Properties of Surfaces Parts From X10CrNiTi18-10 Steel Operating in Conditions of Radiation Exposure Retailored by Electrospark Alloying. Pt. 1. Features of Topography and Mechanical Properties of Coatings

N. V. Tarelnyk

Сумский национальный аграрный университет, ул. Герасима Кондратьева, 160, 40021 Сумы, Украина

Получена: 28.05.2022; окончательный вариант - 11.07.2022. Скачать: PDF

The article presents the results of research on a new method of restoration by means of electrospark alloying (ESA) of X10CrNiTi18-10 steel details, which operates under radiation conditions. The method can be used to repair machine details of nuclear power plants. The technology includes coating the worn surface of the detail with an ESA electrode, which is made of steel X10CrNiTi18-10 or nickel, which does not contain special additives of cobalt and other elements that form long-lived isotopes in the active working environment. ESA is carried out in two stages. Before the first stage, a layer of graphite electrode coating is applied to the worn steel surface by the ESA method—a tool with a discharge energy $Wp$ = 0.02 J and a productivity 0.3 sm$^{2}$/min. At ESA by the electrode tool from steel X10CrNiTi18-10 the first and second stages are carried out, accordingly at $Wp$ = 0.20 J with productivity 1.6 sm$^{2}$/min; and $Wp$ = 0.55 J with a productivity 2.5 sm$^{2}$/min. As a result, the coating thickness is $\Delta H$ = 0.19 mm, the continuity is $S$ = 100% and the roughness is $Rz$ = 57 $\mu$m. During ESA the first and second stages are carried out by nickel electrode tool respectively at $Wp$ = 0.55 J with a capacity 2.5 sm$^{2}$/min and $Wp$ = 0.90 J with a capacity 3.4 sm$^{2}$/min. As a result, $\Delta H$ = 0.20 mm, $S$ = 100 % and $Rz$ = 38 $\mu$m. The increase in discharge energy in ESA is accompanied by a decrease in yield strength and tensile strength and an increase in the relative elongation and relative narrowing of the sample. During the ESA of the sample with $Wp$ = 0.90 J, compared with the undoped sample, the yield strength and tensile strength decrease with alloying by steel X10CrNiTi18-10, respectively, to 11.7% and 8.3%, and the relative elongation and relative narrowing increases, respectively, to 15% and 14.7%. During the ESA by nickel yield strength and tensile strength decreases to 13.3% and 8.6%, respectively, and the relative elongation and relative narrowing increase to 14.7% and 16.7%, respectively.

Ключевые слова: electrospark alloying, restoration, electrode material, graphite, steel, layer thickness, roughness, continuity, mechanical properties.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v44/i08/1037.html

