Разработка серии всесезонных конструкционных элементов и инструментов повышенной прочности и хладостойкости из наноструктуированных сталей для нефте- газо- трубопроводоводного, железнодорожного транспорта, техники и оборудования, предназначенных для эксплуатации в условиях Севера

обзор научно-технической литературы и патентные исследования по тематике работ;
- равноканальное угловое прессование объемных заготовок 20100 мм из стали Ст3сп по маршрутам Вс и С при температуре 673 и 748 К, и числе проходов 2 и 8;
- определение прочностных свойств сталей Ст3сп и 09Г2С с ультрамелкозернистой и нанокристаллической структурой при комнатной и низкой климатической температурах, в том числе ударной вязкости на изгиб;
- выявление особенностей микроструктуры ультрамелкозернистой стали 09Г2С;
- подготовка технического описания комбинированного экспериментального стенда.
Основные результаты, полученные при выполнении этапа работы:
- выполнены патентные исследования по тематике работ;
- показано существенное повышение прочности и влияние режимов РКУ-прессования на энергетические параметры деформирования низкоуглеродистой стали Ст3сп;
- разработаны способ определения потери устойчивости пластических деформаций материала, способ и устройства для деформационной обработки металлических материалов;
- выявлены особенности строения и структуры сталей с нанокристаллической структурой;
- разработано техническое описание на комбинированный экспериментальный стенд из разрывной машины и сканирующего зондового микроскопа для определения механических свойств материалов с визуализацией изменения микроструктуры образца в процессе нагружения;
Степень внедрения: разработан способ интенсивной пластической деформации заготовки и устройство для обработки листовых заготовок.
Возможная область применения полученных результатов: упрочнение металлических материалов, повышение прочности изделий, изготавливаемых из обработанных по технологии равноканального углового прессования (наноструктурированных) сталей, по сравнению с изделиями из сталей с исходной структурой

Выполнен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к теме НИОКР. Проведены патентные исследования по тематике работ, отраженные в отчете по патентным исследованиям (Приложение З научно-технического отчета);
Изготовлен комбинированный экспериментальный стенд из разрывной машины и сканирующего зондового микроскопа для определения механических свойств материалов с визуализацией изменения микроструктуры образца в процессе нагружения
Определены механических характеристики (предела текучести, предела прочности и удлинения при разрыве, микротвердости) конструкционных элементов и инструментов повышенной прочности и хладостойкости из наноструктуированных сталей Ст3сп и 09Г2С. Так, результаты испытаний изготовленных из обычной стали и наноструктурированных сталей газовых форсунок показали, что износ поверхности сопла значительно меньше в случае, когда сопло изготовлено из стали, упрочненной РКУП - если для обычного сопла потеря массы после 420 секунд работы составила 10,19%, то для изготовленной из наноструктурированной стали – 3,74%, что более чем в 2,5 раза меньше; результаты испытания болтовых соединений показали, что максимальная нагрузка на срез болтовых соединений размером М8 изготовленных из стали Ст3сп в исходном состоянии составляет 1790 кгс. Для болтовых соединений из наноструктурированной стали Ст3сп, – 3280 кгс, что на 80 % больше. Таким образом, показано, что упрочнение стали методом равноканального углового прессования (РКУП), изменяющее ее структуру на наноуровне, позволяет существенно, - более чем в 1,5 раза, - повысить максимально допустимую нагрузку на изделия.
Выявлены особенности микроструктуры ультрамелкозернистой (нанокристаллической) стали Ст.3сп и 09Г2С;
Завершено освоение созданного Соисполнителем комбинированного экспериментального стенда из разрывной машины и сканирующего зондового микроскопа. На наноуровне выявлены особенности структурообразования при низких температурах в процессе деформирования наноструктурированной стали, подвергнутой интенсивной пластической деформации; судя по полученным сканам и профилям поверхности, основное отличие в характере разрушения наноструктурированных сталей, прошедших 2 и 8 циклов ИПД, при низкой температуре испытаний, состоит в более вязком характере разрушения, развномерной и развитой шероховатости с высокой диссипацией энергии, что, в свою очередь, обусловлено более равномерной и измельченной структурой и субструктурой материала;
Исследованы термостабильность структуры, механические свойства и особенностей разрушения, оценка параметров структуры (среднего размера зерна, размера фазовых составляющих) конструкционных элементов и инструментов повышенной прочности и хладостойкости из наноструктуированных сталей. Так, показано, что прочностные характеристики исследованной конструкционной стали 09Г2С после РКУП повышаются в несколько раз. Предел текучести повысился более чем в 2,5 раза, предел прочности почти вдвое. Увеличение прочности после РКУП при 300 и 550С сопровождается снижением относительного удлинения с 16 до 1 и 6 % соответственно. При «теплом» равноканальном угловом прессовании низколегированной стали 09Г2С происходит интенсивное измельчение параметров микроструктуры: при РКУП по режимам 300ºС, 2 цикла и 550°С, 8 циклов сформировалась субмикрокристаллическая структура со структурными составляющими размерами 0,3…0,5 мкм (карбидная фаза) и 0,6 –2 мкм (ферритные промежутки), что в 5 и более раз ниже среднего размера исходного ферритного зерна; микротвердость повысилась на 45-70%. Увеличение температуры прессования и числа циклов способствует росту дисперсности и локальной однородности структуры. Изучение распределения ферритных промежутков и карбидных включений по размерам показало, что РКУП с бóльшим числом циклов при высокой температуре приводит к повышению дисперсности и локальной однородности структуры стали.
По результатам проведенных разработок подготовлены и поданы три заявки на получение патентов
Составлен и оформлен итоговый отчет.