СЕКЦІЯ 7. Прикладне матеріалознавство та інноваційні технології в автомобільній галузі.

СЕКЦІЯ 7. Прикладне матеріалознавство та інноваційні технології в автомобільній галузі.

Застосування нових видів сталей і сплавів, змінює та вдосконалює технологічні процеси механічної обробки. Одним з індикаторів, який дозволяє оцінити вид та характер руйнування оброблюваного металу може виступати морфологія стружки.
В роботах [1 - 4] досліджено вплив режимів механічної обробки сплавів на формування продуктів різання.
Мета роботи – уточнити концепцію врахування морфології продуктів різання як інформаційних чинників щодо корегування технологічних процесів під час механічної обробки сталей.
Робота проводиться в рамках теми: “Дослідження та аналіз продуктів різання як індикаторів руйнування сплавів на різних етапах життєвого циклу виробів” (№ державної реєстрації 0119U102465 (2019 – 2024), що подана ДЗ «Луганський національний університет імені Тараса Шевченка», м. Старобільськ, Україна.
Одним з перших дослідників, який вивчав процеси стружкоутворення був професор Іван Августович Тіме. Він в 1870 році, почав проводити експерименти на одному з заводів Луганська [5]. Його класифікація стружки, виявилася досить вдалою і конкретною та збереглася до нашого часу (рис. 1) [6].



Рис. 1. Типи стружок, що утворюються при різанні металів: а – зливна;
б – елементна; в – суглобиста; г – надлому.

Дослідили сталь 38ХН3МФА у стані постачання (без термічної обробки) твердістю 35 HRС, після проведення термічної обробки (отримали мікроструктуру сорбіта), після насичення її газоподібним воднем та зразок, що був вирізаний з «тіла» ротора турбогератора (матеріал мав ознаки деградації та перебував у воденьвмісному середовищі). Стружку отримували, відрізаючи на токарно-гвинторізному верстаті від заготовки циліндри  28 mm, товщиною 4 mm. Різець оснащений твердосплавною пластиною ВК-6. Під час точіння різець заточували та виставляли однаковий кут між ним та заготовкою.
Під час експлуатації енергетичного обладнання, його деталі (приклад, ротор генератора) перебувають в контакті з воденьвмісними середовищами. Це супроводжується деградацією металу, яка проявляється у зміні мікроструктури, внаслідок чого, змінюються властивості поверхневих та підповерхневих шарів. Нами встановлено, що під час тривалої експлуатації (150…250)•103 год. сталі 38ХН3МФА відбувається розпад сорбіту та на 15 % знижується твердість. Твердість сталі у вихідному стані становила 290 НВ (цементит – 80…87 %), після 250 тис. год. експлуатації твердість знизилась до 250 НВ (цементитна складова знизилась до 65 %, зафіксовані зерна фериту). Виявлено, що вміст легувальних елементів в карбідній фазі збільшується, а у твердому розчині металевої матриці зменшується у порівняні з вихідним станом. Інтенсифікація дифузійних процесів сприяє збільшенню концентрації карбідоутворюючих елементів: як в карбідах так і біля границь зерен. Зафіксовано збільшення у спеціальних карбідах вмісту: Cr (Хрому) та V (Ванадію) – в 1,05 – 1,6 рази, Mo (Молібдену) – у 2,2 – 2,8 рази. Одночасно відбувається розпад перліту шляхом перетворення до карбідної фази.
Оскільки роторні сталі використовують не тільки для виготовлення валів роторів турбогенераторів, але й для муфт та інших деталей енергетичного обладнання, що тривало експлуатуються у газоподібному водні та воденьвмісних середовищах, то викликає інтерес аналіз процесу обробки у вихідному стані (рис. 2а) та змінених за допомогою термічної обробки (рис. 2 б — г), а також після тривалої експлуатації в газоподібному водні. Різання на сухо та із розробленими змащувально-охолоджувальними рідинами (ЗОР), що містять соняшникову олію – ЗОРс [7], дозволяє оцінити можливості механічної оброблюваності металу деталі враховуючи вклад структурно-фазового стану (рис. 2).
У роботі [2] показано, що за використання ЗОР розміри стружки зменшуються, їх форма – компактна і згорнута, а також знижується шорсткість обробленої поверхні у 10 разів порівняно із точінням насухо.

 
а)                  б)                       в)                                      г)
Рис. 2. Стружки утворенні при точінні комплекснолегованих роторних сталей на сухо (200 об/хв) після: стані поставки – а; ковки – б; термообробки (нормалізація) – в; тривалої експлуатації в у воденьвмісних середовищах – г.

Після термічної обробки сталі (нормалізація) зміни мікроструктури позначається на зовнішньому вигляді стружки при точінні (вона стає зливною – рис. 2в). Тривала експлуатація валу ротора в воденьвмісному середовищі, приводить до появи ділянок на яких під час механічної обробки, з’являються стружки надлому (крихти – зона I на рис. 2г, 3), що характерне для різання крихких металів (рис. 3).
Стружка у виді крихт виникає унаслідок зміни мікроструктури в приповерхневих шарах, де внаслідок підвищеної концентрації неметалевих включень MnS утворюються мікропорожнини. Міграція легуючих елементів за тривалої експлуатації від центральної частини зерна до його границь створює джерела концентрації напружень та сприяє зародженню та розповсюдженню магістральної тріщини.



а             б

Рис. 3. Стружка відокремлена з деградованої поверхні яка експлуатувалась у воденьвмісному середовищі: вигляд зовнішній – а, вигляд внутрішній – б.

Різні види структурно-фазового стану комплекснолегованих сталей типу 38ХН3МФА та умов різання впливають на шорсткість поверхні (рис. 4).


Рис. 4. Вплив швидкості різання на параметри шорсткості поверхні досліджених варіантів сталі 38ХН3МФА: 1 – вихідний стан (мікроструктура: ферит + перліт) (сухе різання); 2 – вихідний стан (різання з ЗОРс); 3 – після термічної обробки (мікроструктура: сорбіт); 4 – експериментально деградований матеріал в газоподібному водні (мікроструктура: сорбіт); 5 – після тривалої експлуатації у воденьвмісному середовищі зразок з електростанції (мікроструктура: сорбіт). Криві 1, 3, 5 – сухе різання.
Встановлено, що водень, який входить до складу ЗОР знаходиться у підвищеній концентрації в продуктах різання [7], може впливати та інтенсифікувати процеси руйнування сплавів під час механічної обробки.
Періодично в рамках планових ремонтів виникає необхідність у ремонті «деградованих» поверхонь. Через зміну мікроструктури змінюється форма стружки. Деградація виникає «вибірково» не на всій деталі, відтак з’являється можливість за зовнішнім виглядом стружки їх відстежувати. Для аналізу зміни морфології стружки можна застосовувати методи комп’ютерного зору [8].



