є деталлю, яка відчуває найбільше термічне навантаження і необхідно
передбачати для нього достатнє охолодження.
Для підтвердження даних припущень був виконаний розрахунок за
допомогою програми SolidWorks Flow Simulation, яка дозволяє моделювати
напрямок течії газу в заданих умовах.
Розрахунки за допомогою програми CosmosWorks показують, що
плазмоутворюючий газ в плазмотронах з сопловою частиною після зіткнення з
оброблюваною заготовкою направляється до нижнього торця (гайка і фланець)
плазмотрона (рис.3.21, а), конструкція якого передбачає активне охолодження
плазмоведучого каналу всередині плазмотрона, тут же тепловідвід від гайки
ускладнений через наявність ізолюючого (герметизуючого шару). Моделювання
поширення газу в випадку плазмотрона з конічною нижньою частиною (рис.3.21,
б) показує, що такого контакту струменів плазмоутворюючого газу з деталями
плазмотрона немає. Поширення газу при обробці направляючих показано на
рис.3.22.

67
а) б)
Рис. 3.21 - Характер обтікання плазмоутворюючого газу а) - плазмотрон з
плоским соплом, б) - з конічним соплом

Рис. 3.22 - Характер обтікання плазмоутворюючого газу при обробці
напрямних верстата
Розрахунок моделей плазмотрона з різною конусностью показують, що
температура газу безпосередньо біля поверхні сопла знижується (табл. 3.3).
Таблиця 3.3 - Порівняльні характеристики моделей плазмотронів з різною
конусностью
№ Кут конуса β Высота Діаметр торця Температура газу, який
конуса а, мм сопла b, мм обтікає сопло, ºС
1 0 0 90 980
2 20º 17 10 710
3 30º 24,3 10 450
4 40º 30,9 10 420
Різниця температур при куті β в 20º і 30º істотна, а між 30º і 40º незначна, що
ще раз підтверджує вибір кута в 30º як оптимального в зв'язку з тим, що при куті
40º погіршуються умови охолодження плазмотрона [153].
3.5 Технологічні процеси плазмового зміцнення важконавантажених
стальних виробів
3.5.1 Зміцнення підкранових рейок
Міцність і зносостійкість кранових рейок в основному визначаються
механічними властивостями рейкової сталі і, отже, її хімічним складом. При
необхідності ці сталі піддають термічній обробці. Це дозволяє домагатися
підвищеної зносостійкості, так як, збільшення тимчасового опору з 65 кН / см2 до

68
82 кН / см2 (в 1,3 рази) призводить до зниження зносу в 2 рази, а до 90 кН / см2 (в
1,4 рази) - більш ніж в 3 рази [159].
Існує кілька способів підвищення механічних властивостей рейкової сталі і
експлуатаційних характеристик кранових рейок, серед них:
- збільшити в сталі вміст вуглецю;
- термічне обробляти рейки з високовуглецевої сталі;
- використовувати для виготовлення рейок леговані сталі.
З досліджень [159] випливає, що підвищення механічних властивостей і
відповідно службових якостей рейок за рахунок збільшення вмісту вуглецю
практично вичерпано.
При зміцненні рейок може бути реалізований практично будь-який з варіантів
градієнтного зміцнення (див. рис. 3.1), але технологічно найбільш підходить
зміцнення уздовж рейки (рис. 3.27, а) [160].

Рис. 3.23. Варіанти нанесення градієнтного зміцненого шару на робочу
поверхню рейок.
Досліджені зразки № 1-3 від головки кранової рейки КР-100 (М 76), з метою
визначення глибини і твердості загартованого шару, отриманого плазмовим
гартуванням.
Плазмове гартування виконане по ширині уздовж головки рейки. Загартована
зона розташовується в центрі проби. Обробка проводилася з різним кроком між
зміцненими зонами (рис. 3.24). Зовнішній вигляд досліджуваних проб показаний
на рис. 3.25.

69

Рис. 3.24 - Нанесення зміцнених зон з різною величиною зазору

Рис. 3.25 - Зовнішній вигляд загартованої поверхні підкранової рейки.
Для вивчення будови і визначення глибини загартованого шару в поперечному
перерізі виготовлялися мікрошліф. На зразках була виміряна мікротвердість по
глибині загартованого шару. Також була оцінена мікроструктура основного металу
зразків.
Поперечний переріз поверхонь оброблених плазмою наведено на рис. 3.26.
а)

б)

Рис. 3.26 - Макроструктура загартованого шару досліджуваних зразків × 6,5

70
У зразку № 1 загартований шар товщиною 29,2 мм виконаний за три проходи,
має глибину 1,76-1,88 мм. Обробка плазмою в зразку № 2 виконана за два проходи
з відстанню 1 мм між ними. Ширина загартованої зони 13 мм, глибина 0,9 мм. На
зразку № 3 гартування виконане за два проходи з кроком 3 мм. Загартована ділянка
має ширину 22 мм, глибину 2-2,3 мм. У місцях перекриття проходів виявлена зона
термічного впливу.
Результати вимірювання твердості обробленої поверхні і основного металу по
ГОСТ 9013-59 наведені в таблиці 3.5.
Максимально можлива твердість сталі М76 при плазмовому зміцненні
становить HRC 60. Однак при такій твердості можливий більш інтенсивний знос
кранових коліс. Тому за умовами замовника зміцнення здійснювалося на режимах,
що забезпечують деякі проміжні рівні твердості (табл.3.5)
Таблиця 3.5 - Твердість зміцнених зразків
Номер Сила Твердість, HRC
зразка струму I, A
Загартований шар основний метал
1 220 52-53
2 250 48-52 21
3 300 45-50
Глибина зміцненої зони менше ніж зазвичай досягається при плазмовому
зміцненні. Це пояснюється тим, що обробка проводилася на твердість 45-50 HRC і
тому при зменшенні тепловкладення, прогрів на температуру структурних
перетворень відбувався в меншому об'ємі металу.
Перехідна зона у всіх зразках має глибину до 0,2 мм і твердість 24-30 HRC.
Мікроструктура загартованого шару досліджуваних зразків показана на рис.
3.25. У зразках № 1, 2 вона являє собою дисперсну структуру гартування. На
поверхні зразка № 3 на ділянках перекриття проходів структура характерна для
відпущеної. Мікроструктура зони термічного впливу наведена на рис. 3.27.

