Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.)

У доповіді наведено аналіз ефективності методу високочастотного ударного проковування ультразвуковим інструментом (УЗУО, або ВМП). Розглянуто механізми формування нанорозмірних зеренних структур і композитів, перерозподілу напружень, можливості усунення дефектів і поруватості в поверхневих шарах...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2022
Автор:	Мордюк, Б.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2022
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	З кафедри Президії НАН України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185050
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:	Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.) / Б.М. Мордюк // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 4. — С. 42-53. — Бібліогр.: 86 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-185050
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1850502022-09-01T01:26:22Z Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.) Мордюк, Б.М. З кафедри Президії НАН України У доповіді наведено аналіз ефективності методу високочастотного ударного проковування ультразвуковим інструментом (УЗУО, або ВМП). Розглянуто механізми формування нанорозмірних зеренних структур і композитів, перерозподілу напружень, можливості усунення дефектів і поруватості в поверхневих шарах металевих матеріалів, отриманих за допомогою традиційних і новітніх адитивних технологій 3D-друку і призначених для виробництва зварних конструкцій і споруд, а також методології ультразвукових прецизійних вимірювань і неруйнівного контролю. Окреслено перспективи впровадження цих методів у транспортному машинобудуванні та медицині для забезпечення підвищеного ресурсу, опору втомі, корозії та зношуванню. Analysis of the efficiency of high-frequency mechanical impact treatment by ultrasonic tools (UIT/HFMI), the formation mechanisms of nanoscale grain structures and composites, stress redistribution, elimination of defects and porosity in the surface layers of metallic materials manufactured by traditional and by latest additive technologies of 3D printing as well as methodology of ultrasonic precision measurements and non-destructive testing is presented. Prospects for the introduction of the methods in transport, engineering and medicine to ensure increased operation life, fatigue life, resistance to corrosion and wear are outlined. 2022 Article Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.) / Б.М. Мордюк // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 4. — С. 42-53. — Бібліогр.: 86 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2022.04.042 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185050 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 Мордюк, Б.М. Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.) Вісник НАН України
description	У доповіді наведено аналіз ефективності методу високочастотного ударного проковування ультразвуковим інструментом (УЗУО, або ВМП). Розглянуто механізми формування нанорозмірних зеренних структур і композитів, перерозподілу напружень, можливості усунення дефектів і поруватості в поверхневих шарах металевих матеріалів, отриманих за допомогою традиційних і новітніх адитивних технологій 3D-друку і призначених для виробництва зварних конструкцій і споруд, а також методології ультразвукових прецизійних вимірювань і неруйнівного контролю. Окреслено перспективи впровадження цих методів у транспортному машинобудуванні та медицині для забезпечення підвищеного ресурсу, опору втомі, корозії та зношуванню.
format	Article
author	Мордюк, Б.М.
author_facet	Мордюк, Б.М.
author_sort	Мордюк, Б.М.
title	Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.)
title_short	Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.)
title_full	Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.)
title_fullStr	Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.)
title_full_unstemmed	Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.)
title_sort	ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні президії нан україни 23 лютого 2022 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2022
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185050
citation_txt	Ультразвукові методи модифікування поверхні та діагностики новітніх металевих матеріалів (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 р.) / Б.М. Мордюк // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 4. — С. 42-53. — Бібліогр.: 86 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT mordûkbm ulʹtrazvukovímetodimodifíkuvannâpoverhnítadíagnostikinovítníhmetalevihmateríalívzamateríalamidopovídínazasídanníprezidíínanukraíni23lûtogo2022r
first_indexed	2025-07-16T05:34:21Z
last_indexed	2025-07-16T05:34:21Z
_version_	1837780499990315008
fulltext	42 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (4) УЛЬТРАЗВУКОВІ МЕТОДИ МОДИФІКУВАННЯ ПОВЕРХНІ ТА ДІАГНОСТИКИ НОВІТНІХ МЕТАЛЕВИХ МАТЕРІАЛІВ За матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 23 лютого 2022 року У доповіді наведено аналіз ефективності методу високочастотного удар- ного проковування ультразвуковим інструментом (УЗУО, або ВМП). Розглянуто механізми формування нанорозмірних зеренних структур і композитів, перерозподілу напружень, можливості усунення дефектів і поруватості в поверхневих шарах металевих матеріалів, отриманих за допомогою традиційних і новітніх адитивних технологій 3D-друку і при- значених для виробництва зварних конструкцій і споруд, а також мето- дології ультразвукових прецизійних вимірювань і неруйнівного контролю. Окреслено перспективи впровадження цих методів у транспортному ма- шинобудуванні та медицині для забезпечення підвищеного ресурсу, опору втомі, корозії та зношуванню. Ключові слова: фізика металів, інженерія поверхні, високочастотна удар- на обробка, деформаційні наноструктури та композити, перерозподіл на- пружень, зварні з’єднання, біоматеріали, адитивні технології 3D-друку, ультразвукові прецизійні вимірювання, неруйнівний контроль. Розвиток техніки потребує виробництва великих обсягів тра- диційних і новітніх конструкційних матеріалів, від високих фі- зико-механічних характеристик яких залежать службові влас- тивості та довговічність продукції, насамперед відповідальних виробів і конструкцій. Максимально можливе подовження робочого ресурсу деталей, машин і конструкцій, підвищення безпеки їх експлуатації, зменшення кількості техногенних ава- рій і катастроф