1. Balyts’kyi, O.І., Kolesnikov, V.O., Eliasz, Y., Havrylyuk, M.R. Specific  Features of the Fracture of Hydrogenated High-Nitrogen Manganese Steels Under Conditions of Rolling Friction. Materials Science. 2015. Vol. 50, № 4, P. 604-611. DOI: 10.1007/s11003-015-9760-9. 2. Balitskii A., Hawrilyuk M., Eliasz J., Balitska W., Kolesnikow W. Oddziaływanie wodoru na kształtowanie i odprowadzenie wiórów w obróbce skrawaniem stali wysokostopowych z użyciem ekologicznych cieczy smarująco-chłodzących // X Szkola Obrobki Skrawaniem, Rzeszow-Lancut, 2016. – S. 447-452. 3. Balyts’kyi, О.І., Kolesnikov, V.О., Havrylyuk, М.R. Influence of Lubricating Liquid on the Formation of the Products of Cutting of 38KhN3MFA Steel. Materials Science. Vol. 54, № 5, 15 March 2019, P. 722-727. DOI: 10.1007/s11003-019-00238-7. 4. Балицький О.І., Колесніков В.О., Гаврилюк М.Р. Вплив модифікування сталі 38ХН3МФА на структурно-фазовий стан та продукти різання за зміни технологічних умов. Фізико - хімічна механіка матеріалів. 2019. т. 55, № 6. С. 125-130. 5. Глебов И.Т., Кузнецов А.И., Щепочкин С.В. Основоположники науки о резании. Електроний ресурс. Режим доступу: URL: http://symposium.forest.ru/article/2007/6_education/glebov_05.htm. 6. Кожевников Д.В., Кирсанов С.В. Резание материалов. М.: Машиностроение, 2012. – 304 С. 7. Балицький О.І., Гаврилюк М.Р., Дев’яткін Р.М., Колесніков В.О., Федусів І.Р.  Концентрат змащувально-охолоджуючої рідини для механічної обробки металів. Патент на корисну модель № 106988  України, МПК (2016.01) C10M 173/00, C10M 133/06 (2006.01), C10M 129/56 (2006.01). Заявка №  u 2015 12667; Заявлено 21.12.2015. Опубліковано 10.05.2016. Бюл.№9.- 4 с. 8. Balitskii Alexander, Valerii Kolesnikov Hydrogen effects on the formation of nickel based superalloys cutting and wear products // 22nd European Conference on Fracture - ECF22 August 26th to 31st, 2018. Belgrade, Serbia. 7. Olexiy Balitskii, Valerii Kolesnikov Identification of Wear Products in the Automotive Tribotechnical System Using Computer Vision Methods, Artificial Intelligence and Big Data // 2019 XIth International Scientific and Practical Conference on Electronics and Information Technologies (ELIT) September 16-18, 2019, Lviv, Ukraine. P. 24 – 27.

Дякуємо за участь!

дякуємо за участь !

Під час експлуатації обладнання в умовах тертя відбувається руйнування матеріалу (зношування) внаслідок чого відокремлюються частинки матеріалу – продукти зношування.
Продукти зношування можуть виступати ефективними – інформаційними показниками, за якими можна стежити за «еволюцією» пошкодження та зміни експлуатаційних властивостей, що впливає на надійність та довговічність, як вузла тертя так і механізму в цілому.
Раніше нами були проведені дослідження в цьому напрямку [1 -3]. Комплексні дослідження дозволили встановити, що крім навантаження, швидкості та інших параметрів, суттєвий вплив на процеси руйнування має не тільки структурно-фазовий склад сплавів, але й середовища в яких експлуатується трибоз’єднання, наприклад, водневмісні, з яких відбувається дифузія, наприклад, водню, що може бути ініціатором зародження та поширення тріщин у поверхневих та особливо у підповерхневих шарах матеріалу [5 - 7].
Метою роботи було продовжити розроблення концепції врахування морфології продуктів зношування як інформаційних чинників щодо корегування технологічного стану вузлів та обладнання під час експлуатації з врахуванням узагальнення комплексних факторів та параметрів, а також нових даних в цій області досліджень.
Робота проводиться в рамках теми: “Дослідження та аналіз продуктів зношування як індикаторів руйнування сплавів на різних етапах життєвого циклу виробів” (№ державної реєстрації 0119U102243 (2019 – 2024), що подана ДЗ «Луганський національний університет імені Тараса Шевченка», м. Старобільськ, Україна.
Досліджували продукти зношування холоднодеформованих високоазотних марганцевих сталей типу 12Х18АГ18Ш (12Kh18АG18Sh), Р900, DDT 68 та ін. Зносотривкість визначали на машинах тертя СМЦ 2 та СМТ-1 (2070). Швидкість ковзання нижнього ролика 1480 об/хв, а верхнього 1240 об/хв (проковзування 15%). Нижній ролик виготовлявся зі сталі 45 або 1,0503 німецького виробництва з твердістю 60 HRС (аналога сталі 45), а верхні з високоазотних сталей В їх мікроструктурі зафіксовано аустенітну металеву матрицю мікротвердістю 4,2…5,0 ГПa. Лінійна швидкість верхнього ролика 2,27 м/с, а нижнього 3,08 м/с. В умовах тертя без змащування навантаження становило 200…700 Н.
Сталі виготовляли з електродів, виплавлених у дуговій печі, які для поліпшення чистоти переплавляли в установці електрошлакового переплаву під тиском. Після обточування заготовок зразки піддавали дифузійному відпалу, а далі – холодному зміцненню. Потім відпалювали для зняття напружень та виконували чистову обробку. Холодна пластична деформація для цих зразків може досягати аж до 60%.
Продукти зношування вивчали на мікроскопі Neophot-2 з обробкою зображень цифрового фотоапарата Canon EOS 30D на ПК (розміщеному у Республіці Польща), поверхні тертя – на електронному мікроскопі EVO-40XVP зі системою мікроаналізу INCA Energy 350. Продукти зношування високоазотних аустенітних сталей та феритно-перлітних сталей розділяли за допомогою постійного магнету.
Кількісно оцінювали фазовий склад мікроструктури сплавів, а також розміри продуктів зношування та пошкоджень на поверхнях різання за допомогою комп’ютерної обробки зображень мікроструктури (програмний комплекс TOUP VIEW 3.7.)
Серед напрацювань можна виділити удосконалення досліджень частинок зношування. Наприклад, на частинці можна спостерігати 2-і зони (І – зона зі східчастим мікрорельефом) та зона ІІ з плоскою поверхнею. Для зони І характерно крихкий характер руйнування, що значно підвищує енергоємність під час руйнування у порівнянні з зоною ІІ. На інших частинках [3] спостерігали присутність тріщин, ямок та інших пошкоджень, що може давати непряму інформацію про процеси руйнування.
Подальші дослідження були зосереджені на розвитку методів комп’ютерного зору [8 - 10]. Так виходячи з аналізу морфології частинки зношування на рис. 1, з’являється можливість вчасно отримувати інформацію, щодо кількісного характеру руйнування в зоні трибоз’єднання (відсоток площі крихкого руйнування). Відстежування морфології та характеру руйнування продуктів зношування деталей трибо з’єднань в он-лайн режимі (враховуючі подальший розвиток технологій та інтернет мереж 5G та 6G) є перспективним напрямком, спрямованим на підтримку безпеки експлуатації коштовного обладнання, наприклад, в енергомашинобудуванні.
Отримані результати важливі для удосконалення та розвитку методик діагностування експлуатаційної роботоздатності трибоз’єднань в он-лайн режимах.



