Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных основ получения сверхпрочных наноструктурных сталей методом интенсивной пластической деформации за счёт комбинирования механизмов упрочнения.

Номер контракта: 14.583.21.0012

Руководитель: Валиев Руслан Зуфарович

Должность: Директор Научно-исследовательского института физики перспективных материалов ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет"

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
аустенитная нержавеющая сталь, twip сталь, интенсивная пластическая деформация, наноструктурные материалы, прочность, соотношение холла-петча, механизмы упрочнения

Цель проекта:
Одной из актуальных задач современного физического материаловедения, на решение которой направлен проект, является повышение прочностных свойств сталей, в частности, аустенитных сталей. Целью выполнения проекта является выявление параметров наноструктур и комбинации механизмов, ответственных за проявление сверхпрочности аустенитных сталей, и развитие методов интенсивной пластической деформации (ИПД) для получения объёмных наноструктурных заготовок исследуемых сталей для передовых промышленных применений.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта ожидаются следующие научные и научно-технические результаты:
1. Промежуточные и заключительный отчет о ПНИ, в которых будут отражены
- экспериментальные результаты определения параметров тонкой структуры лабораторных образцов высокопрочных наноструктурных аустенитных сталей, полученных разными методами ИПД;
- экспериментальные результаты испытания механических, коррозионных и термических свойств объёмных заготовок высокопрочных наноструктурных аустенитных сталей;
- результаты численных расчётов моделирования процессов получения, структурообразования и свойств наноструктурных материалов методами ИПД при помощи конечно-элементных моделей, моделей поликристаллической пластичности, дислокационных и микромеханических моделей;
- экспериментально и теоретически полученные закономерности формирования наноструктур в аустенитной TWIP стали и стали типа 321 методами ИПД и их роль в осуществлении действия комбинации упрочняющих механизмов в данных сталях;
- разработанные на основе анализа полученных экспериментальных и модельных результатов научно обоснованные подходы к формированию оптимальных наноструктур в аустенитной TWIP стали и стали типа 321 для достижения высокопрочного состояния за счёт комбинирования механизмов упрочнения.
2. Результаты патентных исследований в области подходов к получению высокопрочных аустенитных сталей.
3. Лабораторные образцы высокопрочных наноструктурных аустенитных сталей, полученных ИПД.
4. Экспериментальные объёмные заготовки в виде прутков высокопрочных наноструктурных аустенитных сталей с повышенными характеристиками прочности.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В результате теоретической и экспериментальной реализации разработанных в рамках проекта технических решений должна быть получена следующая научно-техническая продукция:
1.1. экспериментально и теоретически обоснованные научные принципы и режимы ИПД для измельчения структуры в аустенитной нержавеющей стали типа 321 AISI (08Х18Н10 или другой аналог) и TWIP сталях (типа Fe-Mn) методами ИПД, обеспечивающие характеристики, заявленные в п. 3.2. Точный химический состав исследуемых сталей должен быть определён по результатам химического анализа;
1.2. экспериментально и теоретически обоснованные режимы ИПД для получения объемных наноструктурных полуфабрикатов исследуемых сталей в виде прутков, обеспечивающие характеристики, заявленные в п. 3.3.;
1.3. результаты оценки прочностных, коррозионных и термических характеристик полученных образцов наноструктурных аустенитных сталей;
2. Разрабатываемая в рамках настоящего проекта научно-техническая продукция должна обеспечить:
2.1. решение фундаментальных проблем физического нано-материаловедения в понимании связи параметров наноструктур, реализующих комбинированное действие упрочняющих механизмов для достижения сверхпрочного состояния наноструктурных аустенитных сталей;
2.2. научное обоснование режимов обработки методами ИПД для получения высокопрочных наноструктурных аустенитных сталей;
2.3. достижение высокопрочного состояния наноструктурных аустенитных сталей, применяемых в промышленности;
3. Разрабатываемая в рамках настоящего проекта научно-техническая продукция должна обеспечить следующие технические параметры:
3.1. оптимальные параметры интенсивной пластической деформации для формирования в исследуемых сталях наноструктур, реализующих комбинацию упрочняющих механизмов для достижения высокопрочного состояния;
3.2. разрабатываемые в ходе выполнения работ принципы оптимизации наноструктур, формирующихся с использованием ИПД кручением должны обеспечить следующие свойства в получаемых образцах исследуемых сталей:
- образцы должны иметь форму дисков диаметром 20 мм, толщиной в пределах 0,7-1 мм,
- временное сопротивление не менее 1800 МПа,
- условный предел текучести не менее 1700 МПа,
- относительное удлинение не менее 5 %,
- сохранение термической стойкости механических параметров до 550С.
3.3. разрабатываемые в ходе выполнения работ принципы оптимизации наноструктур, формирующихся с использованием РКУП, должны обеспечить следующие свойства в получаемых образцах исследуемых сталях:
- образцы должны иметь форму прутков диаметром 10-16 мм, длиной в пределах 60-80 мм,
- временное сопротивление не менее 1100 МПа,
- условный предел текучести не менее 1000 МПа,
- относительное удлинение не менее 12 %,
- сохранение термической стойкости механических параметров до 550С.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты проведенных проекта будут использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание опытно-промышленных технологических процессов получения полуфабрикатов в виде прутков ультрамелкозернистых наноструктрных сплавов для изготовления изделий и устройств с высоким комплексом прочностных характеристик, востребованных на российском и мировом рынках. При этом в качестве потребителей таких полуфабрикатов могут выступать предприятия, занимающиеся изготовлением топливных инжекторов автомобильных двигателей, предприятия, занимающиеся разработкой МЭМС, а также предприятия, испытывающие потребность в новых радиационно-стойких материалах или материалов с повышенной прочностью. Прогнозируемый социальный эффект от использования высокопрочных наноструктурных сталей весьма существенен, и он выражается прежде всего в уменьшении энергопотребления, увеличении срока службы изделий, а также повышении их эффективности.
На начальном этапе доведения результатов проекта до потребителя необходимы маркетинговые исследования для определения наиболее перспективных изделий и заказчиков, поиск дополнительных инвесторов в России и за рубежом с целью создания опытно-промышленного производства полуфабрикатов из наноструктурных сталей. Возможна также продажа технологий и лицензий на производство полуфабрикатов из наноструктурных аустенитных сталей, изготовление специфического оборудования и оснасток.
Потенциальными потребителями изделий из наноструктурных аустенитных сталей являются:
- Предприятия автомобильной промышленности;
- Предприятия, связанные с атомным реакторостроением и аэрокосмической промышленностью;
- Предприятия, связанные с разработкой и производством микро электромеханических систем (МЭМС).

