
3c40c4572708ad6d82f7c1fbae590a67.ppt
- Количество слайдов: 1
<14. 578. 21. 0040> Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Соглашение № 14. 578. 21. 0040 от 22 июля 2014 г. на период 2014 - 2016 гг. Тема: «Разработка нового поколения жаропрочных материалов, в том числе наномодифицированных, на основе интерметаллидов для аддитивных 3 d- технологий» Руководитель проекта: Заведующий кафедрой ПМи. ФП, директор НУЦ СВС, д. т. н. , проф. Е. А. Левашов Приоритетное направление: Индустрия наносистем Программное мероприятие: 1. 3 Проведение прикладных научных исследований и разработок, направленных на создание продукции и технологий субсидии Получатель Цели и задачи проекта Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСи. С» (НИТУ «МИСи. С» ) Индустриальный партнер Открытое акционерное общество «Композит» (ОАО «Композит» ) Интернет сайт: http: //kompozit-mv. ru ОАО «Композит» - ведущее материаловедческое предприятие Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» , специализирующееся на выполнении НИР, НИОКР, ОКР и ОТР по созданию и комплексному исследованию свойств керамических, металломатричных, интерметаллидных жаропрочных, углерод-углеродных композиционных материалов. Осуществляет промышленный выпуск и поставку изделий из данных материалов. ОАО «Композит» принимает непосредственное участие в проекте, выполняя работы по изучению процессов консолидации порошков ЖМ, оптимизации технологических режимов формования, спекания и горячего изостатического прессования электродов, центробежного распыления электродов на промышленных установках типа УЦР. Осуществляет софинансирование работ. Ожидаемые результаты проекта • Гранульные порошки правильной сферической формы и регламентированной зернистости из перспективных жаропрочных материалов (ЖМ) на основе Ni. Al и Ti. Al для изготовления сложнопрофильных изделий с использованием аддитивных 3 d- технологий обладающие следующими характеристиками: - зернистость до 250 мкм; - узкофракционный гранулометрический состав (максимальное отклонение от среднего значения не более 35 %); - относительная насыпная плотность не менее 35 %; - низкое содержание примесей: O 2 (менее 0, 2 %), N 2 (менее 0, 1 %) и углерода (менее 0, 1 %). • Отечественная интегральная технология получения узкофракционных гранул из ЖМ на основе Ni. Al и Ti. Al, включающая: синтез полуфабриката из оксидного сырья; изготовление электрода и его центробежное распыление на гранулы. В том числе: - Методики синтеза полуфабриката в виде слитка или порошка с использованием СВС- металлургии или гидридно-кальциевого восстановления из оксидного сырья; - Методики получения электродов из ЖМ на основе Ni. Al и Ti. Al путем индукционного переплава СВС- полуфабриката или консолидацией порошка; - Лабораторные регламенты на процессы получения экспериментальных образцов гранул методом центробежного распыления электрода; - Лабораторные образцы на каждом этапе интегральной технологической цепочки и экспериментальные образцы гранул из ЖМ на основе Ni. Al и Ti. Al. Основной задачей проекта является создание интерметаллидных жаропрочных материалов (ЖМ) нового поколения на основе Ni. Al и Ti. Al в виде узкофракционных гранул правильной сферической формы и регламентированной зернистости, необходимых для изготовления сложнопрофильных изделий авиационной и ракетно-космической техники (РКТ) с использованием аддитивных 3 d- технологий. В настоящее время такие материалы в России не производятся, а зарубежные производители поставляют гранулы ограниченных составов, исключающих высокотемпературное применение в интересах РКТ. Цель ПНИ: Разработка технологии получения узкофракционных гранул правильной сферической формы и регламентированной зернистости с максимальным отклонением от среднего значения не более 35 % для аддитивных 3 d- технологий производства сложнопрофильных изделий. Основным преимуществом разрабатываемой интегральной технологии является использование оксидного сырья при получении полуфабриката методами центробежного СВС- литья и гидридно-кальциевого восстановления, а также отсутствие ликвационных явлений при индукционной выплавке электродов. Перспективы практического использования • Новые ЖМ на основе Ni. Al и Ti. Al в виде узкофракционных гранул правильной сферической формы и регламентированной зернистости предназначены для получения с использованием аддитивных 3 dтехнологий сложнопрофильных изделий РКТ, силовых установок турбинного типа для отраслей морского двигателестроения, магистрального транспорта нефти и газа, получения изделий специального назначения. • Потенциальные потребители – предприятия ГК «Роскосмос» и авиапрома: ОАО «ОРКК» , ОАО «Композит» ; ОАО «НПО Энергомаш имени академика В. П. Глушко» ; ОАО «Ракетнокосмическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева» ; АО «ОДК» ; ОАО «УМПО» ; ОАО «НПО Сатурн» и др. • Использование разработанных ЖМ для получения лопаток турбин и компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД) будет способствовать повышению тяговесовых характеристик за счёт снижения массы двигателя. Это обеспечит: уменьшение действующих центробежных напряжений в компрессоре