Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.)

У доповіді розглянуто отримані в Інституті технічної механіки НАН України і ДКА України результати наукових досліджень з розроблення нових методів та підходів до поліпшення фізико-механічних характеристик конструкційних матеріалів, зокрема міцнісних властивостей алюмінієвих сплавів, спрямованих н...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2023
Автор:	Пошивалов, В.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	З кафедри Президії НАН України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201625
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.) / В.П. Пошивалов // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 11. — С. 87-92. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-201625
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-2016252025-01-25T14:38:31Z Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.) Пошивалов, В.П. З кафедри Президії НАН України У доповіді розглянуто отримані в Інституті технічної механіки НАН України і ДКА України результати наукових досліджень з розроблення нових методів та підходів до поліпшення фізико-механічних характеристик конструкційних матеріалів, зокрема міцнісних властивостей алюмінієвих сплавів, спрямованих на використання їх у захисних конструкціях спеціального призначення. The report reveals the results of scientific research, which are obtained at the Institute of Technical Mechanics of the NAS of Ukraine and the SSA of Ukraine, on the development of new methods and approaches to improving the physical and mechanical characteristics of structural materials, in particular the strength properties of aluminum alloys, with the aim of using them in special-purpose protective structures. 2023 Article Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.) / В.П. Пошивалов // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 11. — С. 87-92. — укр. 1027-3239 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.11.087 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201625 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України
spellingShingle	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України Пошивалов, В.П. Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.) Вісник НАН України
description	У доповіді розглянуто отримані в Інституті технічної механіки НАН України і ДКА України результати наукових досліджень з розроблення нових методів та підходів до поліпшення фізико-механічних характеристик конструкційних матеріалів, зокрема міцнісних властивостей алюмінієвих сплавів, спрямованих на використання їх у захисних конструкціях спеціального призначення.
format	Article
author	Пошивалов, В.П.
author_facet	Пошивалов, В.П.
author_sort	Пошивалов, В.П.
title	Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.)
title_short	Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.)
title_full	Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.)
title_fullStr	Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.)
title_full_unstemmed	Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.)
title_sort	керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні президії нан україни 20 вересня 2023 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201625
citation_txt	Керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів для підвищення їхніх міцнісних характеристик і використання у конструкціях спеціального призначення (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 р.) / В.П. Пошивалов // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 11. — С. 87-92. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT pošivalovvp keruvannâfízikomehaníčnimivlastivostâmialûmíníêvihsplavívdlâpídviŝennâíhníhmícnísnihharakteristikívikoristannâukonstrukcíâhspecíalʹnogopriznačennâstenogramanaukovoídopovídínazasídanníprezidíínanukraíni20veresnâ2023r
first_indexed	2025-02-09T04:41:33Z
last_indexed	2025-02-09T04:41:33Z
_version_	1823553454132428800
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 11 87 КЕРУВАННЯ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЇХНІХ МІЦНІСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИКОРИСТАННЯ У КОНСТРУКЦІЯХ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ Стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 20 вересня 2023 року У доповіді розглянуто отримані в Інституті технічної механіки НАН України і ДКА України результати наукових досліджень з розроблення но- вих методів та підходів до поліпшення фізико-механічних характеристик конструкційних матеріалів, зокрема міцнісних властивостей алюмінієвих сплавів, спрямованих на використання їх у захисних конструкціях спеці- ального призначення. Шановні члени Президії! Шановні колеги! Дослідження, спрямовані на керування фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів з метою підвищення їхніх міцнісних характеристик для використання у конструкціях спеціального призначення, є сьогодні важливим та актуальним завданням. Як відомо, під час воєнних дій бойові броньовані машини можуть зазнавати впливу різноманітних засобів ураження. Од- ними з найнебезпечніших серед них є підриви на мінно-вибу- хових пристроях фугасної дії, що можуть мати різні конструк- ції і різну потужність. Для збереження боєздатності екіпажу й техніки зазвичай застосовують комплекс активних і пасивних засобів захисту, найбільш дієвим з яких вважається викорис- тання захисного протимінного екрана. До матеріалів, з яких виготовляють сучасні захисні протимінні екрани, висувають низку вимог, зокрема це — висока пластичність, висока ударна в’язкість, відносно знижена границя текучості при збереженні максимально можливої границі міцності. ПОШИВАЛОВ Володимир Павлович — доктор технічних наук, заступник директора з наукової роботи Інституту технічної механіки НАН України і ДКА України doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.11.087 88 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (11) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Алюмінієві сплави, особливо сплави систе- ми Al-Mg (5083, 5456, АМг6), значною мірою задовольняють більшість вимог до захисних протимінних екранів, але навіть їхніх досить високих параметрів пластичності та ударної в’язкості недостатньо, щоб ефективно по- глинати енергію вибуху. Тому в наших дослі- дженнях ми поставили собі за мету підвищити фізико-механічні характеристики алюмінієво- магнієвих сплавів АМг6М та АМг6 з позиції синергетичного підходу з використанням про- міжної комбінованої енергетичної обробки. Отже, ми брали зразки деформівного сплаву АМг6М, піддавали їх попередній енергетичній обробці і тестували на установці для термоме- ханічних випробувань ИМАШ-20-78, оснаще- ній приладами для забезпечення контролю та автоматичного підтримання режимів наван- таження й нагрівання. Попередньо зразки ви- тримували в умовах повзучості впродовж при- близно половини часу до руйнування, а потім здійснювали проміжну енергетичну обробку за такою загальною схемою: електростимульова- ний нагрів до температури 160 °С; одновісний розтяг у режимі повзучості з подальшою ви- тримкою впродовж приблизно половини часу до руйнування; стискувальне навантаження за температури 300 °С; відпал за Т = 320 °С. Вплив ударними ультразвуковими коливан- нями здійснювали за допомогою генератора ударного ультразвуку. Проміжну пластичну деформацію під час випробувань на повзучість забезпечували за двома схемами: схема І — на зразки, які ви- тримували впродовж приблизно половини часу до руйнування, після розвантаження і охолодження впливали високотемпературним стискальним навантаженням, а потім здійсню- вали ударну ультразвукову обробку, після чого зразки знову виводили на режим повзучості до руйнування; схема ІІ — після високотемпе- ратурного стискального навантаження зразки відпалювали за температури 320 °С впродовж 2 годин і далі на них впливали ударними висо- Рис. 1. Діаграми руйнування (a) та криві повзучості (б, в) зразків сплаву АМг6М: 1 — контрольний зразок; 2 — після випробувань за схемою І; 3 — після випробувань за схемою ІІ; 4 — контрольний зразок зі сплаву 01570 Таблиця 1. Порівняння характеристик міцності сплавів АМг6М і 01570 Матеріал Режим обробки 0,2, МПа В, МПа W, МJ/м3 Відносне видовження , % , 60–1 с  АМг6М Контрольний зразок без обробки 167,0 333,0 68,2 20 8 - Схема І 440,0 483,0 17,2 4 240 30 Схема ІІ 250,0 378,0 48,9 14 64 8 01570 Контрольний зразок без обробки 310,0 410,0 57,3 16 — — ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 11 89 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ кочастотними коливаннями, а потім доводили до руйнування в режимі повзучості. Аналіз результатів випробувань зразків у вихідному стані та після енергетичної обробки засвідчив, що проміжна пластична деформація за умов повзучості підвищує характеристики короткочасної міцності і час до руйнування сплаву АМг6М (рис. 1). Під час випробувань за першою схемою істотно збільшується час до руйнування за повзучості, однак при цьому різко знижується пластичність матеріалу. Від- палювання зразків за другою схемою дає змогу підвищити час до руйнування сплаву за від- носного збереження пластичності. Для порівняння в табл. 1 наведено характе- ристики міцності сплаву 01570, який є алюмі- нієвим сплавом на основі системи Al–Mg, ле- гованим скандієм. Цей сплав містить приблиз- но 6 % Mg і в металургійному виробництві за технологічними властивостями близький до сплаву АМг6М. На сьогодні сплав 01570 є най- міцнішим зварювальним сплавом серед алюмі- нієвих сплавів, що термічно не зміцнюються. Однак він належить до дорогих сплавів, що об- межує його широке використання. Як бачимо з рис. 2, в інтервалі температур від 20 до 100 °С границя міцності В стано- вить ~493 МПа. Починаючи з Т = 100 °С В помітно зменшується. За температури відпа- лу Т = 400 °С і вище крива міцності, як і криві текучості та питомої роботи руйнування, ви- ходить на горизонтальну асимптоту. Однак за температур 400—450 °С міцність зразків не відновлюється до вихідного рівня (333 МПа), а залишається на межі 363 МПа. Зміцнення сплаву АМг6М в разі обробки його стискаль- ним навантаженням на 81 % зумовлене зміною щільності дислокацій і лише на 19 % — ефек- том заліковування. Для підвищення ударної в’язкості алюмініє- во-магнієвого сплаву АМг6 ми запропонували застосувати метод високошвидкісного охоло- дження після високотемпературної витримки. Нагрівання здійснювали в діапазоні темпера- тур 350—450 °С, а охолодження — в діапазоні від кімнатної температури до –56 °С. Глибоке охолодження до –56 °С забезпечували з вико- Рис. 2. Залежність границі міцності (1), текучості (2) і роботи руйнування (3) від температури відпалу зраз- ків сплаву АМг6М після високотемпературного стис- кального навантаження Рис. 3. Результати випробувань на ударну в’язкість зразків сплаву АМг6: 1 — контрольні зразки; 2 — на- грівання до 350 °С, охолодження у воді; 3 — нагріван- ня до 450 °С, охолодження у воді; 4 — нагрівання до 350 °С, охолодження за Т = –56 °С; 5 — нагрівання до 450 °С, охолодження за Т = –56 °С ристанням твердого діоксиду вуглецю. Після досягнення заданої температури зразка –56 °С його вивантажували на повітря і поступово природним чином прогрівали до кімнатної температури. Результати випробувань на ударну в’язкість зразків, оброблених за різними схемами, наве- дено на рис. 3. Обробка матеріалу за схемою 1 (нагрівання зразка в печі до температури 350 °С та охоло- дження у воді до кімнатної температури) і схе- 90 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (11) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ мою 3 (нагрівання зразка в печі до температури 350 °С та охолодження за температури –56 °С) забезпечує збільшення роботи до руйнуван- ня на 16 % (65 Дж) порівняно з контрольним зразком; обробка за схемою 2 (нагрівання зраз- ка в печі до температури 450 °С та охолоджен- ня у воді кімнатної температури) приводить до збільшення роботи до руйнування на 19 % (67 Дж); обробка за схемою 4 (нагрівання зраз- ка в печі до температури 450 °С та охолоджен- ня за температури –56 °С) зумовлює збільшен- ня роботи до руйнування на 22 % (68 Дж). При цьому значення показника ударної в’язкості KCU також збільшилися в середньому на 19 %. Проведені експериментальні дослідження сплаву АМг6 показали, що всі види термо- обробки підвищують питому роботу руйну- вання і практично не змінюють межу міцності. Найкращі результати щодо питомої роботи до руйнування отримано з використанням схеми обробки, коли нагрівання зразка здійснюєть- ся до температури 450 °С з наступним охоло- дженням до –56 °С. Для того щоб перевірити придатність роз- роблених нами способів і режимів термічної обробки сплаву АМг6 для виготовлення несу- чих деталей захисних протимінних екранів, у Центральному науково-дослідному інституті озброєння та військової техніки Збройних сил України було проведено вибухотехнічні ви- пробування. Випробування захисних протимінних екра- нів проводили на макеті корпусу бойової бро- ньованої машини, виготовленому з броньової сталі товщиною 16 мм. На першому етапі здій- снено оцінку прискорення макета корпусу із захисним протимінним екраном, що не дефор- мується (пластина броньової сталі товщиною 10 мм і масою 10,7 кг). Для чисельного моделювання було створено скінченноелементну модель макета корпусу броньованої машини і з її використанням про- ведено дослідження впливу параметрів вибу- хового навантаження на прискорення корпусу макета. Порівняння прогинів, отриманих за допомо- гою чисельного моделювання та в натурному експерименті, здійснювали з використанням 3D-сканера в науково-випробувальній лабора- торії зброї та спеціальних захисних матеріалів Національного університету оборони України. Зразки захисних протимінних екранів піс- ля натурних випробувань було відскановано та виміряно значення прогинів у контроль- них точках. Відповідні результати наведено на рис. 4. Отримані значення швидкості та приско- рення макета із жорстким захисним протимін- ним екраном при чисельному моделюванні та в натурному експерименті мали відносну по- хибку, не більшу за 5,0 %. Дані щодо швидкості, прискорення та про- гинів у центрі пластини, отримані на макеті в разі застосування пластичного захисного про- тимінного екрана, наведено на рис. 5. Значення відносної похибки між результатами чисель- ного моделювання і натурного експерименту становлять: для прискорень макета — 4%; для прогинів у центрі пластини — 7 %. Зведені дані щодо значень прискорень у центрі макета наведено в табл. 2. Висновки. В Інституті технічної механіки НАН України і ДКА України запропоновано спосіб енергетичної обробки сплаву АМг6М в умовах повзучості, який дає змогу істотно під- вищити час до руйнування. Встановлено, що енергетична обробка сплаву АМг6М за схе- мою ІІ за міцнісними властивостями набли- жає його до найкращого і водночас найдорож- чого в системі Al–Mg сплаву 01570, легованого скандієм. Проведені експериментальні дослідження сплаву АМг6 показали, що всі види термо- Рис. 4. Порівняння прогинів відсканованого на 3D-сканері макета захисного протимінного екрана після вибухотехнічних випробувань (а) та результатів чисельного моделювання (б) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 11 91 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Рис. 5. Змінення швидкості (а), прискорення (б) маке- та корпусу ББМ та прогинів (в) пластичного захисного протимінного екрана залежно від відстані розміщення вибухової речовини та її маси (залиті маркери — чи- сельне моделювання, маркери без заливки — натурний експеримент) Таблиця 2. Зведені дані щодо значень прискорення в центрі макета корпусу (відбивна поверхня під сталевою плитою — бетон) Матеріал Маса вибухової речовини, кг Висота, мм Товщина екрана, мм Прискорення, g Броньова сталь 0,050 150 10 2970,7 Броньова сталь 0,200 400 10 4644,7 Броньова сталь 0,100 150 10 5120,9 Броньова сталь 0,100 150 10 3598,9 Броньова сталь 0,100 150 10 3759,4 АМг6, відпалений 0,100 150 7 156,3 АМг6, прискорено охолоджений 0,100 150 7 214,8 АМг6НПП, нагартований по поверхні 0,100 150 7 205,6 92 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (11) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ обробки підвищують питому роботу руйну- вання і практично не змінюють межу міцності. Найкращі результати отримано для схеми об- робки, за якою нагрівання зразка здійснювало- ся до температури 450 °С з наступним охоло- дженням до –56 °С. Результати вибухотехнічних випробувань показали, що найвищі показники поглинання енергії вибуху спостерігаються в разі відпалю- вання деталей зі сплавів системи Al–Mg, зо- крема сплаву АМг6. При цьому будь-який із запропонованих захисних протимінних екра- нів з алюмінієвого сплаву АМг6 забезпечує в 20—25 разів вищі показники поглинання енер- гії вибуху порівняно із захисними протимін- ними екранами з броньової сталі. За матеріалами засідання підготувала О.О. Мележик Volodymyr P. Poshyvalov Institute of Technical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine and State Space Agency of Ukraine, Dnipro, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4782-5942 CONTROL OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF ALUMINUM ALLOYS TO IMPROVE THEIR STRENGTH CHARACTERISTICS AND USE IN SPECIAL-PURPOSE STRUCTURES Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, September 20, 2023 The report reveals the results of scientific research, which are obtained at the Institute of Technical Mechanics of the NAS of Ukraine and the SSA of Ukraine, on the development of new methods and approaches to improving the physical and mechanical characteristics of structural materials, in particular the strength properties of aluminum alloys, with the aim of using them in special-purpose protective structures. Cite this article: Poshyvalov V.P. Control of physical and mechanical properties of aluminum alloys to improve their strength characteristics and use in special-purpose structures. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (11): 87—92. https://doi. org/10.15407/visn2023.11.087

Репозитарії

Схожі ресурси