є одними з найголовніших технічних завдань сьогодення. У цьому аспекті дуже важливою є обробка поверхні, оскіль- ки опір корозії, зношуванню та втомі значною мірою зумовле- ний шорсткістю поверхні, структурним і напруженим станом поверхневих шарів металевих матеріалів [1—4]. Саме тому розроблення й удосконалення нових методів модифікування металевих поверхонь — один з тих напрямів сучасного мате- МОРДЮК Богдан Миколайович — доктор фізико-математичних наук, завідувач відділу фізичних основ інженерії поверхні Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова HАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2022.04.042 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 4 43 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Рис. 1. Схеми ультразвукового ударного навантажен- ня поверхні: а — БУФО; б — УЗУО (ВМП); в — оброб- ка кульками в УЗ-стакані ріалознавства, які сьогодні перебувають у полі особливої уваги світової наукової спільноти. Аналіз динаміки економічних показників провідних країн світу свідчить про щорічне істотне зростання ринку інженерії поверхні захисних покриттів та фінішної обробки мета- левих виробів. Інтенсивні дослідження в цій галузі проводять у багатьох світових науко- вих центрах. В Україні також є зацікавленість підприємств транспортного машинобудуван- ня у впровадженні сучасних методів модифі- кування поверхні металевих виробів. Серед українських наукових центрів, які працюють за цим напрямом досліджень, можна відзначи- ти Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Інститут проблем матеріало- знавства ім. І.М. Францевича НАН України, Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка HАН України, НТУУ «Ки- ївський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Національну металургійну ака- демію України та ін. Незалежно від технології виготовлення матеріалів (традиційні методи «віднімання», застосовані після литва, чи новітні адитивні технології 3D-друку) важливою умовою для досягнення їх високих фізико-механічних ха- рактеристик є усунення дефектів у поверхне- вих шарах, а саме: розмірної та орієнтаційної неоднорідності зерен, залишкових пор, трі- щин, непроварів, залишкових напружень роз- тягу, надмірної шорсткості поверхні тощо [1, 5—9]. Ефективним способом усунення таких дефектів може бути додаткове модифікуван- ня/оздоблення поверхні методами інтенсивної пластичної деформації, в тому числі за допо- могою високочастотного механічного проко- вування (ВМП) ультразвуковими ударними інструментами [7—16]. Українські вчені одними з перших у світі започаткували роботи за цим науковим на- прямом ще в 70-х роках ХХ ст. [10, 17, 18]. На сьогодні активно досліджуються і розвивають- ся три основні ультразвукові методи модифі- кування поверхневих шарів металевих матері- алів для поліпшення їх властивостей. 1) Безабразивна ультразвукова фінішна об- робка (БУФО) полягає у вигладжуванні по- верхні деталей твердосплавним або алмазним інструментом, що вібрує з ультразвуковою частотою (рис. 1а) [3, 8, 19, 20]. 2) Ультразвукова ударна обробка з високо- частотним механічним проковуванням (УЗУО, або ВМП) (рис. 1б). Розробники — П.П. Міхе- єв, Г.І. Прокопенко, К. Графф та ін. [10, 12—16, 22—24]. Інтенсивні вимушені коливання удар- ників з високою частотою (~1—3 кГц) спричи- няють значну пластичну деформацію поверх- невого шару металу, перерозподіл та форму- вання залишкових напружень стиснення і тек- стури в ньому, а також підвищення механічних характеристик виробів, зварних конструкцій відповідального призначення. 3) Обробка сталевими кульками в ультра- звуковому стакані. Під дією коливань та «ультразвукового вітру» кульки інтенсивно перемішуються в замкнутому об’ємі стака- на, і завдяки численним ударам відбувається зміцнення поверхні деталі (рис. 1в). Розроб- ники — І.А. Стєбєльков (Україна) [18], K. Lu, J. Lu (Китай) [21]. Цей спосіб застосовують в авіаційній промисловості для зміцнення дета- лей газотурбінних двигунів як в Україні, так і в усьому світі. Слід зазначити, що метод УЗУО (ВМП) є найбільш контрольованим та ефективним для досягнення зумовленого деформацією по- 44 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ дрібнення зеренної структури до наномасш- табного рівня, деформаційного зміцнення та підвищення функціональних характеристик матеріалів, серед яких основними є опір втомі [24—30], опір корозії [30—35] та опір зношу- ванню [36—41]. Упродовж останніх 20 років в Інституті ме- талофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України із залученням науковців НТУУ «КПІ імені Іго- ря Сікорського» було проведено систематичні дослідження структурних перебудов, фазових перетворень і мікромеханізмів деформаційної наноструктуризації в поверхневих шарах ме- талів і сплавів [7, 13, 14, 34, 42—44]. Спільно з Київським академічним університетом МОН України і НАН України виготовлено низку зразків ультразвукового обладнання (рис. 2) (Т.А. Красовський, Г.І. Прокопенко) [45, 46]. Запропоновано методику розрахунку і способи виготовлення ультразвукових випромінювачів різного призначення на основі останніх досяг- нень у мікропроцесорній техніці, розроблено нові принципові схеми з цифровим регулюван- ням електричних параметрів і керування. В Інституті електрозварювання ім. Є.О. Па- тона НАН України виконано великий комп- лекс експериментальних і теоретичних дослі- джень. Отримані результати дозволяють про- гнозувати збільшення УЗУО-ресурсу зварних металоконструкцій як на стадії виготовлення, так і після тривалої експлуатації з урахуванням впливу кліматичних чинників, наявності тех- нологічних непроварів, поверхневих пошко- джень незначної глибини тощо. Обґрунтовано ефективність проведення ремонтно-відновлю- вальних робіт зварюванням конструкцій і спо- руд з подальшим зміцненням ремонтних швів ВМП (УЗУО), що дає змогу повністю віднови- ти цілісність, несучу здатність та гарантовано подовжити проєктний термін безпечної екс- плуатації виробів і споруд з тріщинами втоми [47—54]. Отже, можна стверджувати, що саме українські вчені створили наукові й техноло- гічні основи УЗУО. Розроблено рекомендації щодо поліпшення наявних технологій обробки металевих конструкційних матеріалів та звар- них з’єднань відповідальних конструкцій, що є необхідною умовою підвищення безпеки на транспорті (залізниця, трубопроводи тощо), а також у мосто-, судно-, авіабудуванні. Рішенням Міжнародного інституту зва- рювання (МІЗ) від 2007 р. технологію УЗУО було внесено до переліку рекомендованих способів обробки зварних з’єднань. Цьому передували неодноразові доповіді на засідан- нях МІЗ про результати роботи українських вчених щодо відпрацювання технології УЗУО (керівники робіт — Л.