Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологии получения особолегких жаропрочных наноструктурированных сплавов на основе Ni3Al и NiAl для энергетического, теплотехнического машиностроения, авиационного двигателестроения

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3199
Организация
ИМЕТ РАН
Руководитель работ
Поварова Кира Борисовна
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Внебюджетные средства
2,5 млн

Разработка методов получения и обработки перспективных для практического использования наноструктурированных, нанофазных и других металлических материалов конструкционного и функционального назначения. Исследование закономерностей формирования и стабилизации наноструктур, оптимизации элементного и фазового состава, особенностей эффектов нанофазного упрочнения в металлических материалах, обеспечивающих перспективу реализации конкурентоспособных отечественных разработок в одной или нескольких из перечисленных областей: производство и эффективное использование энергии, транспортное машиностроение, медицина и здравоохранение, переработка сырьевых ресурсов.

Этапы проекта

1
23.04.2007 - 07.12.2007
1. Цель и задачи 1 этапа работ: выбор направления исследований по разработке и оптимизации составов и технологий получения особолегких жаропрочных жаростойких сплавов на основе алюминидов никеля со структурой, стабилизированной наноразмерными фазами, для работы при температурах, близких или превышающих температуры плавления никелевых сплавов. Задачи исследования: анализ научно-технической литературы, проведение патентного поиска, выбор и обоснование направлений оптимизации составов, технологий получения и обработки сплавов, изготовление экспериментальных образцов, исследование их структурно-фазового состояния и свойств, изготовление и сборка установки для литья деталей по выплавляемым моделям, сравнительный анализ физико-химических и механических свойств рассматриваемых вариантов сплавов на основе алюминидов никеля с существующими показателями материалов-аналогов.
2. Работы, выполненные на отчетном этапе: проведен анализ научно-технической литературы, патентный поиск, выбаны и обоснованы направления оптимизации составов, технологий их получения и обработки, изготовлены экспериментальные образцы, исследованы их структура и свойства, изготовлена и собрана установка для литья, проведен сравнительный анализ физико-химических и механических свойств рассматриваемых вариантов новых сплавов на основе алюминидов никеля с существующими показателями материалов-аналогов.
3. Результаты: Составлены аналитический обзор научно-технической литературы и отчет о патентном поиске. Изготовлены образцы новых литейных сплавов на основе Ni3Al, состав которых (Ni-Al-Cr-Ti-Zr/Hf-W-Mo-La) и способ получения (отличающийся последовательностью и дробностью введения реакционно активных и тугоплавких легирующих элементов при выплавке), обеспечили высокую термостабильность сплавов при температурах вплоть до предплавильных и повышение долговечности в 1,6-3 раза при 1000 и 1200°С за счет формирования при кристаллизации структуры естественного эвтектического композита, дополнительно стабилизированной наноразмерными частицами лантанидов Ni и Al, а также фаз, образованных ОЦК тугоплавкими элементами (Cr, Mo, W) на межфазных границах и дислокациях. Монокристаллические <111> образцы новых сплавов, изготовленные по разработанному способу, имеют при 1100 и 1200 более высокую кратковременную прочность, чем серийные никелевые суперсплавы (на 26 и 70 % соответственно). При 1100°С удельная длительная прочность новых сплавов на базе 100 ч в 2 раза больше, чем Ni суперсплавов; при 1200°С сравнение невозможно из-за быстрого разрушения Ni суперсплавов. Изготовлены образцы новых деформируемых порошковых сплавов NiAl(Nb,Co), имеющие предел прочности при 1100˚С и 1500°С на 30% больше, чем нелегированный NiAl, для матрицы композитов (КМ), упрочненных тугоплавкими оксидами (Y,La)2O3, что обеспечит дальнейшее повышение 100 ч-прочности КМ при 1100, 1300 и 1500˚С свыше уже достигнутой 70, 35 and ≥ 10 МПа. По длительной прочности сплавы Ni3Al и NiAl превосходят мировые образцы, их рабочие температуры выше, чем для Ni суперсплавов (Ni3Al и NiAl) и даже их температур плавления (NiAl), плотность Ni3Al и NiAl сплавов 7,94 и 6,2 г/см3 на 15-30 % ниже чем Ni суперсплавов. Прочность образцов особо жаростойкого Fe-Cr-Al сплава для слабонагруженных деталей теплотехнических конструкций, в рекристаллизованном состоянии составляет 760, 50 и 25 МПа при 20, 1200 и 1400°С соответственно (на уровне мировых образцов). Изготовлена и смонтирована установка для литья по выплавляемым моделям фасонных деталей из сплавов на основе алюминидов никеля для теплотехнического машиностроения. Поданы 3 заявки на патенты на сплавы и способ получения.
Развернуть
2
01.01.2008 - 31.05.2008
Разработаны способы термической обработки литейных и порошковых образцов и деталей.
  Изучено строение, физико-химические и механические свойства термически обработанных материалов.
  Проведены пусконаладочные работы на установке для литья деталей по выплавляемым моделям.
  Скорректирован способ выплавки литых монокристальных заготовок, изготовлены экспериментальные образцы литейных и порошковых сплавов, детали типа сопловая лопатка из литейных сплавов с монокристаллической структурой по скорректированной технологии.
Развернуть
3
01.06.2008 - 31.10.2008
Разработаны три материала: литейные жаропрочные и жаростойкие экономнолегированные сплавы на основе Ni3Al с направленно закристаллизованной структурой, стабилизированной вплоть до предплавильных температур наноразмерными фазами, образованными с участием тугоплавких и редкоземельных металлов; особолегкие жаропрочные и жа-ростойкие сплавы нового поколения на основе алюминидов никеля, полученные литьем деталей по выплавляемым моделям, особо легкие жаропрочные жаростойкие порошковые сплавы на основе NiAl и системы Fe-Cr-Al, упрочненные нанокристал-лическими термодинамически стабильными тугоплавкими оксидами.
  Разработаны лабораторные технологии производства полуфабрикатов и деталей из них.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Организация
АО "ВНИИНМ"
профинансировано
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Организация
ИФТТ РАН
профинансировано
Тема
Конструкционные и функциональные наноструктури-рованные металлические материалы, методы их получения и обработки
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
40 млн
Количество заявок
15
Тема
Разработка опытно-промышленных технологий создания многофункциональных полимерных и эластомерных наноструктурированных композиционных конструкционных материалов и изделий из них для транспортного машиностроения, нефтегазового комплекса и энергетического машиностроения, отвечающих требованиям безопасности для окружающей среды и обитаемых объектов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
120 млн
Количество заявок
3
Тема
«Организационно-техническое обеспечение проведения всероссийской молодежной научной школы «Трансляционная медицина: трансляционные исследования и внедрение перспективных разработок в систему здравоохранения».
Продолжительность работ
2012, 6 мес.
Бюджетные средства
1 млн
Количество заявок
2
Тема
Совершенствование технологии сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием для формирования неразъемных соединений дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов транспортного и авиакосмического назначения
Продолжительность работ
2014 - 2016, 27 мес.
Бюджетные средства
45 млн
Количество заявок
2
Тема
Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук по следующим областям: - авиационное двигателестроение; - судостроение; - станкостроение
Продолжительность работ
2010 - 2012, 27 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
19