PACS: 62.20.Qp, 68.35.Ct, 68.35.Gy, 68.55.J-, 81.65.Lp, 81.40.Pq


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Н. В. Тарельник, Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, № 2: 32 (2021).
  2. I. Kuric, M. Kandera, J. Klarák, V. Ivanov, and D. Więcek, Advanced Manufacturing Processes (Eds. V. Tonkonogyi, V. Ivanov, J. Trojanowska, G. Oborskyi, M. Edl, I. Kuric, I. Pavlenko, and P. Dasic) (Springer: 2020), p. 148. Crossref
  3. A. Zahorulko, C. Kundera, and S. Hudkov, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 233: 012039 (2017). Crossref
  4. A. Zahorulko, Sealing Technology, 2015, Iss. 8: 7 (2015). Crossref
  5. A. Kotliar, Y. Basova, V. Ivanov, O. Murzabulatova, S. Vasyltsova, M. Litvynenko, and O. Zinchenko, Management and Production Engineering Review, 11, No. 1: 52 (2020). Crossref
  6. V. Ivanov, I. Dehtiarov, Y. Denysenko, N. Malovana, and N. Martynova, Diagnostyka, 19, No. 3: 3, (2018). Crossref
  7. V. Ivanov, I. Dehtiarov, I. Pavlenko, M. Kosov, and M. Hatala, Advances in Design, Simulation and Manufacturing II (Eds. V. Ivanov, J. Trojanowska, J. Machado, O. Liaposhchenko, J. Zajac, I. Pavlenko, M. Edl, and D. Perakovic) (Springer: 2019), p. 114. Crossref
  8. V. Ivanov, I. Pavlenko, I. Kuric, and M. Kosov, Industry 4.0: Trends in Management of Intelligent Manufacturing Systems (Eds. L. Knapčíková and M. Balog) (Springer: 2019), p. 133. Crossref
  9. S. Pylypaka, T. Zaharova, O. Zalevska, D. Kozlov, and O. Podliniaieva, Advanced Manufacturing Processes (Eds. V. Tonkonogyi, V. Ivanov, J. Trojanowska, G. Oborskyi, M. Edl, I. Kuric, I. Pavlenko, and P. Dasic) (Springer: 2020), p. 582. Crossref
  10. S. Pylypaka, T. M. Volina, M. Mukvich, G. Efremova, and O. Kozlova, Advances in Design, Simulation and Manufacturing III (Eds. V. Ivanov, I. Pavlenko, O. Liaposhchenko, J. Machado, and M. Edl) (Springer: 2020), p. 63. Crossref
  11. S. Pylypaka, V. Nesvidomin, T. Volina, L. Sirykh, and L. Ivashyna, Inmateh Agricultural Engineering, 62, No. 3: 79 (2020). Crossref
  12. S. Pylypaka, T. Volina, I. Hryshchenko, I. Rybenko, and N. Sydorenko, Advanced Manufacturing Processes II (Eds. V. Tonkonogyi, V. Ivanov, J. Trojanowska, G. Oborskyi, A. Grabchenko, I. Pavlenko, M. Edl, I. Kuric, and P. Dasic) (Springer: 2021), p. 196. Crossref
  13. T. Volina, S. Pylypaka, A. Rebrii, O. Pavlenko, Y. Kremets, Advanced Manufacturing Processes II (Eds. V. Tonkonogyi, V. Ivanov, J. Trojanowska, G. Oborskyi, A. Grabchenko, I. Pavlenko, M. Edl, I. Kuric, and P. Dasic) (Springer: 2021), p. 237. Crossref
  14. T. Volina, S. Pylypaka, V. Nesvidomin, A. Pavlov, and S. Dranovska, Eastern-European J. Enterprise Technologies, 3, No. 7: 45 (2021). Crossref
  15. S. Pylypaka, T. Volina, A. Nesvidomin, I. Zakharova, and A. Rebrіi, Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV (Eds. V. Ivanov, I. Pavlenko, O. Liaposhchenko, J. Machado, and M. Edl) (Springer: 2021), p. 156. Crossref
  16. А. А. Паркин, С. С. Жаткин, А. Б. Сёмин, Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 18, № 4(2): 362 (2016).
  17. А. Panasyuk, O. Umanskyi, M. Storozhenko, and V. Akopyan, Key Engineering Materials, 527: 9 (2013). Crossref
  18. O. Umanskyi, M. Storozhenko, M. Antonov, O. Terentjev, О. Koval, and D. Goljandin, Key Engineering Materials, 604: 16 (2019). Crossref
  19. M. S. Storozhenko, A. P. Umanskii, A. E. Terentiev, and I. M. Zakiev, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 56, No. 1–2: 60 (2017). Crossref
  20. M. Storozhenko, A. Umanskii, V. A. Lavrenko, S. S. Chuprov, and A. D. Kostenko, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 50, No. 11–12: 719 (2012). Crossref
  21. O. Umanskyi, M. Storozhenko, V. Krasovskyi, O. Terentjev, and M. Antonov, J. Alloys Compd., 778: 15 (2019). Crossref
