Информация по проектам госбюджетного финансирования молодых ученых на 2021-2023 гг. -

АР09058350 «Разработка и внедрение технологии производства хромистых антифрикционных чугунов для деталей горно-шахтного оборудования» н.р. Щербакова Е.П.

Актуальность

Ряд деталей для горно-шахтного оборудования изготавливается из хромистых чугунов. Несмотря на значительные преимущества использования данных чугунов, они также имеют и свои недостатки – относительно плохие литейный свойства (низкую жидкотекучесть, высокую усадку), к тому же обработка резанием при изготовлении деталей из отливок затруднена

Цель проекта

Разработка и внедрение технологии производства деталей горно-шахтного оборудования из хромистых чугунов с оптимальным комплексом свойств в зависимости от условий эксплуатации деталей, который обеспечит увеличение срока службы в 1,5-2 раза.

Ожидаемые и достигнутые результаты

Были определены основные технологические параметры изготовления деталей грунтовых насосов и состава износостойкого сплава. Были определены состав износостойкого сплава. Были исследованы свойства разработанного сплава в лабораторных условиях.

Было установлено, что микролегирование титаном до 0,2 % приводит к значительному измельчению графитной фазы и некоторому увеличению ее количества, что способствует увеличению коэффициента скольжения. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили благоприятное воздействие микролегирования титаном на эксплуатационные свойства антифрикционного серого чугуна АЧС-2. Введение титана в состав слава АЧС-2 в количестве 0,2 % приводит к измельчению графитной фазы, что благоприятно сказывается на коэффициенте скольжения и твердости сплава.

Были исследованы свойства разработанного сплава в лабораторных условиях. Были получены микроструктуры сплава, данные о механических свойствах деталей.

Проведенный информационный анализ позволил предположить, что микролегирование некоторыми элементами позволит измельчить и сделать более однородной по размеру графитную фазу. С этой целью был проведен следующий эксперимент. В лабораторных условиях был выплавлен опытный сплав, по сравнению с составом классического чугуна АЧС -2 в опытном сплаве было увеличено содержание титана до 0,2 %, т.е. почти в 2 раза. Необходимое содержание титана обеспечивалось введением ферротитана марки FeT70.

Присутствие титана должно способствовать измельчению графита и, таким образом, опосредованно влиять на механические свойства чугуна, в частности на коэффициент скольжения.

Сплав выплавлялся в индукционной печи УИП-25, разливку проводили в песчано-глинистую форму. Условия разливки не менялись в ходе эксперимента. После полного охлаждения подготавливали образцы для исследования микроструктуры и механических свойств. Шлифы готовили на металлографическом комплексе Strue, для металлографического анализа использовалось ПО Thixomet Pro, твердость определялась на твердомере Vilson. Коэффициент скольжения определяли на приборе COF-P01(M) при следующих характеристиках: сухое трение (без смазки), угол наклона – 150; угловая скорость – 100/s. В качестве образца сравнения использовался базовый сплав АЧС-2.

Результаты исследований микроструктуры показали, что средняя длина графитных включений в опытном сплаве составила 27 мкм. По сравнению с базовым сплавом АЧС-2 длина графитных включений уменьшилась в 4 раза. При этом площадь, занятая графитом, несколько увеличилась, примерно на 10 %, что свидетельствует об увеличении количества свободной графитной фазы. Коэффициент скольжения в опытном сплаве увеличился на 35 %, что говорит о его более высоких антифрикционных свойствах, при этом твердость опытного образца несколько увеличилась, примерно на 12 %.


№ 1	№ 2

№ 3	№ 4

№ 5

Микроструктуры исследуемых образцов № 1-5

Исследовательская группа

1. Щербакова Елена Петровна — науч. рук, PhD, и.о. доцента каф. НТМ

ORCID 0000-0001-6678-6673

Researcher ID N-5639-2017

Scopus Author ID 55543103900

2. Достаева Ардак Мухамедиевна — PhD, и.о. доцента каф. НТМ

ORCID 0000-0002-1982-2368

Researcher ID AAB-9478-2020

Scopus Author ID 57160297400

3. Исагулова Диана Аристотелевна — PhD, доцент каф. НТМ

Scopus Author ID 55778253200

4. Адамова Гульден Хасеновна – докторант гр. МЕТД-21 кафедры НТМ

5. Ковалёва Татьяна Викторовна – докторант гр. МЕТД-19 кафедры НТМ

Scopus Author ID 57211297553

6. Аубакиров Дастан Рахметоллаевич – докторант гр. МЕТД-19 кафедры НТМ

ORCID 0000-0003-4193-5956

Researcher ID X-1767-2019

Scopus Author ID 57194209750

7. Алина Арайлым Алтынбековна – докторант гр. МЕТД-20 кафедры НТМ

ORCID 0000-0003-3577-4914

Scopus Author ID 57218196165

Список публикаций за 2022 год

1 Щербакова Е.П., Квон Св.С., Ковалёв П.В., Достаева А.М., Аубакиров Д.Р. Влияние легирования на параметры графитных включений и некоторые свойства серых чугунов // Труды университета, Караганда: Изд-во КарТУ. – 2022, № 3, С. 68-72