71
a)

б)

Рис. 3.27 - Мікроструктура зміцненого шару в зразках № 1-3 ×100 (а), × 500 (б)
Мікроструктура основного металу феритно-перлітна грубозерниста, феррит
виділився у вигляді сітки. Величина зерна 2-1 номера по ГОСТ 5639-82.
Таким чином проведена обробка підкранових рейок на встановлену твердість.
Отримана глибина загартованого шару в межах 2 мм, що нижче максимальної
глибини зміцнення зважаючи на обмежене введення тепла через вибраний режим
зміцнення. Випробування зміцнених рейок показали збільшення стійкості в 2-2.5
рази у порівнянні з необробленими.
Висновок до розділу 3
1. При перехресному зміцненні відбувається вторинне гартування в зоні
перекриття і утворення зон відпуску на межі цієї зони. В результаті утворюються
три типи зон з різними властивостями: незміцнена, зміцнена і зміцнена дворазово.

72
Зони основного металу, розташовані між зміцненими зонами, можуть служити для
утримання мастила.
2. Встановлено механізми зношування вуглецевих сталей після
плазмового градиентного зміцнення. Контактування при терті відбувається по
поверхнях зміцнених зон, в той час як в більшій мірі зношуються незміцнене
ділянки, які, в свою чергу, служать в якості масляних кишень і сприяють виведенню
продуктів зносу. Максимальна зносостійкість спостерігається при величині зазору
між зміцненими зонами в межах 5-6мм і величиною кута між напрямком обробки і
зношування, що дорівнює 45º.
3. Проведено вимірювання шорсткості поверхні до зміцнення, після
зміцнення і після зношування. Плазмова обробка не погіршує якість поверхні і
тому може бути рекомендована в якості кінцевої обробки. При зношуванні
шорсткість зміцненої поверхні зменшується за рахунок припрацювання. Найкращі
параметри шорсткості поверхні зберігаються при геометричних параметрах
градієнтного зміцнення, що забезпечують максимальну зносостійкість.
4. Встановлено принципи удосконалення конструкції плазмотрона
непрямої дії шляхом зміни форми і розмірів соплової частини плазмотрона, яка в
новому виконанні має конусну форму з кутом конуса 30º. Це дозволяє зменшити
термічне навантаження на сопло плазмотрона від плазмоутворюючого газу, який
відбивається від зміцненої поверхні. Застосування плазмотрона з конічною
сопловою частиною дозволяє підвищити ресурс деталей плазмотрона, поліпшити
умови обробки, істотно розширити номенклатуру оброблюваних виробів.
5. За технологією плазмового градієнтного зміцнення підкранових рейок
їх стійкість збільшилася в 2-2.5 разів. Найбільш оптимальним варіантом
градієнтного зміцнення є обробка окремими зонами розташованими на відстані
5мм уздовж рейки.

73
Розділ 4. Охорона праці та безпека в НС
4.1 Вимоги безпеки при зміцненні плазмовим методом
Перелік небезпечних і шкідливих виробничих факторів, що виникають
при плазмовій обробці металів:
1. Рухомі машини та механізми, пересуваються вироби, заготовки та
матеріали.
2. Підвищена запиленість і загазованість повітря робочої зони.
3. Підвищена температура поверхонь обладнання, матеріалів.
4. Підвищена температура повітря робочої зони.
5. Підвищений рівень шуму на робочому місці.
6. Підвищений рівень ультразвуку.
7. Небезпечний рівень напруги.
8. Підвищений рівень електромагнітних випромінювань.
9. Підвищена яскравість світла.
10. Підвищений рівень ультрафіолетової радіації.
11. Підвищений рівень інфрачервоної радіації.
12. Підвищений рівень аероіонів.
13. Хімічні фактори (зварювальні аерозолі).
14. Фізичні перевантаження.
15. Нервово психічні перевантаження.
Рівні небезпечних і шкідливих виробничих факторів у робочій зоні не повинні
перевищувати встановлених значень: вміст шкідливих речовин у повітрі робочої
зони, температура, вологість і швидкість руху повітря - за ГОСТ 12.1.005, рівень
шуму - по ГОСТ 12.1.003, рівень ультразвуку - по ГОСТ 12.1.001, температура
поверхні обладнання і теплового випромінювання на робочих місцях - за ГОСТ
12.4.123.
При розробці технологічних процесів плазмової обробки металів слід
передбачати:
механізацію та автоматизацію процесів;

74
заходи щодо запобігання надходження у повітря робочої зони
шкідливих речовин;
зниження рівнів шуму і світлового випромінювання;
раціональну організацію робочих місць.
Управління обладнанням повинно бути автоматизовано і здійснюватися
дистанційно.
Конструкція пультів управління повинна виключати можливість випадкового
пуску обладнання.
Обладнання, призначене для виконання процесів плазмової обробки металів,
повинно відповідати вимогам ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.2.049, ГОСТ 12.2.007.8.
Органи управління та контрольна апаратура - по ГОСТ 23000, ГОСТ 12.2.064
і ГОСТ 12.4.040.
Символи органів управління - за ГОСТ 12.4.040.
Плазмову обробку металів проводять при діючій витяжної вентиляції.
Місцеві витяжні пристрої максимально наближають до зони виділення
шкідливих речовин.
Допускається використання місцевих витяжних пристроїв, не пов'язаних з
обладнанням і оснащенням.
При різанні листового прокату необхідно використовувати місцеві витяжні
пристрої.
Вибір конструкції місцевого витяжного пристрою і обсяги випаровувань
визначаються типом і розміром розкроювальної рами, стола.
При плазменно-механічній обробці металів на металорізальних верстатах слід
передбачати повне укриття або місцевий витяжний пристрій, що переміщується
синхронно з плазмотроном.
При обробці великогабаритних виробів повинні застосовуватися технологічні
режими, що виключають деформацію виробів, яка може служити причиною травм.
Плазмове напилення проводять в укриттях (камерах), виконаних з негорючих
звукопоглинальних матеріалів і обладнаних витяжною вентиляцією.

