Регистрация / Вход
Прислать материал

Повышение прочностных свойств конструкционных материалов путем наноструктурирования их поверхностных слоев комбинированным методом ультразвуковой обработки-ионноплазменного осаждения покрытия-ионной имплантации.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.442.11.7020
Организация
ИФПМ СО РАН
Продолжительность работ
2005, 1 мес.
Бюджетные средства
0,55 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
27.10.2005 - 25.11.2005
В ходе исследований процессов формирования наноструктурных слоев на поверхности образцов авиационной стали ВНС-5 и титанового сплава ВТ6 (состояние поставки: закалка, отжиг) комбинированным методом ультразвуковой обработки - ионно-плазменного осаждения покрытия – ионной имплантации получены следующие результаты.
Проведена электронно-микроскопическая и металлографическая аттестация исходного состояния и изменений структуры (толщина модифицированного слоя, размер зерна) и свойств (микротвердости) поверхности и приповерхностных слоев исследуемых образцов, модифицированных путем ультразвуковой обработки, ионноплазменного осаждения покрытия и ионной имплантации.
Выполнена оценка влияния проведенной обработки на повышение усталостной прочности и износостойкости образцов исследуемых материалов при циклическом изгибе и изнашивании (по схеме вал-колодка), и интерпретация результатов с позиций многоуровневого подхода.
Подобраны режимов создания наноструктурных состояний и барьерных поверхностных слоев, обеспечивающих увеличение на 30-50% усталостной прочности и в 2 раза износостойкости названных конструкционных материалов.
Предложен метод оценки эффективности проведенной обработки и прогнозирования ресурса изделий с наноструктурными поверхностными слоями, основанный на регистрации акустической эмиссии.
Показано, что в процессе предварительной ультразвуковой обработки и последующего облучения формируется упрочненный слой толщиной до нескольких десятков или сотен микрон, микротвердость в котором плавно уменьшается по мере удаления от упрочненной (модифицированной) поверхности.
С использованием предлагаемых методов комплексной поверхностной обработки, сочетающей предварительную обработку ультразвуком для стали ВНС5 и сплава ВТ6 получены результаты о повышении усталостной прочности более чем в 2 раза и существенном увеличении износостойкости (при использованных режимах трения износостойкость повысилась более чем в 3 раза).
Предложен метод оценки эффективности формирования нанострутурного поверхностного слоя, основанный на регистрации акустической эмиссии при трех (четырех) точечном изгибе образца. Показано, что время до начало интенсивной генерации импульсов акустической эмиссии в образцах с наноструктурированным поверхностным слоем в 4 раза больше чем в образцах, не подвергавшихся поверхностному упрочнению
Создаваемая технология повышения прочности и износостойкости конструкционных материалов в настоящее время адаптируется для применения для ОКБ Сухого (технология повышения ресурса работы болтов стыка ОЧК и ЦЧК) и Ленинградского металлического завода (технология повышения износостойкости и усталостной прочности лопаток паровых турбин).
Область применения: предприятия Росавиакомоса, энергетической отрасли.
Значимость работы заключается в разработке качественно нового подхода к поверхностному упрочнению конструкционных материалов, сочетающего создание высокопрочного (наноструктурного) поверхностного слоя, создания предварительной обработкой ультразвуком барьерного подслоя и обеспечения достаточно плавного изменения прочностных свойств от поверхности вглубь материала.
Развитием проекта должно стать исследование предложенных методов поверхностного упрочнения для других типов сталей, титановых и алюминиевых сплавов для повышения ресурса работы и допустимых рабочих нагрузок деталей и конструкций энергетического оборудования, авиа- и машиностроения.
Развернуть

