Разработка и исследование новых композиционных материалов, металлических сплавов и технологий их получения и применения

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ

1. Создание новых полимерных композиционных материалов для антифрикционных покрытий и разработка технологии их производства

Цель проекта: Создание армированных композиционных материалов на основе различных связующих и многокомпонентных наполнителей для применения в производстве ударостойких металлополимерных подшипников скольжения, термостойких втулок, вкладышей, антифрикционных и антикоррозийных покрытий на металлической основе, разработка новых образцов подшипников скольжения и деталей уплотнительных систем.

Руководитель проекта: проф. (Кафедра «Машины и механизмы лесопромышленного комплекса»)

Основные результаты:

Разработаны новые композиционные материалы (эфлонг, эфласт и фэлон) различного состава для антифрикционных покрытий различного назначения; Экспериментально установлены температурно-временные режимы переработки и формования изделий триботехнического назначения, а также конструкции выполненных изделий; Разработаны промышленные технологии и оборудование для изготовления эпоксидофторопластов; Получено 16 авторских свидетельств и патентов РФ; Налажено мелкосерийное производство триботехнических изделий на основе композиционные материалы для узлов трения отечественной и зарубежной техники; Разработаны опытные образцы и налажено мелкосерийное производство подшипников скольжения и деталей уплотнительных систем, используемых в импортных и отечественных машинах и оборудовании, эксплуатирующихся в Хабаровском крае; Защищены 1 докторская и 6 кандидатских диссертаций.

2. Высокоэффективная технология упрочнения и восстановления поверхностей деталей на основе использования электроискрового легирования

Целью работы является разработка технологии упрочнения различных видов инструментов, используемых в промышленности, формирование на металлических поверхностях функциональных покрытий для увеличения ресурса работы изделий, восстановления работоспособности деталей.

Руководитель проекта: проф. (Кафедра «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей»)

Основные результаты

Разработана технология, позволяющая воздействием низковольтными электрическими разрядами обеспечивать эрозию материалов легирующих электродов в виде мелкодисперсных расплавленных частиц и перенос их в микрованну на поверхность детали, диффузионные процессы и формирование измененного поверхностного слоя с требуемым физико – химическим составом и эксплуатационными свойствами (износостойкость, жаростойкость и др.). Разработаны опытные технологии и образцы, в том числе установки для ручной и механизированной обработки, новые электродные материалы, подготовлена производственная лаборатория. Защищена 1 докторская диссертация.

3. Технология обработки заготовок из полимерных материалов для повышения качества обработанной поверхности

Цель проекта: Разработка новых технологий обработки деталей из пластмасс, основанных на направленном изменении свойств обрабатываемого материала в зоне резания, что позволит обеспечить производство высококачественной продукции из полимерных материалов и замену широкого ассортимента деталей, изготавливаемых в настоящее время из металлов и сплавов.

Руководитель проекта: к. т.н. (кафедра «Технология заготовки и переработки древесных материалов», «Литейное производство»)

Основные результаты:

Разработанные способы обработки полимерных материалов и устройства для их реализации отличаются от известных тем, что они основаны на применении предварительных внешних (механических, тепловых, термомеханических, химических) воздействий на структуру материала заготовок. За счет таких воздействий осуществляются направленные изменения свойств материала, которые являются предпосылкой повышения качества обработанной впоследствии резанием поверхностей деталей из полимерных материалов. Предложенные способы успешно реализованы при производстве вкладышей подшипников скольжения, валов, осей, посадочных отверстий шкивов, зубчатых колес из полимерных материалов. Получено положительное заключение о результатах производственных испытаний вкладыша подшипника скольжения в условиях , г. Хабаровск Исследовано влияние различных предварительных воздействий на заготовки из полимерных материалов на качественные показатели обработанной поверхности. Разработаны новые комбинированные способы обработки заготовок из полимерных материалов, проведены промышленные и лабораторные экспериментальные исследования Получено 6 патентов Защищено 3 кандидатские диссертации

4. Разработка биметаллических и триметаллических антифрикционных покрытий

Целью проекта является создание антифрикционных покрытий (АП) на основе различных металлов и сплавов, наносимых на рабочую поверхность различных пар трения для повышения износостойкости.