1. O.A. Balitskii, V.O. Kolesnikov, A.I. Balitskii. Wear resistance of hydrogenated high nitrogen steel at dry and solid state lubricants assistant friction // August 2019 Archives of Materials Science and Engineering 2(98):57-67. DOI: 10.5604/01.3001.0013.4607 URL: https://archivesmse.org/resources/html/article/details?id=193096. 2. Balyts'kyi, O.I., Kolesnikov, V.O., Kawiak, P. Triboengineering properties of austenitic manganese steels and cast irons under the conditions of sliding friction. Materials Science. Volume 41, Issue 5, September 2005, Pages 624-630. URL: https://doi.org/10.1007/s11003-006-0023-7. 3. Balyts'kyi, O.I., Kolesnikov, V.O. Investigation of wear products of high-nitrogen manganese steels. Materials Science. Volume 45, Issue 4, July 2009, Pages 576-581. DOI: 10.1007/s11003-010-9216-1. URL: https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-77952472205&origin=resultslist&sort=plf-f&src=s&sid=4f73bdf9754dfdac7256947d377c3271&sot=autdocs&sdt=autdocs&sl=17&s=AU-ID%288918120300%29&relpos=4&citeCnt=2&searchTerm=
4. Odpornośc na zużycie ścierne i niszczenie wodorowe austenitycznych stopów Fe–Mn–Cr / A. Balitskii, J. Chmiel, P. Kawiak ta in. // Problemy eksploatacji. – 2007. – 4 (67). – S. 7–16. 5. Balitskii A., Chmiel J., Kawiak P., Ripey I., Kolesnikov W. Odpornośc na zużycie ścierne i niszczenie wodorowe austenitycznych stopów Fe-Mn-Cr // Problemy eksploatacji.-4 (67)/2007.-s.7-16. URL: http://www.itee.radom.pl. 6. Balitskii A., Kolesnikov V., Chmiel J. The influence of microstructure and hydrogen – containing environments on the intensity of cast iron and steel damage by sliding friction. Part 1. Construction of a generalized model of surface layer friction of graphitized steel and cast-iron objects // Problemy eksploatacji.-4 (67)/2007.-s.17-29. URL: http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-article-BAR0-0033-0023. 7. Balitskii A., Kolesnikov V., Chmiel J. The influence of microstructure and hydrogen – containing environments on the intensity of cast iron and steel damage by sliding friction. Part 2. The generalized scheme of the steels and grey-iron behaviour during sliding friction // Problemy eksploatacji.- 3 (70)/2008.-s.91-102. URL: http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-article-BAR0-0038-0070?q=d66d0751-9b63-4779-9c28-965444762b2c$1&qt=IN_PAGE. 8. Колесников В.А. Концепция компьютерной обработки изображений частичек износа // Тези доповідей Міжнародна науково-практична конференціїя "Комп’ютерні науки для інформаційного суспільства", 22-23 грудня 2010 року, м. Луганськ. С. – 112 -114. 9. Патент 108524 Україна, МПК G01N3/56, G 01N15/10. Спосіб визначення форми поверхні частинок після сухого та водневого зношування системою комп’ютерного зору / Балицький О.О., Колесніков В.О., Гаврилюк М.Р., Погорелов О.О., Колеснікова Е.Б.; Власник Фізико-механічний інститут. - № u 2015 12575; заявл. 21.12.2015; опубл. 25.07.2016, Бюл. № 14. – 11 c. 9. 10. Olexiy Balitskii, Valerii Kolesnikov Identification of Wear Products in the Automotive Tribotechnical System Using Computer Vision Methods, Artificial Intelligence and Big Data // 2019 XIth International Scientific and Practical Conference on Electronics and Information Technologies (ELIT) September 16 – 18, 2019, Lviv, Ukraine. P. 24 – 27.

В енергетичному обладнані використовується широкий спектр сталей та сплавів. Наприклад, для виготовлення поковок валів роторів використовують сталі: 34ХМА, 34ХН1А, 25Х1М1ФА, 20Х3МВФА, 34ХН1МА, 38ХН3МФА, 34ХН3МФА, 27ХН3МФА, 36ХН3МФА, 25Х2Н4МФА та ін. [1, 2]. Вали роторів турбін для циліндрів високого, середнього та низького тиску виробляються зі сталей 25Х1М1ФА, 30ХН3М1ФА, 26ХН3М2ФА, 23CrMoNiWV88 та інших. (маса ковальського злитка - до 15 т, діаметр готового виробу — до 2000 мм) [3]. Для генераторів потужністю понад 30 МВт бандажні кільця виготовляють із немагнітної високоміцної хромонікельмарганцевої високоазотної сталі [2, 4, 5]. Лопатки турбін виготовляють з нержавіючої або нікелевої сталі. Для виготовлення робочих та направляючих лопаток турбін, що працюють за умов помірних температур (до 450 – 500 °С), дросельних шайб, регулюючих клапанів, бандажних стрічок переважно використовують хромисті корозійнотривкі сталі ферито-мартенситного класу марок 20Х13 та 10Х13 [6]. Певного застосування отримали титанові сплави (ВТ5, ВТ20, ТС5, ВТ3-1) [7]. В теперішній час широке застосування для виготовлення лопаток турбін отримали Ni-Co сплави, що мають маркування ЕП 741, ЕП 742 [8].
Деталі енергетичного обладнання під час виготовлення та ремонтів зазвичай зазнають механічної обробки (точіння, свердління, шліфування тощо), це також стосується і високоміцних сплавів [9]. Під час їх обробки застосовують різні технологічні рідини, що можуть впливати на їх властивості. Також під час експлуатації з матеріалом деталі можуть відбуватись певні зміни, наприклад, деградація матеріалу, що може спостерігатись у зміні властивостей, зміні твердості, та зміні структурно-фазового складу. Одними з найінформативніших джерел, які дозволяють аналізувати та корегувати технологічний процес можуть виступати продукти різання, а під час експлуатації трибоз’єднань – продукти зношування, також сюди можна включити й продукти корозії.
Метою роботи було узагальнити данні щодо застосування напрацювань пов’язаних з використанням даних щодо продуктів різання та зношування, в контексті практичного застосування, разом з їх відбором (скринінговий аналіз) під час виготовлення, ремонту та експлуатації деталей для енергетичного обладнання.
Попередні дослідження дозволили встановити, що технологічній документації для роторів турбоагрегатів, що протягом тривалої (понад 180 тис. год.) експлуатації можуть виділятись засолення, відкладення продукти корозії, зношування, та ін., які необхідно відбирати з метою проведення скринінгових аналізів [10].
Власні дослідження дозволили встановити [11], що інтенсивність зношування наводнених зразків високоазотних холоднодеформованих марганцевих сталей вп’ятеро вища, ніж ненаводнених. Розміри продуктів зношування без наводнювання становлять 25…40 μm при P = 400 N та 40…100 μm, якщо P = 500 N. У наводнених зразків – більше 350 μm за навантаження 250 N і 600…1000 μm при P = 400 N. Морфологія продуктів зношування демонструє відмінний мікрорельєф, який свідчить про різні механізми руйнування під час формування частинки за умов тертя. На продуктах зношування виявлені ямки, з яких, ймовірно, викришились частинки, що містять інтерметаліди σ-типу, карбіди, нітриди, що спричиняють зародження тріщин як і за тертя ковзання, так і тертя кочення.
На рис. 1 наведені фотографії продуктів зношування, що відокремились в умовах тертя. Частинка, яка викришилась із наводненого зразка, має більші розміри і відмінний від частинок, які викришились під час тертя без змащування, зовнішній вигляд (див. рис. 1б). Стрілкою 1 вказано тераси, проте такий мікрорельєф зустрічається рідко.



Рисунок. 1. Частинки зношування (I–V), що викришились в умовах тертя без змащування під час схоплювання (а: 500; Р = 500 N; V = 2,25 m/s), та частинка зношування після наводнювання (b: 500; Р = 250 N; V = 2,25 m/s).
Стрілка 2 вказує на переважальну зону зі слідами виривів та схоплювання, яка порівняно з іншими займає велику площу, і ймовірно, саме від неї відділився великий об’єм матеріалу. На багатьох продуктах зношування спостерігали тріщини (рис. 1б, позиція 3).
Подальші дослідження були направлені на дослідження механічної обробки сплавів для енергетичної галузі [12]. В тому числі з застосуванням змащувальне охолоджувальних рідин (ЗОР) виготовлених на базі вітчизняної сировини.
На рис. 2 показана безпосередньо оброблювальна поверхня, її 3D реконструкція, яку можна реалізувати за допомогою різних пакетів комп’ютерних програм та застосування програмування (наприклад, скриптів написаних за допомогою мови високого рівня Python). Також на цьому рисунку наведений фрагмент окремої стружки, що зазнала корозійного впливу (в даному випадку води, яка застосовувалась замість ЗОР).



Рисунок 2. Поверхня різання феритно-перлітної сталі 45 (а); 3D побудована візуалізація поверхні різання (б); частинка різання, що має корозійні пошкодження (в).

Застосування методів комп’ютерного зору [13, 14] для ідентифікації поверхні різання (в тому числі під час ремонтів), продуктів різання та зношування є перспективним шляхом, що дозволяє отримувати інформацію для корегування технологічних процесів, робити висновки про працездатність та довговічність машин та механізмів задіяних в різних галузях.