М. Лобанов, В.В. Книш, Г.І. Прокопенко та ін.) як одного з найбільш перспективних способів значного підвищення опору втомі зварних конструкцій, поліпшення умов праці та економічності виконання робіт [11—15, 47—59]. В Інституті металофізики ім. Г.В. Курдю- мова НАН України створено фізичні основи ультразвукового ударного зміцнення мета- левих поверхонь. Уперше розроблено фізич- ні моделі, що пов’язують збільшення густини дислокацій і точкових дефектів зі зміцненням, зниженням деформуючих зусиль, аномальним масопереносом атомів, а також з релаксацією та перерозподілом залишкових напружень. Проведено систематичні дослідження еволю- Рис. 2. Сучасне ультра звукове обладнання та змінні ударні головки ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 4 45 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ ції структурно-фазового стану металів і спла- вів із застосуванням широкого кола поверхне- во чутливих методів аналізу, які дозволяють отримувати інформацію на атомно-молеку- лярному рівні про будову найтонших поверх- невих шарів (завтовшки кілька нанометрів), у комплексі з мікроскопічними методами, що дають картину структурно-фазових перебудов у процесі модифікації поверхневих шарів мі- кронної товщини. Встановлено фізичні мікро- механізми структурних перебудов та форму- вання нанорозмірних, ультрадисперсних і гра- дієнтних зеренних структур [7, 13, 14, 60—63], а також нано- і мікрокомпозитів та шаруватих структур в ударно деформованих поверхневих шарах [64—69]. Встановлено кореляційні залежності «пара- метри обробки — структура — властивості», а також параметри УЗУО, які відіграють вирі- шальну роль у формуванні нанорозмірних зе- ренних структур у тонких поверхневих шарах, а саме: високі ступінь і швидкість деформації; наявність багаторазових різноспрямованих ударних імпульсів і зсувної компоненти на- вантаження; деформаційне розігрівання, що сприяє динамічній рекристалізації або фазо- вим перетворенням. Загалом структурні пере- будови відбуваються в кілька циклів у такій послідовності: 1) фрагментація за умов інтенсивної плас- тичної деформації (ІПД) унаслідок дислока- ційних перебудов, двійникування або фазових перетворень; 2) динамічне повернення або рекристаліза- ція за умов деформаційного розігрівання. Докладно вивчено дифузійні процеси у на- ноструктурованих металах і сплавах, у тому числі одержаних методом УЗУО. Показано, що дифузія та механохімічні реакції (окиснен- ня/ азотування) на поверхні відіграють важли- ву роль у процесах, ініційованих інтенсивною деформацією [70—75], зокрема у формуванні «білих шарів» на сталях [35, 39, 40]. Ці процеси сприяють підвищенню фізико-механічних ха- рактеристик (твердість, опір втомі, зношуван- ню та корозії) традиційних конструкційних матеріалів на основі заліза, алюмінію, нікелю й титану, а також новітніх високо(середньо)ент- ропійних та спеціальних багатокомпонентних сплавів [77, 78], отриманих з використанням сучасних адитивних технологій 3D-друку, які все ширше застосовують в аерокосмічній та автомобілебудівній промисловості, а також у медицині [79—82]. Спільно з фахівцями Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України та НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорсько- го» було показано можливість одночасного підвищення твердості, опору корозії та зно- шуванню сплавів алюмінію [64, 65] і титану [36, 67, 68, 71] внаслідок формування захис- них оксидовмісних і шаруватих композитних покриттів упродовж УЗУО із застосуванням пластичних ударних елементів [34] або введен- ням у зону інтенсивної пластичної деформації зміцнювальних нано- і субмікророзмірних по- рошків з подальшим окисненням [68]. Нано- структурований або аморфний поверхневий шар і проміжний шар з градієнтом твердості за рахунок композитного та матричного зміцнен- ня забезпечують високу стійкість до зовнішніх впливів в умовах довготривалого використан- ня. Модифіковані в такий спосіб матеріали мають кращі перспективи для використання в авіа- та автомобілебудуванні. Застосування УЗУО для деформації по- верхневих шарів пористих титанових напівфа- брикатів, одержаних методами порошкової ме- талургії з порошку гідриду титану (О.М. Іва- сишин, Д.Г. Саввакін), дає змогу отримувати задані пружні властивості та підвищений опір втомі завдяки формуванню пористої серцеви- ни, безпористого прошарку та наноструктуро- ваного поверхневого шару [82] (рис. 3). Додатковим позитивним фактором, який за- безпечує підвищені антикорозійні властивості, є ініційоване високочастотною ударною де- формацією механохімічне окиснення поверхні та формування тонкого оксидного шару, яке спостерігалося на різних сплавах біомедично- го призначення — CoCrMo [70], Ti6Al4V [71], ZrTiNb [72], ZrNb [74—76], TiZrHfNbТа [78]. Така шарувата структура повторює будову кіст- ки, тому перспективним є використання цього 46 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ матеріалу для імплантів з високою біомеханіч- ною сумісністю з тканинами людського орга- нізму (низький модуль пружності, високі коро- зійна стійкість і втомна довговічність) [78, 82]. Високу ефективність щодо підвищення зносо- стійкості та корозійної стійкості сталей різного класу показали комбіновані методи модифіку- вання поверхні із залученням електроіскрового легування [28, 30, 67] або лазерної термічної дії [35, 39, 61—63] та фінішної УЗУО. На основі аналізу бінарних систем перехід- них металів VI-B і VIII-B груп із залізом, їх схильності до формування твердих розчинів, інтерметалідних фаз і карбідів, що впливає на співвідношення «міцність — пластичність», їх електрохімічних характеристик, зумовлених атомною будовою (кількість валентних елек- тронів і розмір атомів), що забезпечує певні ко- розійні властивості системи «модифікований шар — залізна основа», запропоновано науково обґрунтовані критерії вибору легувальних еле- ментів для використання в процесі електро- іскрової модифікації сталевих поверхонь, які сприятимуть зміцненню та підвищенню опору зношуванню, корозії та корозійній втомі. Експериментально досліджені механічні та корозійні властивості, а також характеристи- ки корозійної втоми зразків маловуглецевих низьколегованих сталей після електроіскро- вого легування (ЕІЛ) хромом, нікелем і моліб- деном з наступною фінішною УЗУО показали прийнятність висунутих критеріїв. Встанов- лено, що