Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения слитков боралюминия, предназначенных для получения листового проката радиационно-защитного назначения, обеспечивающего прочность (временное сопротивление) не менее 300 МПа за счет наноразмерных фаз вторичного происхождения

Докладчик: Белов Николай Александрович

Должность: профессор, Директор инжинирингового центра

Цель проекта:
Цель проекта: разработка технологии получения нового вида материалов – высокопрочных бор-содержащих алюминиевых сплавов радиационно-защитного назначения в виде листового проката с заданных комплексом физико-механических свойств. Проект направлен на выполнение работ по разработке легких борсодержащих сплавов с заданным уровнем характеристик, включая способ их получения (применительно к жидкофазной технологии). Для достижения заданных технических показателей будет проведен комплекс работ по выбору и обоснованию технологических режимов, обеспечивающих достижение заданной структуры, что в свою очередь позволит получить высокий уровень эксплуатационных (включая коррозионные, механические и теплофизические) и технологических свойств. Положительные результаты проекта позволят приступить к организации промышленного производства борсодержащих материалов нового поколения. Эти материалы найдут применение в первую очередь в атомной промышленности, кроме того могут быть использованы в оборонной и космической промышленности, а также в других отраслях связанных с необходимостью защиты от нейтронного излучения.

Основные планируемые результаты проекта:
Основной задачей проекта является выполнение работ по разработке легких борсодержащих сплавов с заданным уровнем характеристик и способов их получения (применительно к жидкофазной технологии). Для этого необходимо проведение комплекса работ по изучению формирования структуры на всех технологических стадиях производства. В этом случае определение технологических параметров, при которых достигается заданная структура, позволит обеспечить высокий уровень эксплуатационных (включая коррозионные, механические и теплофизические) и технологических свойств.
В России до сих пор нет производства борсодержащих алюминиевых сплавов, при этом существует потребность в них. В частности, при транспортировке отработанных радиоактивных отходов, перевозка которых осуществляется в контейнерах, изготовленных из борнаполненной стали. Особую актуальность данной работе придает то, что из-за значительной возросшей аварийности на железнодорожном транспорте, Госатомнадзором было запрещено проводить перевозки отходов в контейнерах старого типа, которые были изготовлены в 60-80 хх годах, т.к. они не отвечают требованиям безопасности. Рынок данных материалов является весьма перспективным не только в нашей стране, но и в зарубежных странах, благодаря принятой на западе политике раздельного контейнерного хранения отработанного ядерного топлива и радиоактивных материалов как наиболее безопасной. Поэтому создание новых легких боралюминиевых материалов, с высокими физико-механическими характеристиками, и разработка технологий их производства является актуальной задачей, причем не только в настоящий момент, но и в обозримом будущем.
В результате выполнения ПНИ должны быть достигнуты следующие технические характеристики высокопрочных борсодержащих алюминиевых сплавов: высокопрочные борсодержащие алюминиевые сплавы в виде листового проката: толщина, мм менее 0,3; предел прочности на растяжение при комнатной температуре (σв при 20 °С), МПа – не менее 300; относительное удлинение при комнатной температуре, % (δ при 20 °С) – не менее 5; предел прочности на растяжение при комнатной температуре после нагрева до 300 °С и выдержке 3 ч, МПа – не менее 150; коэффициент линейного температурного расширения (ТКЛР) в интервале температур 20 и 100 °С – не более 24∙10-6 1/К; теплопроводность, Вт/м град – не менее 160; толщина нанесенного антикоррозионного покрытия, мкм – не менее 20.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты работы будут использованы в металлургии, в частности разработанная технологии (вся технологическая цепочка, включая производство слитков и их термо-деформационную обработку) производства листов с последующим их применением в ядерной энергетике. Положительные результаты данного проекта позволят приступить к выполнению ОКР, которые приведут к организации промышленного производства борсодержащих материалов нового поколения. Эти материалы найдут применение в первую очередь в атомной промышленности, кроме того могут быть использованы в оборонной и космической промышленности, а также в других отраслях связанных с необходимостью защиты от нейтронного излучения. Уменьшение веса этих конструкций позволит существенно улучшить характеристики и, в первую очередь экономичность.
Разрабатываемые материалы по комплексу своих характеристик будут превосходить лучшие зарубежные аналоги. Создание новой технологии производства боралюминиевых материалов имеет приоритетное народнохозяйственное значение, будет способствовать развитию высокотехнологического производства в России, позволит занять лидирующие позиции на внутреннем и внешнем рынках продукции радиационно-
защитного назначения, а также будет способствовать развитию ядерной энергетики, ее большей экологичности и безопасности.
Разрабатываемые материалы и технологии обеспечат лучшие показатели коррозионной стойкости, удельного веса, экономической эффективности по сравнению с показателями борированной стали, использующейся в настоящее время в России для аналогичных целей.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме. Проведен выбор и обоснование направления исследования, методов и средств изучения структуры и свойств. Проведены работы по разработке фазового состава новых алюминиевых сплавов с использованием расчетных методов. Проведены работы по разработке методов управления структурой борсодержащих алюминиевых сплавов в виде слитков с использованием жидкофазных технологий и свойствами листового проката. Частично проведены работы по изготовлению модельных образцов различными способами. Частично проведены структурные исследования модельных образцов в виде слитков борсодержащих алюминиевых сплавов. Разработаны программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов в виде слитков и листового проката. Проведены патентные исследования (по ГОСТ Р 15.011-96.
Основные результаты:
Показано, что в общем виде универсальный принцип создания алюмоматричных борсодержащих композиционных материалов жидкофазным методом предполагает введение или формирование в жидком расплаве борсодержащих частиц за счет разных технологических приемов: прямое механическое замешивание, взаимодействие легирующих элементов в жидком расплаве с образованием требуемых частиц. Эти приемы в настоящее время успешно используются для создания композитов на основе нелегированного алюминия. Достижение повышенного уровня механических характеристик необходимых для изготовления изделий средств радиационной защиты требует применения алюминиевых сплавов сложного состава. Показано, что в случае перехода на сложнолегированные композиции существенно усложняется фазовый состав в результате взаимодействия между легирующими элементами и борсодержащими частицами.