Руководитель проекта: проф. (Кафедра «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей»)

Основные результаты:

Антифрикционные покрытия показали высокую эффективность на различных втулках и направляющих скольжения, гильзах цилиндров, вкладышах подшипников и шейках коленчатых валов ДВС. Например, нанесение АП на бронзовые подшипники приближает их триботехнические свойства к лучшим зарубежным образцам, повышает несущую способность и износостойкость в 2-3 раза, снижает потери на трение в несколько раз. Разработаны процессы нанесения композиционных АП с напол-нителями (дисульфид молибдена, бориды, карбиды и т. п.), значительно улучшающие триботехнические свойства покрытий и расширяющие области их применения. Применение биметаллических и триметаллических взамен цельнометаллических литых и порошковых подшипников обеспечивает: повышение изностостойкости в 1.5 – 3 раза; сокращение расходов цветных металлов в 3-5 раз; снижение массы подшипников на 25-30%; повышение к. п.д. узла трения; сокращение затрат на обслуживание и ремонт узла трения. Получено 10 патентов. Защищено 2 кандидатские диссертации

5. Исследование влияния легирующих элементов на строение расплава, процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и функциональные свойства и разработка на этой основе комплексно-легированных серых и белых чугунов

НИР, гранты, проекты:

Эта работа выполняется в соответствии с:

- Министерством высшего образования по фундаментальным исследованиям № 1,2/96 ГР97 «Исследование влияния легирующих элементов и модифицирующих добавок из дальневосточного минерального сырья на физические свойства расплавов, процессы кристаллизации и структурообразования чугуна». 53. 31. 21; 53. 03. 09 (1996-1997 г.), руков. – д. т.н., проф. Ри Хосен;

- Министерством высшего образования по фундаментальным исследованиям № 6.98 ГР99 «Исследование некоторых структурно-чувствительных параметров комплексно-легированных жидких чугунов и установление корреляционной связи между их свойствами в жидком и твердом состояниях» 53. 31. 21; 53. 03. 05 (1998-2000 гг.), руков. – д. т.н., проф. Ри Хосен;

- Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ) и региональной Программой № 06- 08- 96011- Восток «Исследование и разработка комплексно-легированных чугунов функционального назначения с использованием легирующих элементов (W, Mo, Cr, Sn, Cu и др.), синтезированных из дальневосточных минеральных концентратов» (2005-2007 гг.), руков. – д. т.н., проф. Ри Хосен;

- ЕЗН 1. 3. 06 Министерства образования и науки РФ «Структурно-чувствительные свойства комплексно-легированных железоуглеродистых сплавов в жидком и твердом состояниях» (2006 г.), руков. – д. т.н., проф. Ри Хосен;

- ЕЗН 1. 03. 07 Министерства и науки РФ « Исследование влияния легирующих элементов на физические свойства расплавов, процессы кристаллизации и структурообразования, механические и эксплуатационные характеристики белых чугунов» (2007–2009 гг.), руков. – д. т.н., проф. Ри Хосен.

Основные научные и практические результаты:

Установлены общие закономерности изменения структурно-чувствительных свойств расплавов от содержания графитизирующих и карбидообразующих элементов и дано научное обоснование установленным зависимостям с позиции электронного строения жидких серых чугунов (донорно-акцепторного взаимодействия компонентов):

изотермы p, d и v легированных графитизирующими элементами жидких чугунов имеют экстремальный характер изменения с максимумами их значений при 1,5 мас.% Cu и Ni, 0,025-0,05 мас.% Sn и 0,25 мас.% Al в отличие от чугунов, легированных карбидообразующими элементами – Cr, V, Ti, Mo; изотермы?, d и? легированных карбидообразующими элементами (Cr, V, Ti, Mo) жидких чугунов имеют линейный характер изменения до 1,5 мас.%; объемная усадка жидких чугунов (?о) обратно пропорциональна плотности расплавов; минимальной объемной усадке жидких чугунов соответствует максимум плотности и минимум коэффициента термического сжатия расплавов; наиболее точная корреляция наблюдается между плотностью и общей объемной усадкой (?общ) легированных чугунов.

Найдена закономерность изменения температур фазовых и структурных превращений серых чугунов от концентрации легирующих элементов и показана их взаимосвязь с некоторыми физическими свойствами расплавов. Выявлена взаимосвязь между свойствами расплавов (?, d, ?), литейными (жидкотекучесть, линейная усадка), механическими (?в, ?изг, НВ, Н50) и эксплуатационными (гидроплотность, износостойкость) характеристиками комплексно-легированных серых чугунов, оценена полнота корреляции между указанными параметрами. Наибольшим значениям физических свойств расплавов на их изотермах, как правило, соответствуют максимумы прочностных свойств, износостойкости, герметичности и минимум линейной усадки. Методами гамма-проникающих излучений и термического анализа подтверждено наличие критических температур перехода статистически разупорядоченной структуры ближнего порядка t0 к статистически упорядоченной структуре t1 при охлаждении низкоуглеродистых не - и легированных белых чугунов (Жст>ЖГЦК), что позволяет научно обосновать выбор оптимальных температурных режимов плавки и легирования:

все легирующие элементы (Cr, Мо, W, Mn, V) повышают температуры t0 и t1; легирующие элементы Cr и V сужают температурную область перехода ЖСТ > ЖГЦК (t0 – t1), а W, Mn и Mo – расширяют; вышеуказанные легирующие элементы расширяют температурную область существования статистически упорядоченной структуры ЖГЦК (t1 – t?); степень уплотнения расплава в интервале температур t0 – t1 и t1 – t? зависит от вида и количества легирующих элементов; легирующие элементы (W, Мо) с более высокой плотностью, чем у железа, интенсивнее уплотняют расплав в интервале температур t0 – t1 и t1 – t? вследствие усиления межчастичных взаимодействий с компонентами чугуна (Fe и C); все легирующие элементы без исключения уменьшают значение коэффициента термического сжатия?1 в интервале температур t1 – t?; следовательно, чем плотнее легирующий элемент, тем в меньшей степени сжимается жидкая фаза от температуры охлаждения до температуры начала кристаллизации избыточного аустенита.

Получены новые результаты по влиянию легирующих элементов на кристаллизационные параметры, структурообразование, физико-механические и эксплуатационные свойства низкоуглеродистого белого чугуна и дано научное обоснование установленным концентрационным зависимостям. Обоснован выбор оптимальных режимов термообработки легированных низкоуглеродистых белых чугунов, заключающихся в закалке с последующим низкотемпературным отпуском для достижения максимальной твердости и износостойкости при соответствующих концентрациях легирующих элементов. Комплексное легирование низкоуглеродистого хромистого белого чугуна существенно изменяет кристаллизационные параметры, физико-механические и эксплуатационные свойства. Комлексно-легированные чугуны после воздушной закалки обладают более высокими твердостью и износостойкостью. Получены новые результаты по влиянию легирующих элементов на процессы кристаллизации и структурообразования среднеуглеродистого (3,0-3,1 мас.%) белого чугуна. Замедляя диффузионные процессы, легирующие элементы Cr, Mo и W кинетически затрудняют распад переохлажденного аустенита и способствуют стабилизации аустенита, о чем свидетельствуют результаты рентгеноструктурного анализа и исчезновение ферромагнитных свойств в низко - и среднеуглеродистых белых чугунах. В области концентраций, где происходит инверсия карбидных фаз (FeCr)3C>(FeCr)7C3>(FeCr)23C6, наблюдается скачкообразный рост концентрации хрома, микротвердости карбидных фаз, а также аномальное изменение физико-механических и эксплуатационных свойств. Рентгеноструктурным анализом доказано наличие карбидных фаз (FeCr)3C, (FeCr)7C3, (FeW)3C, (FeW)6C и др. при соответствующих концентрациях легирующих элементов в низко - и среднеуглеродистых белых чугунах. Температура начала кристаллизации карбидных фаз также фиксируется на политермах интенсивности гамма-проникающих излучений и термограммах кристаллизации.