утворення дисперсних карбідних і інтерметалідних фаз у твердих розчинах Fe-Cr і Fe-Mo, сформованих за умов ЕІЛ ливарної сталі 20ГЛ, забезпечує зростання її твердос- ті (у 3—4 рази) та зносостійкості (на 40 %), а додаткова ІПД модифікованих шарів методом УЗУО приводить до підвищення втомної міц- ності (на 30 %) на базі 107 циклів [28, 30]. Ви- користання як легувального елементу хрому замість нікелю при комбінуванні ЕІЛ+УЗУО зварних з’єднань мостової сталі 15ХСНД є більш ефективним з огляду на підвищення втомної довговічності зварних зразків у коро- зійному середовищі [47—51], що пов’язано з вищою антикорозійною дією модифікованого хромом шару (більш від’ємним електрохіміч- ним потенціалом хрому порівняно з потенці- алом заліза) навіть у разі його пошкодження за умов циклічного навантаження. Отримані результати підтверджено випробуваннями реальних виробів на втомну міцність. Бокові рами залізничного вагону — критичні місця найбільш імовірного зародження втомних трі- щин, які було оброблено методом УЗУО, пока- зали збільшення довговічності на 60 %. Досліджено кореляцію між структурно-фа- зовим станом, твердістю і зносостійкістю по- верхні конструкційних (сталь 45) [40, 61] та Рис. 3. Схема шаруватої структури кістки та порувато- го титанового матеріалу після УЗУО, придатного для біомедичного застосування; ТЕМ- і РЕМ-зображення структури його поверхневого (а, б) та проміжного (в, г, д) шарів і поруватої серцевини (e) m m ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 4 47 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ інструментальних (Х12МФ, 9Г2Ф) [39, 41, 63] сталей після лазерного термозміцнення і ком- бінованої лазерної обробки (ЛО) та УЗУО. В інструментальних сталях спостережуване збільшення твердості зумовлене, відповідно, нанодвійниками (ЛО), щільними дислока- ційними сітками (УЗУО) та дислокаційними комірками/нанозернами, зафіксованими дис- персними карбідами (ЛО + УЗУО), що утво- рюються в поверхневих шарах сталі. Зміц- нення після комбінованої обробки завдяки фазовим перетворенням у зоні надшвидкого термоциклювання під час лазерного опромі- нювання та послідовним змінам дислокацій- ної структури, виділення вторинних карбі- дів (Cr,Fe)7C3 і подрібнення кристалітів (до ~100 нм) в процесі УЗУО забезпечує високу зносостійкість сталі Х12МФ. На поверхні кон- струкційних сталей формуються «білі шари», що містять нанорозмірні мартенсит і ферит, пересичений вуглецем. Показано, що у під- вищенні зносостійкості матеріалу шорсткість поверхні відіграє визначальну роль на стадії припрацювання, а твердість поверхні стає ви- рішальним фактором в умовах довгострокових випробувань або експлуатації. В Інституті електрозварювання Є.О. Пато- на НАН України проведено систематичні до- слідження ефективності застосування ВМП (УЗУО) за допомогою ультразвукового ін- струменту для підвищення опору втомі звар- них з’єднань сталей різного класу міцності та алюмінієвих сплавів. Встановлено загальні закономірності зміни опору втомі зварних з’єднань у результаті ВМП, що визначаються механічними властивостями матеріалу, рівнем концентрації робочих напружень, асиметрією циклу зовнішнього навантаження, величиною та знаком формованих обробкою залишкових напружень у зоні концентраторів. Розробле- но методику розрахункового прогнозування ефективності ВМП залежно від зазначених вище факторів [23]. Показано, що ВМП (УЗУО) є продуктив- ним та економічним способом підвищення опору втомі зварних з’єднань сталей різного класу міцності та алюмінієвих сплавів. Ефек- тивність ВМП зварних з’єднань збільшується з підвищенням міцності вихідного матеріалу та зі зниженням коефіцієнта асиметрії циклу зовнішнього навантаження Rσ, залежить від параметрів ВМП, але практично не залежить від типу використовуваного перетворювача ультразвукових коливань (магнітострикцій- ний або п’єзокерамічний). Локальне зміцнен- ня металу в зоні переходу від шва до основного матеріалу в результаті пластичного деформу- вання при ВМП не приводить до зниження Рис. 4. Схеми комбінованого застосування ультразву- кових методів модифікування поверхні для змінення властивостей 3D-друкованого матеріалу: а — УЗУО (ВМП); б — ультразвукова обробка кульками, або дро- боструминна обробка [5, 6] 48 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ в’язкості руйнування зварного з’єднання в ці- лому [12]. Отримані результати експериментальних досліджень ефективності застосування ВМП для підвищення опору втомі зварних з’єднань сталей різних класів міцності та алюмінієвих сплавів, досвід його застосування в суднобуду- ванні, підсумки дослідно-промислових пере- вірок у мостобудуванні нововиготовлених та експлуатованих пролітних будов відображено в нормах проєктування та виготовлення звар- них конструкцій [8]. Слід також відзначити перспективність за- стосування деформаційних методів обробки поверхні, в тому числі УЗУО та ультразвукової обробки кульками у вібраційному стакані, для модифікації поверхні виробів, отриманих з ви- користанням адитивних технологій 3D-друку (рис. 4). Це пов’язано з можливістю усунен- ня або принаймні зменшення дефектності [5, 6, 79—81]. Йдеться насамперед про дефекти поверхневих шарів матеріалів, сформованих спрямованими електронними чи лазерними пучками (залишкова пористість, шорсткість, непровари, напруження розтягу, наявність зна- чної розмірної та орієнтаційної неоднорідності зеренної структури), які значно погіршують фізико-механічні та антикорозійні властивості всього виробу. Залежно від бажаного результа- ту доцільно використовувати модифікацію по- верхні або як фінішне оздоблення виробу [79], або на проміжних етапах пошарового 3D-друку [5, 6]. Той чи інший метод модифікації поверх- ні обирають з огляду на ступінь дефектності та складність форми 3D-друкованого виробу, а також враховуючи співвідношення витрат енергії і часу обробки [79]. Важливим чинником поліпшення службових характеристик матеріалів для безпечної експлу- атації виробів і конструкцій є можливість екс- прес-контролю їх дефектності та напруженого стану для корегування технологічних схем ви- робництва, а також діагностика в процесі екс- плуатації. За допомогою розробленої в Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України апаратури і методики ультраакустичних дослі- джень вивчено вплив штатних технологічних режимів обробки на акустичні і пружні влас- тивості та текстурні параметри труб-оболонок ТВЕЛів і фрагментів канальних труб зі сплавів Zr-Nb, проведено аналіз температурних полів, залишкових напружень і текстуроутворення в корпусних сталях і виробах з одностороннім до- ступом (наприклад, корпус ядерного реактора), а також встановлено температурні залежнос- ті пружних модулів кристалічних матеріалів (О.