ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ
МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ

Поточні проєкти

«Дослідження процесів взаємодії сплавів у рідкому і твердому станах при формуванні пошарових з’єднань з дозованою подачею компонентів та накладанням енергетичних і теплових дій на них» (№ДР 0123U100171, 2023-2025 рр.).

 

 

Найвагоміші досягнення в науковій та практичній діяльності:

- розроблено методи та технологічні схеми індукційного, лазерного, плазмового та комбінованих методів обробки з використанням послідовної або гібридної дії різних енергетичних джерел у ливарному процесі одержання біметалевих виробів на основі залізовуглецевих та кольорових сплавів. Встановлено, що застосування комбінованих індукційно-лазерного та індукційно-плазмового нагріву дозволяє зменшити загальну нерівномірність теплового поля та забезпечити обробку заготовки при необхідності без оплавлення, з частковим оплавленням або повним оплавленням її поверхні, що визначає різні механізми формування зв’язку між матеріалами заготовки та розплаву, який заливається.

- теоретично обґрунтовано, математично розраховано і експериментально підтверджено можливість створення гібридного безперервного методу одержання біметалевої (сталь-чавун) заготовки шляхом заливання рідкого металу (чавуну) на попередньо розігріту тверду стальну штабу-підкладку. Забезпечено необхідну швидкість її нагріву та потрібний розподіл теплового поля в ній.

- із застосуванням мультифізичних методів чисельного моделювання проведено розрахунок температури та часу існування рідкої фази у зоні контакту на основі дослідження швидкостей руху розплаву у процесі заливання та зміни теплового поля біметалевої системи. Визначено, що під час заливки рідкого металу на підкладку, температура в точках контакту близька до постійної. Активне зниження температури починається із зупинки руху розплаву.

- на основі досліджень гідродинамічного та теплового стану в зоні контакту шарів як у ливарному, так і в безперервному гібридному процесі формування біметалевого виробу, який одержують заливкою рідкого чавуну на тверду сталеву підкладку в ливарній формі або у ливарному пристрої установки безперервного отримання біметалевої штаби, встановлено, що час існування рідкої фази в зоні контакту є значущим фактором, що визначає  умови формування, товщину перехідного шару та міцність дифузійного з'єднання.

- створено гібридний ливарно-СВС спосіб одержання пласких тонкостінних біметалевих виробів підвищеної зносостійкості. Визначено оптимальний хімічний, фракційний та кількісний склад термітної суміші як факторів впливу на тепловиділення та швидкість поширення хвилі горіння при реалізації процесу отримання пласких тонкостінних біметалевих виробів. На основі створеної математичної моделі фізичних процесів горіння термітних сумішей при різних варіантах підпалу розраховано кількісні характеристики тепловиділення. Досліджено температурні параметри горіння сумішей при двосторонньому, чотирьохсторонньому підпалі та при підпалі в центрі. При заданих вихідних умовах проведено розрахунки зміни температури в часі на верхній, нижній поверхнях пластини і в центрі до заливки, під час заливки і після заливки розплаву на поверхню підкладки.

- створено гібридний ливарно-лазерний метод безперервного одержання литих дисперсно-зміцнених композиційних, а також пористих матеріалів, на основі об’єднання дії декількох процесів, що одночасно протікають: лазерного нагріву дисперсних часток та нагріву зони розплаву, що контактує з частками і дозволяє інтенсифікувати їх взаємодію та поліпшити процес легування розплаву, а також змінити протікання процесу видалення газу, адсорбованого в частках.

