1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7
1.1. Актуальность темы исследования 7
1.2. Современные представления о суперсплавах на основе никеля 11
1.3. Сведения об исследуемом материале 14
1.3.1. Основные жаропрочные сплавы на никелевой основе 14
1.3.2. Строение, фазовый состав и теплофизические свойства сплава
ХН60ВТ 18
1.4. Сведения о защитном покрытии - металлический порошок ПВ-
НХ16Ю6Ит 23
1.5. Теоретические основы экспериментального метода, использованного в
работе - определения модуля Юнга Е и твердости Н методом наноиндентирования 26
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 29
2.1. Результаты металлографического исследования микроструктуры
суперсплава Ni-25%Cr-15%W с напылением порошка Ni-Cr-Al 29
2.2. Результаты измерения механических свойств - твердости и модуля
Юнга 30
2.3. Расчет адгезии покрытия и подложки 32
3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 34
3.1. Расчет затрат на проведение научно - исследовательской работы 34
3.1.1. Целесообразность расчетов затрат на проведение научно-исследовательской работы 34
3.1.2. Затраты на материалы 34
3.1.3. Затраты на электроэнергию 35
3.1.4. Затраты на амортизацию 37
3.1.5. Затраты на заработную плату 38
3.1.6. Страховые взносы и расходы по обязательному страхованию персонала
от несчастных случаев и профзаболеваний 39
3.2. Экономическая оценка эффективности исследования 40
3.2.1. Потенциальные потребители результатов исследования 40
3.2.3. Анализ аналогичных технических решений с позиции
ресурсоэффектвности и ресурсосбережения 42
3.2.4. SWOT-анализ 43
3.2.5. Оценка готовности проекта к коммерциализации 46
3.2.6. Оценка сравнительной эффективности исследования 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 52
XXI век - век стремительного развития технологий. Инновационные проекты затрагивают практически все сферы жизни, одной из которых естественным образом является промышленность и промышленные технологии. Главным образом они направлены на решение каких-либо все чаще встречающихся сложных технических или экономических проблем.
Одной из таких проблем современности является коррозия металлов и их защита от нее, а также от влияния агрессивных условий окружающей среды, в которой используют детали из этого металла.
Ряд коррозионных проблем остается открытым, тем самым тормозит технический прогресс во многих отраслях промышленности. В промышленно развитых странах, имеющих крупнейший металлофонд, это приобрело особую актуальность. Особенно в последние годы, когда в промышленности используют высокопрочные материалы в условиях особо агрессивных сред, высоких температур и давлений. В этих условиях значительно возрос удельный вес потерь, вызываемых такими опасными формами коррозии, как коррозионное растрескивание, межкристаллитная коррозия, питтинг и др.[1]
Огромны экономические потери от коррозии металлов. По оценкам специалистов различных стран эти потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4 % валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20 % годового производства стали. [1]
Поэтому актуальна разработка эффективных средств противокоррозионной защиты, а также методов оценки сцепления металлов и покрытий, которые позволят не только уменьшить потери металла и средств, но и снизить металлоемкость конструкций и сооружений, увеличить их грузоподъемность, уменьшить расход топливо-энергетических ресурсов при строительстве и эксплуатации, увеличить эксплуатационный период и в целом уменьшить себестоимость и повысить рентабельность объектов техники.
Целью работы является оценка эффективности внедрения инновационного проекта - метод оценки адгезии напыленного порошка ПВ- НХ16Ю6Ит на трубы из сплава ХН60ВТ для дальнейшей их защиты от истирания частицами золы и от коррозии, на современное Российское металлургическое производство.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
• рассмотреть химико-физические свойства данных материалов;
• провести экспериментальные исследования, на основе которых возможно сформировать новый метод;
• сформировать расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы;
• оценить экономическую составляющую экспериментального исследования;
• оценить готовность проекта к коммерциализации.
Объект исследования: инновационный проект - методика оценки и последующей аккредитации адгезии защитного покрытия по данным экспериментальных исследований.
Предмет исследования: образцы, отобранные от труб из сплава ХН60ВТ после нанесения защитного покрытия путем газоплазменного напыления металлического порошка марки ПВ-НХ16Ю6Ит в защитной среде из смеси азота с аргоном с помощью плазмотрона ПП-25
В ходе написания работы, применялись методы системного изучения объекта и предмета исследования, экспериментальные методики, осуществляемые во время производственной (преддипломной) практики. Особое внимание уделялось смыслу и полноте материала, обоснованности положений и выводов, их критической оценке. Теоретической базой исследования является учебная, периодическая печать, специальная литература по проблеме.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения и библиографического списка. Изложена на 54 страницах, содержит 17 таблиц и 4 рисунка.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы было проведено металлографическое исследование микроструктуры биметаллических образцов, методом наноиндентирования измерены твёрдость HV и модуль Юнга E покрытия, основного металла и металла до нанесения покрытия.
