Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий производства сложнолегированных марок сталей исплавов с заданными свойствами для деталей и узлов авиакосмической техники.

Докладчик: Григорович Константин Всеволодович

Должность: Заведующий кафедрой металлургии стали и ферросплавов, заведующий кафедрой

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение проблемы создания новой ресурсосберегающей, оптимизированной технологии выплавки сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники 2.Целью проекта является разработка технологии выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники с уменьшенными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов с целью улучшения эксплуатационных свойств, экономии легирующих компонентов и снижения энергозатрат при их производстве. В результате выполнения проекта будут созданы технологические инструкции выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al с уменьшенными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов.

Основные планируемые результаты проекта:
1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
1.1 анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблемам выплавки специальных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники;
1.2 обоснование выбора направления исследований по разработке технологии выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники с высокоточными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов;
1.3 результаты расчетов параметров процесса выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al, в том числе:
1.3.1 результаты термодинамических расчетов активностей компонентов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al;
1.3.2 результаты расчетов параметров испарения компонентов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al;
1.3.3 результаты расчетов температур разливки, оптимальных для литейных свойств сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al;
1.3.4 результаты расчетов состава и свойств неметаллических включений, оптимальных для литейных свойств сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al;
1.4 характеристики оптимальных технологических условий выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al;
1.5 описание разработанного метода эффективного удаления примесей из расплавов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al;
1.6 описание разработанного метода введения редкоземельных металлов в расплавы сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для эффективного раскисления и связывания примесей и неметаллических включений из шихтовых материалов;
1.7 предложения по оптимальным технологическим режимам выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al с высокоточными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов;
1.8 сведения о подобранных шихтовых материалах и элементах микродобавок, образующих высокотемпературные сульфиды, для проведения экспериментальных плавок сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al;
1.9 результаты исследований, верифицирующих разработанные технологические режимы плавок, включая:
1.9.1 результаты исследования параметров испарения компонентов сложнолегированных сплавов в зависимости от условий выплавки (температура перегрева, степень вакуума, время вакуумирования);
1.9.2 результаты исследования физико-химических свойств конденсата испаряющихся компонентов сплавов;
1.9.3 результаты исследования параметров растворения тугоплавких компонентов сплавов;
1.9.4 результаты исследования характеристик процесса удаления газов (азота, кислорода и водорода) из расплавов в зависимости от условий выплавки;
1.9.5 результаты исследования химического состава сплавов;
1.9.6 результаты исследования температурной зависимости кинематической вязкости расплавов в режиме нагрева и охлаждения;
1.9.7 результаты исследования влияния перегрева расплавов на их кинематическую вязкость при температуре разливки;
1.10 результаты исследований экспериментальных образцов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al, полученных с использованием разработанных технологических режимов выплавки:
1.10.1 результаты исследования химического состава сплавов;
1.10.2 результаты исследования макро- и микроструктуры сплавов;
1.10.3 результаты исследования содержания, расположения, морфологии и химического состава неметаллических включений в сплавах;
1.10.4 результаты исследования интервалов легирования сплавов;
1.10.5 результаты исследования литейных свойств сплавов;
1.10.6 результаты исследования содержания примесей в сплавах;
1.11 технические требования к технологическому оснащению и технологическим режимам выплавки сложнолегированных марок сталей для деталей и узлов авиакосмической техники применительно к производственным особенностям и возможностям индустриального партнера - организации реального сектора экономики;
1.12 оценку результатов выполненных прикладных научных исследований в сравнении с современным научно-техническим уровнем, в том числе сравнение разработанной технологии выплавки сложнолегированных марок сталей с известными лучшими отечественными и зарубежными технологиями.
2 Отчет о патентных исследованиях.
3 Методика подбора шихтовых материалов для выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники с высокоточными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов.
4 Методика подбора элементов микродобавок, образующих высокотемпературные сульфиды, с целью исключения их отрицательного влияния на жаропрочность сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