- для підвищення ефективності лазерної обробки частинок і розплаву у гібридному ливарно-лазерному процесі отримання литих композиційних матеріалів запропоновано використання додаткового газополум’яного нагріву (застосування горючої суміші газів «повітря-пропан», який спільно з лазерною обробкою дозволяє підвищити на 20-30 % загальну температуру частинок, керувати ефективністю нагріву частинок, змінюючи співвідношення поверхневого і об'ємного нагріву, а в умовах формування течії газових продуктів реакції горіння створити область захисного середовища на поверхні розплаву в зоні лазерної обробки без використання інертних газів). На основі чисельних розрахунків встановлено закономірності лазерного та спільного лазерно-полум’яного нагріву частинок в залежності від швидкості, траєкторії руху, розмірів, фізичних параметрів, кутової швидкості власного їх обертання та потужності лазерного випромінювання. В процесі реалізації даного процесу розроблено конструкцію сопла з лазерним і додатковим до нього газо-полум'яним нагрівом частинок і поверхні розплаву.

 

 

Перспективні розробки

- на основі комбінованих методів обробки з використанням послідовної або гібридної дії різних енергетичних джерел розроблено ряд технологій одержання біметалевої штаби у ливарному процесі виготовлення біметалевих виробів на основі залізовуглецевих та кольорових сплавів. Для різних за хімічним складом комбінацій матеріалів у біметалевій парі передбачено забезпечення рівномірності нагріву підкладки з необхідними температурно-часовими характеристиками в кожної точці енергетичного впливу, що передбачає одержання надійного біметалевого з’єднання шарів.

- створено і відпрацьовано ливарно-СВС технологію отримання пласких тонкостінних біметалевих заготовок з використанням тепла екзотермічних СВС-реакцій (високотемпературного синтезу, що самопоширюється) для виробництва відповідальних деталей гальмівних механізмів у літакобудуванні та зносостійких біметалевих бронепластин. Проведено дослідно-промислову перевірку біметалевих гальмівних секторів літаків. Результати перевірки засвідчили високу якість біметалевих виробів, зокрема, перехідної дифузійної зони між шарами, а також їх відповідність технічним вимогам.

- розроблено технології безперервного отримання дисперсно-зміцнених литих композиційних матеріалів (з матрицею із конструкційного алюмінієвого сплаву) з рівномірно розосередженою металевою та неметалевою композитною складовою на основі гібридного ливарно-лазерного методу. Даний метод дозволяє підвищити якість з’єднання «матриця - включення» та отримувати композиції з різних за хімічним складом матеріалів, які раніше традиційними технологіями отримати було неможливо.

Спираючись на переваги ливарно-лазерного методу, створено технологію безперервного одержання литого алюмінієвого пористого матеріалу з рівномірно розосередженою пористістю і з можливістю управління розмірами пор.

За допомогою розробленого ливарно-індукційного способу створено  технологію одержання тришарових виливків чавун-сталь-чавун. В роботах відділу представлено результати математичного імітаційного моделювання розподілу температурних полів при дії електромагнітних індукторів на сталеву заготовку. Визначено основні закономірності зміни температури сталевої заготовки від сили струму і часу нагріву, технологічні параметри процесу нагріву та охолодження заготовки, а також заливки розплаву при одержанні тришарових виливків. За результатами експериментальної апробації підтверджено адекватність математичного моделювання теплового стану заготовки, а також ефективність використання розробленого комбінованого ливарно-індукційного методу для одержання тришарових виливків.

Удосконалено ливарну технологію одержання литих біметалевих виробів «сталь-зносостійкий білий чавун», які здатні працювати при високих навантаженнях в агресивних середовищах в умовах корозійного, ударно-абразивного зношування.

Розроблено технологію лазерного газо-порошкового наплавлення антифрикційних самозмащуваних композиційних матеріалів на твердій основі (Fe-Cr-C) – з м’якими глобулярними включеннями на основі Cu, а також покриття на м’якій основі (Cu-Pb-Sn) з твердими глобулярними включеннями на основі Fe-Cr. Дані покриття забезпечують підвищення зносостійкості виробів у 1,5 – 2,0 рази, у тому числі при великих навантаженнях з обмеженим або недоступним змащуванням.