Химические, физические и механические свойства суперсплавов на основе никеля Ni-25%Cr-15%W активно исследуются [30-33]. Обсуждается роль добавок углерода для стабильности микроструктуры [30], влияние карбидов на механические свойства[31-33].
Полученные результаты обсуждаются с позиций современных представлений о физике, химии и механике суперсплавов Ni-25%Cr-15%W с жаропрочным покрытием из сплава Ni-Cr-Al.
Выполненные исследования носят прикладной характер и направлены на решение актуальных задач практической металлургии, в частности на выяснение механизмов, которые позволят управлять наиболее важными технологическими и служебными свойствами антикоррозионных покрытий: прочностью, пористостью и т.п.
В дипломной работе объектами исследования служили актуальные с практической точки зрения сплавы Ni-25%Cr-15%W и Ni-Cr-Al. В частности:
1. Найдено наличие зеренной структуры с ярко выраженными сегрегациями углерода, кислорода, алюминия, хрома, кремния и железа на границе напыленного слоя и основного металла;
2. Установлено, что сегрегации атомов Fe, Si и С на границе покрытия и основного металла могут свидетельствовать об образовании кристаллов силицида железа Fe2Si, карбидов FeC и SiC, также удалось обнаружить включения Al2O3 на границе покрытия и основного металла.
3. Рассчитаны значения твердости для покрытия 5,29 ± 1,58 ГПа, основного металла 3,88 ± 0,17 ГПа и металла до нанесения покрытия 4,64± 1,05 ГПа, модуль Юнга 104,46 ± 15,36 ГПа, 118,74 ± 4,23 ГПа, 147,42±20,76 ГПа соответственно.
4. С использованием полученных значений твердости HV и модуля Юнга Е рассчитана величина адгезии покрытия и подложки Я}й=3,7МПа,м0’5 и энергия разрушения покрытия Сс=88Дж*м-2
Расчет сметы затрат на проведение исследования показал, что для осуществления экспериментов и их обработки требуется 11298,55 рублей, а основные затраты вносят статьи расходов «Материалы» (34%), «Заработная плата» (35%) и «Амортизационные затраты» (17%).
Также выяснено, что проект выгоден и является перспективным, но т.к. он находится на этапе научной разработки, то общий финансовый показатель рассчитать на данном этапе невозможно. Но проект является конкурентоспособным, перспективным и имеет отличные показатели с точки зрения ресурсоэффективности.
1. Козлов Д.Ю. Руководство для подготовки инспекторов по визуальному и измерительному контролю качества покрытий. Екатеринбург: издательский дом «Оригами», 2009. - 202 с.
2. Зуев В. М., Адаскин А.М. Материаловедение (металлообработка). М.: Academia, 2012
3. Морозов Ю.Д. Тенденции развития сталей для газопроводных труб большого диаметра. Тематический сборник научных трудов. ОАО «РосНИТИ». Екатеринбург: АМБ. 2004.
4. Объединенная металлургическая компания // ОМК. [Электронный ресурс]. URL: https://omk.ru (дата обращения: 19.02.2019).
5. Трубная металлургическая компания // ТМК. [Электронный ресурс]. URL: https://www.tmk-group.ru (дата обращения: 19.02.2019).
6. Группа ЧТПЗ. [Электронный ресурс]. URL: http://www.chelpipe.ru (дата обращения: 19.02.2019).
7. Лякишев Н.П. Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг. 2000
8. Y. Kurata, H. Tsuji, M. Shindo, H. Nakajima, J. Nucl. Mater. 246 (1997) 196¬205.
9. Масленков С.Б. Жаропрочные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1983. 192 с.
10. Афанасьев Н.И., Бушнев Л.С., Мубояджян С.А. Структура и свойства жаростойких покрытий из сплава Ni-Cr-Al-Y // Известия Высших учебных заведений. Физика. 1986. Т. XXIX. №12.
11. Мысик Р. К., Сулицин А. В., Брусницын С. В. Литейные сплавы на основе тяжелых цветных металлов: учебное пособие // Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. — 140 с.
12. ГОСТ 5632-72 Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки (с изменениями N 1, 2, 3, 4, 5)
13. Вальцев Н.В., Чикова О.А., Рыжков А. Ф. Microstructure and mechanical properties in submicrovolumes of Ni-25%Cr-15%W alloy with Ni-Cr-Al powder coating 2019
14. Головин Ю.И. Наноиндентирование и механические свойства материалов в наношкале (обзор) // ФТТ. 2008. Т. 50. № 12. С. 2113-2142.
15. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Метод испытаний. ISO 14577-1:2002 Москва Стандартинформ 2013
16. Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology // Journal of Materials Research. 2004. V. 19. №1. P. 3-20.
...