І. Запорожець) [83—86]. Ультраакустичні дослідження із застосуван- ням розробленої апаратури дозволяють вияв- ляти особливості критичної поведінки крис- талів в околі фазових перетворень в умовах поверхневих та об’ємних зовнішніх впливів, вивчати комплексні пружні та інші властивос- ті пружно неоднорідних та анізотропних мате- ріалів, у тому числі новітніх надтвердих мате- ріалів, високо- та середньоентропійних спла- вів (TiZrNbTa, TiZrNb) і сплавів, отриманих за допомогою адитивних технологій 3D-друку (Ti6Al4V, IN718) та модифікованих поверхне- вими видами деформації. Вдосконалюються методи розроблення автоматизованої апарату- ри в мегагерцовому частотному діапазоні для прецизійних досліджень твердих тіл і неруй- нівного контролю напівфабрикатів і промис- лових виробів. Прецизійні вимірювання об’ємних швид- костей ультразвуку (vij) в ортогональних на- прямках на різних ділянках зразків зі спла- вів медичного призначення (систем TiZrNb і TiZrNbTa) в литому стані та після УЗУО, а та- кож густини (ρ), дозволили отримати кількісні дані щодо модулів Юнга (E), зсуву (G), всебіч- ного стиснення (B), коефіцієнта Пуассона (η), їх твердості за Віккерсом (HV) та характерис- тики пластичності за концепцією Ю.В. Міль- мана (δH) [41]. Визначено вплив концентрації Zr, Nb і Ta на досліджувані параметри. Вияв- лено, що, регулюючи режими УЗУО, можна керувати процесом зміцнення не лише поверх- невих шарів зразка, а й його об’єму, а також ко- регувати поряд з іншими фізико-механічними властивостями ступінь неоднорідності та ані- зотропії досліджуваних сплавів, зокрема після комбінованої обробки поверхні. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 4 49 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Найбільш перспективною є модифікація поверхні ультразвуковими методами ІПД у комплексі з дією концентрованих джерел ви- сокої енергії (лазерний, електронний промені, електроіскра), що приводить до формування поверхневих шарів і нашарувань у мікро- і на- ноструктурованому стані з підвищеною міц- ністю за достатньої пластичності, збільшеного опору до зношування, корозії та втоми, а отже, дозволяє забезпечити широке застосування новітніх металевих матеріалів на основі алю- мінію, заліза, міді, нікелю, кобальту і титану в аерокосмічній промисловості, машинобуду- ванні, на транспорті та в медицині. Висновки. Ультразвукові методи модифі- кування поверхні за останні 20 років набули широкого розвитку. Отримано вагомі резуль- тати щодо встановлення фізичних механізмів формування наноструктурованих поверхне- вих шарів і композитів, усунення поверхневих дефектів, зниження шорсткості та поруватості, сприятливого перерозподілу залишкових на- пружень в умовах високочастотної ударної дії на поверхню металевих матеріалів ультразву- кових інструментів з проміжними ударними елементами, що дало змогу істотно підвищити фізико-механічні властивості металевих мате- ріалів та експлуатаційні характеристики виро- бів і конструкцій, створених за традиційними технологіями зварювання або за новітніми адитивними технологіями 3D-друку. Прецизійні методи вимірювання об’ємних швидкостей ультразвуку показали свою ефек- тивність для визначення фізичних характерис- тик (пружних модулів), текстури, напружено- го стану та температурних полів у неоднорід- них і анізотропних матеріалах, а також для екс- прес-діагностики якості металевих матеріалів і виробів. У разі подальшого вдосконалення з використанням лазерів для безконтактної ге- нерації/реєстрації ультразвукових хвиль апа- ратура та методологія можуть бути застосова- ні в різних важливих галузях промисловості та енергетики, зокрема для вимірювань в умовах підвищених температур. В Україні за цим напрямом ефективно пра- цюють кілька наукових груп, отримуючи ре- зультати найвищого рівня. Актуальним є по- дальший розвиток співпраці між фахівцями академічних інститутів і представниками за- кладів вищої освіти з метою ширшого впрова- дження ультразвукового обладнання, методів діагностики і технологій високочастотного механічного проковування (ударної обробки) зварних з’єднань і поверхні металевих виробів ультразвуковим інструментом на машинобу- дівних, транспортних підприємствах та в ме- дицині. REFERENCES [СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ] 1. Sulima A.M., Evstigneev M.I. Kachestvo poverkhnostnogo sloya i ustalostnaya prochnost’ detaley iz zharoprochnykh i titanovykh splavov (Quality of surface layer and fatigue strength of details made of heat-resistant and titanium alloys). Moscow: Mashinostroenie, 1974. (in Russian). 2. Severdenko V.G., Klubovich V.V., Stepanenko A.V. Obrabotka metallov davleniyem s ultrazvukom (Ultrasonic pressure treatment of metals). Minsk: Nauka i Tekhnika, 1973. (in Russian). 3. Mukhanov I.I. Impulsnaya uprochnyayushche-chistovaya obrabotka detaley mashin ultrazvukovym instrumentom (Pulse hardening and finishing of machine parts with ultrasonic tools). Moscow: Mashinostroenie, 1978. (in Russian). 4. Belotsky A.V. et al. Ultrazvukovoye uprochneniye metallov (Ultrasonic hardening of metals). Kyiv: Tekhnika, 1989. (in Russian). 5. Sealy M.P. et al. Hybrid Processes in Additive Manufacturing. J. Manuf. Sci. Eng. 2018. 140 (6): 060801. https://doi. org/10.1115/1.4038644 6. Pragana J.P.M. et al. Hybrid metal additive manufacturing: A state-of-the-art review. Adv. Industr. Manuf. Eng. 2021. 2: 100032. https://doi.org/10.1016/j.aime.2021.100032 7. Prokopenko G.I., Mordyuk B.M., Vasyliev M.O., Voloshko S.M. Fizychni Osnovy Ul’trazvukovogo Udarnogo Zmitsnen- nya Metalevykh Poverkhon’ (Physical Principles for Ultrasonic Impact Hardening of Metallic Surfaces). Kyiv: Naukova Dumka, 2017 (in Ukrainian). 50 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ 8. Prokopenko G.I. (ed.). Ul’trazvukova Udarna Obrobka Konstruktsiy i Sporud Tansportnogo Mashynobuduvannya (Ul- trasonic impact treatment of constructions and structures of transport machine building). Sumy: Universitetska Knyga, 2020 (in Ukrainian). 9. Marquis G., Barsoum Z. Fatigue strengthening of steel structures by high-frequency mechanical impact: proposed procedures and quality assurance guidelines. Welding in the World. 2013. 57: 803. https://doi.org/10.1007/s40194- 013-0075-x 10. Kotko V.A., Prokopenko G.I., Firstov S.A. Structural changes in ultrasonic molybdenum. Fisika Metalov Metaloved. 