Статті КМТОМ (ДМетІ)

Permanent URI for this collectionhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14635

Browse

Now showing 1 - 7 of 7

Expanding Technical and Technological Posibilities in the Production of Parts and Tools Using Bronzes
(MM Science Journal, Czech Republic, 2026) Kimstach, Tetiana V.; Panda, Anton; Dyadyura, Kostiantyn; Uzlov, Kostiantyn I.; Solonenko, Liudmyla I.; Repyakh, Sergey I.
ENG: Among the known standardized bronze grades, there are currently no foundry structural bronzes that would simultaneously combine both non-magnetism and corrosion resistance, in particular, in tap water and seawater. The presence of bronze with such a list of preferential properties will allow not only to expand the boundaries of bronzes as a structural material using, but also to provide prospects for increasing and expanding the technical and technological capabilities of new equipment and technologies in the field of shipbuilding, aircraft construction, instrument making, etc. Today, the only bronze with such a list of properties is aluminum bronze BrA7K2O1.5Mts2, in which, nevertheless, corrosion resistance in comparison with known standardized bronze grades has not yet been studied. All bronzes studied in this work, except for bronze BrO6C6C3, are absolutely stable in warm standing tap water with a cyclic change in temperature from 30 to 50 °С. With the exception of BrA9Zh3L bronze brand, all other bronzes studied in the work are stable in warm standing artificial seawater with a daily change in temperature from 30 to 50 °С and on a ten-point scale have the 4th point of corrosion resistance. The greatest corrosion resistance is possessed by bronze BrA7K2O1.5Mts0.3 with a value of KR = 0.47…0.63. Corrosion in samples of BrA7K2O1.5Mts0.3 bronze, which are after their heat treatment and without heat treatment, is equally continuous. Bronze BrA7K2O1.5Mts0.3 without heat treatment in cold standing artificial seawater is more corrosion-resistant if it is cast in a chill mold. At the same time, in all corrosive environments used in the work, the corrosion resistance of bronze BrA7K2O1.5Mts0.3 is more affected by its heat treatment than by in its chemical composition changing. Further development was received by ideas about the corrosion resistance of non-magnetic structural cast aluminum bronzes in tap water and artificial seawater, taking into account the initial state of the bronzes and the corrosive environment condition. For the first time, in comparison with standardized corrosion-resistant bronze grades, data were obtained on the corrosion rate of “as-cast” and heat-treated non-magnetic bronze BrA7K2O1.5Mts0.3 in warm tap water, warm and cold artificial sea water. This will allow making a well-founded choice of bronzes for the operation of products made of them in the environments and conditions used in this work or close to them. This will save time, financial costs and material resources for developers of new machines, assemblies and units to make a rational or optimal technical decision regarding a rational product material.
Mechanical Properties and Structure of Cu-Al-Si-Sn-Mn System Non-Magnetic Cast Bronzes
(Dnipro University of Technology, Dnipro, 2026) Kimstach, Tetiana V.; Uzlov, Kostiantyn I.; Bilyi, Oleksandr P.; Repyakh, Serhii I.
ENG: Purpose. To establish regularity of Cu-Al-Si-Sn-Mn system non-magnetic corrosion-resistant bronze chemical composition on structure and mechanical properties complex influence and to determine its rational composition in terms of suitability for manufacturing products by casting methods. Methodology. For bronzes mechanical properties determination FP-100/1 technique and PSW-30 pendulum machine are used. Neophot-21 microscope is used to study microstructures. Chemical elements ratio in local areas of structural components determination is carried out with SEM-515 microanalyzer. Bronzes fracture surfaces fractographic analysis is performed visually and using Coxem EM-40 electron microscope. Bronzes relative magnetic permeability is measured with Magnetomat 1.790 magnetometer. Alloys chemical composition is determined using EXPERT 4L analyzer. Findings. It has been established that Cu-Al-Si-Sn-Mn system bronze suitable for casting in sand molds should contain by weight 6.0‒7.5 % Al, 1.0‒2.5 % Si, 0.21‒0.45 % Mn and 1.0‒2.2 % Sn, and alloying chemical elements ratio and inevitable impurities, according to the formula: KR = (1‒0.01 nn) (Al-Si-Mn)/(1 + Sn)2, should be equal to 0.42‒0.85. Bronze with KR > 0.85 is low-strength, but ductile and, therefore, mainly suitable for manufacturing products from it by deformation methods. Bronze with KR < 0.42 is low-strength and brittle and it is not suitable for manufacturing products by either casting or deformation methods. Originality. For the first time, Cu-Al-Si-Sn-Mn system bronzes alloying elements complex influence on their mechanical properties and structure formation features has been determined. Cu-Al-Si-Sn-Mn system aluminum bronzes with KR value from 0.42 to 0.85 mechanical properties levels increase with Cu-solid solution relative volume fraction in their structures decreasing, that is, with KR value increasing. Practical value. The data obtained can be used as a basis for new casting, corrosion-resistant non-magnetic bronzes development that have strength and density at the level of carbon steels or aluminum bronzes alloyed with nickel and iron.
