Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0011

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0011
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова"
Название доклада
Разработка и исследование процессов (технологий) получения стальных конструкционных наноматериалов и изделий из них
Докладчик
Скворцов Андрей Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1 Цели выполнения ПНИ
1.1 Получение научных результатов, раскрывающих закономерности влияния наноструктур на характеристики конструктивной прочности сталей в различных условиях эксплуатации.
1.2 Разработка технологий мирового уровня производства высокопрочных конструкционных сталей со сформированной наноструктурой, обеспечивающих экспортный потенциал. Обеспечение увеличения долговечности деталей изделий машиностроения не менее чем в 10 раз, снижение их материалоемкости на 20-30 %.
1.3 Разработка технологий, использующих закономерности термодеформационного формирования наноразмерной структуры в процессе изготовления базовых деталей изделий машиностроения.

Для достижения целей решаются следующие задачи:
- разработать новые методы и процессы термодеформационного формирования наноразмерной субструктуры в конструкционных сталях;
- создать экспериментальное оборудование для исследования термодеформационного формирования наноразмерной структуры в конструкционных сталях;
- моделирование вариантов производства калиброванной стали и проволоки с наноразмерной структурой;
- экспериментальные исследования прочностных характеристик деталей изделий машиностроения в различных условиях нагружения;
- разработка, исходя из необходимости повышения конструктивной прочности деталей изделий машиностроения технических требований к новым по уровню качества изделиям металлургической и машиностроительной отраслям со сформированной наноразмерной структурой;
- разработка методик исследования термодеформационных процессов формирования наноразмерной структуры в конструкционных сталях и предварительных национальных стандартов.
Актуальность и новизна исследования
АКТУАЛЬНОСТЬ
Актуальность предлагаемого проекта определяется стремлением машиностроителей производить изделия, которые обладают с одной стороны повышенной надежностью и долговечностью, а с другой стороны пониженной материалоемкостью. Снижение материалоемкости, обеспечиваемое применением в изделиях машиностроения более прочных сталей, дает большие экономические выгоды.


НОВИЗНА
Основной элемент новизны заключается в том, что впервые будет осуществлено комплексное исследование процессов формирования наноразмерных структур и субструктур в материале - конструкционных сталях – проволоке и калиброванной стали – и в деталях, изготавливаемых из этих сталей, или в деталях, в процессе их производства. Впервые изучены закономерности влияния наноразмерной структуры и субструктуры на прочностные и эксплуатационные характеристики деталей в различных условиях нагружения – износ, циклическое нагружение и т.д. Результаты таких исследований отсутствуют в мировой научно-технической литературе, потому что нет реальных процессов получения деталей с наноразмерной структурой. Такие результаты будут получены впервые в мире.
Новизна поставленной задачи гарантия получения результатов подлежащих правовой охране. Подготовлены заявки на Патенты, защищающие права на процессы, технологии, оборудование, производственные линии. Подтверждением получения результатов подлежащих правовой охране являются 10 Патентов РФ, защищающих технологию формирования наноразмерной структуры в винтовых пружинах горячей навивки, оборудование и структуру производственных линий для ее реализации. Получен патент на полезную модель и еще несколько находятся на различных стадиях процесса подачи и регистрации.
Описание исследования

При проведении ПНИ применяются все запланированные научные и технические методы:

- литературный обзор и патентно-информационный поиск, подготовка заявок на результаты подлежащие правовой защите;

- математический анализ и моделирование процессов и технологий;

- проектирование и конструирование оборудования и технологической оснастки, технологий производства и испытаний;

- системный анализ предметной области и решаемых задач для определения последующих исследований с целью оптимизации использования интеллектуальных, трудовых, финансовых и производственных ресурсов исполнителей ПНИ и Индустриального партнера;

-  изучение процессов производства высокопрочной проволоки и калиброванной стали с использованием специального и специализированного исследовательского оборудования и приборов, таких как электронный микроскоп. Проведение испытаний экспериментальных образцов проволоки, калиброванной стали и деталей изделий машиностроения с использованием исследовательского оборудования, в том числе спроектированного и изготовленного в рамках проекта.