Программа

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

Программное мероприятие

1.9 Проведение молодыми учеными научных исследований по приоритетным направлениям науки, высоких технологий и образования
Проведение исследований структуры и механических свойств композиционных материалов, сталей, цветных сплавов, поверхностных наноструктурированных слоев материалов с использованием уникального аналитического и технологического оборудования научно образовательного центра в области машиностроения «НГТУ – ИТПМ СО РАН» при ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»: 1. Изучение микроструктуры и фазового состава титановых материалов в различных структурных состояниях до и после взаимодействия с агрессивной средой 2. Изучение структурно-фазовых состояний нанокомпозитных поверхностных слоев металлов и сплавов после различных видов электровзрывного легирования 3. Исследование структуры, фазового состава и остаточных деформаций в азотистых электронно-лучевых покрытиях 4. Исследование влияния среднего размера зерна на параметры зеренной структуры в сплаве Ni3Fe в состоянии с ближним атомным порядком 5. Исследование влияния модифицирования на структуру и свойства отливок из высокохромистого чугуна 6. Исследование структуры и свойств покрытий полученных из порошков механоактивированных СВС-композитов 7. Повышение циклической долговечности наноструктурированного и субмикрокристаллического титана методами высоинтенсивной ионной имплантации 8. Исследование процессов измельчения структуры низкоуглеродистых сталей до наноуровня при использовании технологии скоростной термоциклической обработки 9. Исследование технологии комбинированной магнитно-импульсной обработки поверхностей инструментов и деталей машин 10. Исследование трибологических характеристик диффузионных боридных покрытий 11. Перспективы обработки инструментальных сталей алмазным инструментом
Продолжительность работ
2010, 2 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Организация
НГТУ
профинансировано
Проведение поисковых научно-исследовательских работ в целях развития общероссийской мобильности: 1.Исследование структуры и свойств поверхностных слоев стали, подвергнутой интенсивному поверхностному пластическому деформированию. 2.Исследование особенностей синтеза керамик на основе наноструктурного оксида алюминия. 3.Совершенствование технологии и оборудования электрофизической обработки с целью повышения качества деталей машин. 4.Технология подготовки прогрессивного инструмента для обработки композиционных материалов. 5.Исследование износа абразивов при шлифовании микропористых покрытий восстановленных деталей. 6.Исследование структуры и трибологических свойства сплавов скольжения. 7.Исследование структурных и фазовых превращений в наплавленном металле из мартенситностареющих сталей, модифицированных частицами тугоплавких соединений. 8.Исследование структурных и фазовых превращений в отливках из жаропрочных сплавов, модифицированных ультрадисперсными порошками. 9.Исследование структуры и механических свойств высокопрочной стали 30ХГСН2А после поверхностного ультразвукового деформирования. 10.Исследование структуры зернограничного ансамбля поликристаллов однофазных ГЦК сплавов на основе меди, никеля и палладия. 11.Исследование структурно-фазового состояния конструкционных сталей, обработанных импульсным низкоэнергетическим электронным пучком.
Продолжительность работ
2009, 0 мес.
Бюджетные средства
1,8 млн
Организация
НГТУ
профинансировано
Тема
Разработка технологии формирования нанокристаллической структуры рабочей поверхности режущего инструмента путем комбинированной лазерной и ультразвуковой обработки.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание научно-технического задела с целью разработки принципов конструирования новых керамических градиентных материалов с требуемыми параметрами структуры и свойств для остеосинтеза, остеопластики, имплантации, остеоинтеграции.
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
50 млн
Количество заявок
18
Тема
Разработка методов атомно-слоевого осаждения диэлектрических, полупроводниковых и металлических покрытий на наноструктурированные поверхности.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
1
Тема
Конструкционные стали с ультрадисперсной и наноструктурой, методы их получения и обработки
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
10
Тема
Разработка способов синтеза новых типов полимерных материалов функционального и конструкционного назначения, обеспечивающих возможность их технологически эффективного наноструктурирования с целью изменения в широких пределах важнейших эксплуатационных характеристик
Продолжительность работ
2007 - 2008, 19 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
18