Текущие результаты проекта:
За первые 9 месяцев проекта достигнуты следующие результаты:
Выполнен анализ научно-технической литературы, относящейся к термомеханической обработке аустенитных сталей, в том числе TWIP сталей.
Проведена спецификация исследуемой нержавеющей стали с проведением хим. анализа и аттестации на соответствие стандартам.
Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Осуществлено обоснование и выбор режимов интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) и равноканального углового прессования (РКУП) исследуемых сталей (аустенитной нержавеющей и TWIP-стали) для получения объёмных наноструктурных заготовок для передовых промышленных применений.
Разработаны трёхмерные модели в рамках метода конечных элементов для описания процессов течения материала при ИПД методами ИПДК и РКУП.
Разработаны методики получения лабораторных экспериментальных наноструктурных образцов по различным режимам обработки методами ИПД, и методики проведения испытаний их микроструктуры и свойств – механических, коррозионных и термической стабильности.
Получены лабораторные образцы наноструктурной аустенитной нержавеющей и TWIP сталей методом ИПДК.
Проведена предварительная аттестация микроструктуры (ПЭМ, РСА) и механических свойств лабораторных образцов, полученных ИПДК.
Разработаны модели деформационного поведения наноструктурных материалов с заданными параметрами микроструктуры, обеспечивающих комбинированное действие различных упрочняющих механизмов.