75
Плазмове напилення ручним способом дрібних деталей проводять в
звуконепроникних укриттях (камерах), передні стінки яких мають бути обладнані
світлофільтрами і прорізами для рук працюючого, що знаходиться поза укриття
(камери).
Повітря, що видаляється місцевою витяжною вентиляцією від обладнання для
плазмової обробки металів, повинно підлягати очищенню перед викидом в
атмосферу.
Експлуатація судин і газопроводів, що працюють під тиском, повинна
здійснюватися відповідно до правил будови і безпечної експлуатації посудин, що
працюють під тиском, та правилами безпеки в газовому господарстві.
При плазмовій обробці виробів, пофарбованих, облицьованих або покритих
пастами, герметиком і т.п., місця обробки повинні бути очищені від цих матеріалів
на 200 мм з обох сторін від меж обробки.
Прилеглі до району обробки облицювальні матеріали повинні бути укриті
екранами з вогнестійких матеріалів (азбест, склотканина та ін.).
Засипка і прибирання порошків в бункери установок для плазмового
напилення і наплавлення повинні проводитися з використанням місцевих
витяжних пристроїв або в спеціальних камерах і кабінах, забезпечених витяжною
вентиляцією.
Вимоги до виробничих приміщень
Виробничі приміщення для плазмової обробки металів повинні бути обладнані
системами припливно-витяжної вентиляції та опалення у відповідності з
будівельними нормами і правилами на опалення, вентиляцію і кондиціонування
повітря, а також норм проектування промислових підприємств.
Стіни і стелі виробничих приміщень, де виконується плазмова обробка,
повинні мати звукопоглинаюче облицювання із захисним покриттям з негорючого
перфорованого матеріалу, що поглинає ультрафіолетове випромінювання.
Висота облицювання при відсутності звукопоглинаючого захисту на
обладнанні повинна бути не менше 2,7 м.

76
При напиленні покриттів на вироби або деталі великих розмірів в
приміщеннях слід застосовувати звукоізолюючі кожухи, розраховані відповідно до
будівельних норм і правил щодо захисту від шуму.
Для обробки виробничих приміщень слід застосовувати матеріали, які не
сприяють накопиченню пилу, сорбції парів і газів, а також допускають прибирання
поверхонь вологим способом.
Кольорове оформлення приміщень та обладнання слід виконувати з
урахуванням найменшого коефіцієнту відбиття (не більше 0,4).
Цехи, дільниці та відділення для плазмової обробки повинні бути обладнані
засобами пожежогасіння згідно з ГОСТ 12.4.009.
Вимоги до вихідних матеріалів, готової продукції та відходів, їх
збереження і транспортування
Поверхні оброблюваних заготовок і деталей повинні бути сухими, очищеними
від окалини, мастила та інших забруднень. Кромки заготовок і деталей не повинні
мати задирок.
Знежирення поверхонь виробів перед плазмовою обробкою металів повинно
проводитися сертифікованими розчинами і розчинниками.
Зберігання матеріалів і готової продукції повинно здійснюватися на складах,
обладнаних відповідно до вимог будівельних, санітарних та протипожежних норм
і правил.
Короткочасне зберігання відходів металу, що утворилися в процесі плазмової
обробки, повинно проводитися у спеціально відведених ємностях.
Не допускається наявність у повітрі складських приміщень, де зберігаються
матеріали, що застосовуються при плазмовій обробці (порошки, дріт тощо), парів
лугів, кислот та інших агресивних речовин.
Вантажно-розвантажувальні і транспортні роботи слід проводити відповідно
до вимог ГОСТ 12.3.009, ГОСТ 12.3.020 і правил будови і безпечної експлуатації
вантажопідіймальних кранів.

77
Вимоги до розміщення виробничого обладнання організації робочих
місць
Просторове планування робочого місця при механізованих і автоматизованих
процесах плазмової обробки металів з урахуванням угруповання, розташування
органів управління (важелі, вмикачі і перемикачі) і засобів відображення
інформації повинні відповідати ГОСТ 12.2.032, ГОСТ 12.2.033. Загальні вимоги
безпеки до робочих місць - за ГОСТ 12.2.061.
Місця проведення плазмової обробки металів можуть бути постійними,
організованими в спеціально обладнаних для цих цілей ділянках або на відкритих
майданчиках, і тимчасовими, організованими на території підприємств з метою
ремонту обладнання, а також монтажу будівельних та інших конструкцій.
На кожне постійне робоче місце для плазмової обробки металів має бути
відведено не менше 10 м відповідно до санітарних правил на влаштування та
експлуатацію обладнання для плазмової обробки матеріалів, а при роботі в кабіні -
не менше 3 м.
Проходи повинні мати ширину не менше 1 м.
Організація робочих місць при зварюванні, різанні, загартуванню, зачистці і
нагріванні повинна виключати нагрів струмоведучих пристроїв. На постійних
робочих місцях плазмотрони для плазмової обробки повинні бути укріплені на
консолях і не повинні мати відкритих струмопровідних частин, крім сопла.
Постійне робоче місце при роботі сидячи повинно бути оснащено поворотним
стільцем зі змінною регульованою висотою і підставкою для ніг з похилою
площиною опори.
При різанні постійне робоче місце має бути екрановане шумоізолюючими і
світлозахищаючими екранами.
Зони з наявністю небезпечного виробничого фактора повинні бути огороджені
відповідно до вимог ГОСТ 23407 і ГОСТ 12.2.062. Знаки безпеки - за ГОСТ
12.4.026.