Si and Mn Effect on Mechanical Properties and Linear Shrinking of Non-Magnetic Cu-Al System Cast Bronzes
(Dnipro University of Technology, Dnipro, 2025) Kimstach, Tetiana V.; Uzlov, Kostiantyn I.; Bilyi, Oleksandr P.; Repyakh, Serhii I.
ENG: Purpose. To establish Si and Mn influence on mechanical properties level at 20 °C and aluminum bronzes structure with Al from 3 to 9 % mass content investigation. Methodology. Cast bronzes mechanical properties have been determined based on their fracture results on FP-100/1 machine and PSW-30 pendulum impactor. Microstructure has been examined using Neophot-21 optical microscope. Bronzes linear shrinkage coefficients have been calculated based on results of determining cast cylindrical samples lengths changes. Si and Mn complex influence on bronzes properties has been determined by the results of simplex triangles according to H. Scheffer plan constructing. Temperature has been measured with chromel-alumel thermocouple completed with electronic potentiometer. Bronzes chemical composition has been determined on EXPERT 4L analyzer. Findings. Silicon (up to 2 %) and manganese (up to 2 %) adding to Cu-Al system bronze, while aluminum content from 9 to 3 % reducing, leads to bronze ultimate tensile and yield strength decreasing during stretching and its plasticity increasing. At the same time, bronze structure, at any combination of Al, Si and Mn contents within their changes in studied limits, remains single-phase. Originality. For the first time, comprehensive assessment of influence of Si and Mn with simultaneous decrease in Al content on mechanical properties and linear shrinkage of Cu-Al-Si-Mn system cast bronzes has been carried out. It has been established that all bronzes of studied compositions have a single-phase structure and mechanical properties level that is inherent for pressure-worked bronzes. Practical value. The research results expand understanding about elemental and complex influence of Si and Mn on aluminum bronzes properties, provide an opportunity to choose a bronze with properties required level from its cast billet for deformation or to design castings taking into account the linear shrinkage values discovered in this work. The data obtained can also be the basis for new foundry, corrosion-resistant, non-magnetic bronzes, which have strength and density at the level of some carbon steel grades, development. Such materials have been used for parts that operate in chemically aggressive environments manufacturing, for control and measuring equipment and devices parts, for ship parts and naval devices, fittings, bushings, couplings, intrinsically safe tools, etc.
Вплив хімічного складу на механічні властивості бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn при її затвердінні в кокілі
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Дніпровський металургійний інститут≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2025) Кімстач, Тетяна Володимирівна; Узлов, Костянтин Іванович
UKR: Приведено результати експериментальних досліджень щодо впливу хімічного складу на механічні властивості бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn при її затвердінні в кокілі. Встановлено, що для виготовлення литих виробів з досліджуваної бронзи, яку заливають в кокіль, треба використовувати сплав в якому, мас. %: Al=6,0…7,5; Si=1,0…2,5; Mn= 0,21…0,45; Sn= 1,0…2,2; неминучі домішки (nn) не більше 0,45; Cu – залишок при співвідношенні компонентів, яке визначають безрозмірним критерієм KR, що обчислюють за формулою: KR = (1- 0,01•nn)•(Al-Si-Mn)/(1+Sn)2 і який дорівнює 0,32…0,85. Алюмінієва бронза з величиною KR = 0,32…0,56 в литому стані (без термічної обробки) є багатофазним сплавом з наступними рівнями механічних властивостей: В =423…550 МПа; 0,2 =279…397 МПа; 5 =3,2…5,5%; KCU =13…21 Дж/см2, що дає підставу віднести її до числа високоміцних алюмінієвих бронз з достатнім, як для ливарних сплавів, рівнем пластичності. Використання результатів роботи дозволить прогнозувати рівень механічних властивостей ливарної алюмінієвої бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn з KR =0,32…0,56 та адаптувати рівні її властивостей за рахунок від-повідної корекції хімічного складу для виготовлення литих деталей з урахуванням особливостей та умов їх роботи в верстато-, приладо-, машино-, суднобудуванні та інших галузях промисловості.