1. Механіка руйнування і міцність матеріалів: Довідн. посібн. / Під заг. ред. В. В. Пана¬сюка. Т. 8: Міцність матеріалів і довговічність елементів конструкцій атомних елек¬тростанцій / О. І. Балицький, О. В. Махненко, О. О. Балицький, В. А. Грабовський,
Д. М. Завербний, Б. Т. Тімофєєв. – К.: ВД “Академперіодика”, 2005. – 544 с. 2. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. – М. Машиностроение. Турбинные установки. Том IV - 19. / В.А. Рассохин, Л.А. Хоменок, В.Б. Михайлов и др. Под общ. ред. В.С. Васильева. М.: Машиностроение. 2015. 1030 с. 3. Поковки для енергетики. Режим доступу: http://bonus-dnepr.com.ua/category/energo.htm. (дата звернення: 24.02.2020). 4. Energietechnik Essen GmbH Режим доступу: https://www.energietechnik-essen.de. 5. Сталь P 900 N - 1.3815. (дата звернення: 24.02.2020). Режим доступу: https://emk24.ru/wiki/vidy_stalei/stal_p_900_n_1_3815_3496203/. (дата звернення: 24.02.2020). 6. Дурягіна З. А. Оптимізація структурно-фазового стану поверхні нержавіючих сталей лазерним легуванням / З. А. Дурягіна // Вісник ДУ «Львівська політехніка» : Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль в машинобудуванні і приладобудуванні. – 2000. – № 394. – С. 116 – 120. 7. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие / А. Г. Илларионов, А. А. Попов. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 137 с. Режим доступу: http://elar.urfu.ru/bitstream/10995/28698/1/978-5-7996-1096-8_2014.pdf. (дата звернення: 24.02.2020). 8. Сплавы на основе никеля. Режим доступу: https://extxe.com/10664/splavy-na-osnove-nikelja-2. (дата звернення: 24.02.2020). 9. Кушнер В.С., Жавнеров А.Н., Крутько А.А. Повышение режущих свойств инструмента при обработке резанием никелевых и титановых жаропрочных сплавов // Анализ и синтез механических систем: Сб. науч. Трудов/Под ред. В.В. Евстифеева. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. – С. 202 – 207. 10. Техническое задание на выполение работ «Комплексная диагностика турбогенератора ТГ – 6 во время ремонта». Режим доступу: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiKvvfLv-rnAhUSjosKHVjRDTgQFjAAegQIAhAB&url=http%3A%2F%2Fzakupki.gov.ru%2F223%2Fpurchase%2Fpublic%2Fdownload%2Fdownload.html%3Fid%3D46604252&usg=AOvVaw1vMDozTBNse-72kjS6kzan (дата звернення: 24.02.2020). 11. Balyts'kyi, O.I., Kolesnikov, V.O. Investigation of wear products of high-nitrogen manganese steels. Materials Science. Volume 45, Issue 4, July 2009, Pages 576-581. DOI: 10.1007/s11003-010-9216-1. 12. Balyts’kyi, О.І., Kolesnikov, V.О., Havrylyuk, М.R. Influence of Lubricating Liquid on the Formation of the Products of Cutting of 38KhN3MFA Steel. Materials Science. Volume 54, Issue 5, 15 March 2019, Pages 722-727. DOI: 10.1007/s11003-019-00238-7. 13. Пат. 108524 Україна, МПК G01N3/56, G 01N15/10. Спосіб визначення форми поверхні частинок після сухого та водневого зношування системою комп’ютерного зору / Балицький О.О., Колесніков В.О., Гаврилюк М.Р., Погорелов О.О., Колеснікова Е.Б.; № u 2015 12575; заявл. 21.12.2015; опубл. 25.07.2016, Бюл. № 14. – 11 c. 14. Olexiy Balitskii, Valerii Kolesnikov. Identification of Wear Products in the Automotive Tribotechnical System Using Computer Vision Methods, Artificial Intelligence and Big Data // 2019 XIth International Scientific and Practical Conference on Electronics and Information Technologies (ELIT) September 16 – 18, 2019, Lviv, Ukraine. P. 24 – 27.

Технічний прогрес передбачає вирішення завдань підвищення якості, надійності, економічності і продуктивності машин, устаткування і інших виробів машинобудування і, у тому числі, їх зубчастих приводів.
Працездатність тягових зубчастих передач можна оцінювати групою геометро-кінематичних критеріїв і групою комплексних критеріїв. До першої групи відносяться: швидкість ковзання в зачепленні, сумарна швидкість руху точок контакту зубців, питомі ковзання, приведена кривизна, коефіцієнт перекриття, умова підрізування і загострення зубців [1, 2].
Для тягових передач з евольвентним зачепленням вказані критерії глибоко досліджені в багаточисельних наукових роботах (див., наприклад [3, 4]). Проте отримані в цих роботах результати, використовувати при оцінці якості передач зачепленням з геометрією зубців, нарізаних інструментом, що має вихідний контур, обкреслений довільною кривою, не представляється можливим. Для заповнення даного пропуску розглянемо, як приклад, циліндрові зубчасті передачі з узагальненою геометрією зубців і отримаємо для них значення вказаних вище критеріїв.
Метою статті є визначення функціонального взаємозв'язку між параметрами вихідного контуру й геометро-кінематичними критеріями працездатності аркових передач, що мають вихідний контур, обкреслений довільною кривою.
Представимо рівняння поверхні зубців інструментальної рейки (виробляючої поверхні) для нарізування коліс в пов'язаній з нею системі координат у вигляді [2] (вісь  OZ_n – паралельна осям коліс, OY_n – лежить в початковій площині рейки):
x_n=f_1 (λ);
y_n=y_0 (μ)+f_2 (λ)  cos⁡β;
z_n=z_0 (μ)-f_2 (λ)  sin⁡β,        (1)
де, f_1 (λ),   f_2 (λ) – довільні, необхідне число разів функції, що диференціюються, визначають геометрію вихідного контура інструментальної рейки в нормальному перетині; y_0 (μ),z_0 (μ) – функції, що описують подовжню форму зубців інструментальної рейки; λ,μ – незалежні параметри (надалі ці параметри в позначеннях відповідних функцій і їх похідних будуть опущені); β – кут нахилу зубців рейки.
Використовуючи рівняння (1) і результати робіт [2, 5, 6] для зовнішнього зачеплення отримуємо:
значення швидкості ковзання:
V_ск=ω_1 f_1 ((U+1)/U) √(((f_1^')/(f_2^' ))^2  〖cos〗^2⁡β+1); (2)
значення швидкості точок контакту поверхні зубців шестерні в напрямі, перпендикулярному миттєвій лінії контакту:
V_1=n/τ {R_1+f_1/(f_2^' ) [Ω_2^'  〖cos〗^2⁡β+f_2^' (1-Ω_1 K_n )  〖sin〗^2⁡β ]  } ω_1; (3)
значення швидкості точок контакту поверхні зубців колеса (веденого колеса) в напрямі, перпендикулярному миттєвій лінії контакту:
V_2=n/τ {R_2-f_1/(f_2^' ) [Ω_2^'  〖cos〗^2⁡β+f_2^' (1-Ω_1 K_n )  〖sin〗^2⁡β ]} ω_2; (4)
значення сумарної швидкості точок контакту:
V_∑=n/τ {2R_1+f_1/(f_2^' ) [Ω_2^'  〖cos〗^2⁡β+f_2^' (1-Ω_1 K_n )  〖sin〗^2⁡β ](1-1/U)} ω_1;    (5)
значення питомих ковзань:
η_i=±(U+1)/U{(R_i f_2^')/(f_1 [Ω_2^'  〖cos〗^2⁡β+f_2^' (1-Ω_1 K_n )  〖sin〗^2⁡β ] )±1} ; (6)
значення приведеної кривизни робочих поверхонь:
χ=((R_1+R_2 ) f_2^' τ^2)/(τ_1 τ_2 n^3 ); (7)
У рівності (2) – (7) введені позначення:
U – передаткове число передачі; ω_1,ω_2 – кутові швидкості коліс, що зачіпляються; R_2 – радіус ділильного циліндра колеса (веденого колеса);
Ω_2^' – похідна функції Ω_2 по λ; K_n=K/(1-f_2 K); K=(y ̈_0 z ̇_0-z ̈_0 y ̇_0 ) (y ̇_0^2+z ̇_0^2 )^(-3/2) – кривизна кривої, що описує подовжню форму зубців рейкового інструменту; y ̈_0,z ̈_0 – другі похідні функцій  y_0,z_0 по μ; верхній знак і  i=1  – для зубців шестерні, нижній знак і i=2  – для зубців колеса.
Крім того:
τ=[n^2 (1-Ω_1 K_n )^2  〖sin〗^2⁡β+(Ω_2^' )^2  〖cos〗^2⁡β ]^0,5,
τ_i={R_i±f_1/(f_2^' ) [Ω_2^'  〖cos〗^2⁡β+f_2^' (1-Ω_1 K_n )  〖sin〗^2⁡β ]}   (
При визначенні деяких комплексних показників необхідно мати значення проекції швидкості ковзання на нормаль до миттєвої контактної лінії зубців. Це значення рівне:
V=V_ск  sin⁡ν,   (9)
де ν – кут між вектором швидкості ковзання і контактною лінією, визначеною з рівності:
tgν=n[Ω_2^'  〖cos〗^2⁡β+f_2^' (1-Ω_1 K_n )  〖sin〗^2⁡β ]/[f_2^' Ω_2-n^2 (1-Ω_1 K_n )  〖sin〗^2⁡β  〖cos〗^2⁡β ] , (10)
Коефіцієнти перекриття зубчастих передач з узагальненою геометрією зубців рівні [6]:
коефіцієнт торцевого перекриття:

ε_λ=([y_0 (μ_2 )-y_0 (μ_1 )+Ω_2 (λ_1 )  cos⁡β (μ_1 )-Ω_2 (λ_2 )  cos⁡β (μ_2 )] z_1^*)/(2πR_1 ); (11)
коефіцієнт осьового перекриття:

ε_β=({y_0 (μ_20 )-y_0 (μ_10 )+Ω_2 (λ_0 )[cos⁡β (μ_20 )-cos⁡β (μ_10 )]} z_1^*)/(2πR_1 ); (12)
де  λ_0 – фіксоване значення λ; λ_1,λ_2 – значення λ , відповідні вершинам зубців шестерні і колеса, відповідно; μ_1,μ_2 – значення параметрів  μ при  λ_1 і λ_2, відповідно; μ_10,μ_20 – значення параметра μ, відповідні торцям зубців шестерні; y_0 (μ_1 ), y_0 (μ_2 ),  y_0 (μ_10 ), y_0 (μ_20 ) – значення функції y_0 при відповідних параметрах μ; Ω_2 (λ_1 ), Ω_2 (λ_2 ), Ω_2 (λ_0 ) – значення функції Ω_2 при відповідних значеннях параметраλ;cos⁡β (μ_1 ), cos⁡β (μ_2 ), cos⁡β (μ_10 ), cos⁡β (μ_20 ) – значення косинусу при відповідних значення μ;
z_1^* – число зубців шестерні.
Умови підрізування зубців виглядають таким чином:
f_1 Ω_2^'  〖cos〗^2⁡β+(1-Ω_1 K_n ) f_1 f_2^'  〖sin〗^2⁡β±f_2^' R_i=0, (13)
де i=1  і знак плюс для зубців шестерні; i=2 і знак мінус для зубців колеса.
Визначено основні геометро-кінематичні і критерії працездатності циліндричних передач з арковими зубцями, що мають вихідний контур, обкреслений довільною кривою.
Результати роботи можуть бути використані при аналізі критеріїв працездатності аркових передач, які  мають вихідний контур, обкреслений довільною кривою й визначенні геометричних параметрів зубців зачеплених коліс.

1. Коростелев Л. В. Кинематические показатели несущей способности пространственных зацеплений. // Известия вузов. Машиностроение – М., 1964. №10 – с.10-15. 2. Шишов В. П. Теория, математическое обеспечение и реализация синтеза высоконагруженных передач зацеплением для промышленного транспорта. Дис. докт. техн. наук, Луганск, 1994. - 525 с. 3. Кудрявцев В. Н., Державин Ю.А., Глухарев Е.Г. Конструкции и расчет зубчатых редукторов. - Л.: Машиностроение, 1971. – 328с. 4. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. – М.: Наука, 1968. – 584с. 5. Шишов В. П., Ткач П.Н., Ревякина О. А., Муховатый А.А. Синтез передач зацеплением с высокой нагрузочной способностью // Вісник Національного Технічного університету “ХПІ”. Тематичний випуск “Технології в машинобудуванні”. Харків: НТУ “ХПІ”. – 2002. - №10. – С. 57-70. 6. Шишов В. П., Носко П. Л., Ревякина О. А. Цилиндрические передачи с арочными зубьями: Монография. – Луганськ, вид-во СНУ ім. В. Даля, 2004. – 336 с.

У наш час існує неймовірно велика кількість марок і моделей машин з різним зовнішнім виглядом, типами кузова, призначенням і т. п. А ось загальна будова легкового автомобіля у всіх приблизно однакова. Автомобіль - це складний механізм, який складається з великої кількості окремих деталей, що об’єднані в зборні одиниці, вузли та агрегати, а сам автомобіль в сукупності є технічною системою.
Система проявляється як цілісний матеріальний об'єкт, що представляє собою закономірно обумовлену сукупність функціонально взаємодіючих елементів. Основні властивості системи проявляються через цілісність, взаємодію і взаємозалежність процесів перетворення речовини, енергії та інформації, через її функціональність, структуру, зв'язки, зовнішнє середовище та ін. [2, 3].
У найбільш вузькому, інженерному сенсі система розуміється як взаємопов'язаний набір речей (об'єктів) та способів їх використання для вирішення певних завдань та вводиться поняття «технічна система».
Технічна система - штучно створена система, призначена для задоволення визначеної потреби, існуюча 1) як виріб виробництва, 2) як пристрій, потенційно готовий зробити корисний ефект, 3) як процес взаємодії з компонентами навколишнього середовища, в результаті якого утворюється корисний ефект [1, 4].
Технічна система - це цілісна сукупність кінцевого числа взаємопов'язаних матеріальних об'єктів, що має послідовно взаємодіючі сенсорну і виконавчу функціональні частини, модель їх зумовленого поведінки в просторі рівноважних стійких станів і здатність, при знаходженні хоча б в одному з них (цільовому стані), самостійно виконувати в штатних умовах передбачені її конструкцією споживчі функції [2, 5].
Закони розвитку систем, у тому числі і технічних, можуть бути розділені на три групи, умовно названі «статикою», «кінематикою» і «динамікою» [6].
До «кінематики» відносяться закони, що визначають розвиток транспортних засобів, незалежно від конкретних технічних і фізичних факторів, що визначають цей розвиток. Одним з таких законів є закон зростання ступеня ідеальності системи, який стверджує, що розвиток всіх систем йде в напрямку збільшення ступеня ідеальності.
Як відомо, ідеальна технічна система - це така система, вага, обсяг і площа якої прагнуть до нуля, хоча здатність системи виконувати роботу при цьому не зменшується. Тобто ідеальна технічна система - це коли технічної системи немає, а функція її зберігається і виконується.
Незважаючи на очевидність поняття «ідеальна технічна система» існує певний парадокс: реальні технічні системи стають все більш великорозмірними і важкими. Історія розвитку технічних параметрів автомобіля показує, що збільшуються потужність двигуна, розміри і вага автомобілів. Парадокс цей пояснюється тим, що вивільнені при вдосконаленні технічної системи резерви спрямовуються на збільшення її розмірів і - головне - підвищення робочих параметрів.
Аналізуючи закони розвитку технічних систем та наявні у відкритому доступі технічні дані легкових автомобілів, була поставлена задача визначити наскільки сучасний легковий автомобіль наблизився до поняття «ідеальна технічна система». При цьому, висунута гіпотеза, що у «ідеальної технічної системи» між окремими параметрами повинен існувати функціональний зв'язок.
Таку інформацію, про взаємозв'язок параметрів системи можливо отримати використовуючи метод кореляційного аналізу, що дозволяє виявити залежність між декількома випадковими величинами.
Нами були визначені технічні параметри (табл.1) чисельні значення яких можливо визначити на сайтах торгівельних компаній [7]:
Таблиця 1.
Перелік технічних параметрів легкових автомобілів та іх позначення
Найменування параметра Позначення
Об’єм двигуна, см3 Х1
Потужність двигуна, кВт Х2
Частота обертів двигуна максимальна, об/хв Х3
Крутний момент, Нм Х4
Частота обертів двигуна при номінальному навантаженні, об/хв Х5
Витрати палива витрати палива на 100 км в місті, л Х6
Витрати палива витрати палива на 100 км поза містом, л Х7
Знаряджена маса автомобіля, кг Х8
Повна маса автомобіля, кг Х9