78
При розміщенні на ділянці декількох плазмових установок необхідно
виключити можливість підсумовування інтенсивності несприятливих факторів
шляхом застосування камер (кабін) або огорожі кожної з установок.
Робочі місця для зварювання, різання, наплавлення, зачистки та ін. повинні
бути оснащені засобами колективного захисту від шуму, інфрачервоної радіації і
бризок розплавленого металу екранами і ширмами з негорючих матеріалів.
Робочі місця для плазмової обробки металів в монтажних умовах, розташовані
на дерев'яних помостах (настилах), повинні бути очищені від горючих матеріалів
(клоччя, стружки та ін.) в радіусі не менше 5 м і покриті металевими листами. На
них повинні бути встановлені ємності з водою.
При організації робочого місця для плазмової обробки всередині замкнутих і
важкодоступних просторів необхідно:
наявність не менше двох отворів (вікон, дверей, люків);
проводити роботи тільки після ретельного очищення та перевірки на
вміст шкідливих речовин у повітрі робочої зони - за ГОСТ 12.1.005;
дотримуватися пожежну безпеку - по ГОСТ 12.1.004, при концентрації
вибухонебезпечних речовин не вище 20% від нижньої межі вибуховості;
забезпечувати приплив свіжого і видалення забрудненого повітря з
нижньої і верхньої зон замкнутого і важкодоступного простору безперервно
працюючою приточно-витяжною та місцевою вентиляцією.

Температура нагріву поверхонь обладнання або захисних огороджень при
плазмовій обробці металів не повинна перевищувати 45°С. Повинні бути
передбачені заходи захисту працюючих від можливого перегріву (кабіни, екрани,
повітряне душування, високодисперсне розпилення води та ін.).
Розташування трубопроводів, шлангів для подачі повітря, газу та ін., а також
вентиляційних пристроїв не повинно ускладнювати обслуговування обладнання.
Штуцери шлангів повинні забезпечувати зручне міцне кріплення і герметичне
з'єднання.

79
Вимоги до застосування засобів індивідуального захисту
Особи, які обслуговують плазмові установки, повинні бути забезпечені
спецодягом та іншими засобами індивідуального захисту відповідно до типових
галузевих норм, затверджених у встановленому порядку, з урахуванням умов
проведення робіт.
Зберігання, періодичний ремонт, чистку та інші види профілактичної обробки
засобів індивідуального захисту працюючих слід проводити за нормативно -
технічної документації на ці вироби.
Система плазмового зміцнення Sulzer Metco MultiCoat®
Налаштовується для різних процесів напилення, включаючи атмосферне
плазмове напилення, СГН (HVOF) на газоподібному/рідкому пальному - всі з них
можуть управлятися єдиним контролером.
Цифровий інтерфейс для підключення маніпуляторів, пальників, системи
вентиляції.
Повністю автоматична робота для високоточних і відтворюваних покриттів.
Система Twin-Brain з консоллю оператора на основі ПК і контролером з
програмованим набором системної логіки з системою вимірювання та регулювання
витрати газу.

Рисунок 4.1 - Система плазмового зміцнення Sulzer Metco MultiCoat®.
Дружній інтерфейс з кольоровим сенсорним екраном для зберігання до 1000
режимів напилення.

80
Сучасна система діагностики, спостереження та управління з багаторівневою
системою попередження і функцією автоматичного відключення для безпечної
роботи.
4.2 Правовий режим воєнного стану
Воєнний стан - це особливий правовий режим, що вводиться в Україні або
в окремих її місцевостях у разі збройної агресії чи загрози нападу, небезпеки
державній незалежності України, її територіальній цілісності та передбачає
надання відповідним органам державної влади, військовому командуванню та
органам місцевого самоврядування повноважень, необхідних для відвернення
загрози та забезпечення національної безпеки, а також тимчасове, зумовлене
загрозою, обмеження конституційних прав і свобод людини і громадянина та прав
і законних інтересів юридичних осіб із зазначенням строку дії цих обмежень.
Метою введення воєнного стану є створення умов для здійснення органами
державної влади, військовим командуванням, органами місцевого
самоврядування, підприємствами, установами та організаціями наданих їм
повноважень у разі збройної агресії чи загрози нападу, небезпеки державній
незалежності України, її територіальній цілісності.
Правовою основою введення воєнного стану є Конституція України, цей
Закон, інші закони України та Указ Президента України про введення воєнного
стану в Україні або в окремих її місцевостях, затверджений Верховною Радою
України.
Військовим командуванням, якому цим Законом надається право разом з
органами виконавчої влади, Радою міністрів Автономної Республіки Крим та
органами місцевого самоврядування запроваджувати та здійснювати заходи
правового режиму воєнного стану, є:
Генеральний штаб Збройних Сил України;
командування видів Збройних Сил України;
об'єднане оперативне командування, управління оперативних
командувань, територіальні управління, командування військових з'єднань,

81
частин Збройних Сил України та інших утворених відповідно до законів
України військових формувань.
Воєнний стан в Україні або в окремих її місцевостях вводиться Указом
Президента України, який підлягає затвердженню Верховною Радою України
протягом двох днів з моменту звернення Президента України.
Указ Президента України про введення воєнного стану, затверджений
Верховною Радою України, негайно оголошується через засоби масової
інформації. Пропозиції щодо введення воєнного стану в Україні або в окремих
її місцевостях Президентові України подає Рада національної безпеки і
оборони України.
В Указі Президента України про введення воєнного стану зазначаються:
1) обґрунтування необхідності введення воєнного стану;
2) межі території, на якій вводиться воєнний стан, час введення і строк, на
який він вводиться;
3) завдання військового командування, органів державної влади та органів
місцевого самоврядування щодо запровадження і здійснення заходів правового
режиму воєнного стану;
4) вичерпний перелік конституційних прав і свобод людини і громадянина,
які тимчасово обмежуються у зв'язку з введенням воєнного стану, а також
перелік тимчасових обмежень прав і законних інтересів юридичних осіб із
зазначенням строку дії цих обмежень;
5) інші питання, що випливають із цього Закону.
Воєнний стан на всій території України або в окремих її місцевостях
скасовується Указом Президента України за пропозицією Ради національної
безпеки і оборони України в разі усунення загрози нападу чи небезпеки
державній незалежності України, її територіальній цілісності, про що негайно
оголошується через засоби масової інформації. З пропозицією про скасування
воєнного стану до Президента України може звернутися Верховна Рада України.