Результаты исследования

Основные результаты проекта за 2016 г.

Полученные результаты и их характеристики:

1  Разработаны программы и методики испытаний экспериментальных образцов проволоки (диаметры: 1.6, 2.8, 5 мм сталь 51ХФА; 5 мм сталь 60С2А) и калиброванной стали (диаметры: 16 мм - 9Х; 20 мм - 38ХС; 25 мм - 30ХГСН2А) со сформированной наноструктурой.

2  Разработана программа и методики испытаний экспериментальных образцов деталей изделий машиностроения из калиброванной стали с наноразмерной структурой (винтовых цилиндрических пружин - 2 типоразмера, труб - 2 типоразмера, валков станов холодной прокатки - 1 типоразмер, пальцев траков гусениц - 1 типоразмер).

3  По разработанным программам и методикам индустриальным партнером – ООО «УРЦС» проведены испытания экспериментальных образцов проволоки (диаметры: 1.6, 2.8, 5 мм сталь 51ХФА; 5 мм сталь 60С2А) и калиброванной стали (диаметры: 16 мм - 9Х; 20 мм - 38ХС; 25 мм - 30ХГСН2А) со сформированной наноструктурой.

4 Изучены закономерности влияния наноразмерной структуры на прочностные (предел прочности, предел текучести, удлинение)  характеристики конструкционных сталей. Закономерности выявлены по результатам проведённых испытаний, экспериментальных образцов проволоки (диаметры: 1.6, 2.8, 5 мм сталь 51ХФА; 5 мм сталь 60С2А), образцов из калиброванной стали (диаметры: 16 мм - 9Х; 20 мм - 38ХС; 25 мм - 30ХГСН2А)

Термодеформационная обработка, разработанная в процессе выполнения настоящих прикладных научных исследований (ПНИ), формирует в сталях наноразмерную структуру. Аналогичные процессы термической обработки, использующие индукционный нагрев, определяющие мировой уровень, наноразмерную структуру не формируют. Проволока и калиброванная сталь с наноразмерной структурой обладают более высокими прочностными и пластическими характеристиками.

 

 

 

Практическая значимость исследования
Получение научных результатов по реализуемости и эффективности процессов формирования наноразмерной структуры и субструктуры позволяет создать производства таких сталей и деталей из них впервые в мире, что значительно повысит конкурентоспособность целого ряда изделий машиностроения и продукции металлургических заводов, например, высокопрочной проволоки широкого назначения и калиброванной стали для ответственных деталей изделий машиностроения и специальной техники.
Полученные ранее результаты по влиянию дисперсности структуры на свойства сталей только определяют направление исследований – получение в конструкционных сталях и изделиях из них супердисперсной наноразмерной структуры, но ни как не определяют каким образом это сделать. Технических решений и технологий не существовало.
Исследования формирования наноразмерной структуры в конструкционных сталях и изделиях из них целесообразно проводить в России самостоятельно в виду:
- наличия научнообоснованной концепции процессов формирования наноразмерной структуры и субструктуры в конструкционных сталях и изделиях из них;
- отсутствия за рубежом исследований подобного направления;
- необходимости решения технических задач повышения надежности и долговечности специальной техники.

Предлагаемые направления исследований уникальны по своим возможностям, поскольку впервые исследуется возможность создания нанотехнологии для производства конструкционных сталей и изделий машиностроения. Это прорыв в создание наноиндустрии. Круг конструкционных сталей и деталей, повышение эксплуатационных характеристик которых требуется, исходя из тенденций развития машиностроения, огромен.

Новизна поставленной задачи гарантия получения результатов подлежащих правовой охране. Подготовлены заявки на Патенты защищающие права на процессы, технологии, оборудование, производственные линии. Подтверждением получения результатов подлежащих правовой охране является 10 Патентов РФ, защищающих технологию формирования наноразмерной структуры в винтовых пружинах горячей навивки, оборудование и структуру производственных линий для ее реализации. Получен патент на полезную модель и несколько находятся на различных стадиях процесса подачи и регистрации.