<Номер соглашения> Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Соглашение № 14. 604. 21. 0091 от 08 июля 2014 г. на период 2014 - 2016 г. г. Тема: «Разработка научных основ высокоэффективной технологии и оборудования для изготовления в условиях сверхпластичности широкой номенклатуры полых валов газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов и сталей» Руководитель проекта: гл. н. с. , д. т. н. , проф. Утяшев Ф. З. Приоритетное направление: Транспортные и космические системы Программное мероприятие: III Ежегодная Всероссийская научнопрактическая конференция «Исследования и разработки – 2016» Получатель субсидии Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наук Индустриальный партнер Название индустриального партнера, ссылка на сайт: ООО «Савеловский машиностроительный завод» , www. smz-stanki. ru Основной вид деятельности: Разработка и производство станочного оборудования, в том числе специального технологического оборудования (станы для ротационной вытяжки, станы для раскатки изделий из жаропрочных сплавов в сверхпластических условиях и т. д. ) Роль в проекте: Участие в разработке основных узлов Макета стана для раскатки полых валов из жаропрочных сплавов в сверхпластических условиях, участие в разработке технического задания на ОКР, а также в проведении экспериментальных исследований Макета стана Ожидаемые результаты проекта Результаты исследования закономерностей влияния величины деформации, скорости деформации, температуры на структуру жаропрочных сплавов (обеспечение ультрамелкозернистой структуры с размером зерен не более 10 -15 мкм), а также влияния окончательной термообработки на повышение прочности и жаропрочности заготовок и деталей. На основании математического и физического моделирования процессов получения ультрамелкозернистой структуры заготовок определены термомеханические и силовые параметры процесса раскатки валов (0, 01 с-1 - 0, 1 с-1 - скорость деформации, 950 - 1100 о. С - температура, 8 -10 тс - величина усилия раскатки) в изотермических, в том числе сверхпластических условиях. Разработка ТЗ на ОКР по созданию стана для раскатки полых валов из жаропрочных сплавов (титановых, никелевых и интерметаллидных сплавов) в условиях сверхпластической деформации с целью организации серийного производства ответственных деталей ГТД. Технологии, применяемые ведущими мировыми производителями авиадвигателей (Евросоюз, США) применительно к высоколегированным жаропрочным сплавам, основаны на "геторайзинг-процессе", который требует использования дорогостоящих горизонтальных прессов с усилием свыше 20 тыс. тонн для подготовки прутков с ультрамелкозернистой структурой, а также вакуум-штамповочных комплексов с такими же усилиями и дорогостоящие штампы из молибденовых сплавов. Разработанная технология раскатки валов в изотермических условиях деформации устраняет недостатки существующих методов, например объемной штамповки, исключает необходимость использования крупногабаритных штампов и мощного кузнечно-прессового оборудования, требует значительно меньших усилий для раскатки по сравнению с объемной штамповкой, снижает энергозатраты, обеспечивает однородность структуры, повышение механических свойств, а также создание регламентированной структуры материала в изделиях. Разработанная новая технология изготовления полых валов из жаропрочных сплавов методом раскатки в изотермических условиях запатентована в России и является приоритетом России. Цели и задачи проекта Целью проекта является разработка инновационной технологии и оборудования для раскатки широкой номенклатуры ответственных деталей - полых валов из современных жаропрочных сталей и сплавов для газотурбинных двигателей нового поколения, позволяющих значительно увеличить ресурс валов и коэффициент использования металла при их изготовлении. Реализация проекта позволит создать конкурентоспособные технологии раскатки полых валов ГТД из стали и жаропрочных сплавов в изотермических условиях, а также разработать техническое задание на создание специализированного оборудования для производства указанных деталей. Задачи: 1. Проведение математического и физического моделирования режимов деформационно-термической обработки жаропрочных сплавов, направленного на получение однородной ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в заготовках и деталях в процессе раскатки. 2. Компьютерное и физическое моделирование процесса раскатки полых валов от получения заготовок до формообразования деталей - полых валов. 3. Проведение теоретических и экспериментальных исследований формообразования полых валов из жаропрочных сплавов в условиях сверхпластичности, направленных на разработку конструкций основных узлов и Макета стана. 