Основные публикации, патенты и дипломы

Ри Хосен. Комплексно-легированные чугуны специального назначения / Х. Ри, Э. Х. Ри. – Владивосток : Дальнаука, 2000. – 287 с. Ри -легированные белые чугуны функционального назначения в литом и термообработанном состояниях / Э. Х. Ри, , Х. Ри [и др.] – Владивосток: Дальнаука, 2006. – 274 с. Ри Хосен. Отливки из легированных чугунов / Хосен Ри, , Э. Х. Ри, // Литейное производство. – 1997. № 8–9. – С. 48–49. Ри Хосен. Связь между свойствами расплавов, литейными и эксплуатационными характеристиками легированных чугунов / Хосен Ри, , Э. Х. Ри, // Литейное производство. – 1997. № 11. – С. 17–18. Ри Хосен. Коррозионная стойкость и жаростойкость легированных белых чугунов / Хосен Ри, , Э. Х. Ри, // Литейное производство. – 2000. – № 3. – С. 12–13. Ри -механические свойства и эксплуатационные свойства легированного белого чугуна в литом состоянии / Э. Х. Ри, , Хосен Ри // Литейщик России. – 2004. – № 1. – С. 8–11. Ри -легированные малоуглеродистые белые чугуны функционального назначения / Э. Х. Ри, , Хосен Ри // Литейщик России. – 2004. – № 2. – С. 8–10. Ри режимов термической обработки низкоуглеродистого легированного белого чугуна / Э. Х. Ри, , Хосен Ри // Литейщик России. – 2004. – № 3. – С. 10–11. Ри Э. Х. Об использовании дальневосточных минеральных концентратов для производства металлургических материалов / Э. Х. Ри // Литейное производство. – 2006. – № 6. – С. 19–21. Ри комплексно-легированных белых чугунов в литом и термообработанном состояниях / Э. Х. Ри, , Хосен Ри [и др.] // Литейное производство. 2006. № 7. с. 2-4. Ри легирующих элементов на жаро - и коррозионную стойкость низкоуглеродистого белого чугуна / Э. Х. Ри, , Хосен Ри [и др.] // Литейное производство. – 2006. – № 7. – С. 5–8. Ри технология получения олова из касситеритовых концентратов Дальневосточного региона путем химической активации углетермического восстановления / Э. Х. Ри, , Хосен Ри, // Литейщик России. 2007. – № 6. – С. 32–33. Ри -микроскопическое исследование и микрорентгеноспектральный анализ бронзы, облученной в жидком состоянии наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) / Э. Х. Ри, Хосен Ри, , // Литейщик России. – 2007. – № 7. – С. 33–36. Ри при плавке жидкой меди и бронзы наносекундными электромагнитными импульсами / Э. Х. Ри, , Хосен Ри [и др.] // Металлургия машиностроения. – 2006. – № 4. – С. 13–17. Ри алюминия и силумина после облучения наносекундными электромагнитными импульсами / Э. Х. Ри, , Хосен Ри [и др.] // Металлургия машиностроения. – 2006. – № 4. – C. 18–20. Ри влияния легирования на строение расплава чугуна методом?-проникающих излучений / Э. Х. Ри, , [и др.] // Металлургия машиностроения. – 2006. – № 4. – С. 21–24 Ri Е. bined effect of alloying elements on corrosion resistance and heat resistance of white cast iron / Е. H. Ri, H. Ri, A. S. Brichenok // J/Russian Technical News Letter. ROTOBO. № 3. Japan, 2001. – Р. 10–11. Ри карбидообразующих легирующих элементов на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства хромистого низкоуглеродистого белого чугуна в литом и термообработанном состояниях / Э. Х. Ри, , Х. Ри, , // Труды VII съезда литейщиков России. Т. 1: Общие вопросы. Черные и цветные сплавы. – Новосибирск : Изд. дом «Историческое наследие Сибири», 2005. – С. 70–76. Ри влияния облучения расплава наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства серых чугунов / Э. Х. Ри, , Хосен Ри, , // Труды восьмого съезда литейщиков России. Т. I. Черные и цветные сплавы. – Ростов-н/Д. 2007. – С. 68–71. Ри Х. Карбидные фазы в комплексно-легированных белых чугунах / Х. Ри, , Э. Х. Ри, // Литейные процессы : сб. науч. тр. / Под ред. . Магнитогорск: МГТУ, 2002. – Вып. 2. – С. 35–36. Ри Х. Исследование влияния термической обработки на структурообразование, твердость и износостойкость низкоуглеродистого белого легированного чугуна / Х. Ри, , Э. Х. Ри // Литейные процессы : сб. науч. тр. / Под ред. . Магнитогорск: МГТУ, 2002. – Вып. 2. – С. 4–8. Ри Х. Влияние легирующих элементов на образование карбидных фаз в белых чугунах / Х. Ри, , Э. Х. Ри, // Литейные процессы. Выпуск 2.: Межрегиональный сборник научных трудов / Под ред. , Магнитогорск; МГТУ, 2002. – с. 7-9. Ри состава комплексно-легированного серого чугуна с высокой износостойкостью // Межрегиональный сборник научных трудов «Литейные процессы», Магнитогорск, 2006. – вып.6 с.4-8. Ри свойства расплавов и структурообразование комплексно-легированных хромистых чугунов / Э. Х. Ри, Х. Ри, , // Литейное производство сегодня и завтра. Тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 70-летию кафедры «Физико-химия литейных сплавов и процессов». – СПб., 2001. – С. 60–65. Ри характеристики комплексно-легированного хромистого чугуна / Э. Х. Ри, Х. Ри, , // Литейное производство сегодня и завтра. Тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 70-летию кафедры «Физико-химия литейных сплавов и процессов». – СПб., 2001. – С. 65–68. Ри Х. Физико-механические свойства низкоуглеродистого белого чугуна / Х. Ри, , Э. Х. Ри // Вторая Межд. науч.-практ. конф.: Прогрессивные литейные технологии : Сб. тез. докл. – Москва, 2002. – С. 112–115.

Защита диссертации по данной тематике:

В 2009г. защитил диссертационную работу на соискание ученой степени доктора технических наук Ри Э. Х., доцент каф. «ЛПТМ» ТОГУ

В 2009г. защитила диссертационную работу на соискание ученой степени кандидата технических наук , преподаватель каф. «ЛПТМ»

В 2009г. планируется защита диссертационной работы на соискание ученой степени доктора технических наук , к. т.н., с. н.с. Институт материаловедения ХНЦ ДВО РАН