Порівняльна корозійна стійкість бронз у водному розчині хлористого заліза
(ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», УДУНТ, Дніпро, 2025) Кімстач, Тетяна Володимирівна; Білий, Олександр Петрович
UKR: Корозія – проблема світового рівня, яка супроводжує будь які металеві і окремі неметалеві вироби. Мідь та її сплави – це сучасні конструкційні матеріали які також не позбавлені проблем корозії, хоча і характеризуються підвищеними антикорозійними властивостями в багатьох середовищах та умовах експлуатації виробів з них. Найбільш небезпечним, з точки зору корозії бронз, є рідкі середовища з кислотними властивостями. На сьогодні інформація про стійкість бронз в рідких середовищах з кислотними властивостями, зокрема у водному розчині хлористого заліза, має фрагментарний характер і тому потребує подальших досліджень, які дозволять розширити уявлення щодо процесів які супроводжують корозію бронз в кислотних середовищах різної природи та їх наслідків. Мета дослідження. Визначити придатність використання бронз в водному розчині хлористого заліза за величиною їх відносної швидкості корозії. Результати досліджень. Встановлено, що багатокомпонентність досліджуваних бронз, різноманітність ступені їх легування, різноманітність розчинності продуктів хімічних перетворень у воді та послідовність проходження хімічних перетворень під час електрохімічної корозії досліджуваних алюмінієвих бронз являє собою процес в результаті якого продукти хімічної взаємодії на поверхні зразків, вірогідно, розташовуються пошарово, порушуючи при цьому суцільність шарів і, відповідно, не забезпечуючи надійний захист поверхні бронз від корозії в обраному для іспитів середовищі. Всі досліджені в роботі бронзи не є корозійностійкими в 5 %-му водному розчині FeCl3. При цьому, з числа досліджених бронз найменшу відносну швидкість корозії (1,00) має олов’яна бронза БрО6Ц6С3, найбільшу – алюмінієві бронзи, зокрема, відносна швидкість корозії бронзи БрА9Ж3Л досягає (2,26). Бронза БрА7К5О1,5Мц0,3Л до та після термічної обробки має відносну швидкість корозії від (1,61) до (1,96). В той же час, відносна швидкість корозії бронзи БрА10Ж4Н4 складає (2,09). Залежності синергетичного впливу хімічного складу бронзи БрА7К5О1,5Мц0,3Л на швидкість її корозії не виявлено. Бронзові вироби без відповідного захисту їх поверхонь недоцільно застосовувати для роботи в середовищі водних розчинів хлористого заліза в довгостроковій перспективі. У разі неможливості виконання поверхневого захисного шару для роботи в середовищі водних розчинів хлористого заліза в короткостроковій перспективі бронзові вироби доцільно виготовляти з олов’яної бронзи. Наукова новизна роботи полягає в подальшому розвиту уявлень щодо корозії бронз в кислотних середовищах, зокрема у водному розчині хлористого заліза. Практичне значення. Використання результатів роботи дозволить прийняти обґрунтоване рішення щодо можливості та доцільності використання виробів з бронзи, які будуть працювати або вже працюють в середовищі водних розчинів хлористого заліза без захисного покриття їх поверхонь. Врахування отриманої в роботі інформації дозволить розробникам нової техніки прийняти оптимальне рішення щодо використання бронзових деталей, спрогнозувати міжремонтні строки роботи вузлів та агрегатів у складі яких бронзові вироби контактують з водними розчинами хлористого заліза, що в сукупності дозволить уникнути аварійних ситуацій при використанні такої техніки.