82
В умовах воєнного стану Президент України, Верховна Рада України,
органи державної влади, військове командування, Верховна Рада Автономної
Республіки Крим, Рада міністрів Автономної Республіки Крим, органи
місцевого самоврядування, підприємства, установи та організації здійснюють
повноваження, надані їм Конституцією України та законами України, і
забезпечують виконання заходів, передбачених цим Законом. Президент України
як Верховний Головнокомандувач Збройних Сил України в умовах воєнного стану
здійснює керівництво стратегічним плануванням застосування Збройних Сил
України та інших утворених відповідно до законів України військових формувань,
запровадженням та здійсненням заходів правового режиму воєнного стану через
робочий орган Ставку Верховного Головнокомандувача - Генеральний штаб
Збройних Сил України.
Міністерство оборони України у зв'язку з введенням воєнного стану діє
відповідно до Положення про Міністерство оборони України, яке
затверджується Президентом України.
У період воєнного стану не можуть бути припинені повноваження Верховної
Ради України, Уповноваженого Верховної Ради України з прав людини,
Верховної Ради Автономної Республіки Крим, міністерств, інших центральних
і місцевих органів виконавчої влади та органів місцевого самоврядування, а
також судів, органів прокуратури України, органів, що здійснюють оперативно-
розшукову діяльність, досудове розслідування.
Верховна Рада України в разі введення воєнного стану в Україні або в
окремих її місцевостях збирається у дводенний строк без скликання і працює у
сесійному режимі.
Керівники органів державної влади та органів місцевого самоврядування,
підприємств, установ та організацій усіх форм власності зобов'язані сприяти
негайному прибуттю народних депутатів України на засідання Верховної Ради
України та здійсненню їх повноважень. У разі закінчення строку повноважень
Верховної Ради України під час дії воєнного стану її повноваження

83
продовжуються до дня першого засідання першої сесії Верховної Ради України,
обраної після скасування воєнного стану. Повноваження Верховної Ради України,
передбачені Конституцією України, в період воєнного стану не можуть бути
обмежені.
В Україні або в окремих її місцевостях, де введено воєнний стан,
керівництво у сфері оборони та забезпечення громадського порядку і безпеки,
у запровадженні заходів, здійснюється відповідним військовим командуванням
у тісній взаємодії з органами виконавчої влади, Радою міністрів Автономної
Республіки Крим та органами місцевого самоврядування.
У місцевостях, де ведуться бойові дії, запровадження та здійснення заходів
правового режиму воєнного стану покладається безпосередньо на військове
командування. Військове командування під час дії воєнного стану вживає всіх
заходів для забезпечення захисту безпеки населення та інтересів держави і несе
відповідальність за їх запровадження на відповідній території.
Органи, зазначені в статті 10 цього Закону, та військове командування
мають право видавати в межах своєї компетенції обов'язкові для виконання, у
тому числі спільні, рішення, розпорядження, накази та директиви з питань
запровадження та здійснення заходів правового режиму воєнного стану.
В Україні або в окремих її місцевостях, де введено воєнний стан,
військовому командуванню надається право разом з органами виконавчої влади,
Радою міністрів Автономної Республіки Крим та органами місцевого
самоврядування, а якщо це неможливо, самостійно запроваджувати та
здійснювати такі заходи правового режиму воєнного стану:
1) запроваджувати трудову повинність для працездатних осіб, не залучених
до роботи в оборонній сфері та сфері забезпечення життєдіяльності населення і
не заброньованих за підприємствами, установами та організаціями на період
мобілізації і воєнного часу з метою виконання робіт, що мають оборонний
характер, а також ліквідації надзвичайних ситуацій техногенного, природного
та воєнного характеру, які виникли в період дії воєнного стану, і їх наслідків, та

84
залучати їх в умовах воєнного стану до суспільно корисних робіт, що
виконуються для задоволення потреб Збройних Сил України, інших військових
формувань і сил цивільного захисту, забезпечення функціонування національної
економіки та системи забезпечення життєдіяльності населення і не потребують,
як правило, спеціальної професійної підготовки осіб. Працівникам, залученим до
виконання суспільно корисних робіт, після закінчення таких робіт надається
попередня робота (посада), а в разі її відсутності - інша рівноцінна робота (посада)
на тому самому або, за згодою працівника, на іншому підприємстві, в установі,
організації. Порядок залучення працездатних осіб в умовах воєнного стану до
суспільно корисних робіт ( 753-2011-п ) з визначенням орієнтовного переліку
таких робіт та механізму надання компенсації (винагороди) за їх виконання
встановлюється Кабінетом Міністрів України;
2) використовувати потужності та трудові ресурси підприємств, установ і
організацій усіх форм власності для потреб оборони, змінювати режим їх
роботи, проводити інші зміни виробничої діяльності, а також умов праці
відповідно до законодавства про працю;
3) вилучати для тимчасового використання необхідне для потреб оборони
майно міністерств, інших центральних та місцевих органів виконавчої влади,
територіальних громад, підприємств, установ і організацій усіх форм власності та
громадян, у тому числі згідно з Положенням про військово-транспортний
обов'язок - транспортні засоби, споруди, машини, механізми, обладнання та інші
об'єкти, пов'язані з обслуговуванням транспорту, та видавати про це відповідні
документи встановленого зразка;
4) встановлювати охорону важливих об'єктів національної економіки
України, які забезпечують життєдіяльність населення;
5) запроваджувати комендантську годину (заборону перебування
у певний період доби на вулицях та в інших громадських місцях без
спеціально виданих перепусток і посвідчень), а також встановлювати спеціальний
режим світломаскування;