  22. N. Radek and K. Bartkowiak, Physics Procedia A, 5: 417 (2010). Crossref
  23. V. G. Smelov, A. V. Sotov, and S. A. Kosirev, ARPN J. Eng. Applied Sci., 9, No. 10: 1854 (2014).
  24. O. Gaponova, C. Kundera, G. Kirik, V. Tarelnyk, V. Martsynkovskyy, Ie. Konoplianchenko, M. Dovzhyk, A. Belous, and O. Vasilenko, Advances in Thin Films, Nanostructured Materials, and Coatings (Eds. A. D. Pogrebnjak and V. Novosad) (Springer: 2019), p. 249. Crossref
  25. V. Tarelnyk, I. Konoplianchenko, O. Gaponova, N. V. Tarelnyk, V. S. Martsynkovskyy, B. O. Sarzhanov, O. A. Sarzhanov, and B. Antoszewski, Powder Metall. Met. Ceram., 58: 703 (2020). Crossref
  26. A. Kovalchenko, O. Ajayi, A. Erdemir, G. Fenske, and I. Etsion, Tribol. International, 38: 219 (2005). Crossref
  27. A. D. Pogrebnyak, A. M. Mahmud, I. T. Karasha, G. V. Kirik, R. Y. Tkachenko, and A. P. Sypylenko, J. Nano-Electron. Phys., 3, No. 4: 73 (2011).
  28. A. D. Pogrebnjak, M. M. Danilionok, V. V. Uglov, N. K. Erdybaeva, G. V. Kirik, S. N. Dub, V. S. Rusakov, A. P. Shypylenko, P. V. Zukovski, and Y. Zh. Tuleushev, Vacuum, 83, Suppl. 1: S235 (2009). Crossref
  29. A. D. Pogrebnyak, A. P. Shpak, V. M. Beresnev, G. V. Kirik, D. A. Kolesnikov, F. F. Komarov, P. Konarski, N. A. Makhmudov, M. V. Kaverin and V. V. Grudnitskii, Tech. Phys. Lett., 37: 636 (2011). Crossref
  30. Shu-Hung Yeh, Liu-Ho Chiu, and Heng Chang, Engineering, 3, No. 9: 942 (2011).
  31. S. Ben Slima, Materials Sciences and Applications, 3, Iss. 9: 640 (2012).
  32. C. M. Suh, J. K. Hwang, K. S. Son, and H. K. Jang, Mater. Sci. Eng. A, 392, No. 1–2: 31 (2005). Crossref
  33. J. Baranowska and S. E. Franklin, Wear, 264, No. 9–10: 899 (2008). Crossref
  34. А. А. Ищенко, Технологические основы восстановления промышленного оборудования современными полимерными материалами (ПГТУ: 2007).
  35. І. О. Мікульонок, О. Л. Сокольський, Полімерні матеріали і вироби з них (одержання, перероблення, властивості) (Київ: Політехніка: 2015).
  36. Ю. Н. Анисимов, С. Н. Савин, Журн. прикл. химии, 75, № 6: 1015 (2002). Crossref
  37. Ю. А. Анисимов, Ю. Н. Анисимов, Пластические массы, № 2: 47 (2007).
  38. О. Л. Гайдамак, В. А. Матвійчук, Ю. С. Кучеренко, Техніка, енергетика, транспорт АПК, № 2 (109): 105 (2020). Crossref
  39. V. Tarelnyk, V. Martsynkovskyy, A. Sarzhanov, A. Pavlov, V. Gerasimenko, and B. Sarzhanov, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 233: 012050 (2017). Crossref
  40. V. V. Bryukhovetsky, V. F. KLepikov, V. V. Lytvynenko, D. E. Myla, V. P. Poyda, A. V. Poyda, V. T. Uvarov, Yu. F. Lonin, and A. G. Ponomarev, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 499: 25 (2021). Crossref
  41. S. E. Donets, V. F. Klepikov, V. V. Lytvynenko, Yu. F. Lonin, A. G. Ponomarev, O. A. Startsev, and V. T. Uvarov, Problems of Atomic Science and Technology, No. 4: 302 (2015).
  42. V. F. Klepikov, V. V. Lytvynenko, Yu. F. Lonin, A. G. Ponomarev, O. G. Tolstolutskiy, V. V. Uvarov, and V. T. Uvarov, Problems of Atomic Science and Technology, No. 1: 119 (2009).
  43. A. G. Kobets, P. R. Horodek, O. A. Startsev, V. V. Lytvynenko, Yu. F. Lonin, A. G. Ponomarev, and V. T. Uvarov, Surf. Eng. Applied Electrochemistry, 51: 478 (2015). Crossref
  44. Наказ Державної інспекції ядерного регулювання України від 04.08.2020 № 319 «Про затвердження Загальних вимог безпеки до улаштування та експлуатації обладнання й трубопроводів атомних станцій».
  45. Ф. И. Пантелеенко, В. П. Лялякин, В. П. Иванов, В. М. Константинов, Восстановление деталей машин (Ред. В. П. Иванов) (Москва: Машиностроение: 2003).
  46. Р. Е. Есенберлин, Восстановление автомобильных деталей сваркой, наплавкой и пайкой (Москва: Транспорт: 1994).
