Развитие научных основ повышения надежности и хладостойкости технических систем ответственного назначения, работающих в экстремальных условиях эксплуатации на основе комплексных исследований модифицированных литых высокопрочных сплавов, сварочных материалов нового поколения, перспективных сварочно-наплавочных технологий и ударно-механической обработки

Объекты исследования являются литые высокопрочные стали, технологии сварки, наплавки и послесварочной обработки, сварочные и наплавочные материалы, покрытия, сварные соединения, узлы и детали техники. Цель работы – развитие и формирование фундаментальных научных основ повышения надежности и хладостойкости технических систем ответственного назначения, работающих в экстремальных условиях Севера и Арктики, на основе создания методики получения новых литых высокопрочных сплавов, исследования тонкой структуры новых материалов, развития физических принципов нанесения покрытий и поверхностных слоев адаптивной импульсной электродуговой наплавкой и ударно-механической обработкой, получения оптимальных структурно-фазовых и механических характеристик сварных соединений путем модифицирования сварочных материалов. Методы исследований - рентгеноструктурный и металлографический, дюрометрический анализы, апробированные расчетные методики, разрушающие методы испытаний металлов и сварных соединений. Результаты исследований: - в результате многолетних опытно-экспериментальных исследований по получению хладостойких, высокопрочных сплавов была разработана схема выплавки сплава с использованием скрапа литых высокопрочных сплавов. Разработана рецептура шихты из скрапа изношенных элементов рабочего органа тяжелой горнодобывающей техники, произведен расчет состава раскисляющих добавок, микролегирующих РЗМ ‒ модификаторов из местного минерального сырья; - произведен переплав элементов рабочих органов горнодобывающей техники, в частности коронок стойки рыхлителя бульдозера Komatsu D375A, в индукционной плавильной печи. Исходя из полученных экспериментальных результатов по переплавке изношенных деталей горнодобывающей техники, при соответствующем добавлении необходимого количества модификаторов в сплав и разработки методики термомеханической обработки представляется возможным создание элемента рабочего органа землеройной техники из скрапа изношенных коронок импортного производства, с требуемыми служебными свойствами; - проведенный анализ отказов техники горнодобывающих предприятий республики свидетельствует о значительных масштабах ударно-абразивного износа контактирующих с рабочей средой поверхностей узлов и деталей, при эксплуатации в условиях многолетней мерзлоты и низких климатических температур. - показано, что для повышения износостойкости покрытий, восстановления и упрочнения поверхностей, целесообразно применение методов регулируемого тепловложения, достигаемых за счет импульсного изменения энергетических параметров режимов и частотного диапазона наплавки, а также последующей ударно-механической обработки. Разработан испытательный стенд, имитирующий ударно-абразивный износ для определения износостойкости наплавленных покрытий. - Доказана эффективность предложенной методики по очищению природного концентрата от соединений фосфора и целесообразность его дальнейшего применения в качестве модификатора при экспериментах. Выявлено, что уровень риска нанесения вреда здоровью при процессе ручной дуговой сварки с применением модифицированных электродов в 2,5 раза меньше уровня пренебрежимо малого риска. Показано, что комплексное микролегирование металла шва лантаном, празеодимом, неодимом, иттрием, ниобием и др., при ручной дуговой сварке стали повышенной прочности электродами типа Э70 и типа Э50А, создает условия для формирования мелкодисперсной структуры шва с высоким уровнем прочности и пластичности при низких температурах, что указывает на повышение хладостойкости сварных конструкций ответственного назначения, эксплуатируемых в условиях Севера и Арктики. Область применения результатов – материаловедение, металлургия, машиностроение. Значимость работы. Результаты научно-исследовательской работы вносят значимый вклад в развитие Госпрограммы социально-экономического развития Арктической зоны РФ до 2030 г. и технологического суверенитета России, согласно «Концепции технологического развития на период до 2030 года». Прогнозные предположения о развитии объекта исследования. Развитие и формирование фундаментальных научных основ повышения надежности и хладостойкости технических систем ответственного назначения, работающих в экстремальных условиях Севера и Арктики.