Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых производственных (цифровых) технологий выпуска металлических изделий большой массы на основе комплекса управления термодинамическими и кинетическими условиями формирования микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз.

Номер контракта: 14.578.21.0114

Руководитель: Попов Артемий Александрович

Должность: Заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
комплекс управления, новые производственные технологии, нанорамзерные упрочняющие фазы, микроразмерные зерна, термическая обработка, обработка металла давлением

Цель проекта:
1. Получение заданных эксплуатационных характеристик ответственных изделий энергетического машиностроения из легированных конструкционных марок сталей (прочностные, вязкопластические и ресурсные свойства) и снижение производственных затрат для конкретной заготовки (группы заготовок) в результате цифровой алгоритмизации на основе априорного расчета параметров управления режимами ТО и деформацией для формирования необходимой структуры на всём производственном цикле. 2. Получение эксплуатационных характеристик ответственных изделий энергомашиностроения заготовок обечаек корпусов реакторов из легированных конструкционных марок сталей типа 15Х2НМФА (повышение предела текучести при температуре 350 градусов Цельсия не менее, чем на 10% по сравнению с требованиями ТУ 0893-013-00212179-2003 (предел текучести не менее 440 Н/мм2); снижение температуры хрупко-вязкого перехода не менее, чем на 10 градусов Цельсия (с минус 45 до минус 55 градусов Цельсия) и заготовок роторов энерготурбин 20-30CrNiMoV (уменьшение различия свойств в центре и на периферии бочки поковки Ø>900 мм на не менее, чем 20%) с помощью новых производственных (цифровых) технологий выпуска металлических изделий большой массы на основе комплекса управления термодинамическими и кинетическими условиями формирования микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз.

Основные планируемые результаты проекта:
Физико-математическая модель управления термодинамическими и кинетическими условиями формирования микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз должна позволить произвести расчёт времени образования фазы необходимого размера и состава в зависимости от температуры во время деформации (800-1050 градусов Цельсия) и термической обработки (600-1000 градусов Цельсия), а также степень деформации для формирования зерна необходимого размера, и должна позволить разработать режимы деформационной и термической обработки образцов слитков и образцов поковок из сталей типа 15Х2НМФ и 20-30CrNiMoV.
База данных термокинетических параметров микроразмерных зерен и упрочняющих наноразмерных фаз сталей выбранных базовых составов предназначена для работы в составе комплекса управления термодинамическими и кинетическими условиями формирования микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз и обеспечивает выбор параметров (размеров) микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз на основании требований к комплексу механических свойств сталей. Выбранные параметры (размеры) микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз позволяют с помощью физико-математической модели рассчитать режимы деформации и термической обработки.
Программное обеспечение комплекса предназначено для информационной поддержки разработки технологии выпуска металлических изделий большой массы и должно обеспечивать:
- осуществление расчетов режимов деформациии термической обработки в соответствии с разработанной физико-математической моделью;
-управление разработанной базой данных термокинетических параметров микроразмерных зерен и упрочняющих наноразмерных фаз сталей выбранных базовых составов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Создаваемый отечественный оригинальный цифровой комплекс для разработки режимов термодеформационнй и термической обработки сталей на основе математических и физико-механических моделей управления, использующей термодинамические базу и базу кинетических характеристик, обеспечит решение задач проектирования материалов с заданными свойствами, квалификации материалов, и контроля параметров материала в производстве.
Новым является то, что комплекс предназначен для повышения конкурентоспособности отечественного производства ответственных изделий энергетического машиностроения за счет:
-повышения качества и комплекса свойств изделия (снижение ТКО, повышение однородности, повышение прочности при сохранении пластичности);
-снижения материальных, энергетических и трудовых затрат при производстве заготовки;
-снижения содержания легирующих элементов в зависимости от условий работы изделия, исходя из размеров (сечения) заготовки и на основании термодинамических и кинетических параметров образования наноразмерных упрочняющих фаз;
-снижения время общего цикла изготовления;
-снижения вероятности брака при изготовлении.
Существующие на сегодняшний день программные комплексы позволяют описывать, с различной степенью достоверности, процессы структуро- и фазообразования, протекающие в металле на различных технологических этапах. Однако, положенные в их основу физико-математические модели не позволяют провести комплексную оптимизацию за счет формирования необходимой структуры на всём производственном цикле.
Достижение заявленных результатов будет обеспечено проведением широкомасштабных лабораторных и промышленных экспериментов. Металлофизические исследования и расчеты будут проведены с использованием современных методик и оборудования.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Комплекс управления термодинамическими и кинетическими условиями формирования микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз предназначен для применения на машиностроительных и металлургических предприятиях для разработки режимов изготовления заготовок и ответственных деталей энергетического машиностроения. Кроме того, создаваемый комплекс можно использовать при подготовке и повышении квалификации технических специалистов соответствующих предприятий.
Разрабатываемый комплекс планируется внедрить на ООО "ОМЗ-Спецсталь" для разработки режимов термодеформационной и термической обработки заготовок обечаек корпусов реакторов и заготовок роторов энерготурбин.
Внедрение комплекса должно обеспечить снижение производственных затрат (уменьшение времени общего цикла изготовления до 20%, в т.ч. термообработки до 30%, снижение энергозатрат до 15%, оптимизация содержания легирующих элементов и сокращение за счёт этого весовых характеристик шихтовых элементов на 10-15% (относительных)).
Успешное выполнение проекта открывает широкие возможности для международного научного и научно-технического сотрудничества в сфере создания и оптимизации современных технологий изготовления крупногабаритных стальных изделий ответственного назначения.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе запланированы и выполнены:
-аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы;
-исследование, обоснование и выбор методов и средств, направлений исследований и способов решения поставленных задач;
-патентные исследования в соответствии ГОСТ Р 15.011-96;
-анализ и обобщение материалов технологических инструкций и фактических технологических параметров изготовления результатов изготовления изделий из сталей типа 15Х2НМФ и 20-30CrNiMoV в условиях производства предприятия-Индустриального партнера с целью выявления возможных причин отклонения их фактических физико-механических свойств от минимальных значений в соответствии с техническими условиями (ТУ 0893-013-00212179-2003, ТУ 108.11.847-87);
- исследования технико-технологического цикла производства изделий из сталей типа 15Х2НМФ и 20-30CrNiMoV в условиях производства предприятия-Индустриального партнера с целью выявления возможностей оптимизации производства изделий: уменьшения времени общего цикла изготовления до 20%, в т.ч. термообработки до 30%, снижение энергозатрат до 15%, оптимизация содержания легирующих элементов и сокращение за счёт этого весовых характеристик шихтовых элементов на 10-15% (относительных).
В настоящее время завершается выбор конкретных базовых химических составов сталей типа 15Х2НМФ и 20-30CrNiMoV для дальнейшего исследования на основании расчёта фазового состава марок сталей при различных температурах с использованием программного комплекса Thermocalc и размеров упрочняющих фаз в сталях типа 15Х2НМФ и 20-30CrNiMoV при различных температурах с использованием TC-Prisma.