Розрахунок коефіцієнтів парної кореляції здійснювався за допомогою функції «КОРРЕЛ» Microsoft Excel. Результати розрахунку коефіцієнтів наведені в таблиці 2.
Таблиця 2
Результати розрахунку коефіцієнтів парної кореляції
Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8 Х9
Х1 1,0
Х2 0,906 1,0
Х3 0,322 0,310 1,0
Х4 0,727 0,811 -0,216 1,0
Х5 0,279 0,086 0,686 -0,222 1,0
Х6 0,609 0,566 0,663 0,124 0,401 1,0
Х7 0,659 0,551 0,588 0,753 0,324 0,922 1,0
Х8 0,613 0,576 -0,111 0,753 0,023 0,038 0,192 1,0
Х9 0,559 0,448 -0,178 0,655 0,005 0,090 0,287 0,933 1,0

Значимими коефіцієнтами парної кореляції будемо вважати такі чисельне значення яких більше за 0,6. Для більшої наочності та проведення подальшого аналізу, із таблиці 2 видаляємо не значимі коефіцієнти і формуємо таблицю 3.

Таблиця 3
Значимі коефіцієнти парної кореляції
Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8 Х9
Х1 1,0
Х2 0,906 1,0
Х3 1,0
Х4 0,727 0,811 1,0
Х5 0,686 1,0
Х6 0,609 0,663 1,0
Х7 0,659 0,753 0,922 1,0
Х8 0,613 0,753 1,0
Х9 0,655 0,933 1,0

Аналіз таблиці 3 показує, що функціональних зв’язків (коефіцієнт парної кореляції між параметрами дорівнює 1,0, або дуже близький до цього значення) не існує.
Найбільш тісний зв'язок між показниками: знаряджена та повна маса – r = 0,933; витрати палива на 100 км в місті та поза містом – r = 0,926; об’єм та потужність двигуна – r = 0,906.
Між іншими парами параметрів коефіцієнт парної кореляції коливається в межах від r = 0,609 до r = 0,811.
Таким чином, за результатами кореляційного аналізу можливо зробити висновок, що сучасний легковий автомобіль не наблизився до поняття «ідеальна технічна система».


1. Філософський енциклопедичний словник. / Інститут філософії ім. Г.С. Сковороди НАНУ К.: Абрис, 2002. 751 с. 2. Карташев В. А. Система систем. Очерки общей теории и методологии М.: Прогресс-Академия, 1995. 416 с. 3. Хубка В. Теория технических систем. М.: Мир, 1987. 202 с. 4. Кирилов Н.П. Признаки класса и определение понятия «технические системы» / Авиакосмическое приборостроение, №8, 2009. с. 32-38. 5. Голубенко А. Л., Петров А. С., Кашура А. Л. Теория технических систем: учеб. пособие для вузов. К.: Арістей, 2004. – 239 с. 6. Альтшуллер Г. Найти идею: Введение в ТРИЗ — теорию решения изобретательских задач - 4-е изд. М.: Альпина Паблишерз. 2011. — 400 с. 7. Технические характеристики автомобилей. Режим доступу: http://www.autonet.ru/auto/ttx/volvo/s80/300856

[quote="Admin"]



Дякую Вам, дуже цікавий матеріал, я рад що є ще люди які займаються цією темою

З початком конференції, доброго дня

З початком конференції, доброго дня

З початком конференції, доброго дня

З початком конференції, доброго дня

[quote="Admin"]



Дуже шкода, що ця платформа не дає змогу оцінити всю красу вашої роботи

Шкода, що платформа ек підтримує рисунків. Дуже цікаво

Особливо сподобалась тема про штучний інтелект .

Дуже цікава робота!

Дуже цікава робота!

КОНЦЕПЦІЯ ПРОВЕДЕННЯ КОМПЛЕКСНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ СТАЛЕЙ ДЛЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ГАЛУЗІ З ВИКОРИСТАННЯМ СКРИНІНГОВИХ АНАЛІЗІВ

Не фахівець з даної галузі, проте дякую автору, що займається важливою для машинобудівної галузі справою!

Дуже цікавий та пізнавальний матеріал, на сьогоднішній день є актуально, адже дослідницький елемент був і завжди залишиться важливим у пелагогічній діяльності.

Дуже цікавий та пізнавальний матеріал, на сьогоднішній день є актуально.

Матеріали доповідей цікаві, мають науковий і практичний інтерес

Сталь 38ХН3МФА, використовується в різних галузях, але одне з призначень це виготовлення  роторів турбогенераторів. Матеріалів роторів турбогенераторів під час експлуатації, якщо експлуатуються в умовах впливу воденьвмісних середовищ можуть зазнавати їх вплив.
В роботі були продовжені дослідження впливу середовищ на фізико-механічні властивості сталі 38ХН3МФА [1 - 3]. Важкооброблювані роторні сталі є структурно чутливими, а підвищений вміст водню може спричинити їх руйнування в період експлуатації на електростанціях [4].
Метою роботи було встановити вплив наводнювання на матеріал сталі 38ХН3МФА в умовах циклічного навантаження.
Наводнювання газоподібним воднем відбувалось на спеціалізованому обладнанні в Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України [5]. Дослідження на циклічну тріщиностійкість та довговічність проводили на експериментальному обладнанні [6] за умов чистого згину зразків із частотою 1 Гц за синусоїдальної форми циклу навантаження (R  0,.  За циклічного навантаження визначено параметри рівняння Періса (c та n), що описують лінійну ділянку кінетичної діаграми (стабільного підростання тріщини втоми) за різних режимів наводнювання та вмісту залишкового водню.  Зазначені залежності використано для консервативної оцінки середніх значень параметрів тріщиностійкості.
Досліджено циклічну тріщиностійкість зразків модифікованих сталей типу 38ХН3МФА за різного додаткового легування та термічної обробки (рис. 1).



Рис. 1. Кінетичні діаграми втомного руйнування сталі 38ХН3МФА (після термічної обробки: гартування 850 0С в оливі, відпуск 630 0С протягом 5,5 h:   σ0,2 = 805 МРа, σв = 950 МРа, δ = 19 %, ψ = 54, КСV = 955 kJ/m2, KCT = 878 kJ/m2,  КIС = 182  ; після наводнення (1 МРа ) σ0,2 = 643 МРа, σв = 760 МРа, δ = 15 %, ψ = 43, КСV = 763 kJ/m2, KCT = 701 kJ/m2,  КIС = 146  ; після наводнення (10 МРа ) σ0,2 = 564 МРа, σв = 667 МРа, δ = 12 %, ψ = 38, КСV = 664 kJ/m2, KCT = 614 kJ/m2,  КIС = 127  , вибробуванної на повітрі (   ), 3 % му водному розчинні NaCl  (   ), після наводнення ( ) в газоподібному водні при 1 МPа (5 h.) та  ( ) 10 МРа (5 h).