4. Разработка программ и методик исследовательских испытаний Макета СРВ и основных узлов с целью отработки технологического процесса раскатки полых валов. Разработка экспериментальной технологии (регламента) и изготовление образцов полых валов из промышленных сплавов на Макете СРВ. Перспективы практического использования 1. Результаты исследовательских испытаний Макета СРВ подтвердили получение требуемых кинематических, термомеханических и энергосиловых параметров, обеспечивающих сверхпластическую раскатку валов из промышленного сплава: усилие на инструменте - ролике – до 100 к. Н, скорость перемещения инструмента - ролика в продольном направлении – до 10 мм/мин, скорость внедрения ролика в тело заготовки от 1, 2 до 2, 0 мм/мин, скорость вращения шпиндельного узла – от 0, 5 до 5 об/мин, температуру в зоне контакта инструмента - ролика и заготовки – от 850 до 1150 о. С с точностью ± 10 о. С. Контроль и мониторинг данных параметров осуществляется контрольно-измерительной аппаратурой и встроенными датчиками системы контроля режимов Макета СРВ. Обеспечение температуры корпусов подшипников, расположенных в основных узлах Макета СРВ, не превышающей предельно допустимой температуры (150°С) в процессе раскатки, подтверждает эффективность разработанной системы охлаждения и новизну конструкторских решений. 2. При исследовании структуры и механических свойств на тестовых образцах раскатанного полого вала были получены: предел прочности - до 1167, 8 МПа, при значениях ТУ – 980 МПа; предел текучести – до 1020, 3 МПа при значениях ТУ – 835 МПа; ударная вязкость (KCU) - 70 -72 Дж/см 2 при значениях ТУ – 60 Дж/см 2. Проведенные испытания показали превышение механических свойств материала образцов (более 10%) от значений, указанных в ТУ, а исследование микроструктуры сплава ЭИ 962 -Ш показало, что размер зерен менее 15 мкм, что соответствует требованиям ТЗ. 3. Лабораторный регламент может быть использован для изготовления экспериментальной партии осесимметричных деталей из жаропрочной стали ЭИ 962 -Ш в изотермических условиях (от изготовления заготовок до получения готовой детали с однородной структурой), а также может быть использован как основа при разработке промышленной технологии изготовления деталей типа "полый вал" методом раскатки. 4. Разработанные в проекте методики могут быть рекомендованы для определения требуемых термомеханических и энергосиловых параметров при проектировании оборудования, а Макет стана СРВ может использоваться для отработки технологии и выбора оптимальных параметров процесса раскатки осесимметричных деталей из жаропрочных сплавов в условиях сверхпластичности. Текущие результаты проекта Макет стана для раскатки полых валов Чертеж вала Вал из промышленного сплава ЭИ 962 -Ш Осуществлена сборка и наладка Макета СРВ. По разработанным программам и методикам были проведены исследовательские испытания инструментального и шпиндельного узлов и Макета СРВ в целом. Результаты исследовательских испытаний подтвердили полученные расчетом значения термомеханических, энергосиловых параметров Макета в целом, камеры нагрева, инструментального и шпиндельного узлов, а также готовность к проведению процесса раскатки модельных валов из промышленных сплавов. Подтверждена эффективность разработанной системы контроля и мониторинга параметров (СКР). Разработан лабораторный регламент экспериментального технологического процесса изготовления образцов полых валов из промышленного сплава. В 2016 году по результатам ПНИ опубликовано 3 научных статьи в журналах, индексируемых в базе данных Scopus. Поданы и зарегистрированы в ФИПС 2 заявки на полезную модель. Получен и зарегистрирован как РИД патент на полезную модель "Стан для раскатки деталей типа тел вращения". Результаты ПНИ были представлены на открытой школе-конференции стран СНГ "Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы" (УМЗНМ-2016), международной выставке "Металлообработка-2016", 2 -ой международной специализированной выставке "Импортозамещение", международной выставке «Технофорум-2016» . ИМАШ РАН, ИПСМ РАН и Индустриальный партнер - ООО "СМЗ" были награждены дипломами. Разработаны технические требования и предложения по использованию результатов ПНИ для организации производства оборудования для раскатки с учётом технологических возможностей и особенностей Индустриального партнера. Проведена технико-экономическая оценка результатов проекта. Разработан проект ТЗ на проведение ОКР по теме: "Разработка технологии и оборудования для раскатки высокоресурсных полых валов из жаропрочных сплавов и сталей в условиях сверхпластичности для ГТД нового поколения" Компьютерное моделирование процесса раскатки вала типа «Конус» из листа (DEFORM-3 D) Результаты исследования напряженно-деформированного состояния основных узлов стана 800 -950 ⁰С 600 -800 ⁰С Задняя бабка Раскатный ролик 200 -400 ⁰С 400 -600 ⁰С P = 4, 4 тс Модель раскатки вала 600 -800 ⁰С Модель раскатки вала 200 -400 ⁰С Распределение напряжения Распределение скорости деформации Распределение накопленной деформации Физическое моделирование процесса раскатки модельного вала типа «Конус» из модельного сплава D = 0, 1 мм 600 -800 ⁰С D = 1, 1 мм 800 -950 ⁰С а 400 -600 ⁰С б P = 4, 4 тс D=1, 1 Шпиндельный узел <14. 604. 21. 0091> 200 -400 ⁰С 400 -600 ⁰С 800 -950 ⁰С R 1 = 4, 8 к. Н Заготовки: а – перед вытяжкой; б – после вытяжки центральной части (150), под раскатку модельного вала Установка и раскатка заготовки модельного вала Завершение раскатки модельного вала Модельный вал
Скачать презентацию Номер соглашения Федеральная целевая программа Исследования и разработки
2fa33b83fcbc0c337f4e7a24f427bd66.ppt