Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание нового поколения штампуемых наноструктурированных сталей с пределом текучести 1200-1700 МПа, технологий их деформационной обработки и нанесения износостойких покрытий в обеспечение изготовления сельскохозяйственной техники с повышенным сроком эксплуатации

Докладчик: Хлусова Елена Игоревна

Должность: Заместитель начальника НПК-3, профессор, доктор технических наук

Цель проекта:
Разработка высокопрочных сталей с пределом текучести 1200-1700 МПа и технологий их производства для повышения срока эксплуатации высоконагруженных деталей почвообрабатывающих сельхозмашин более чем в 5 раз за счет управления структурообразующими процессами при горячей деформации, оптимизации формы конечных изделий и нанесения износостойких покрытий. Результаты проекта будут способствовать повышению конкурентоспособности отечественной сельхозтехники и импортозамещению быстроизнашиваемых деталей.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта будут разработаны химические составы новых конструкционных сталей с пределом текучести 1200, 1500 и 1700 МПа для листового проката толщиной 6…18 мм и технология производства исходных заготовок конструкционных сталей и штампованных деталей из них: технология прокатки сталей, технология горячей штамповки деталей и упрочняющая термическая обработка штампованных деталей, а также технология нанесения износостойких покрытий лазерным и плазменным способами для повышения эксплуатационного ресурса быстроизнашиваемых деталей сельскохозяйственной техники.
Будет разработан комплект необходимой технической и технологической документации: технические условия на поставку сталей, комплект технологической документации на изготовление штампованных деталей, комплект технологической документации на нанесение износостойких покрытий.
Для подтверждения качества разработанных материалов проводятся исследовательские испытания листового проката, стендовые испытания износостойких покрытий и натурные испытания штампованных деталей с износостойким покрытием (постановка на опытную эксплуатацию в составе действующих сельскохозяйственных машин).
Новизна разработки заключается в создании нового поколения сталей с пределом текучести 1200-1700 МПа, эксплуатирующихся в условиях специфического абразивного изнашивания, технологии изготовления штампованных деталей с острой режущей кромкой и технологии нанесения износостойких покрытий в обеспечение повышения ресурса эксплуатации рабочих органов почвообрабатывающих сельхозмашин.
Разработка соответствует мировому уровню с точки зрения разработки новых конструкционных сталей для сельскохозяйственной техники с элементами наноструктуры, которые в России не модернизировались более 50 лет, получения штампованных деталей и технологий плазменной и лазерной наплавки износостойких покрытий специальными порошковыми материалами. В ведущих зарубежных компаниях (Vogel und Noot, Kvernelаnd и др.) заготовку детали вырезают из термообработанного листа, штампуют или получают из отливки. Режущую кромку затачивают фрезеровкой, иногда вальцовкой или в специальной штамповой оснастке. На острую кромку детали различными способами (преимущественно плазменными) наносится износостойкое покрытие. Решением проблем, связанных с сокращением потерь металла при фрезеровании и повышением ресурса работы деталей, является разработка новых технологий штамповки, обеспечивающих утонение режущих кромок в процессе самой штамповки с формированием в них элементов наноструктуры за счет образования упрочняющих вторичных фаз, закрепляющих дислокационную структуру, что способствует повышению прочности и износостойкости.
Выполнение проекта обеспечит возможность изготовления новых высокопрочных конструкционных сталей и высоконагруженных быстроизнашиваемых деталей сельскохозяйственной техники с повышенным сроком эксплуатации более чем в 5 раз по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами, позволит повысить эксплуатационные характеристики и конкурентоспособность отечественных деталей почвообрабатывающих машин по отношению к зарубежным аналогам.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты предлагаемой НИР могут быть использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических, в том числе внедренческих, работ, направленных на создание отечественного конкурентоспособного опытно-промыщленного производства быстроизнашиваемых деталей с повышенными эксплуатационными в различных отраслях (сельское, дорожное, лесное и коммунальное хозяйство, сельхозмашиностроение и др.).
Учитывая, что потребность в деталях для почвообрабатывающих машин (долото, лемех, нож, лапа культиватора и др.) составляет более 7 млн. шт. деталей в год, перспективы коммерциализации разработки весьма существенны. В рамках ПНИ планируется разработка рекомендаций по внедрению разработанных материалов и технологических процессов изготовления и упрочнения ответственных нагруженных деталей сельхозмашин в отечественной промышленности, для малых и средних предприятий.
По экспертным оценкам, рынок сельскохозяйственной техники весьма стабилен, а парк машин значительно изношен и будет в ближайшие годы наращиваться для обеспечения национальной безопасности при снабжении населения продовольствием. В этой связи проблема импортозамещения, на которую и направлен настоящий проект, является особенной актуальной. Структура потребления быстроизнашиваемых деталей будет изменена в сторону увеличения доли отечественного производства.
Результаты разработок позволят одновременно усилить конкурентные позиции отечественных производителей, повысить урожайность в сельском хозяйстве, снизить себестоимость производства сельскохозяйственной и целого ряда других видов продукции и в целом получить значительный экономический эффект.
Полученные новые научные знания в области создания новых марок металлопроката и технологических особенностей их обработки, твердосплавных покрытий и способов их нанесения могут быть использованы при решении ряда научно-практических задач, поставленных технологической платформой, по разработке нового поколения материалов с повышенными служебными свойствами и изучению теоретических основ их совершенствования, в частности, в триботехнике.

Текущие результаты проекта:
Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, включая анализ мирового уровня разработок в области составов и технологий промышленного производства среднеуглеродистых сталей с пределом текучести 1200-1700 МПа, эксплуатирующихся при высоких ударно-абразивных нагрузках, аналитический обзор информации по условиям эксплуатации штампованных деталей, анализ мирового уровня разработок в области износостойких покрытий.
Разработаны химические составы высокопрочных сталей с пределом текучести 1200-1700 МПа и принципиальные технологические схемы изготовления листового проката из них.
Разработаны чертежи штампованных деталей с износостойким покрытием. Для дальнейших исследований будут изготовлены 4 типа деталей – лемех, долото, стойка и лапа культиваторная.
Выполнены теоретические исследования по изготовлению штампованных деталей и нанесению износостойких покрытий плазменной и лазерной наплавкой, а также теоретические исследования различных факторов влияния на технологичность и износостойкость покрытий. Осуществлен выбор и обоснование состава порошковых материалов для износостойких покрытий для повышения срока службы деталей сельхозмашин. Для нанесения износостойких покрытий лазерной наплавкой предполагается использовать порошки систем Co-Cr и Fe-Ni-Cr с добавками Al2O3, плазменной наплавкой - порошки на основе карбида вольфрама.
Разработан комплект технологической документации на изготовление листового проката из сталей с пределом текучести 1200, 1500 и 1700 МПа. На нанесение износостойких покрытий плазменной и лазерной наплавкой.
Разработаны программы и методики исследовательских испытаний листового проката, износостойких покрытий и стендовых испытаний на износостойкость.
Выполнены патентные исследования в области создания новых сталей, технологий их горячей штамповки и технологий нанесения покрытий.