85
6) встановлювати особливий режим в'їзду і виїзду, обмежувати свободу
пересування громадян, іноземців та осіб без громадянства, а також рух
транспортних засобів;
7) перевіряти документи у громадян, а в разі потреби проводити огляд
речей, транспортних засобів, багажу та вантажів, службових приміщень і житла
громадян, за винятком обмежень, встановлених Конституцією України;
8) у порядку, визначеному Конституцією і законами України, порушувати
питання про заборону діяльності політичних партій, громадських організацій,
якщо вона загрожує суверенітету, національній безпеці України, її державній
незалежності і територіальній цілісності, життю громадян;
9) здійснювати контроль за роботою підприємств зв'язку, поліграфічних
підприємств, видавництв, телерадіоорганізацій, театральних, концертно-
видовищних та інших підприємств, установ і організацій культури,
використовувати місцеві радіостанції, телевізійні центри та друкарні для
військових потреб і проведення роз'яснювальної роботи серед військ і населення;
регулювати роботу цивільних телерадіоцентрів, забороняти роботу аматорських
приймально-передавальних радіостанцій особистого і колективного
користування та передачу інформації через комп'ютерні мережі;
10) у разі порушення вимог або невиконання заходів правового режиму
воєнного стану вилучати у підприємств, установ і організацій усіх форм
власності, окремих громадян радіопередавальне обладнання, телевізійну,
відео- і аудіоапаратуру, комп'ютери, а також у разі потреби інші технічні засоби
зв'язку;
11) забороняти торгівлю зброєю, сильнодіючими хімічними і отруйними
речовинами, а також алкогольними напоями та речовинами, виробленими на
спиртовій основі;
12) вилучати у громадян вогнепальну зброю та боєприпаси, холодну зброю,
а у підприємств, установ і організацій також навчальну та бойову техніку,

86
вибухові, радіоактивні речовини і матеріали, сильнодіючі хімічні та отруйні
речовини;
13) забороняти призовникам і військовозобов'язаним змінювати місце
проживання без відома військового командування;
14) встановлювати для фізичних і юридичних осіб військово-квартирну
повинність з розквартирування військовослужбовців та розміщення військових
частин, підрозділів і установ;
15) встановлювати порядок використання сховищ, споруд та
інших об'єктів для захисту населення, а також для задоволення потреб
оборони;
16) проводити евакуацію населення з місць і районів, небезпечних для
проживання, а також підприємств, установ, організацій та матеріальних
цінностей, які мають важливе державне, господарське і культурне значення;
17) запроваджувати в разі необхідності нормоване забезпечення населення
основними продовольчими і непродовольчими товарами, ліками;
18) усувати з посад керівників державних підприємств, установ і організацій
за неналежне виконання ними своїх обов'язків, призначати виконуючих
обов'язки керівників зазначених підприємств, установ і організацій;
19) примусово відчужувати або вилучати майно у юридичних і фізичних осіб
для потреб оборони.
Порядок встановлення обмежень прав і свобод людини і громадянина та
прав і законних інтересів юридичних осіб в умовах воєнного стану визначається
законами України.
Органи державної влади України, Верховна Рада Автономної Республіки
Крим, Рада міністрів Автономної Республіки Крим та органи місцевого
самоврядування, підприємства, установи, організації, об'єднання громадян, а
також громадяни зобов'язані сприяти військовому командуванню у
запровадженні та здійсненні заходів правового режиму воєнного стану на
відповідній території.

87
За рішенням Ради національної безпеки і оборони України, введеним в дію
в установленому порядку Указом Президента України, утворені відповідно до
законів України військові формування залучаються до вирішення завдань,
пов'язаних із запровадженням і здійсненням заходів правового режиму воєнного
стану відповідно до їх призначення та специфіки діяльності.
В умовах воєнного стану військове командування виконує свої завдання у
тісній взаємодії із Службою безпеки України, іншими утвореними відповідно до
законів України військовими формуваннями, органами внутрішніх справ та
органами управління і силами цивільного захисту, а також може приймати в
підпорядкування чи в оперативне підпорядкування інші військові формування
або їх з'єднання, військові частини, установи та організації.

88
Загальні висновки
1. Аналіз способів підвищення експлуатаційних характеристик сталевих
виробів показує, що ресурс деталей можна збільшити формуючи певну хвилястість
поверхні, при цьому зношені ділянки служать як масляні кишені.
2. Показано, що найбільш перспективними методами для формування
градієнтного поверхневого шару є висококонцентровані джерела нагріву. З них
найбільш продуктивним, що забезпечує максимальний об’єм зміцненої зони, є
плазмова поверхнева обробка, яка дає можливість зміцнення локальних ділянок та
формування заданої геометрії розташування зміцнених зон, які підвищать . ресурс
і надійність деталей і виробів.
3. Мінімальні напруження в поверхневому шарі спостерігаються при
відстані між зміцненими зонами в межах 5-6мм. Також має значення кут між
напрямком зміцнення і прикладеною силою. Найменші еквівалентні напруження
були отримані при значенні кута порядку 45º
4. В результаті металографічних досліджень встановлено, що досягається
3,5 ... 4,5-кратне підвищення твердості отриманої поверхні в порівнянні з
нормалізованим станом.
5. Збільшення зносостійкості спостерігається при зазорі між зміцненими
зонами 5-6мм і куті в 45º. При цьому фіксуються найкращі параметри шорсткості
Rz 20 мкм;
6. Стійкісні випробування великогабаритних виробів із зміцненим шаром
градієнтної будови показали можливість підвищення їх стійкості в 2..3 рази.