Синергетичний та селективний вплив легуючих елементів на механічні властивості бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський металургійний інститут», ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2025) Кімстач, Тетяна Володимирівна; Узлов, Костянтин Іванович
UKR: Представлено результати досліджень синергетичного та селективного впливу легуючих елементів на механічні властивості ливарної бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn, розплав якої був залитий та охолоджений в піщану та сталеву ливарні форми. Мета роботи -встановити закономірності синергетичного та селективного впливу легуючих компонентів та умов формування литої термічно не обробленої бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn при масовому вмісті алюмінію –6,0...7,5%, кремнію –1,0...2,5%, марганцю –0,21...0,45%, олова –1,0...2,2% на її механічні властивості при нормальній температурі, розплав якої був залитий в піщану та сталеву ливарну форму. Для визначення комплексного впливу хімічного складу досліджуваної бронзи на її механічні властивості використали критерій, KR, який є певним співвідношенням легуючих елементів бронзи та її домішок. Хімічний склад виплавлених бронз визначали на прецизійному аналізаторі EXPERT 4L. Інтервал температур за яким розраховували середньозважену швидкість охолодження бронзових зразків визначали за результатами диференційного термогравіметричного аналізу, який проводили на синхронному термічному аналізаторі STA 449 C «Jupiter» фірми NETZSCH (Німеччина). Механічні властивості бронз визначали за результатами руйнування зразків на машині FP-100/1 та маятниковому копрі PSW-30. Твердість за Брінелем визначали на приладі ТШ-2. Встановлено, що синергетичний та селективний вплив легуючих елементів на границі міцності та плинності бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn визначається більшою мірою швидкістю охолодження бронзи в ливарній формі, підвищення якої призводить до інверсії характеру селективного впливу легуючих компонентів на міцність. Характер селективного впливу хімічних елементів на границю плинності та твердість лише частково змінюється по відношенню до олова і зовсім не впливає на характер змін показників пластичності бронзи. При цьому, з підвищенням швидкості охолодження бронзи в ливарній формі ступінь синергетичного та селективного впливу легуючих елементів на механічні властивості бронзи системи Cu-Al-Si-Sn-Mn зменшується. З числа легуючих елементів в бронзах системи Cu-Al-Si-Sn-Mn, за характером впливу на рівень механічних властивостей, твердості та долі хімічної сполуки в структурі досліджуваної бронзи, алюміній є антиподом до олова, кремнію та марганцю.
Триботехнічні властивості сплаву БрО3А3 в умовах сухого тертя
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2023) Узлов, Костянтин Іванович; Реп’ях, Сергій Іванович; Кімстач, Тетяна Володимирівна; Сафронова, Олена Анатоліївна; Мазорчук, Володимир Федорович; Білий, Андрій Петрович
UKR: В наявний час для виробництва підшипників найбільш часто використовують свинцеві та олов’яні бронзи, що зумовлено їх високим рівнем триботехнічних властивостей та надійністю в експлуатації. Разом з тим, заборона у Європейському союзі використання свинцю у будь яких виробах призвела до необхідності пошуку екологічно безпечних бронз з аналогічним або підвищеним рівнем триботехнічних властивостей. Перспективним напрямом вирішення даної проблеми є бронза БрО3А3, мікроструктура якої повністю відповідає вимогам до підшипникових сплавів. Проте на сьогодні триботехнічні властивості бронзи БрО3А3 не досліджені. Тому, завдання з дослідження триботехнічних властивостей литої бронзи БрО3А3 у якості підшипникового сплаву є актуальним. Мета роботи –встановити величини відносної зносостійкості та коефіцієнту тертя, як параметрів за якими можливо рекомендувати використовувати литу бронзу марки БрО3А3 як антифрикційний матеріал. Випробування на зносостійкість за схемою «диск-диск» проводили відповідно до вимог Державних та Міжнародних стандартів на машині мод. СМЦ-2 при навантаженні 45 кг (441 Н) в умовах тертя-кочення з проковзуванням 10% при кімнатних температурах. Триботехнічні випробування зразків досліджуваних бронз за схемою «куля-диск» проводили в умовах сухого тертя-ковзання на машині тертя «Micron-tribo» відповідно до Міжнародних стандартів DIN 50324 та ISO 20808. Мікроструктуру вивчали за допомогою оптичного мікроскопа NEOPHOT 21 зі збільшенням до 1000 крат. За результатами дослідження встановлено, що порівняно з бронзами БрО5Ц5С5 та БрА9Ж3Л бронза БрО3А3 характеризується більш високим рівнем опору зношуванню при терті по-сухому, що зумовлено наявністю у її структурі твердої, але пластичної фази β-Cu5Sn. Величина коефіцієнту тертя бронзи БрО3А3 співпадає з аналогічним коефіцієнтом бронзи БрО5Ц5С5 і нижче ніж у чистої міді та бронз марок БрО8, БрА5 і БрА9Ж3Л. При цьому, з підвищенням вмісту як олова (від 3 до 4% за масою), так і алюмінію (від 3 до 4% за масою) коефіцієнт тертя бронзи БрО3А3 знижується з 0,28 до 0,25. Результати досліджень є підставою рекомендувати бронзу БрО3А3 у якості триботехнічного матеріалу в вузлах тертя на заміну не тільки свинцевих бронз та бронзи БрО5Ц5С5, але і бронзи марки БрА9Ж3Л.