1974. 37 (2): 444. 11. Gust W. et al. Ultrasonic shock treatment of welded joints. Mater. Sci. 1999. 35 (5): 678. https://doi.org/10.1007/ BF02359355 12. Lobanov L.M., Kirian V.I., Knysh V.V., Prokopenko G.I. Improvement of fatigue resistance of welded joints in metal structures by high-frequency mechanical peening. Automatic Welding. 2006. (9): 2. (in Russian). 13. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I. Ultrasonic impact peening for the surface properties’ management. J. Sound Vibra- tion. 2007. 308 (3-5): 855. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.03.054 14. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I. Ultrasonic impact treatment — an effective method for nanostructuring the surface layers in metallic materials. In: Aliofhazraei M. (ed.) Handbook of Mechanical Nanostructuring. 2015. 2: 417. https:// doi.org/10.1002/9783527674947.ch17 15. Yıldırım H.C., Marquis G. Overview of Fatigue Data for High Frequency Mechanical Impact Treated Welded Joints. Welding in the World. 2012. 56: 82. https://doi.org/10.1007/BF03321368 16. Malaki M., Ding H. A review of ultrasonic peening treatment. Mater. Design. 2015. 87: 1072. https://doi.org/10.1016/j. matdes.2015.08.102 17. Polotsky I.G., Nedoseka A.Y., Prokopenko G.I. et al. Reduction of residual welding stresses by ultrasonic treatment. Automatic Welding. 1974. (5): 74. 18. Kulemin A.V., Kononov V.V., Stebelkov I.A. Enhancement in fatigue strength of details by ultrasonic surface treat- ment. Strength Mater. 1981. (1): 70. 19. Amanov A. et al. Microstructural evolution and surface properties of nanostructured Cu-based alloy by ultrasonic nanocrystalline surface modification technique. Appl. Surf. Sci. 2016. 388 (A): 185. https://doi.org/10.1016/j.ap- susc.2016.01.237 20. John M. et al. Ultrasonic Surface Rolling Process: Properties, Characterization, and Applications. Appl. Sci. 2021. 11(22): 10986. https://doi.org/10.3390/app112210986 21. Lu K., Lu J. Nanostructured surface layer on metallic materials induced by surface mechanical attrition treatment. Mater. Sci. Eng. A. 2004. 375–377: 38. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.261 22. Patent US. No. 6467321B2. Prokopenko G.I. et al. Device for ultrasonic peening of metals. Publ. 07.02.2002. 23. Patent EU. No. EP1447455A1. Lobanov L. et al. Method for processing welded metal work joints by high-frequency hummering. Publ. 18.08.2004. 24. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I. Fatigue life improvement of α-titanium by novel ultrasonically assisted technique. Mater. Sci. Eng. A. 2006. 437: 396. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.07.119 25. Vasylyev M.O. et al. Microstructure Evolution of the Carbon Steels during Surface Severe Plastic Deformation. Progress Metal. Phys. 2021. 22 (4): 562. https://doi.org/10.15407/ufm.22.04.562 26. Markovs’kyi P.E. et al. Improvement of the fatigue characteristics of VT1-0 titanium alloy by the surface mechanical and rapid thermal treatment. Mater. Sci. 2006. 42 (3): 376. https://doi.org/10.1007/s11003-006-0092-7 27. Dekhtyar A.I. et al. Enhanced fatigue behavior of powder metallurgy Ti-6Al-4V alloy by applying ultrasonic impact treatment. Mater. Sci. Eng. A. 2015. 641: 348. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.06.072 28. Mordyuk B.N. et al. Improved fatigue behavior of low-carbon steel 20GL by applying ultrasonic impact treatment combined with the electric discharge surface alloying. Mater. Sci. Eng. A. 2016. 659: 119. https://doi.org/10.1016/j. msea.2016.02.036 29. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I., Milman Yu.V. et al. Enhanced fatigue durability of Al-6Mg alloy by applying ultra- sonic impact peening: Effects of surface hardening and reinforcement with AlCuFe quasicrystalline particles. Mater. Sci. Eng. A. 2013. 563: 138. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.11.061 30. Mordyuk B.N. et al. Effects of ultrasonic impact treatment combined with the electric discharge surface alloying by molybdenum on the surface related properties of low-carbon steel G21Mn5. Surf. Coat. Technol. 2016. 309: 969. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.10.050 31. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I., Vasylyev M.A. et al. Effect of structure evolution induced by ultrasonic peening on the corrosion behavior of AISI-321 stainless steel. Mater. Sci. Eng. A. 2007. 458: 253. https://doi.org/10.1016/ j.msea.2006.12.049 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 4 51 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ 32. Petrov Yu.N., Prokopenko G.I. et al. Influence of microstructural modifications induced by ultrasonic impact treat- ment on hardening and corrosion behavior of wrought Co-Cr-Mo biomedical alloy. Mater. Sci. Eng. С. 2016. 58: 1024. https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.09.004 33. Khripta N.I. et al. Surface Layers of Zr-18% Nb Alloy Modified by Ultrasonic Impact Treatment: Microstructure, Hardness and Corrosion. J. Mater. Eng. Perform. 2017. 26 (11): 5446. 34. Vasylyev M.A. et al. Corrosion of 2024 alloy after ultrasonic impact cladding with iron. Surf. Eng. 2018. 34: 324. https://doi.org/10.1080/02670844.2017.1334377 35. Lesyk D.A. et al. Influence of combined laser heat treatment and ultrasonic impact treatment on microstructure and corrosion behavior of AISI 1045 steel. Surf. Coat. Technol. 2020. 401: 126275. https://doi.org/10.1016/j.surf- coat.2020.126275 36. Mordyuk B.N. et al. Ti particle-reinforced surface layers in Al: Effect of particle size on microstructure, hardness and wear. Mater. Characterization. 2010. 61 (11): 1126. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2010.07.007 37. Mordyuk B.N. et al. Structure and wear of Al surface layers reinforced with AlCuFe particles using ultrasonic im- pact peening: Effect of different particle sizes. Surf. Coat. Technol. 2011. 205: 5278. https://doi.org/10.1016/j.surf- coat.2011.05.046 38. Mordyuk B.N. et al. Wear assessment of composite surface layers in Al–6Mg alloy reinforced with AlCuFe quasicrys- talline particles: Effects of particle size, microstructure and hardness. Wear. 2014. 319: 84. https://doi.org/10.1016/j. wear.2014.07.011 39. Lesyk D.A. et al. Microstructure related enhancement in wear resistance of tool steel AISI D2 by applying laser heat treatment followed by ultrasonic impact treatment. Surf. Coat. Technol. 