89
Список використаної літератури
1. Hutchings I. M., Shipway P. Tribology: Friction and Wear of Engineering
Materials. 2nd ed. Butterworth-Heinemann, 2017. 412 p.
2. Stachowiak G., Batchelor A. W. Engineering Tribology. 4th ed. Butterworth-
Heinemann, 2013.
3. Bhushan B. Introduction to Tribology. 2nd ed. John Wiley & Sons, 2013. 744
p.
4. Straffelini G. Friction and Wear: Methodologies for Design and Control.
Springer, 2015.
5. Davim J. P. Tribology for Engineers. Woodhead Publishing, 2011.
6. Dwivedi D. K. Surface Engineering: Enhancing Life of Tribological
Components. Springer, 2018. 224 p.
7. Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead
Publishing, 1998.
8. Burnell-Gray J. S., Datta P. K. (eds.). Surface Engineering Casebook:
Solutions to Corrosion and Wear-Related Failures. Woodhead Publishing, 1996.
9. Xu Z., Xiong F. F. Plasma Surface Metallurgy: With Double Glow Discharge
Technology - Xu-Tec Process. Springer, 2017.
10. Bullett J., Boulmer-Leborgne C., Perrin J. (eds.). Plasma-Surface Interactions
and Processing of Materials. Springer, 1991.
11. Steen W. M., Mazumder J. Laser Material Processing. 4th ed. Springer, 2010.
12. Lawrence J., Pou J., Low D. K. Y., Toyserkani E. (eds.). Laser Surface
Engineering: Processes and Applications. Woodhead Publishing, 2015.
13. Khedkar J., Khanna A. S., Arya S. B. Tribological behaviour of plasma and
laser coated steels. Surface and Coatings Technology. 1997. Vol. 96. P. 46-50.
14. Hoornaert T., Chu X., Barnett S. A. Hard Wear-Resistant Coatings: A
Review. In: Voevodin A. A., Zabinski J. S. (eds.). Nanostructured Thin Films and
Nanodispersion Strengthened Coatings. Springer, 2008. P. 255-276.
15. Khadem M., Penkov O. V., Yang H.-K., Kim D.-E. Tribology of multilayer

90
coatings for wear reduction: A review. Friction. 2017. Vol. 5, No. 3. P. 248-262.
16. Wang Y., Zhao W., Shi T. et al. A Review of Wear-Resistant Coatings for
Steel Substrates. Metals. 2025. Vol. 15, No. 11. Art. 1231.
17. Wang X., Zhao W., Shi T. et al. A Review on Tribological Wear and
Corrosion Resistance of Surface Coatings on Steel Substrates. Coatings. 2025. Vol. 15,
No. 11. Art. 1314.
18. Gao R., Liu J., Zhang T. et al. Material system and tribological mechanism
of plasma spraying wear-resistant coating material systems: A review. Surface and
Coatings Technology. 2024. Vol. 502. Art. 131295.
19. Bhalerao V. Y., Joshi S. S., Jadhav S. D. Comprehensive review on
improvement in surface properties by surface engineering of engineering materials.
Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 62. P. 3734-3741.
20. Bull S. J. Surface engineering of metals for wear resistance. Surface and
Coatings Technology. 1991. Vol. 46. P. 1-17.
21. Yamomoto Y., Ura A. Influence of wear particles on the wear and friction of
silicon carbide in different dry atmospheres. Wear. 1992. Vol. 154, No. 1. P. 141-150.
22. Lee H. G., Hwang H. Y., Lee D. G. Effect of wear debris on the tribological
characteristics of carbon fiber epoxy composites. Wear. 2006. Vol. 261, No. 3-4. P. 453-
459.
23. Weston D. P., Shipway P. H., Harris S. J., Cheng M. K. The wear and friction
behaviour of engineering coatings in dry sliding contacts. Surface and Coatings
Technology. 2011. Vol. 206. P. 994-1005.
24. Qin Y., Xiong D., Li J., Tyagi R. Tribological properties of laser surface
textured and MoS2-coated ceramic coating under dry sliding. Surface and Coatings
Technology. 2015. Vol. 272. P. 266-273.
25. Saetang V., Tangwarodomnukun V., Dumkum C., Eiamsa-Ard K. Effects of
laser texturing on tribological properties and wettability of TiN-coated AISI M2 steel.
Surface and Coatings Technology. 2024. Vol. 488. Art. 131300.
26. Wood R. J. K. Understanding surface wear in engineering materials. In:

91
Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead Publishing,
1998. P. 1-57.
27. Jennett N. M., Gee M. G. Mechanical testing of coatings. In: Mellor B. G.
(ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead Publishing, 1998. P. 58-
78.
28. Shipway P. H. The range of surface coating methods. In: Mellor B. G. (ed.).
Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead Publishing, 1998. P. 79-100.
29. Wheeler D. W. Chemical vapour deposition methods for protection against
wear. In: Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead
Publishing, 1998. P. 101-145.
30. Bull S. J. Physical vapour deposition methods for protection against wear. In:
Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead Publishing,
1998. P. 146-183.
31. Ponce de Leon C., Kerr C., Walsh F. C. Electroless plating for protection
against wear. In: Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear.
Woodhead Publishing, 1998. P. 184-225.
32. Wills R. G. A., Walsh F. C. Electroplating for protection against wear. In:
Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead Publishing,
1998. P. 226-248.
33. Guilemany J. M., Nin J. Thermal spraying methods for protection against
wear. In: Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead
Publishing, 1998. P. 249-301.
34. Mellor B. G. Welding surface treatment methods for protection against wear.
In: Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead
Publishing, 1998. P. 302-376.
35. Man H. C. Laser surface treatment methods for protection against wear. In:
Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for Protection Against Wear. Woodhead Publishing,
1998. P. 377-391.
36. Kunrath A. O., Zhong D., da Silva Rocha A., Moore J. J. Future trends in

92
surface coatings for protection against wear. In: Mellor B. G. (ed.). Surface Coatings for
Protection Against Wear. Woodhead Publishing, 1998. P. 392-413.
37. Fitzpatrick M. E., Fry A. T., Holdway P., Kandil F. A., Shackleton J.,
Suominen L. Determination of Residual Stresses by X-Ray Diffraction. Measurement
Good Practice Guide No. 52. National Physical Laboratory, 2005.
38. Noyan I. C., Cohen J. B. Residual Stress: Measurement by Diffraction and
Interpretation. Springer, 1987.
39. Withers P. J., Bhadeshia H. K. D. H. Residual stress. Part 1 - Measurement
techniques. Materials Science and Technology. 2001. Vol. 17, No. 4. P. 355-365.
40. Withers P. J., Bhadeshia H. K. D. H. Residual stress. Part 2 - Nature and
origins. Materials Science and Technology. 2001. Vol. 17, No. 4. P. 366-375.
41. Totten G. E. (ed.). Surface Modification and Mechanisms: Friction, Stress,
and Reaction Engineering. CRC Press, 2004.
42. Friedrich K., Schlarb A. K. Friction and Wear of Bulk Materials and
Coatings. Elsevier, 2008.
43. Lisiecki A. Tribology and Surface Engineering. Coatings. 2019. Vol. 9, No.
10. Art. 663.
44. Dienwiebel M., Scherge M. (eds.). Advanced Analytical Methods in
Tribology. Springer, 2018.
45. Peterson M. B., Winer W. O. (eds.). Wear Control Handbook. ASME, 1980.
46. Lansdown A. R. Lubrication and Lubricant Selection: A Practical Guide. 3rd
ed. ASM International, 2004.
47. Bhushan B. Principles and Applications of Tribology. 2nd ed. Wiley, 2013.
48. ASM Handbook. Vol. 18: Friction, Lubrication, and Wear Technology. ASM
International, 2017.
49. ASM Handbook. Vol. 5A: Thermal Spray Technology. ASM International,
2013.
50. ASM Handbook. Vol. 4D: Heat Treating of Irons and Steels. ASM
International, 2014.