5 Ресурсосберегающая методика введения тугоплавких металлов в расплавы на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
6 Методика эффективного удаления примесей из расплавов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
7 Методика введения редкоземельных металлов в расплавы сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для эффективного раскисления и связывания примесей и неметаллических включений из шихтовых материалов.
8 Методика эффективного удаления газов (кислород, азот, водород) из расплавов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
9 Технологические инструкции выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al с уменьшенными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов.
10 Экспериментальные образцы сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al, полученные с использованием разработанных технологических режимов выплавки.
11 Методики исследования экспериментальных образцов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al:
11.1 методика исследования химического состава сплавов;
11.2 методика исследования макро- и микроструктуры сплавов;
11.3 методика исследования содержания, расположения, морфологии и химического состава неметаллических включений в сплавах;
11.4 методика исследования интервалов легирования сплавов;
11.5 методика исследования литейных свойств сплавов;
11.6 методика исследования содержания примесей в сплавах.
12 Проект технического задания на проведение ОТР по разработке ресурсосберегающей технологии выплавки сложнолегированных марок сталей и сплавов с заданными свойствами для деталей и узлов авиакосмической техники.
Разработанная технология выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al обеспечит:
- Снижение энергозатрат не менее чем на 5 % при производстве сплавов за счет оптимизации времени выплавки и энергетических режимов.
- Снижение потребления дорогостоящих легирующих компонентов не менее чем на 1,5% за счет снижения угара и испарения в процессе выплавки.
- Улучшение литейных свойств получаемых сплавов за счет снижения кинематической вязкости не менее чем на 5 %.
- Содержание кислорода, азота и водорода в сплавах (не более 0,001 % массовых и объемной долей неметаллических включений) - не выше 1*10-4 %.
- Удаление примесей до уровня (% масс.): фосфор - не выше 0,01, сера - не выше 0,003, висмут и мышьяк - не выше 0,001, углерод - не выше 0,015.
Результаты обладают несомненной новизной и научно-практической значимостью. В рамках проекта будут разработаны оригинальные методики, имеющие большую научно-практическую ценность, а конечный результат-технологические инструкции выплавки имеют большое прикладное значение для создания и развития технологии создания высокотехнологичной продукции.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Планируемые результаты могут быть использованы в ракето- и авиастроительной отрасли для получения материалов , из которых изготавливаются соответствующие детали и узлы ракетно-космической и авиационной техники
2. Планируемые результаты будут использоваться при реализации технологического процесса выплавки сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al на предприятии - индустриальном партнере проекта ООО НТЦ «ТСМ»
3. Планируемые результаты могут повлиять на развитие технологических направлений с точки зрения оптимизации технологических процессов для снижения технологических издержек и стоимости конечного продукта
Планируемые результаты будут оказывать весьма слабое влияние на развитие исследований в рамках международного сотрудничества поскольку сплавы данного класса и применения как правило разрабатываются без помощи зарубежных научных центров. Но результаты данного проекта дадут мощный импульс к развитию и совершенствованию технологий создания высокотехнологичных материалов данного класса в России. Результаты проекта будут докладываться на научных конференциях и семинарах в свете развития и популяризации науки.

Текущие результаты проекта:
1. Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблемам выплавки специальных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники.
2. Обоснованы направления исследований по разработке технологии выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Ta-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W для деталей и узлов авиакосмической техники с высокоточными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов.
3. Проведены термодинамические расчеты активностей компонентов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
4. Проведены расчеты параметров испарения компонентов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
5. Проведены расчеты температур разливки, оптимальных для литейных свойств сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
6. Проведены расчеты состава и свойств неметаллических включений, оптимальных для литейных свойств сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
7. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
8. Разработана методика подбора шихтовых материалов для выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники с высокоточными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов.
9. Разработана методика подбора элементов микродобавок, образующих высокотемпературные сульфиды, с целью исключения их отрицательного влияния на жаропрочность сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
10. Разработана ресурсосберегающая методика введения тугоплавких металлов в расплавы на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.
11. Разработаны метод и методика эффективного удаления примесей из расплавов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.