Розроблено технологію нанесення за допомогою лазерного випромінювання шлікерних покриттів із сплаву Fe-Ni-B, які призначені для роботи в умовах зносу і корозії. Отримана в результаті обробки аморфно-мікрокристалічна структура, забезпечує одночасно високі корозійні і зносостійкі властивості покриттів.

 

 

Публікації:

Монографії

Коржик В.Н., Лихошва В.П., Ткаченко Є.А. «Упрочнение и реновации инженерией поверхности». – Киев: типография «Наш формат», 2014. – 565 с.

 

Патенти:

1. Патент України на корисну модель №113945 «Спосіб одержання зносостійких виливків біметалевих бил». Автори: Лихошва В.П., Каричковський П.М, Пелікан О.А., Глушков Д.В., Надашкевич Р.С., Тимошенко А.М., Шматко О.В. Опубл. 27.02.2017, Бюл. №4.
2. Патент України на корисну модель №137972 «Комплекс для одержання зносостійких біметалевих довгоштабових плоских виливків». Автори: Тимошенко А.М., Надашкевич Р.С., Павлов В.В., ., Шматко О.В., Лихошва В.П., Каричковський П.М, Шатрава О.П., Пелікан О.А., Глушков Д.В., Рейнталь О.О., Клименко Л.М., Голубчик М.І. Опубл. 11.11.2019, Бюл. №21.
3. Патент України на корисну модель №131568 «Спосіб виробництва біметалевих плоских виробів» Автори: Лихошва В.П., Афтанділянц Є.Г., Каричковський П.М, Глушков Д.В., Рейнталь О.О., Пелікан О.А., Шатрава О.П. Опубл. 25.01.2019, Бюл. №2
4. Патент України на корисну модель №149772 «Спосіб виготовлення зносостійких біметалевих довгоштабових плоских виливків». Автори: Лихошва В.П., Каричковський П.М., Пелікан О.А., Левада Г.О., Тимошенко А.М., Шматко О.В. Опубл. 01.12.2021, Бюл. № 48.
5. Патент України на корисну модель №147444 «Спосіб одержання тришарових зносостійких пласких виливків». Автори: Лихошва В.П., Каричковський П.М., Кудрявченко М.О., Шатрава О.П., Пелікан О.А., Глушков Д.В., Рейнталь О.О., Тимошенко А.М., Надашкевич Р.С., Шматко О.В., Клименко Л.М., Голубчик М.І. Опубл. 05.05.2021, Бюл. №18

Статті у міжнародних базах Scopus / Web of science

1. Lykhoshva, V., Glushkov, D., Reintal1, E., Savin, V., Savina, L, Shmatko, A., &Tymoshenko, A. (2022) Technological Features of the Liquid-Solid State of the Boundary Layer in the Processes of Bimetallic Products. Materials Science Forum: Workshop Advances in Materials Science II, 1049, 53-6 [Scopus]

2. V.P. Lykhoshva, A.V. Lykhoshva, A.V. Osadchy, V.V. Savin, L.A. Savina, A.V. Shmatko, A. P. Shatrava, A. M. Tymoshenko. Technological features of stability of bimetallic billets steel-cast iron continuous casting  AIP Conf. Proc. 2486, 020013 (2022)  https://doi.org/10.1063/5.0112310

3. Lihoshva, V. P., Shmatko, A. V., Savin, V. V., Savina, L. A. & Tymoshenko, A. N. (2019)  The dynamic of cooling of cast iron in the cristllizer in condition of the semi-continuous production process bimetallic band “steel-cast iron”. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering vol. 656 012030. https://doi.org/doi:10.1088/1757-899X/656/1/012030 [Scopus]

