Панель настройки шрифта

Получатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «Оборудование и Технологии» (ООО «Оборудование и Технологии»)

Ключевые слова: медные сплавы, редкоземельные элементы, механические свойства, электропроводность, интенсивная пластическая деформация, субмикрокристаллическая структура, плотность дислокаций.

Основные результаты:

выбрана система легирования сплава на основе меди с применением редкоземельных металлов;
исследован фазовый состав разработанного сплава на основе меди с применением редкоземельных элементов;
экспериментальные образцы экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов;
разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов и экспериментальных образцов трапецеидальных профилей из медного сплава методом интенсивной пластической деформации по определению твердости, временного сопротивления, относительного удлинения и электропроводности.

1 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от от «17» июня 2014 г. № 14.575.21.0005 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 17 июня по 31 декабря выполнялись следующие работы:

проведение аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих научных (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты.
проведение патентных исследований.
выбор системы легирования нового сплава на основе меди с применением редкоземельных металлов.
изготовление экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов.
исследование фазового состава разработанного сплава на основе меди с применением редкоземельных элементов.
разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов и экспериментальных образцов трапецеидальных профилей из медного сплава методом интенсивной пластической деформации по определению твердости, временного сопротивления, относительного удлинения и электропроводности.

При этом были получены следующие результаты:

1) краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности) с указанием работ, в рамках которых они были получены);

аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, который показал, что наиболее перспективным является направление, сочетающее как легирование медных сплавов, то есть разработку новых систем легирования, так и термомеханическую обработку для получения оптимального сочетания механических и физических свойств в медных полуфабрикатах для производства трапецеидальных профилей.
выбрана система легирования нового сплава на основе меди с применением редкоземельных металлов. Исходя из анализа существующих на сегодняшний день систем легирования видно, что наиболее перспективной системой легирования, на сегодняшний день, является система Cu – Cr – Zr – Y. Использование выбранной системы легирования позволит не только повысить электропроводность медного сплава за счет выделения частиц второй фазы в процессе предварительной термической обработки, а также позволит существенно повысить прочностные свойства медного сплава в процессе интенсивной пластической деформации без существенного уменьшения электропроводности.
исследован фазовый состав разработанного сплава на основе меди с применением редкоземельных элементов. Исследование показало, что в медном сплаве в литом состоянии происходит выделение первичных частиц, средний размер которых составляет от 100 до 250 нм.
проведены патентные исследования, которые показали, что разработанный экономно легированный медный сплав и получение трапецеидальных профилей методом равноканального углового прессования являются охраноспособными.
разработана методика изготовления экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов. Получены экспериментальные образцы экономно легированного медного сплава с добавлением редкоземельных элементов.
разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов и экспериментальных образцов трапецеидальных профилей из медного сплава методом интенсивной пластической деформации по определению твердости, временного сопротивления, относительного удлинения и электропроводности.

2) оценку элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информацию о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД;

разработан новый экономно легированный медный сплав на основе системы Cu – Cr – Zr с добавлением редкоземельных металлов;
полученные в ходе выполнения работ результаты на сегодняшний день не имеют аналогов в мире.

3) оценку соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту.

полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.
работы в рамках выполнения Соглашения о предоставлении субсидии могут быть продолжены с целью разработки технологии производства трапецеидальных профилей для изготовления коллекторных пластин.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

2 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «17» июня 2014 г. № 14.575.21.0005 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01 января по 30 июня 2015 г. выполнялись следующие работы:

проведение исследование комплекса физико-механических свойств, включающий измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения и определение электропроводности разработанного сплава на основе меди.
разработка технологии производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов методом интенсивной пластической деформации.
получение экспериментальных образцов трапецеидальных профилей с наноструктурой для изготовления коллекторных пластин из медного сплава методом интенсивной пластической деформации.

При этом были получены следующие результаты:

исследован комплекс физико-механических свойств, включающий измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения и определение электропроводности разработанного сплава на основе меди. Исследование комплекса физико-механических свойств показало, что все три разработанных медных сплава, с использованием редкоземельных элементов, демонстрируют твердость, превышающую заданное минимальное значение твердости равное 60 HB в ТЗ. Анализ механических свойств, включающих временное сопротивление и относительное удлинение, и электропроводности показал, что все сплавы характеризуются более высокими значениями указанных физико-механических свойств по сравнению со значениями заданными в ТЗ.
разработана технология производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов методом интенсивной пластической деформации. Главным преимуществом разработанной технологии перед существующими в настоящее время аналогами является проведение непрерывного равноканального прессования при температуре близкой к температуре пикового старения, что позволит ускорить выпадение из пересыщенного твердого раствора мелкодисперсных частиц второй фазы, как результат произойдет ускорение кинетики формирования субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры в процессе интенсивной пластической деформации.
получены экспериментальные образцы трапецеидальных профилей с наноструктурой для изготовления коллекторных пластин из медного сплава методом интенсивной пластической деформации.

разработана технология производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземельных элементов методом интенсивной пластической деформации;
полученные в ходе выполнения работ результаты на сегодняшний день не имеют аналогов в мире.

полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.

