Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка способов плазменного модифицирования стальных поверхностей

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.7049
Организация
ИМЕТ УрО РАН

Проведение поисковых исследований и получение новых знаний с использованием возможностей международной кооперации

Этапы проекта

1
07.11.2005 - 08.12.2005
Целью данной работы является выяснение возможностей применения низко-температурной плазмы для повышения износостойкости и твердости сталей, а так же исследование влияния плазменного нагрева на структуру и микротвердость по-верхностного слоя. В работе использованы численные методы компьютерного мо-делирования теплофизических процессов в плазменной струе с использованием оригинальных моделей и программных средств. Проведен анализ научно-технической литературы и патентный поиск по плазменному модифицированию стальных поверхностей. Выбрано и обосновано направление исследований и спо-собов решения поставленных задач. Выбраны методики проведения исследований. Разработана общая схема проведения комплексных физико-химических исследова-ний плазменно-модифицированных стальных поверхностей с использованием ком-пьютерного программного обеспечения белорусских партнеров.
В работе проведены пробные эксперименты по плазменному модифицирова-нию рельсовой стали при различных режимах работы установки плазменной моди-фикации. Проведено предварительное исследование микроструктуры поверхност-ных слоев. Теплофизическими особенностями плазменного воздействия на мате-риалы (очень большие скорости нагрева и охлаждения, высокая температура нагре-ва, малая длительность пребывания нагреваемого материала в интервале темпера-тур, превышающих критические) обусловливаются отличительные признаки фазо-вых и структурных превращений, и, следовательно, характер сформировавшихся структур. Важнейшей особенностью структур, получаемых при плазменном уп-рочнении, как и при других способах обработки стальных поверхностей высоко-концентрированными источниками нагрева, является высокая степень дисперсно-сти мартенсита, которая и определяет комплекс эксплуатационных характеристик.
Показана возможность достижения значительного улучшения эксплуатацион-ных свойств рассматриваемых материалов, в том числе повышение твердости, микротвердости и износостойкости стальных поверхностей. Целесообразно прове-дение дальнейших исследований, что позволит разработать в дальнейшем техноло-гию поверхностного упрочнения стальных поверхностей и мобильные установки для этих целей.
Развернуть
2
01.01.2006 - 30.06.2006
Проведенные исследования, позволяют сделать следующие выводы:
Несмотря на кратковременность воздействия на поверхность рельсовой стали плазменной струи происходят значительные структурные и фазовые превращения, приводящие к заметному повышению твердости в зоне обра-ботки.
Проведено сравнение глубины и ширины ТУЗ при использовании плаз-мотрона с соплами различного диаметра, которое показало, что прямой зави-симости диаметр сопла – ширина ТУЗ не наблюдается.
Полученные результаты позволяют сделать также вывод о том, что для достижения наилучших результатов, требуются дальнейшие исследования технологических условий процесса: отвода тепла от модифицируемой по-верхности за счет применения дополнительного охлаждения водо-воздушной смесью; установить механический экран, позволяющий сконцентрировать тепловой поток плазменного факела, чтобы изолировать его от охлаждаемой поверхности.
Использование численных методов компьютерного моделирования теп-лофизических и динамических процессов в плазменной струе и процессов ее взаимодействия с основанием позволят выбрать варианты поверхностной термообработки, исследовать влияние параметров режима на температурное состояние, оценить формируемую структуру и прогнозировать свойства в зо-не термического влияния. Проведение экспериментальных исследований, с учетом результатов моделирования, дает возможность оптимизировать ре-жимы плазменного упрочнения для данного типа установок применительно к модификации различных стальных поверхностей.
В результате выполнения НИР определены режимы модифицирования для данного типа плазмотрона с различными диаметрами сопел, которые по-зволяют значительно увеличить износостойкость поверхности стали М76.
Результаты проведенных исследований опубликованы.
Развернуть
3
01.07.2006 - 31.10.2006
Целью данной работы является выяснение возможностей применения низкотемпературной плазмы для повышения износостойкости и твердости стальных поверхностей, а так же исследование влияния плазменного нагрева на структуру и микротвердость поверхностного слоя.
В работе проведены эксперименты по плазменному модифицированию стали М76 при различных режимах работы установки плазменной модификации. Выявлено, что при использовании сопла плазмотрона 12 мм, максимальными полученными результатами на стали М76 являются ширина термоупрочненной зоны (ТУЗ) – 14 мм и глубина ТУЗ – 2 мм.
Проведено исследование микроструктуры поверхностных слоев. Важнейшей особенностью структур, получаемых при плазменном упрочнении, как и при других способах обработки стальных поверхностей высококонцентрированными источниками нагрева, является высокая степень дисперсности мартенсита, которая и определяет комплекс эксплуатационных характеристик.
Проведены измерения микротвердости и износостойкости модифицированных плазменной струей образцов стали М76 обработанных плазмотроном ПУН – 1 с различными диаметрами сопел. Сравнение глубины и ширины ТУЗ при использовании плазмотрона с соплами различного диаметра, которое показало, что прямой зависимости диаметр сопла – ширина ТУЗ не наблюдается.
Проведенные исследования, позволяют сделать следующие выводы:
Несмотря на кратковременность воздействия на поверхность рельсовой стали плазменной струи происходят значительные структурные и фазовые превращения, приводящие к заметному повышению твердости и износостойкости в зоне обработки.
Значимость полученных результатов проведенных исследований велико, поскольку проведенные исследования позволяют значительно повысить эксплуатационные свойства стальных изделий, используемых в технике и народном хозяйстве.
Результаты проведенных исследований опубликованы.
По результатам исследований оформляется заявка на патент “Способ термообработки длинномерных изделий”.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
1,94 млн
Организация
ПетрГУ
профинансировано
Продолжительность работ
2014 - 2018, 57 мес.
Бюджетные средства
118,3 млн
Организация
НИЯУ МИФИ
профинансировано
Тема
Разработка способов и оборудования для диагностики методами профилометрии и твердометрии физико-механических свойств внутренних поверхностей открытых и глухих каналов в агрегатах и узлах механизмов в машиностроительной и авиакосмической отраслях.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 29 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
2
Тема
Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера по приоритетным направлениям развития науки и техники в рамках подписанных межправительственных соглашений Российской Федерации по научно-техническому сотрудничеству с зарубежными странами
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
87,79 млн
Количество заявок
217
Тема
Разработка технологического комплекса для производства импортозамещающей запорно–регулирующей арматуры нового поколения для топливно–энергетического комплекса на основе ионно–плазменной модификации функциональных поверхностей в вакууме
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
265 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка технологии радиационного модифицирования свойств квазиподложек GaN и AlGaN.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10,5 млн
Количество заявок
3
Тема
НК-88П Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Лазерные, плазменные и пучковые технологии для атомной техники» в рамках мероприятия 1.2.1 Программы
Продолжительность работ
2009 - 2011, 28 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
7