Результати експериментальних досліджень систематизовано, проаналізовано, оброблено методами математичної статистики та подано у вигляді таблиць, графіків чи діаграм. Статистичну обробку результатів виконували з використанням програм Origin 9.0 та Excel. При значній кількості змінних використано сучасні методи планування експериментальних досліджень.
Ресурс роботи роторних та бандажних сталей (109…1011 cycle) непорівнянний з навантаженням лабораторних зразків, тому для вищої оцінки ресурсу роботоздатності, можна проводити за умов електролітичного або газового водневого насичення. Аналіз кінетичних діаграм дозволив становити, що після наводнення зразків змінюються значення Кth та Кfc, а також механічні характеристики. При збільшенні тиску наводнення з 1,0 МPа до 10 МPа, спостерігали падіння основних механічних характеристик приблизно від 20 до 30 % відповідно.
Отримані результати важливі для удосконалення режимів термообробки для такого типу сталей, що забезпечать опір зародженню та розвитку тріщин в експлуатаційних умовах.
 

1. Balyts’kyi, О.І., Kolesnikov, V.О., Havrylyuk, М.R. Influence of Lubricating Liquid on the Formation of the Products of Cutting of 38KhN3MFA Steel. Materials Science. Volume 54, Issue 5, 15 March 2019, Pages 722-727.
DOI: 10.1007/s11003-019-00238-7. 2. Балицький О.І., Колесніков В.О., Гаврилюк М.Р. Вплив модифікування сталі 38ХН3МФА на структурно-фазовий стан та продукти різання за зміни технологічних умов. Фізико - хімічна механіка матеріалів. 2019. Т.55, № 6. С. 125 - 130. 3. Balitskii A., Hawrilyuk M., Eliasz J., Balitska W., Kolesnikow W. Oddziaływanie wodoru na kształtowanie i odprowadzenie wiórów w obróbce skrawaniem stali wysokostopowych z użyciem ekologicznych cieczy smarująco-chłodzących // Obrobka skrawaniem – 10. – Obrobka skrawaniem podstawa rozwoju metrologii / Pod redakcja Jana Burka // X Szkola Obrobki Skrawaniem, Rzeszow-Lancut, 2016. – S. 447-452. 4. Механіка руйнування і міцність матеріалів: Довідн. Посібн / Під заг. Ред. В.В. Панасюка. Т.8: Міцність матеріалів і довговічність елементів конструкцій атомних електростанцій / О.І. Балицький, О.В. Махненко, О.О. Балицький, В.А. Грабовський, Д.М. Завербний, Б.Т. Тімофєєв. Під ред. О.І. Балицького. – Київ: ВД “Академперіодика“. 2005. – 544 с. 5. Ткачов В. І., Іваськевич Л. М., Витвицький В. І. Методичні аспекти визначення водневої тривкості сталей // Фізико-хімічна механіка матеріалів.  Т. 38, № 4, 2002, С.17-24. 6. Р 54-292-90. Рекомендации. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости при циклическом нагружении в жидких коррозионных средах / В.В. Панасюк, О.Н. Романив, Г.Н. Никифорчин, И.Н. Дмытрах [и др.] – М.: ВНИИНМАШ, 1990. – 38 с.

Зараз в більшості розвинутих країн відбувається перехід до нових видів екологічного палива, до яких відносять і водень. Поступово формується так зване «водневе суспільство». В роботі, продовжені напрацювання, що пов’язані з дослідженням застосування водню, як альтернативного виду палива (в т. ч. на транспорті), а також впливу водню на різні властивості матеріалів [1 - 5].
В роботі [6] повідомляється, що більше третини електрики у світі надходить з поновлюваних джерел і це новий рекордний показник. За даними аналітиків, 72% всіх введених в експлуатацію у 2019 році джерел енергії були поновлюваними. Велика частина цього зростання припала на Азію – 54% приросту потужності відновлюваних джерел енергії. При цьому в Європі та Сполучених Штатах Америки за цей період закрилося більше електростанцій, які працюють на викопному паливі, ніж відкрилося.
Враховуючи вартість зберігання і транспортної інфраструктури, вартість відновлюваного водню з доставляння у Китай, Індію і Західну Європу може впасти приблизно до 2 доларів за кг ($15/млн БТЕ) у 2030 році та $1 за кг ($7,4/млн БТЕ) у 2050 році.
Bloomberg NEF зазначає, що падіння цін дозволить «зеленому» водню забезпечувати до 2050 року 24 відсотки світових потреб в енергії й скоротити глобальні викиди від викопного палива у промисловості на третину.
«Необхідна велика політична підтримка та 150 мільярдів $ субсидій до 2030 року, щоб стимулювати розширення ринку, — зазначають аналітики Bloomberg NEF. – Розширити застосування водню також допоможе введення «вуглецевого податку», а також колосальне будівництво об’єктів відновлюваної енергетики».
Так, для сталеливарної промисловості «вуглецевий податок» повинен скласти 50 доларів за тонну CO2, для виробництва цементу — 60 доларів, для хімікатів, у тому числі аміаку, потрібно 78 доларів, а для використання водню у якості палива для суден — 145 $.
На додачу, для забезпечення зеленим воднем 24% глобальних потреб в електроенергії необхідно щороку виробляти 60000 ТВт*год. сонячно-вітрової електроенергії (без ГЕС). При цьому 31320 ТВт*год. електроенергії буде направлятися безпосередньо на живлення електролізерів.
Сьогодні вироблення ВДЕ становить 3000 ТВт*год., а все виробництво електрики на Землі не перевищує 30000 ТВт*год..
«Зберігання водню у великих кількостях буде одним з найбільш серйозних викликів для майбутньої водневої економіки, — зазначають у Bloomberg NEF. - Кількість недорогих великомасштабних варіантів, таких як соляні каверни, обмежена, а вартість використання альтернативних технологій зберігання часто може перевищувати вартість виробництва самого водню».
Президент Єврокомісії Урсула фон дер Ляйен, зробила заяву, що до 2050 року в Європі хочуть зробити carbon free economy. Три головні сфери використання водневих технологій — опалення, електрична енергія та транспорт. Не тільки колісний, а ще залізничний, морський та авіація. Зараз проводяться дослідження по концепції дорожньої карти, розробляється Українська воднева стратегія і національний план дій у відновлюваній енергетиці 2020 — 2030. Президент Національної академії наук підписав указ по про створення науково-технічного міжнародного центру по накопиченню обміну поновлюваними водневими технологіями [7].
Ще в 1820 році В. Сесіл в доповіді Кембріджському філософському суспільству запропонував використовувати водень для приводу в рух машин, а перший патент на двигун, що працює на суміші водню і кисню, був виданий в Англії в 1841 році [8].
В 1959 році, Френсіс Т. Бекон з Кембриджа додав у водневий паливний елемент іонообмінну мембрану для полегшення транспорту гідроксид-іонів. Винаходом Бекона відразу зацікавився уряд США і NASA, оновлений паливний елемент став використовуватися на космічних апаратах «Аполлон» в якості головного джерела енергії під час їх польотів [9].
Зараз водневі паливні елементи забезпечують енергією і портативні пауер-банки, і міські автобуси з автомобілями, і залізничний транспорт.
Водневі паливні елементи несподівано виявилися відмінним рішенням для квадрокоптера — при аналогічній з акумулятором масі запас водню забезпечує до п'яти разів більший час польоту. При цьому мороз ніяк не впливає на ефективність [9].
Вчені з Наукового університету Токіо вперше застосували оксид заліза (іржу) в якості каталізатора для виробництва водню з органічних відходів, і отримали у 25 разів більше водню, ніж за допомогою колишнього каталізатора — діоксиду титану [10].
Зараз найбільш відомий реалізований проєкт це створення автомобілів на водні найбільш відомими автомобільними корпораціями: BMW, Toyota, Hyundai та ін.
Toyota Mirai — це гібридний автомобіль з водневими паливними елементами від японської корпорації. Його випустили ще у 2013 році. У США і Європі продажі стартували у 2015 році. У 2020 році представили 2-е покоління цього автомобіля.
Під днищем авто розташований акумулятор і два балони, в які закачується водень. Великі повітрозабірники подають повітря в паливні елементи й охолоджують їх. У них же подається водень. При з'єднанні водню з киснем виникає електричний струм.
З двома повними резервуарами водню можна проїхати 650 км. Для повної заправки знадобиться 3 хвилини. Максимальна швидкість 175 км/год. Розгін від 0 до 100 км/год можливий за 9 секунд. Автомобіль оснащений системою автоматичного відключення вихідного клапана резервуара з воднем, щоб водень не потрапив в механізми поза балона. Всі деталі, пов'язані з воднем, розташовані за межами кабіни, щоб виключити ризик загоряння в салоні. Крім того, для авто створили унікальний каркас, який розподіляє ударну силу навколо салону і паливних елементів, в разі аварії.
Coradia iLint — це перший у світі поїзд на водневих паливних елементах. Два таких поїзди курсують між містами Бремерфёрде, Куксхафен, Бремерхафен і Букстехуде в Німеччині, у федеральній землі Нижня Саксонія. У липні 2019 року вони пройшли більше 100 тис. км, через 10 місяців регулярного перевезення пасажирів, з вересня 2018 року.
Максимальна швидкість Coradia iLint - 140 км на годину. Дальність поїздки на одній заправці — від 800 до 1000 кілометрів. На заправку йде близько 15 хвилин.
У 2020 році в Лондоні, почнуть курсувати 34 автобуси H2.City Gold на водневих паливних елементах. Це розробка португальської компанії CaetanoBus. Запасу водню вистачить на 400 км, а на заправку знадобиться близько 9 хвилин. Паливні елементи встановлені на даху.
У березні 2018 року Toyota запустила в Японії виробництво автобусів на паливних елементах Sora. До початку Олімпійських та Паралімпійських ігор 2020 компанія розраховувала запустити понад 100 автобусів на водневому паливі в Токіо.
В середині березня 2020 року в Нідерландах завершили випробування французької "водневої електрички" Alstom Coradia iLint, яка працює на водневому паливі.
У березні по гірських дорогах Швейцарії почали курсувати 18-тонні вантажівки Hyundai H2 Xcient, що працюють на водні. Hyundai H2 Xcient мають паливний елемент потужністю 190 кВт і сім резервуарів, в які поміщається майже 35 кг водню. На одній заправці вантажівка може проїхати понад 400 км. Це трохи вищий показник, ніж у вантажівок з електричними батареями [11].
Ідея переведення транспорту на екологічно чистий — нова. З 2001 по 2006 рік в Європі діяла програма по випробуванню автобусів на водневих паливних елементах Clean Urban Transport for Europe (CUTE). У програмі брали участь Амстердам, Стокгольм, Барселона, Гамбург, Лондон, Мадрид, Порту, Люксембург, Штутгарт і Рейк'явік.
Всі міста отримали по три автобуси Mercedes-Benz Citaro з силовою установкою на водневих паливних елементах. Пізніше до програми приєдналися китайський Пекін і австралійський Перт, запустивши також по три автобуси [12].
Новий план уряду Південної Кореї назвали «водневою економікою». До 2018 року в країні виробляли орієнтовно 2 тисячі електромобілів, в яких замість батареї використовується технологія перероблювання водню в електроенергію. Збільшення кількості водневих автомобілів в країні планується досягти шляхом розширення інфраструктури - збільшення відповідних заправок з 14 одиниць у 2018 році до 310 одиниць до 2022 року і 1200 одиниць до 2040 року [13].
Альтернативні джерела енергії — один з кращих способів зберегти навколишнє середовище, без забруднення продуктами згоряння бензину, дизпалива і навіть метану або пропану.