3 этап:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «17» июня 2014 г. № 14.575.21.0005 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01 июля по 31 декабря 2015 г. выполняли следующие работы:

Изучено влияние режимов деформационно-термической обработки, включая влияние температуры и времени предварительной обработки, степени пластической деформации при равноканальном угловом прессовании и прокатки/волочении на формирование структуры в процессе деформационно-термической обработки;
Проведено исследование комплекса физико-механических свойств, включающего измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения, и определение электропроводности экспериментальных образцов из медного сплава полученных методом интенсивной пластической деформации;
Разработаны рекомендации по использованию полученных результатов в реальном секторе экономики;
Проведено обобщение и оценка полученных результатов;
Проведена технико-экономическая оценка результативности ПНИ;
Разработан проект ТЗ на ОТР по теме «Разработка технологии производства трапецеидальных профилей из экономно легированного медного сплава».

При этом были получены следующие результаты:

изучено влияние режимов деформационно-термической обработки, включая влияние температуры и времени предварительной обработки, степени пластической деформации при равноканальном угловом прессовании и прокатки/волочении на формирование структуры в процессе деформационно-термической обработки. Выбран оптимальный режим термической обработки, включающей обработку на твердый раствор при температуре 920 °С в течение 30 минут и последующее старения при температуре 550 °С в течение 4 часов. Показано, что непрерывное равноканальное угловое прессование приводит к значительному измельчению зерен, и степень пластической деформации в значительной мере определяет размер зерен в медном сплаве БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов. В процессе непрерывного равноканального углового прессования при температуре 400 °С до степени деформации 2 происходит формирование субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры со средним размером зерен/субзерен около 200 нм. Проведение прокатки при комнатной температуре способствует дальнейшему уменьшению размера зерен, т.е. способствует формированию субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры в медном сплаве БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов.
проведено исследование комплекса физико-механических свойств, включающего измерение твердости, определение временного сопротивления, относительного удлинения, и определение электропроводности экспериментальных образцов из медного сплава полученных методом интенсивной пластической деформации. Проведение исследования комплекса физико-механических свойств показало, что необходимым комплексом физико-механических свойств обладают образцы медного сплава БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов, подвергнутые следующей деформационно-термической обработке: обработка на твердый раствор при температуре 920 °С в течение 30 минут и последующее старения при температуре 550 °С в течение 4 часов, непрерывному равноканальному угловому прессованию при температуре 400 °С до степени деформации 2 и последующей прокатке при комнатной температуре до степени деформации 1. Определенные свойства при этом составляют: твердость по Бринеллю составляет 95,3 НВ, временное сопротивление – 332 МПа, относительное удлинение – 10,9%, электропроводность при этом составляет 86% IACS. Для определения термической стабильности, сформировавшейся структуры в процессе интенсивной пластической деформации, провели последеформационный отжиг при температуре 300 °С в течение 1 часа и провели исследование комплекса физико-механических свойств. Комплекс физико-механических свойств равен – твердость по Бринеллю составляет 92,6 НВ, временное сопротивление – 318 МПа, относительное удлинение – 12,25%, электропроводность при этом составляет 87% IACS. Таким образом, экспериментальные образцы медного сплава БрХ0,3Цр0,06И0,1 с добавлением редкоземельных элементов, полученные методом интенсивной пластической деформации, а также подвергнутые последеформационному отжигу удовлетворяют требованиям пункта 4.1 ТЗ Соглашения о предоставлении субсидии.
разработаны рекомендации по использованию полученных результатов в реальном секторе экономики. Основное внимание при разработке рекомендаций по использованию полученных результатов в реальном секторе экономики было уделено тому, что и разработанный медный сплав с добавлением редкоземельных элементов и технология получения трапецеидальных профилей обладают значительными перспективами по применению в любой из отраслей электротехнической промышленности Российской Федерации.
проведено обобщение и оценка полученных результатов. Основным выводом, который можно сделать на основании проведения обобщения и оценки полученных результатов при выполнении теоретических и экспериментальных работ по Соглашению о предоставлении субсидии заключается в следующем, полученные результаты обладают новизной, поскольку позволят дополнить существующую, на сегодняшний день, теоретическую базу по изучению закономерностей и механизмов формирования субмикрокристаллической и/или нанокристаллической структуры в металлических материалах в процессе интенсивной пластической деформации. Также, необходимо отметить, что разработанная технология обладает некоторой универсальностью и может быть применена не только для изготовления трапецеидальных профилей, но и для получения полуфабрикатов из медных сплавов, с улучшенным комплексом физико-механических свойств, для применения в электротехнической промышленности.
проведена технико-экономическая оценка результативности ПНИ. Проведенная оценка показывает, что полученные результаты в рамках выполнения ПНИ обладают высоким потенциалом по применению не только для производства трапецеидальных профилей для изготовления коллекторных пластин для электротехнической промышленности, но и для применения в других отраслях электротехнической промышленности. Например, для производства контактного провода для железнодорожного транспорта.
Разработан проект ТЗ на ОТР по теме «Разработка технологии производства трапецеидальных профилей из экономно легированного медного сплава».

разработан новый экономно легированный медный сплав на основе системы Cu – Cr – Zr с добавлением редкоземельных металлов;
разработана технология производства профилей трапецеидальной формы для изготовления коллекторных пластин из экономно легированного медного сплава с использованием редкоземель-ных элементов методом интенсивной пластической деформации;
полученные в ходе выполнения работ результаты на сегодняшний день не имеют аналогов в мире.

полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.

Резюме проекта, полученные результаты: Результаты 1 этапа:

Загрузить / Результаты 2 этапа:

Загрузить / Результаты 3 этапа:

Загрузить