и турбинах почти в 2 раза; снижение момента инерции турбин и компрессоров, и за счёт этого повышение рабочих характеристик двигателя, включая КПД и приёмистость; уменьшение удельного расхода топлива; уменьшение выбросов в атмосферу парниковых газов; снижение уровня шума. • Внедрение полученных результатов позволит повысить производительность труда, снизить материало- и энергоемкость производства изделий из ЖМ. • В результате реализации проекта будет создан научный и технологический задел для производства электродов и гранул из сплавов на основе Ni. Al, Ti. Al, что послужит основой развития отечественных 3 d- аддитивных технологий. Это позволит занять лидирующие позиции на внутреннем и внешнем рынках продукции РКТ, исключить закупки зарубежных аналогов, что обеспечивает независимость России от внешнего рынка. Текущие результаты проекта Интегральная технология получения гранул из жаропрочных сплавов на основе Ni. Al и Ti. Al Литейная технология (сплавы Compo. Ni. Al-M 5, 4822) Стадия Оборудование Порошковая технология (сплав 4822) Продукт 1. Гидриднокальциевое восстановление (порошковый полуфабрикат) Электроды 2. Вакуумная индукционная плавка (получение расходуемого) Стадия СВС- полуфабрикат 1. Центробежное СВС- литье Гранулы из сплава 4822 2. Формование и спекание, горячее изостатическое прессование (ГИП) 3. Центробежное распыление вращающегося электрода (получение гранул) Оборудование Продукт Электроды Ti. Al Ti 3 Al 4822 Compo. Ni. Al-M 5 Гранулы из сплава Compo. Ni. Al-M 5 Закономерности центробежного СВС- литья полуфабрикатов из сплава Compo. Ni. Al-M 5 η 1, η 2, % U, см/с η 1, η 2, % 150 g g 300 g D, мм Ni. Al Структура и свойства сплава Compo. Ni. Al-M 5 Cr СВС- полуфабрикат Электрод Ni. Al Cr Hf Hf ПЭМ Cr Cr Предел прочности на сжатие сплава Compo. Ni. Al-M 5, МПа Соотношение Cr/Co в сплаве Cr/Co = 1 Cr/Co = 2 Cr/Co = 3 До термообработки 1418 1577 2255 1374 После термообработки <14. 578. 21. 0040> Cr/Co = 0, 5 1702 2101 2276 2354 Hf Ni. Al 1. Разработаны методики синтеза полуфабрикатов в виде слитков из ЖМ на основе Ni. Al (сплавы F-10 H-3, Compo. Ni. Al-M 5) и Ti. Al (сплав 4822) из оксидного сырья с использованием метода центробежного СВС- литья. Определены оптимальные условия максимального выхода целевого продукта в слиток. Разработана методика синтеза порошкового полуфабриката из ЖМ на основе Ti. Al путем гидридно-кальциевого восстановления оксидного сырья. Исследованы зависимости глубины протекания гидридно-кальциевого восстановления от состава шихты, температуры процесса и времени выдержки. Проведены исследования процессов консолидации полученного порошкового полуфабриката. Изготовлены лабораторные образцы полуфабрикатов и исследованы их фазовый и химический составы, микроструктура и свойства. 2. Исследованы процессы получения электродов из СВС- полуфабрикатов из ЖМ на основе Ni. Al и Ti. Al, по результатам которых разработаны методики переплава и изготовлены лабораторные образцы из сплавов F-10 H-3, Compo. Ni. Al, Compo. Ni. Al-M 5 на основе Ni. Al, и 4822 на основе Ti. Al. Из порошкового полуфабриката сплава 4822 сформованы электроды и проведено их горячее изостатическое прессование. Проведены комплексные структурные исследования. 3. Исследованы процессы плазменного центробежного распыления электродов. Показано, что для сплава F-10 H-3 нарушаются условия формирования равномерной пленки расплава на торце вращающегося электрода, что приводит к межзеренному разрушению, в результате чего образуются как сферические гранулы (из легкоплавкой фазы), так и частицы осколочной формы. Сплав Compo. Ni. Al не обладает необходимым запасом прочности для процесса плазменного центробежного распыления с частотами вращения 7000 -15000 об/мин. Данная проблема успешно решена путем наномодифицирования сплава частицами Zr. O. Однако полученные наномодифицированные гранулы отличаются повышенным уровнем междентритной и внутризеренной пористости усадочного происхождения. Электрод из сплава Compo. Ni. Al-M 5 позволил провести распыление при частотах вращения до 15000 об/мин, полученные гранулы характеризуются минимальной дефектностью, гомогенной безликвационной структурой и рекордно низким содержанием примесей кислорода (0, 003 -0, 013%), азота (0, 001 -0, 002%) и углерода (0, 015 -0, 019%). Выход целевой фракции при оптимальных режимах распыления сплава Compo. Ni. Al-M 5 составляет более 50 %. Гранулы из сплава 4822 характеризуются сферической формой частиц, минимальным количеством дефектов, содержание примесей соответствует электродам. В гранулах из порошкового электрода концентрация углерода ниже (0, 051 против 0, 091%), а содержание O 2 значительно выше (0, 16 против 0, 014%) по сравнению с гранулами из литого электрода. По результатам параметрических исследований созданы методики центробежного распыления и получены экспериментальные образцы узкофракционных гранул из сплавов Compo. Ni. Al-M 5 зернистостью 125 -250 мкм и 4822 зернистостью 140 -250 мкм. Разработаны Программа и методики, а также проведены исследовательские испытания гранул, результаты которых показали их полное соответствие требованиям технического задания.