Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0126

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0126
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет"
Название доклада
Разработка технологии производства и регенерации порошков специальных сплавов для полиметаллических изделий.
Докладчик
Котляров Владимир Иванович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основной тенденцией развития технологий послойного синтеза металлических изделий является увеличение производительности, повышение качества и сложности выращиваемых изделий, ресурсосбережение. В этой связи весьма актуальной является реализация предлагаемой ПНИ, которая направлена на разработку технологии производства и регенерации порошков специальных сплавов для полиметаллических изделий.
Цель исследования:
Разработка прецизионных технологических методов и технологического оборудования производства порошковых материалов воспроизводимого качества с диверсифицированным составом фракций на основе титана и его сплавов, соответствующих требованиям обрабатывающего и машиностроительного секторов промышленности, в режиме регенерации основных конструкционных материалов.
Задачи исследования:
- Разработка технологии производства порошков специальных сплавов для послойного синтеза полиметаллических изделий.
- Разработка технологии регенерации отработанных порошков специальных сплавов после изготовления полиметаллических изделий.
- Разработка системы рециркуляции плазмообразующего газа.

Актуальность и новизна исследования
Аддитивные технологии или технологии послойного синтеза, на сегодняшний день, одно из наиболее динамично развивающихся направлений машиностроительного производства. Отдельным направлением аддитивных технологий является послойный лазерный синтез, в котором строительным материалом являются металлические порошки, в том числе порошки титана и сплавов на его основе. Титановые сплавы имеют большой потенциал применения в аддитивных технологиях в плане снижения издержек производства, поскольку исходный материал дорог, а стоимость механической обработки высока. Определение параметров процессов гидрирования-дегидрирования применительно к титану и сплавам титана ВТ6, ВТ14, ВТ20 позволяет получать порошки этих сплавов заданного гранулометрического состава. Изменение морфологии полигональных порошков в низкотемпературной плазме, генерируемой в дуговом разряде, является эффективным средством для решения задачи получения сферических порошков титановых сплавов, применяемых в аддитивных технологиях.
Применение системы регенерации порошков специальных сплавов позволяет сократить отходы материала, что приводит к положительному экономическому эффекту и снижает воздействие на окружающую среду
Описание исследования

Слитки титановых сплавов получали переплавом сертифицированных отходов в вакуумной дуговой печи (ВДП) с нерасходуемым электродом с регламентируемым теплоотводом от кристаллизующегося расплава, с целью создания крупнозернистой структуры. Крупнозернистая структура, как показала практика, способствует повышению скорости поглощения водорода слитками титановых сплавов.

Состояние поверхности слитков является важным фактором при проведении процесса гидрирования. При подготовке к гидрированию слитки подвергали химической обработке, путем их травления в смеси бескислородных кислот, предотвращающей образование кислородосодержащего слоя на поверхности.

Для получения хрупкого состояния  и измельчения до нужной крупности экспериментальные слитки подвергались гидрированию на установке, созданной в АО «Гиредмет».

Количество поглощенного слитками водорода влияет на водородную хрупкость материала и контролируется в процессе гидрирования. Повышенное содержание водорода в гидриде приводит к переизмельчению материала с образованием повышенного количества фракции с размерами менее 10 мкм, сохраняющейся после измельчения дегидрированного порошка. В процессе плазменной сфероидизации мелкодисперсная фракция испаряется и при переконденсации осаждается на стенках реактора и на поверхности более крупных сфер, что в конечном итоге приводит к образованию конгломератов, снижающих технологические характеристики порошков,прежде всего текучесть.

Для снижения содержания мелкодисперсной фракции дегидрированный порошок подвергался газовой центробежной классификации в инертной среде, обеспечивающей ее удаление. Выделение и удаление мелкодисперсной фракции иными доступными способами (ситовой метод) в исходном полигональном порошке без образования оксидов на поверхности частиц сильно затруднено.

Для придания сферической формы частицам порошка использовалась спроектированная и изготовленная ИМЕТ РАН экспериментальная установка плазменной сфероидизации, установленная и запущенная в эксплуатацию в АО «Гиредмет».

Проведение математического  моделирования  процесса  газодинамического  разделения порошков показало, что в качестве элемента для разделения отработанной мультипорошковой смеси в системе регенерации порошков фракции (0-20) мкм и (30-50) мкм в рамках работ по разработке  мультилазерного автоматизированного комплекса послойного синтеза полиметаллических изделий наиболее эффективно использовать пылевую камеру.

Результаты исследования

Разработана технология производства порошков специальных сплавов методом плазменной сфероидизации. Плазменной обработке подвергали полигональные порошки, полученные по схеме гидрирования-дегидрирования.

Определены технологические параметры : температура и давление гидрирования титана и сплавов на его основе ВТ6, ВТ14, ВТ20, обеспечивающие механическое измельчение с регламентируемым гранулометрическим составом.

Определены условия проведения дегидрирования классифицированных порошков гидридов специальных сплавов, обеспечивающие получение содержания водорода требуемого уровня.

Определены технологические параметры процесса газовой центробежной классификации, обеспечивающего снижение мелкодисперсной фракции (с размерами частиц менее 10 мкм) в полигональных порошках специальных сплавов до значений менее 1 %.

Разработаны параметры плазменной обработки полигональных порошков, обеспечивающих степень сфероидизации не менее 97%.

Разработана система рециркуляции плазмообразующего газа на экспериментальной установке плазменной сфероидизации.

Показана возможность регенерации обработанных порошков специальных сплавов после изготовления полиметаллических изделий.

Практическая значимость исследования
Получение околосферических порошков из титана и сплавов на его основе фракции 10-50 мкм, выход фракции не менее 90%.
Регенерация отходов аддитивного производства.
Обеспечение машиностроительных предприятий современным автоматизированным оборудованием для производства ресурсных изделий, интегрированным в систему управления производством.
Возможность получения большой шкалы гетеротипных структур и сложных деталей, используемых в областях аэрокосмической, судостроительной, транспортных средств, биомедицинских и других направлений.
Разработанная в результате проведения ПНИ технология производства и регенерации порошков специальных сплавов будет использована для послойного синтеза полиметаллических изделий с использованием мультилазерного автоматизированного комплекса послойного синтеза полиметаллических изделий, разрабатываемого в рамках ПНИЭР.