(науковий керівник – Чейлях О.П., д-р техн. наук, проф.)
Мета НДР – підвищення комплексу фізико-механічних та експлуатаційних властивостей сталей та чавунів, надійності та довговічності металовиробів, що дозволяє економити та зберігати дефіцитні і дороги сплави та легуючі компоненти, підвищувати продуктивність виробництва. Об’єктом дослідження були поверхневі шари металовиробів зі сталей та чавунів, що зміцнювались з використанням розроблених способів та технологій (наплавлення, термічної, хіміко-термічної, плазмової обробок та їх комбінацій). У процесі досліджень науково обґрунтовано системи (Fe-Cr-Mn, Fe-Mn з невеликими добавками Si, N, Ti, V), принципи і параметри економного ресурсозберігаючого легування наплавлювальних матеріалів, наплавленого металу і зміцнюваних поверхневих робочих шарів, які забезпечують створення метастабільних фазово-структурних модифікацій (мартенситно-аустенітних, аустенітно-мартенситних, аустенітних з карбідами та карбонітридами) для підвищення властивостей сталей, чавунів, наплавлених шарів та металовиробів. Розроблено фізико-математичну модель формування фазового складу, мікроструктури і регулювання метастабільності аустеніту під впливом легуючих елементів в наплавлених і зміцнюваних поверхневих шарах, що дозволило прогнозувати і управляти структуроутворенням і властивостями, створювати економнолеговані метастабільні сплави і поверхневі фазово-структурні модифікації з підвищеної зносостійкістю. Створено нові економнолеговані наплавлювальні порошкові дроти, які забезпечують формування наплавлених метастабільних Fe-Cr-Mn сталей різних структурних класів: аустенітного, аустенітно-мартенситного і мартенситно-аустенітного з підвищеним рівнем механічних властивостей і зносостійкості. Відмінними рисами та перевагами розроблених матеріалів фазово-структурних поверхневих модифікацій є їхня метастабільність, ступінь якої регулюється за допомогою легування, способів та технологічних параметрів різноманітних обробок. Це дозволяє керувати кінетикою протікання деформаційних фазових перетворень у процесі випробувань зносостійкості та за експлуатаційних умов, а за оптимальних структурі та об’ємі цих перетворень досягати суттєво підвищених показників властивостей та зносостійкості в порівнянні з традиційними відомими матеріалами. В умовах сухого тертя метала по металу (з розігрівом поверхні тертя) відносна зносостійкість розроблених наплавлених Fe-Cr-Mn сталей (20Х8Г6СТАФ та 20Х12Г9СТАФ) була в 1,6…2 рази вище, ніж хромонікелевої, а в умовах абразивного та ударно-абразивного зношування – в 1,5…1,7 рази вище, ніж у наплавленої дорогої сталі 08Х20Н10Г7СТ (яка містить 10 % Ni та 20 % Cr). Розроблено склад і технологію термічної обробки економнолегованого зносостійкого чавуну, що дозволило регулювати ступінь метастабільності аустеніту і підвищити зносостійкість і довговічність в умовах інтенсивного ударно-абразивного зношування у поєднанні з розігрівом. У порівнянні з чавунами на Fe-V-Cr-С та Fe-Cr-Ni-С основах (які містять до 10 % V і 9…10 % Ni) виробництва Японії, розроблений у ДВНЗ «ПДТУ» чавун ЧХ14Г6Т після оптимальних режимів термообробки відрізняється підвищеною в 1,5…2 рази абразивною зносостійкістю. Виробничі випробування дослідно-промислових партій змінних деталей металургійного устаткування, що швидко зношуються (проводки кулепрокатних станів, лопатки дробометних машин, молотки зернодробарок, захисні плити жолобу агломашин) із розроблених наплавлених сталей і чавуну з використанням ресурсозберігаючих технологій поверхневого зміцнення наплавленням, цементацією і термообробкою, показали підвищену в 1,5…2 рази зносостійкість у порівнянні з серійними. Розроблені наплавлювальні матеріали не містять гостродефіцитних в Україні та дорогих компонентів (Ni, Mo, W, Nb), значно меншу кількість хрому як їхні дороги аналоги (наприклад, наплавлювальний дріт Св-08Х20Н10Г7СТ), одночасно мають більш високі властивості. Це дозволяє економити 100…110 кг металевого нікелю на 1 т наплавленого металу. Вартість розробленого наплавлювального порошкового матеріалу значно менш (на ~1700-1800 дол. США на 1 т.) у порівнянні з відомим матеріалом, який виробляється у Німеччини та Росії. Розроблені наукоємні ресурсозберігаючі технології поверхневого зміцнення рекомендовано до впровадження у виробництво в ПАТ «МК «Азовсталь» з очікуваним економічним ефектом 914 тис. грн. (електродугове наплавлення розробленим порошковим дротом). Виробничі випробування дослідно-промислової партії лопастей дробометів із сталі 20ГЛ, оброблених за запропонованою технологією, показали підвищення довговічності в 1,7…2 рази у порівнянні з серійними. Дослідно-промислова партія молотків зернодробарок зі сталі 25 була термооброблена за новою технологією (наскрізна цементація та гартування) та проходить виробничі випробування на ДКУ СФГ «Віктор» (Україна, Запорізька обл.), передбачається підвищення довговічності деталей в 2,6…3 рази. З метою підвищення зносостійкості та довговічності захисних плит жолобу агломашин розроблено новий (оптимальний) склад зносостійкого чавуну ЧХ14Г6Т та технологію термічної обробки. Дослідно-промислова партія плит зі зносостійкого чавуну ЧХ14Г6Т проходить виробничі випробування в умовах ПАТ «Маріупольський металургійний комбінат імені Ілліча», строк яких вже перевищує термін експлуатації серійних плит (чавун ЧХ15Г4ТЛ). Результати роботи можуть використовуватись в металургійній, машинобудівній промисловості, сільгоспмашинобудуванні, на ремонтно-реноваційних підприємствах. Розроблена науково-технічна продукція (економнолеговані наплавочний дріт, зносостійкий чавун, нові технології поверхневого зміцнення) є конкурентоспроможною і має інвестиційну привабливість, оскільки дозволяє без додаткових витрат економити дуже дефіцитні та дорогі легуючи компоненти (Ni, Mo, Nb, V, W), що входять до складу відомих аналогів, та водночас суттєве підвищувати механічні та експлуатаційні властивості виробів.