4. Lykhoshva, V., Savina, L.A., Savin, V.V. & Tymoshenko, A. (2019). The Application of the Hybrid Method the Powder-Laser-Casting Technology for Production of Porous Alloys Based on Aluminum. Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials, 31, 11–15. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JMNM.31.11 [Scientific.net]
5. Savin, V.V., Reintal, E.A., Likhoshva, V.P., Timoshenko, A.N., Osadchy, A.V., & Savina, L.A. (2018). Mathematical modelling of continuous laser welding and local heat treatment of welded pipes of stainless and heat-resistant chromium-nickel steels. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1109 012003 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1109/1/012003 [Scopus]
6. Lykhoshva, V, Tymoshenko, A, Mosentsova, L, Savin, V, & Schitz, D. (2018). Temperature Distribution of Particles in a Laser Beam. IJMSE, 15 (1), 1-8. http://ijmse.iust.ac.ir/article-1-1030-en.htm [Scopus]
7. Zheng, Z., Shatrava, A.P., Likhoshva, V.P., Pelikan, O.A., & Zheng, K (2020) Structure and Properties of Bimetallic Centrifugally Cast Milling Rollers. Materials Sciencethis link is disabled, 56(1), 59–65. [Scopus]
8. Savin, V., Savina, L., Chaika, V., ...Glushkov, D., Reinthal, E. (2019) Features of SHS process in the reactor of a simple geometric form. AIP Conference Proceedingsthis link is disabled, 2103, 020017. [Scopus]

Статті у фахових виданнях України

1. Тимошенко А.М., Лихошва В.П., Шматко О.В., Пелікан О.А., Ліхацкий Р.Ф. (2022). Технологічні особливості комбінованого ливарно-індукційного метода задержання тришарових виливків.  Процеси лиття, 4 (150), 34-42. https://doi.org/10.15407/plit2022.04.034

2. Лихошва В.П., Надашкевич Р.С., Шатрава О.П. (2022). Підвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом. Процеси лиття, 2(148), 16-23. https://doi.org/10.15407/plit2022.02.016

3. Ренталь Е.А., Лихошва В.П, Тимошенко А.М., Клименко Л.М. (2020). Литі композиційні матеріали на основі мідних сплавів.  Метал та лиття України, 3, 30-35. https://doi.org/10.15407/steelcast2020.03.069

4. Шатрава О.П., Лихошва В.П.  (2020). Новые методы производства литых заготовок из биметаллических материалов. Литейное производство, 2, 25-26.

5. Діюк Л.М., Лихошва В.П., Шатрава О.П., Надашкевич Р.С., Шматко О.В. (2018). Оценка параметров окислительных реакций при плазменном или лазерном нагреве поверхности. Процеси лиття, 2, 49-56. https://www.plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/194.

6. Шматко О.В., Лихошва В.П., Шатрава О.П., Рейнталь О.О. (2018). Численное имитационное моделирование теплового поля в процессе получения биметаллической полосы по литейно-плазменной технологии. Процеси лиття, 6, 45-54. https://www.plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/159

7. Моисеев Ю.В., Твердохвалов В.А., Кудрявченко Н.А. (2018). Неразрушающий контроль твердости и глубины закаленного слоя чугунных гильз двигателя «КАМАЗ». Литейное производство, 8, 5-9. http://foundrymag.ru/lp_2018_08.html

8. Лихошва В.П., Шатрава О.П., Пелікан О.А. (2018). Современные способы производства биметаллических изделий. // Метал та лиття  України, 9-10. (304, 305), 46-53. https://steelcast.com.ua/metal-ta-lyttya-ukrayiny-no9-10-2018

9. Лихошва В.П., Тимошенко А.Н., Мосенцова Л.В.,  Савин В.В.  (2017). Динамика нагрева металлических частиц, движущихся в поле лазерного излучения. Процессы литья, 6,  44-53. 

10.  Афтандилянц Е.Г., Пеликан О. А., Клименко Л. М., Голубчик М.И. (2017). Влияние структуры на твердость биметаллических отливок. Процеси лиття, 6, 61-67.