Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения и обработки конструкционных наноструктурированных материалов и покрытий с повышенной износостойкостью, направленной на импортозамещение

Номер контракта: 14.574.21.0122

Руководитель: Чуманов Валерий Иванович

Должность: профессор кафедры "Общая металлургия" ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ"(НИУ)

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет"(национальный исследовательский университет)

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
микро- и наномодификаторы, металлический расплав, смачивание, центробежное литьё, конструкционные наномодифицированные материалы, износостойкость, увеличение механических свойств, коррозионная стойкость.

Цель проекта:
Одной из самых важных отраслей экономики в последние годы считается строительство, на долю которого приходится около 3% ВВП России. На сегодняшний день в сфере строительства задействовано примерно 40% населения страны. С этой сферой тесно связано промышленное производство. На предприятиях по всей стране производится самая разная техника, направленная на расходных материалов для строительства: бетонные смеси, кирпичи, стеновые и облицовочные камни, тротуарные и бордюрные камни. Основной проблемой, с которой сталкивается данная отрасль – стойкость и качество материалов, используемых в установках для получения строительных материалов. Таким образом, целью проекта является разработка комплекса научно-технологических решений в области создания и обработки конструкционных наноструктурированных материалов и покрытий с повышенной износостойкостью, апробация полученных материалов в лабораторных и промышленных условиях, а также внедрение полученных по разработанной технологии материалов в действующее производство.

Основные планируемые результаты проекта:
Выполнены исследовательские, технологические и экспериментальные работы по созданию наноструктурированных металлических материалов, включающие экспериментов по использованию лазерной наплавки с частицами карбидов и оксидов. Разработаны инструкции по увеличению смачиваемости вводимых микро- и наномодификаторов Y2O3, TiC, WC в низкоуглеродистые металлические расплавы.
Проведены исследования изменения структур металла на нано-уровне, оценка изменения морфологии введенных частиц, оценка степени влияния количества введенных частиц на локальные области полученных образцов. Наработаны партии деталей №1 отдельных механизмов, использующихся в строительной отрасли (смесителях), проведены их механической и термической обработки. Проведены испытания наработанной партии деталей, путём установки на машины и механизмы, использующиеся индустриальным партнёром, произведен анализ полученных испытаний и разработаны рекомендации для наработки партии деталей №2. Произведена подготовка оборудования для получения и обработки партии деталей №2.
Результатом работы станет новая, экономически эффективная технология создания конструкционных наномодифицированных металлических материалов, с помощью которой также можно будет улучшать физико-механические свойства существующих материалов, путем целенаправленного формирования микро- и нанокристалической структуры, а также создавать принципиально новые материалы. Данная технология позволит получать новые материалы с высокими механическими свойствами без значительного увеличения количества использования легирующих элементов, а также использования специфического дорогостоящего оборудования.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Главной задачей ПНИ является разработка новой, экономически эффективной технологии получения и обработки конструкционных наноструктурированных материалов и покрытий, способных работать в условиях повышенного износа в агрессивных средах длительное время. В частности, для проверки материалов, производимых по разрабатываемой технологии была выбрана строительная отрасль, а именно смесители твердых смесей, используемые при производстве строительных материалов.
Применяемые решения для увеличения стойкости деталей строительного оборудования являются новыми, применяемые методики и оборудование для получения экспериментальных материалов имеют патенты.
В данный момент лопатки смесителей во всем мире изготавливают из разных материалов: начиная от простых чугунов и углеродистого железа и заканчивая износостойкими пластиками и лопатками из резины. Чаще всего используется чугун самых разных марок: серые чугуны, реже белые чугуны и достаточно часто легированные. Индустриальный партнер в данный момент использует чугун марки ЧХ16Н2 и ЧХ16Н9. Стойкость экспериментальных лопаток выше стойкости лопаток из легированного чугуна на 30-50%.
Результат ПНИ будет достигнут при соблюдении Плана-графика исполнения обязательств, а также выполнении технического задания в полном объеме.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемая технология уже на данном этапе исследования позволяет получать новые материалы с высокими механическими свойствами без значительного увеличения количества использования легирующих элементов, а также использования специфического дорогостоящего оборудования. Такие материалы, востребованы во всех отраслях промышленности, начиная от строительной и нефте- газодобывающих отраслей, металлургической и машиностроительных отраслей предприятий, до космической промышленности.
На данном этапе исследования проведены первые практические испытания деталей оборудования, полученные согласно предлагаемой технологии. Испытания проводились путем изготовления партии оборудования, механической и термической обработки деталей, установки на оборудование индустриального партнера, задействованное в производстве строительных изделий. Экспериментальные детали показали повышенные показатели стойкости по сравнению с использующимися деталями. Это позволит существенно уменьшить затраты предприятия на детали оборудования, а также затраты, проистекающие из простоя оборудования, вызванного необходимостью замены деталей, вышедших из строя.
Разработанную технологию, являющуюся результатом проекта, возможно будет интегрировать практически в каждое предприятие, которое имеет металлургические плавильные печи без больших экономических затрат и в короткие сроки, поскольку технология получения материала не требует специфического дорогостоящего оборудования.

Текущие результаты проекта:
За счет средств субидии произведены:
2.1 Разработка методики прогнозирования распределения микро- и наномодификаторов по объему кристаллизующейся заготовки в зависимости от плотности и дисперсности вводимых частиц, скорости вращения, размеров и тепло-физических свойств изложницы, температуры расплава.
2.2 Моделирование процессов распределения различных модификаторов, с изменяющимися параметрами: количество и тип частиц, теплофизических свойства изложницы, скорость вращения и размеры формируемого материала с помощью разработанной методики.
2.3 Проектирование ЭКД и изготовление макета полупромышленного дозатора для подачи дисперсных частиц и проведение его испытания.
2.4 Разработка инструкции по увеличению смачиваемости вводимых микро- и наномодификаторов Y2O3, TiC, WC в низкоуглеродистые металлические расплавы.
2.5 Проведение экспериментов по использованию лазерной наплавки в процессе получения покрытий, включающих частицы карбидов и оксидов.
2.6 Изготовлены экспериментальных образцов наноструктурированных металлических материалов и покрытий.
2,7 Выполнение исследовательских, технологических и экспериментальных работ с целью выявления зависимости фазовых превращений и механических свойств от режимов термической обработки и обработки металла давлением.
2.8 Металлографическое изучение распределения частиц по сечению полученных образцов наноструктурированных металлических материалов и покрытий методами оптической микроскопии, с целью оценки степени распределения частиц, оценки изменения структур в зависимости от количества и типа вводимых частиц, их дисперсности, скорости вращения горизонтальной формы изложницы, измерения микротвердости отдельных фаз.
2.9 Сопоставление результатов моделирования с результатами металлографического исследования.
2.10 Исследование изменения структуры металла на нано-уровне, оценка изменения морфологии введенных частиц, оценка степени влияния количества введенных частиц на локальные области полученных образцов.

За счет средств индустриальных партнеров выполнены:
2.11 Наработка партии деталей №1 отдельных механизмов.
2.12 Проведение механической и термической обработки партии деталей №1 отдельных механизмов.
2.13 Проведение испытаний наработанной партии деталей, путём установки на машины и механизмы,
использующиеся индустриальным партнёром №1.
2.14 Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИ.
2.15 Анализ полученных на 2 этапе результатов испытаний с целью разработки рекомендаций для наработки
партии деталей №2.
2.16 Подготовка оборудования для получения и обработки партии деталей №2.