2017. 328: 344. https://doi.org/10.1016/j. surfcoat.2017.08.045 40. Lesyk D.A. et al. Combining laser transformation hardening and ultrasonic impact strain hardening for enhanced wear resistance of AISI 1045 steel. Wear. 2020. 462: 203494. https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203494 41. Milman Yu.V. et al. New Opportunities to Determine the Rate of Wear of Materials at Friction by the Indentation Data. Progress Phys. Met. 2020. 21: 554. https://doi.org/10.15407/ufm.21.04.554 42. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I. et al. Characterization of ultrasonically peened and laser-shock peened surface lay- ers of AISI 321 stainless steel. Surf. Coat. Technol. 2008. 202: 4875. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.04.080 43. Lesyk D.A. et al. Mechanical Surface Treatments of AISI 304 Stainless Steel: Effects on Surface Microrelief, Residual Stress, and Microstructure. J. Mater. Eng. Perform. 2019. 28: 5307. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04273-y 44. Vasylyev M.A. et al. Influence of microstructural features and deformation-induced martensite on hardening of stain- less steel by cryogenic ultrasonic impact treatment. Surf. Coat. Technol. 2018. 343: 57. https://doi.org/10.1016/j. surfcoat.2017.11.019 45. Patent of Ukraine. No. 109975. Prokopenko G.I., Krasovsky T.A., Cherepin V.T., Mordyuk B.N. Ultrasonic hand tool for deformation hardening and relaxation treatment of metals. Publ. 26.10.2015. (in Ukrainian). 46. Prokopenko G.I., Mordyuk B.N., Krasovsky T.A., Knysh V.V., Solovey S.O. Creation of industrial equipment for high-frequency mechanical impact on railway car building products and methods for assessing the quality of treat- ment. Science and Innovations. 2019. 15(2): 25. https://doi.org/10.15407/scin15.02.027 47. Knysh V. et al. Influence of hardening by high-frequency mechanical impacts of butt-welded joints made of 15KhSND steel on their atmospheric corrosion and fatigue fracture resistance. Mater. Sci. 2018. 54(3): 421. https:// doi.org/10.1007/s11003-018-0201-4 48. Knysh V. et al. Influence of the accelerated corrosion exposure on the fatigue behaviour of welded joints treated by high frequency mechanical impact. Int. J. Fatigue. 2021. 149: 106272. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106272 49. Knysh V.V., Solovei S.O., Nyrkova L.I., Osadchuk S.O. Influence of marine media on the fatigue strength of butt- welded joints of 15KhSND steel hardened by high-frequency mechanical impacts. Mater. Sci. 2020. 55(6): 812. https://doi.org/10.1007/s11003-020-00374-5 50. Knysh V.V., Solovei S.O. et al. Influence of high-frequency peening on the corrosion fatigue of welded joints. Mater. Sci. 2017. 53: 7. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0036-4 51. Knysh V.V. et al. Increasing Corrosion Fatigue of Welded Joints of Steel 15KhSND with Construction Defects by Electric Discharge Surface Alloying and High Frequency Mechanical Impact. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2019. 41(12): 1631. https://doi.org/10.15407/mfint.41.12.1631 52. Knysh V. et al. Influence of the atmosphere corrosion on the fatigue life of welded T-joints treated by high frequency mechanical impact. Proc. Struct. Integrity. 2019. 16: 73. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.07.024 53. Knysh V.V., Solovej S.A., Lynnyk G.O. et al. Application of welded studs for fastening the floor of railway bridges. Automatic Welding. 2015. (1): 40. https://patonpublishinghouse.com/as/pdf/2015/pdfarticles/01/7.pdf 52 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ 54. Knysh V.V., Klochkov I.N., Pashulya M.P., Motrunich S.I. Increase of fatigue resistance of sheet welded joints of aluminum alloys using high-frequency peening. Paton Welding Journal. 2014. (5): 21. https://doi.org/10.15407/ tpwj2014.05.04 55. Degtyarev V.A. Assessment of the high-frequency mechanical forging mode effect on fatigue strength of welded joints. Strength Mater. 2011. 43: 154. https://doi.org/10.1007/s11223-011-9281-1 56. Statnikov E.S. et al. Physics and mechanism of ultrasonic impact. Ultrasonics. 2006. 44: e533. https://doi. org/10.1016/j.ultras.2006. 05.119 57. Gao W. et al. Enhancement of the fatigue strength of underwater wet welds by grinding and ultrasonic impact treat- ment. Mater. Proc. Tech. 2015. 223: 305. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.04.013 58. Abdulah A., Malaki M., Eskandari A. Strength enhancement of the welded structures by ultrasonic peening. Mater. & Design. 2012. 38: 7. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012.01.040 59. Daavary M., Sadough Vanini S.A. The effect of ultrasonic peening on service life of the butt-welded high-tempera- ture steel pipes. J. Mater. Eng. Perform. 2015. 24: 3658. https://doi.org/10.1007/s11665-015-1644-5 60. Volosevich P.Yu., Prokopenko G.I., Mordyuk B.M. Evolution of a dislocation structure under shock impulse loading with different frequencies. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2000. 22: 61. 61. Lesyk D.A. et al. Effects of laser heat treatment combined with ultrasonic impact treatment on the surface topog- raphy and hardness of carbon steel AISI 1045. Optics & Laser Technol. 2019. 111: 424. https://doi.org/10.1016/j. optlastec.2018.09.030 62. Lesyk D.A. et al. Combined Laser-Ultrasonic Surface Hardening Process for Improving the Properties of Metallic Products. In: Ivanov V. et al. (eds) Advances in Design, Simulation and Manufacturing. DSMIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93587-4_11 63. Lesyk D.A. et al. Surface microrelief and hardness of laser hardened and ultrasonically peened AISI D2 tool steel. Surf. Coat. Technol. 2015. 278: 108. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.07.049 64. Mordyuk B.N. et al. Structure, microhardness and damping characteristics of Al matrix composite reinforced with AlCuFe or Ti using ultrasonic impact peening. Surf. Coat. Technol. 2010. 204: 1590. https://doi.org/10.1016/j.surf- coat.2009.10.009 65. Vasylyev M.A. et al. Synthesis of Deformation-Induced Nanocomposites on Aluminium D16 Alloy Surface by Ultra- sonic Impact Treatment. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2016. 38(4): 545. https://doi.org/10.15407/mfint.38.04.0545 66. Burmak A.P. et al. Synthesis of Composite Layers on Cu–39Zn–1Pb Brass Using Ultrasonic Impact Treatment. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2020. 42(9): 1245. https://doi.org/10.15407/mfint.42.09.1245 67. Vasylyev M.A. et al. Ultrasonically Nanostructured Electric-Spark Deposited Ti Surface Layer on Ti6Al4V Alloy: Enhanced Hardness and Corrosion Resistance. Int. J. Surf. Sci. Eng. 2020. 14(1): 1—15. https://doi.org/10.1504/ IJSURFSE.2020.10027541 68. Mordyuk B.N., Voloshko S.M., Zakiev V.I. et al. Enhanced Resistance of Ti6Al4V Alloy to High-Temperature Oxi- dation and Corrosion by Forming Alumina Composite Coating. J. Mater. Eng. Perform. 2021. 30: 1780. https://doi. org/10.1007/s11665-021-05492-y 69. Burmak A.P. et al. Formation of Composite Layers by Ultrasonic Impact Treatment of Cu-39Zn-1Pb Brass Us- ing Silicon Carbide Reinforcing Particles. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2022. 44 (1): 97. https://doi.org/10.15407/ mfint.44.01.0097 70. Chenakin S.P. et al. Ultrasonic impact treatment of CoCrMo alloy: Surface composition and properties. App. Surf. Sci. 2017. 408: 11. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.03.004 71. Vasylyev M.A. et al. Ultrasonic impact treatment induced oxidation of Ti6Al4V alloy. Acta Mater. 2016. 103: 761. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.10.041 72. Chenakin S.P. et al. Surface characterization of a ZrTiNb alloy: Effect of ultrasonic impact treatment. Appl. Surf. Sci. 2018. 470: 44. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.116 73. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I. Mechanical alloying of powder materials by ultrasonic milling. Ultrasonics. 2004. 42: 43. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2004.01.001 74. Mordyuk B.N. et al. Ultrafine-grained textured surface layer on Zr–1% Nb alloy produced by ultrasonic impact peening for enhanced corrosion resistance. Surf. Coat. Technol. 2012. 210: 54. https://doi.org/10.1016/j.surf- coat.2012.08.063 75. Mordyuk B.N. et al. Structurally induced enhancement in corrosion resistance of Zr–2.5% Nb alloy in saline solution by applying ultrasonic impact peening. Mater. Sci. Eng. A. 2013. 559: 453. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.08.125 76. Mordyuk B.M. et al. Structural Dependence of Corrosion Properties of Zr–1.0% Nb Alloy in Saline Solution. Metallofiz. Noveish. Tekhnol. 2014. 36(7): 917. https://doi.org/10.15407/mfint.36.07.0917 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 4 53 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ 77. Firstov G.S. Functional metallic shape memory materials: state of the art and application prospects. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2019. (4): 19. https://doi.org/10.15407/visn2018.06.019 78. Khripta N.I. The problem of biomedical compatibility of metallic materials and ways of solving it. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2019. (4): 42. https://doi.org/10.15407/visn2019.04.042 79. Lesyk D.A. et al. Post-processing of the Inconel 718 alloy parts fabricated by selective laser melting: Effects of me- chanical surface treatments on surface topography, porosity, hardness and residual stress. Surf. Coat. Technol. 2020. 381: 125136. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.125136 80. Lesyk D.A., Dzhemelinskyi V.V., Martinez S. et al. Surface Shot Peening Post-processing of Inconel 718 Alloy Parts Printed by Laser Powder Bed Fusion Additive Manufacturing. J. Mater. Eng. Perform. 2021. 30: 6982. https://doi. org/10.1007/s11665-021-06103-6 81. Lesyk D.A., Martinez S., Pedash O.O. et al. Nickel Superalloy Turbine Blade Parts Printed by Laser Powder Bed Fu- sion: Thermo-Mechanical Post-processing for Enhanced Surface Integrity and Precipitation Strengthening. J. Mater. Eng. Perform. 2022. https://doi.org/10.1007/s11665-022-06710-x 82. Mordyuk B.N., Dekhtyar A.I., Savvakin D.G. et al. Tailoring Porosity and Microstructure of Alpha-Titanium by Combining Powder Metallurgy and Ultrasonic Impact Treatment to Control Elastic and Fatigue Properties. J. Ma- ter. Eng. Perform. 2022. https://doi.org/10.1007/s11665-022-06633-7 83. Zaporozhets О.I. et al. Ultrasonic studies of texture inhomogeneities in pressure vessel steel subjected to ultra- sonic impact treatment and shock compression. Surf. Coat. Technol. 2016. 307: 693. https://doi.org/10.1016/j.surf- coat.2016.09.053 84. Zaporozhets О.I. et al. Influence of surface ultrasonic impact treatment on texture evolution and elastic properties in the volume of Zr1Nb alloy. Surf. Coat. Technol. 2020. 403: 126397. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126397 85. Zaporozhets O.I., Dordienko M.O., Mykhailovskyy V.A. Acoustic and Elastic Properties of Components of a Wall of the VVER-440 Vessel. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2016. 38(6): 795. https://doi.org/10.15407/mfint.38.06.0795 86. Mykhailovskyy V.A., Dordienko M.O., Zaporozhets O.I. Choice of Model of Reconstruction of a Temperature Profile for the Ultrasonic Non-destructive Testing of the Closed Construction of Unilateral Access in Non-Stationary Ther- mal Conditions. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2015. 37(8): 1027. https://doi.org/10.15407/mfint.37.08.1027 Bohdan M. Mordyuk ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6025-3884 G.V. Kurdyumov Institute for Metal Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ULTRASONIC METHODS FOR SURFACE MODIFICATION AND DIAGNOSIS OF ADVANCED METAL MATERIALS According to the materials of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, February 23, 2022 Analysis of the efficiency of high-frequency mechanical impact treatment by ultrasonic tools (UIT/HFMI), the forma- tion mechanisms of nanoscale grain structures and composites, stress redistribution, elimination of defects and porosity in the surface layers of metallic materials manufactured by traditional and by latest additive technologies of 3D printing as well as methodology of ultrasonic precision measurements and non-destructive testing is presented. Prospects for the introduction of the methods in transport, engineering and medicine to ensure increased operation life, fatigue life, resis- tance to corrosion and wear are outlined. Keywords: metal physics, surface engineering, high-frequency impact treatment, deformation-induced nanostructures and composites, stress redistribution, welded joints, biomaterials, additive 3D printing technologies, ultrasonic precision measurements, non-destructive testing.

Репозитарії

Схожі ресурси