1. Balitskii A., Ivaskevich L., Kostyuk I., Kochmanski P., Kolesnikov V., Ostaf V. // Hydrogen embrittlement of welded joints of Cr–Mn austenitic steels. Водневе окрихчення зварних зєднань Cr–Mn аустенітних сталей // Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів Problems of corrosion and ckrrksion protection of materials Physicochemical mechanics of materials.– Special issue. - N 5, vol.1, 2006. – P. 233-235. 2. Balyts’kyi, O.І., Kolesnikov, V.O., Eliasz, Y., Havrylyuk, M.R. Specific Features of the Fracture of Hydrogenated High-Nitrogen Manganese Steels Under Conditions of Rolling Friction. Materials Science. Volume 50, Issue 4, 1 January 2015, Pages 604-611. DOI: 10.1007/s11003-015-9760-9. 3. Колесников В.А. Краткий обзор новых достижений в области водородного материаловедения. Современные представления об атоме водорода // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля // Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2011. – № 2(156) Частина 2. – с. 192 - 199. 4. Балицький О.І., Колесніков В.О., Еліаш Я. Дослідження руйнування ненаводнених та наводнених сплавів в умовах тертя кочення // Проблеми тертя та зношування № 58, 2012. С. 32 - 37. 5. Бувалець М.Ю., Рулевська Т.Ф., Колесніков В.О. Стан впровадження водневих технологій на сучасному транспорті // Матеріали VІ-ї Міжнародної науково-технічної інтернет-конференції "Проблеми та перспективи розвитку автомобільного транспорту", 12-13 квітня 2018 р., м. Вінниця. - С. 31 - 36. 6. Новый рекорд: мир получает более трети всей электроэнергии из возобновляемых источников. Режим доступа: https://telegraf.com.ua/ekologiya/5426807-novyiy-rekord-mir-poluchaet-bolee-treti-vsey-elektroenergii-iz-vozobnovlyaemyih-istochnikov.html?fbclid=IwAR1eQeOCVM29SGMQ5susSyyWtj9_7WJwbmaOdMHMJXCdKMfXlENOpfXX2ms. 7. Янина Ткачук. Четвертая индустриальная революция: Как водородные технологии изменят Украину. Режим доступа: https://kosatka.media/category/blog/news/chetvertaya-industrialnaya-revolyuciya-kak-vodorodnye-tehnologii-izmenyat-ukrainu. 8.Евгений Хрусталев, Сергей Малышенко. Из истории водородной энергетики. Режим доступа: https://www.eprussia.ru/epr/107/8367.htm. 9. Водородная энергетика: начало большого пути. Режим доступа: https://habr.com/ru/company/toshibarus/blog/428511. 10. Японские ученые нашли способ получать водород при помощи ржавчины. Режим доступа: https://biz.censor.net.ua/news/3187580/yaponskie_uchenye_nashli_sposob_poluchat_vodorod_pri_pomoschi_rjavchiny. 11. В Швейцарии начали ездить грузовики Hyundai на водороде. Режим доступа: https://biz.censor.net.ua/news/3187934/v_shveyitsarii_nachali_ezdit_gruzoviki_hyundai_na_vodorode. 12. Зачем в мире переходят на водородный транспорт и где он работает. Режим доступа: https://biz.censor.net.ua/resonance/3184189/zachem_v_mire_perehodyat_na_vodorodnyyi_transport_i_gde_on_rabotaet. 13. У Південній Кореї відмовляться від електрокарів та від будівництва нових АЕС. Режим доступа: https://elektrovesti.net/64198_u-pivdenniy-korei-vidmovlyatsya-vid-elektrokariv-ta-vid-budivnitstva-novikh-aes.