  47. В. А. Коротков, И. Д. Михайлов, A. M. Веснин, А. С. Зотов, Сборка в машиностроении, приборостроении, 10: 33 (2008).
  48. V. Martsinkovsky, V. Yurko, V. Tarelnik, and Y. Filonenko, Procedia Engineering, 39: 148 (2012). Crossref
  49. V. B. Tarelnyk, A. V. Paustovskii, Y. G. Tkachenko, E. V. Konoplianchenko, V. S. Martsynkovskyi, and B. Antoszewski, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 55: 585 (2017). Crossref
  50. V. Martsynkovskyy, V. Tarelnyk, Ye. Konoplianchenko, O. Gaponova, and M. Dumanchuk, Advances in Design, Simulation and Manufacturing II (Eds. V. Ivanov, J. Trojanowska, J. Machado, O. Liaposhchenko, J. Zajac, I. Pavlenko, M. Edl, and D. Perakovic) (Springer: 2019), p. 216. Crossref
  51. V. Tarelnyk, V. Martsynkovskyy, and A. Dziuba, Applied Mechanics and Materials, 630: 388 (2014). Crossref
  52. V. Tarelnyk and V. Martsynkovskyy, Applied Mechanics and Materials, 630: 397 (2014). Crossref
  53. V. Tarelnyk, V. Martsynkovskyy, O. Gaponova, I. Konoplianchenko, M. Dovzyk, N. Tarelnyk, and S. Gorovoy, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 233: 012049 (2017). Crossref
  54. V. Tarelnyk, V. Martsynkovskyy, O. Gaponova, I. Konoplianchenko, A. Belous, V. Gerasimenko, and M. Zakharov, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 233: 012048 (2017). Crossref
  55. V. B. Tarel’nik, A. V. Paustovskii, Y. G. Tkachenko, V. S. Martsinkovskii, E. V. Konoplyanchenko, and K. Antoshevskii, Surf. Eng. Applied Electrochemistry, 53: 258 (2017). Crossref
  56. V. B. Tarelnyk, O. P. Gaponova, V. B. Loboda, E. V. Konoplyanchenko, V. S. Martsinkovskii, Yu. I. Semirnenko, N. V. Tarelnyk, M. A. Mikulina, and B. A. Sarzhanov, Surf. Eng. Applied Electrochemistry, 57: 173 (2021). Crossref
  57. В. Б. Тарельник, О. П. Гапонова, Е. В. Коноплянченко, В. С. Марцинковский, Н. В. Тарельник, О. А. Василенко, Металлофиз. новейшие технол., 41, № 1: 47 (2019). Crossref
  58. V. B. Tarel’nik, V. S. Martsinkovskii, and A. N. Zhukov, Chem. Petroleum Eng., 53: 114 (2017). Crossref
  59. V. B. Tarel’nik, V. S. Martsinkovskii, and A. N. Zhukov, Chem. Petroleum Eng., 53: 385 (2017). Crossref
  60. V. B. Tarel’nik, E. V. Konoplyanchenko, P. V. Kosenko, and V. S. Martsinkovskii, Chem. Petroleum Eng., 53: 540 (2017). Crossref
  61. Б. О. Саржанов, Спосіб підвищення якості відновлених покрить металевих деталей методом електроерозійного легування, Патент України на корисну модель № u201909758 (Опубліковано 11 листопада 2019 р.).
  62. Ю. Ф. Баландин, И. Б. Горынин, Ю. И. Звездин, Б. Г. Мирков, Конструкционные материалы АЭС (Москва: Энергоатомиздат: 1984).
  63. Э. Майер, Торцовые уплотнения (Москва: Машиностроение: 1978).
  64. А. С. Шелегов, С. Т. Лескин, В. И. Слободчук, Физические особенности и конструкция реактора ВВЭР-1000 (Москва: НИЯУ «МИФИ»: 2011).
  65. E. M. Prokhorenko, V. Klepikov, V. V. Lytvynenko, A. Zakharchenko, and M. Khazhmuradov, Problems of Atomic Science and Technology, No. 2:193 (2015).
  66. Н. И. Лазаренко, Электроискровое легирование металлических поверхностей (Москва: Машиностроение: 1976).
  67. А. Е. Гитлевич, В. В. Михайлов, Н. Я. Парканский, В. М. Ревуцкий, Электроискровое легирование металлических поверхностей (Кишинев: Штиинца: 1985).
  68. V. B. Tarel’nik, V. S. Martsinkovskii, and A. N. Zhukov, Chem. Petroleum Eng., 53: 266 (2017). Crossref
  69. B. Antoszewski, O. P. Gaponova, V. B. Tarelnyk, O. M. Myslyvchenko, P. Kurp, T. I. Zhylenko, and I. Konoplianchenko, Materials, 14, Iss. 4: 739 (2021). Crossref
  70. Н. В. Тарельник, Спосіб відновлення зношених поверхонь стальних деталей обладнання, яке підлягає радіаційному опромінюванню, Патент України № 150213 (Опубліковано 13 січня 2022 р.).