2 Квон Св.С., Щербакова Е.П. Исследование свойств АЧС-2, легированного титаном // Труды Международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства – основа реализации Плана нации» (Сагиновские чтение №14) 16-17 июня 2022 г. С. 209-210.

3 Ye.P. Chsherbakova, Sv.S. Kvon, A.M. Dostaeva, D.R. Aubakirov Studying the grafite phase in antifriction AChS – 2 cast iron // Metalurgija, Хорватия: Croatian Metallurgical Society. – 2022. — № 1 (61). – P. 200-202 (IF Scopus 0,388, Scopus процентиль – 37-й).

Информация для потенциальных пользователей

Полученные результаты могут быть реализованы в других технологиях литейного производства, использованы при разработке новых сплавов, при разработке новых режимов заливки и плавки. Полученные теоретические и практические результаты будут использованы в промышленности, при инженерных расчетах и в учебных целях.

AP09058352 «Разработка и внедрение нового жаропрочного сплава и технологии получения деталей для металлургического производства на его основе» н.р. Аринова С.К.

Актуальность

Актуальность данной темы обусловлена необходимостью поиска новых составов жаропрочных сталей, оптимальных с позиций цена/качества. Иными словами, необходимо повысить жаропрочность существующих и используемых в настоящее время жаропрочных сталей при минимальном повышении их себестоимости. Проблема усугубляется тем, что в РК производство жаропрочных сталей практически не налажено. Следовательно, разработанный сплав не должен иметь слишком сложный состав, с тем, чтобы технология его производства и отливок из него могла быть адаптирована и внедрена на действующих предприятиях РК с учетом уровня развития основных средств.

Цель проекта

Создание новых усовершенствованных жаропрочных сплавов, а также технологий производства деталей на их основе с учетом существующих основных средств на территории Республики Казахстан (Карагандинской области).

Ожидаемые и достигнутые результаты

Были разработаны режимы технологии выплавки деталей металлургического оборудования опытного жаропрочного сплава и был обоснован выбор метода литья для получения отливок из разработанного сплава.

Обоснован и выбран метод литья для получения отливок из разработанного сплава. В качестве сплава предлагается использовать сплав на основе стали 1Х18Н9Т, дополнительно легированной Nb.

В качестве метода литья предлагается использовать литье по газифицируемым моделям (ЛГМ). Разработан материал модели ЛГМ, его оптимальный состав для выбранного метода литья. Предлагается использовать смесь промышленного и литейного полистирола в определенном соотношении и определенной фракции.

Разработан режим технологии выплавки деталей металлургического оборудования (колосники агломерационных решеток) из опытного жаропрочного сплава. В качестве опытного сплава используется базовая cистема Fe-Cr-Ni, дополнительно легированная ниобием. Ранее определенное опытным путем оптимальное количество ниобия инициирует образование интерметаллида типа NbMe, начальное присутствие титана в системе позволяет избежать нежелательной G-фазы. На базе лабораторных исследований рассчитаны матрицы планирования для проведения дальнейших испытаний. На основании полученных результатов разработаны предварительная технологическая карта процесса, согласно которой проведены промышленные испытания на производственной площадке.


а
	Структура опытного сплава (б, увеличение 500) и МРСА фаз внедрения (а)
б

Исследовательская группа

Аринова Сания Каскатаевна — науч.рук, PhD, преподаватель. каф. НТМ

Scopus Author ID 57192206332

Аубакиров Дастан Рахметоллаевич — ст. преподаватель. каф. НТМ

ORCID 0000-0003-4193-5956

Researcher ID X-1767-2019

Scopus ID 57194209750

Султангазиев Руслан Бауыржанович- PhD, ст. преподаватель. каф. НТМ

ORCID 0000-0002-3928-486X

Scopus Author ID 57160291200

Исагулова Диана Аристотелевна — PhD, доцент каф. НТМ