93
51. Davis J. R. Surface Engineering for Corrosion and Wear Resistance. ASM
International, 2001.
52. Davis J. R. Handbook of Thermal Spray Technology. ASM International,
2004.
53. Dutta Majumdar J., Manna I. Laser Processing of Materials. Sadhana. 2003.
Vol. 28, No. 3-4. P. 495-562.
54. Toyserkani E., Khajepour A., Corbin S. F. Laser Cladding. CRC Press, 2004.
55. Ready J. F., Farson D. F. (eds.). LIA Handbook of Laser Materials
Processing. Laser Institute of America, 2001.
56. Dowden J. (ed.). The Theory of Laser Materials Processing: Heat and Mass
Transfer in Modern Technology. Springer, 2009.
57. Антонюк В. С. Основи підвищення працездатності різального
інструменту шляхом формування зносостійких покриттів дискретного типу:
автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Київ: НТУУ «КПІ», 2006. 35 с.
58. Возненко В. В. Поліпшення експлуатаційних характеристик деталей
приводів шляхом формування функціональних поверхонь з дискретно-
орієнтованою топографією: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Київ: НТУУ «КПІ»,
2006. 20 с.
59. Дзюба В. Л., Корсунов К. А. Фізика, техніка та застосування
низькотемпературної плазми. Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2007. 448 с.
60. Рудаков К. М. FEMAP 10.2.0. Геометричне і кінцево-елементне
моделювання конструкцій. Київ: КПІ, 2011. 317 с.
61. Антонюк В. С., Сорока О. Б., Солових Є. К., Калініченко В. І. Аналітичні
та числові методи проектування дискретних покриттів на інструментальних
матеріалах. Математичні проблеми механіки неоднорідних структур. Львів, 2006.
Т. 1.
62. Пат. 52442 Україна, МПК H05V 7/00. Плазмотрон для поверхневого
зміцнення деталей та інструменту / Самотугін С. С., Гагарін В. О., Мазур В. О.,
Литвиненко Д. С. Опубл. 25.08.2010. Бюл. № 16.

94
63. Самотугін С. С., Гагарін В. О. Плазмове градієнтне поверхневе
зміцнення напрямних металорізальних верстатів. Університетська наука - 2016:
матеріали міжнар. наук.-техн. конф. Маріуполь, 2016. Т. 2. С. 44-45.
64. Самотугін С. С., Ляшенко Б. А., Гагарін В. О., Самотугіна Ю. С.
Перспективи використання плазмової градієнтної модифікації для підвищення
несучої здатності контактних поверхонь пари «рейка-колесо» на залізничному
транспорті. Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.
2010. № 10(152), ч. 2. С. 146-150.
65. Посвятенко Е. К., Турич В. В., Чорнопищук М. М. Формування
технологічних канавок на деталях машин методом пластичного деформування з
ультразвуком. Різання та інструмент у технологічних системах. 1998. Вип. 52. С.
169-172.
66. Малинов Л. С. Використання лазерної та електронно-променевої
обробок для отримання диференційованої структури. Вісник Приазовського
державного технічного університету. 2000. Вип. 10. С. 82-87.
67. Сорока Е. Б. Вплив параметрів системи «основа-покриття» на
напружено-деформований стан робочих поверхонь інструментальних матеріалів.
Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. 2008. Вип. 23. С.
381-385.
68. Mishnaevsky L., Levashov E., Valiev R., Segurado J., Sabirov I. et al.
Nanostructured titanium-based materials for medical applications: Surface engineering
and coatings. Materials Science and Engineering R. 2014. Vol. 81. P. 1-19.
69. Holmberg K., Matthews A. Coatings Tribology: Properties, Mechanisms,
Techniques and Applications in Surface Engineering. 2nd ed. Elsevier, 2009.
70. Bell T. Surface engineering of austenitic stainless steel. Journal of Vacuum
Science & Technology A. 2002. Vol. 20, No. 4. P. 1026-1030.
71. Podgornik B., Hogmark S., Sandberg O. Proper coating selection for
improved tribological performance. Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 174-
175. P. 334-341.

95
72. Holmberg K., Ronkainen H., Matthews A. Tribology of thin coatings.
Ceramics International. 2000. Vol. 26, No. 7. P. 787-795.
73. ДСТУ 4163:2020. Державна уніфікована система документації.
Уніфікована система організаційно-розпорядчої документації. Вимоги до
оформлення документів. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2020.
74. ДСТУ 8302:2015. Інформація та документація. Бібліографічне
посилання. Загальні положення та правила складання. Київ: ДП «УкрНДНЦ»,
2016.
75. ДСТУ 3008:2015. Інформація та документація. Звіти у сфері науки і
техніки. Структура та правила оформлювання. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016.
76. ISO 643:2019. Steels - Micrographic determination of the apparent grain size.
Geneva: ISO, 2019.
77. ISO 6507-1:2023. Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test
method. Geneva: ISO, 2023.
78. ISO 6892-1:2019. Metallic materials - Tensile testing - Part 1: Method of test
at room temperature. Geneva: ISO, 2019.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets