Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України

1. Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова
НАН України

2. Переваги ШТО
2 4 6 8 10 12 14
1000
1200
1400
1600
1800
2000
ПТО
ВТ22
ВТ23
ВТ16
σ
В
,МПа
СМо
0
, мас.%
1
2
ВТ6
Ті-6-4
ВТ3-1
ВТ30
ШТО
При однаковому рівні пластичності ШТО забезпечує вищі на 30-50% значення
статичної та втомної міцності порівняно із стандартними (пічними) методами
термічного зміцнення.
При однаковому рівні пластичності ШТО забезпечує вищі на 30-50% значення
статичної та втомної міцності порівняно із стандартними (пічними) методами
термічного зміцнення.
Температура
Час
Tпп
4
3
21
Технологія отриманняТехнологія отримання
високоміцних станів в титановихвисокоміцних станів в титанових
сплавах для потребсплавах для потреб
машинобудування і транспортумашинобудування і транспорту

3. • Менший на 25% об'єм
• Вдвічі менша вага
• Відсутність корозії
Приклади застосування
ШТО: високоміцні пружини
Механічні властивості
σ0.2,
МПа
σВ,
МПа
δ, % ψ, % H1=16,5
мм, МПа
H2=13,5
мм, МПа
TIMETAL–LCB
1470 1510 9,9 43 187 359
ВТ22
1345 1420 8,2 46 135 295
ВТ35
1330 1430 10,4 43 63 206
2
2
Volume 2
G
P R
τ
 =  
2
2
Weight 2
G
P R
ρ
τ
 =  
G − модуль зсуву; r − густина; τ − напруження
зсуву; R − кількість обертів; P − прикладене
навантаження
Переваги
титанових
пружин над
стальними
Переваги
титанових
пружин над
стальними

4. Високоміцні деталі роз'ємних
з'єднань
4
Заготівки після гарячого висаджування Дослідні болти М12
Вид випробувань Зусилля руйнування болта М12, кгс (σВ, τзр
, МПа)
40ХН2МА 13Х15Н4АМ3 ВТ22
Розтяг 8940 12130 12915 (1359)
Розтяг з косою
шайбою
6000 10060 10820 (1139)
Зріз по одній площині 7900 9950 (889)
Сплав
ВТ22
Окрім меншої майже вдвічі ваги титанові деталі роз'ємних з'єднань
мають вищу корозійну стійкість
Окрім меншої майже вдвічі ваги титанові деталі роз'ємних з'єднань
мають вищу корозійну стійкість

5. Локальна ШТО
відновленої рейки механізації крила
АН-124
5
Зношені місця
Стан після
наплавлення
σ0.2, = 821 МПа;
σВ = 960 МПа;
δ = 1,7 %;
ψ = 12,3 %;
КСU = 1, 3 кгсм/мм2
Стан після наплавлення
і ЛШТО
σ0.2, = 979 МПа;
σВ = 1095 МПа;
δ = 4,6 %;
ψ = 41,1 %;
КСU = 3, 5 кгсм/мм2

6. • Можливість отримувати недосяжний іншими методами рівень фізико-
механічних характеристик (1450 МПа) на широкій гамі виробів
відповідального призначення;
• Можливість отримувати заданий рівень властивостей як в усьому
об'ємі виробів, так і в локальних особливо відповідальних ділянках;
• Скорочення тривалості (від годин до десятка секунд) та збільшення
продуктивності ТО і, як наслідок, суттєве зменшення загальних витрат
на неї (електроенергії);
• Відсутність корозії;
• Широкий інтервал температур експлуатації (-196 – +400o
C)
6
• Продовження робіт по розробці технології виготовлення високоміцних
титанових болтів
• Пружини та інші деталі та елементи конструкції, що мають необхідну
для застосування ШТО геометрію
• Розробка локальних методів термічної обробки, зокрема – зварних
з'єднань
ПРОПОЗИЦІЇПРОПОЗИЦІЇ
ПЕРЕВАГИПЕРЕВАГИ
Унікальність

7. Порошок Ti,
легувальні порошки
Порошкова суміш
Пресовка
Виріб з необхідними
характеристиками
ГарячаГаряча
деформаціядеформація
Досягнення
необхідних характеристик
змішуваннязмішування
ПресуванняПресування
Вакуумне спіканняВакуумне спікання
Заміна традиційного титанового порошку на порошок
наводненого титану (гідрид титану), що забезпечує
досягнення необхідних механічних характеристик
виробів простим технологічним шляхом
TiH2
Сплав Відносна
густина, %
σВ, MПa δ , %
Ti (техн.
Чистий)
98.5-99 562 21
ВТ-6 98.1-99 975 12
Ti-5553 98.5 1304 6.8
Ti-1023 98 1250 5.2
Економічно-ефективна
технологія виробництва
титанових деталей методом
порошкової металургії
Основа технології:Основа технології:

8. Приклади отримання виробів
Шатун автомобільного
двигуна (сплав ВТ-6)
Корпус замка авіаційних
люків (сплав ВТ-6)
Корпус годинника,
серга (ВТ1-0, ВТ6)
Виготовлення 1 кг деталей
дешевше :
-в 3,5 -5 разів у порівнянні з
традиційним методом
порошкової металургії
- в 3,5 – 6,5 разів у порівнянні з
методами литва та виточки
зливків
Виготовлення 1 кг деталей
дешевше :
-в 3,5 -5 разів у порівнянні з
традиційним методом
порошкової металургії
- в 3,5 – 6,5 разів у порівнянні з
методами литва та виточки
зливків
Сфери застосування:
Авіація
Атомобілебудування
Віськово-промисловий комплекс
Поточні замовники:
ДП «Антонов», ВО «Південмаш»,
ЗАО «Мотор Січ»

9. 9
• Спільно із спеціалістами суднобудівної і автомобільної промисловості
визначити номенклатуру деталей для їх виготовлення
запропонованим методом;
• Модифікація конструкції прес-форм для виготовлення виробів
складних геометричних форм з гідриду титану;
• Створення спільного підприємства, продаж ліцензії чи патенту.
• Гідрований порошок дешевше (вдвічі) ніж тиановий, отриманий
методом гідрування/дегідрування
• Виробництво стартової сировини (гідриду титану) на Запорізькому
титано-магнієвому комбінаті
• Простий набір технологічних операцій
• Отримання виробів заданої форми з необхідними характеристиками
ПРОПОЗИЦІЇПРОПОЗИЦІЇ
ПЕРЕВАГИПЕРЕВАГИ
Унікальність
Суттєве зниження вартості виробництва
титанових виробів при досягненні їх необхідних
характеристик

10. Високоміцний аморфний сплав
ХКБРС для резистивних
низькотемпературних нагрівачів
Зразки теплових
панелей на основі
аморфної стрічки
• Менші енергетичні затрати
при еквівалентній тепловій
віддачі
• Покращені механічні та
корозійні характеристики
• Побутові обігрівачі
• Промислові сушки
• Металургійна промисловість
• Деревообробна промисловість
• Сільське господарство
ПеревагиПереваги ЗастосуванняЗастосування

11. Поєднує характеристики міцності і
пластичності з високим рівнем електроопору
(>140 мкОм*см), використовується в
побутовому та промисловому обладнанні
замість ніхромових, фехралевих та
вуглеволоконних матеріалів.
Автоматизована система
локального обігріву актового
залу Інституту
11
Замовники:
ПАТ “ІНДУКТОР”, м. Івано-Франківськ,
ТОВ «НВК «САПРО», м. Дніпропетровськ
ТОВ «МЕЛТА»
Високоміцний аморфний сплав
ХКБРС для резистивних
низькотемпературних нагрівачів
Зменшення енергетичних затрат при
еквівалентній тепловій віддачі
Зменшення енергетичних затрат при
еквівалентній тепловій віддачі
Патент на винахід UA 104983 Опубл. 25.03.2014, Бюл.
№ 6

12. P10/400, P10/1000 - втрати в осерді при максимальній індукції Bm=1,0 Tл
та частоті намагнічування 400 і 1000 Гц, відповідно.
Сплав Bs (Tл) Hc, (A/m) mі P10/400
(W/kg)
P10/1000
(W/kg)
ММ-2
(АМС - FeNiMoSiB)
1.50 3.5 3 500 - 7 000 2.0 6.0
MM-11N
(НКС–FeSiBAlNbCu)
1.25 0.5 40 000 –
120 000
0.4 1.2
Fe83
Si4
B8
P4
Cu1
1.82 3 - 5 20 500 4.77 13.9
Пермалой 81НМА
(стрічка сплаву NiMoFe)
0.8 0.5 50 000
Fe–6.5 мас.% Si 1.85 4.5 2 000 - 5 000 5.98 18.7
Fe–3 мас.% Si 2.03 8 1700 7.8 27.1
12
Характеристики сплавів
Аморфні та нанокристалічніАморфні та нанокристалічні
сплави для енергоефективнихсплави для енергоефективних
технологій ітехнологій і
приладобудуванняприладобудування

13. Характеристики нанокристалічних
магнітопроводів та виробів з них
13
Масогабарити вихідного трансформатора
можуть бути зменшеними порівняно з
трансформатором на Mn-Zn-фериті від 2
до 8 разів
Трансформатори перетворювачів
частоти для ВЧ плавки і гартування
потужністю до 250 кВА. (Вагу
трансформатора зменшено в 10 р.)
Трансформатори перетворювачів
частоти для ВЧ плавки і гартування
потужністю до 250 кВА. (Вагу
трансформатора зменшено в 10 р.)
Розроблено та випускається 7 марок аморфних і нанокристалічних сплавів та більше 200
типів магнітопроводів, трансформаторів та дроселів на їх основі.
Високостабільні мініатюрні
нанокристалічні магнітопроводи для
телекомунікаційних систем

14. •
Дослідні зразки обладнання для УЗУО
розроблені, виготовлені і випробувані
•
Устаткування пройшло дослідно-
промислову перевірку на Крюківському
вагонобудівному заводі (Кременчук)
•
Прототипи доступні для випробування і
демонстрації
Стадія
розробки
Стадія
розробки
Ультразвукова ударна обробка
зварних з'єднань

15. Випробування натурних зразків візків вагонів
показали зростання втомної довговічності в
2,5 рази
Приклади впровадження
технології УЗУО
Без УЗУО - злам
зразка в зоні
зварювання
После УЗУО
Злам зразка
далеко від шва

16. Зарубіжні аналоги
• УЗУО (ВМП) – ІМФ НАНУ, ІЕЗ НАНУ (Україна)
• УЗУО – Северодвинск, Уфа, Томск (Росія)
• Ultrasonic impact treatment (UIT) “Applied Ultrasonics” (США)
• Ultrasonic peening (UP) – “Integrity Testing Laboratory” (Канада)
• Ultrasonic needle peening (UNP), “Sonats” (Франція)
• Ultrasonic impact treatment (UIT) “Ultrasonic Ltd.” (Китай)
• Ultrasonic impact treatment (UIT) “Ultratech” (Іран)
Основні
характеристики
ІМФ
НАНУ
Applied
ultrasonics
США
“Шмель”
Росія
“ITL”
Канада
Sunbow
technology
Китай
Вага 5.5 кг 8 кг 8 кг 6.5 кг 10 кг
Вібратор
і система
охолодження
П'єзокерамічн
ий
Повітряне
Магнітостр
икційний
Водяне
Магнітостр
икційний
Водяне
П'єзокераміч
ний
Повітряне
П'єзокераміч
ний
Повітряне
Вихідна
потужність і
споживана
енергія
Оптимальна
300-650 W
< 1 кВт
Higher
1,2 кВт
Higher
1,2 кВт
400W
< 1 кВт
400 - 600 W
< 1 кВт
Ціна комплекту €6,000 $70,000 $13,000 $35,000 до $10,000

17. Переваги технології
• Низька вага інструменту (2,0 кг), портативний,
простий у застосуванні. УЗГ генератор - 3,5 кг
• П’єзокерамічний ультразвуковий
перетворювач із повітряним охолодженням
• Можливість застосовувати в польових умовах
• Підвищує втомну міцність зварних швів сталі
на ~ 20 - 30% (так само як і установка з
магнітострикційним перетворювачем)
• Істотно збільшує довговічність при
багатоцикловій втомі металів різної міцності
• Має низьке енергоспоживання (до 1 кВт)
поряд з високою ефективністю обробки в
порівнянні з традиційними методами
зміцнення