«Разработка нового высокотемпературного материала (на базе NiAl) для применения в изделиях гражданской техники (нагревательные элементы для термообрабатывающих. - презентация

1 «Разработка нового высокотемпературного материала (на базе NiAl) для применения в изделиях гражданской техники (нагревательные элементы для термо обрабатывающих печей)» ОАО «Композит», головная научно-исследовательская организация ракетно-космической промышленности Логачев И.А. (начальник группы) Гаврючин Е.Ю. (начальник БНИОС-8) КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ , Наукоград Королёв

2 2 Цель проекта, проблематика Создание новых образцов техники связано с развитием высокотемпературных материалов. Для термической обработки (Т/О) таких материалов необходимо создание нового поколения нагревателей. Существующие нагреватели не способны реализовать весь комплекс требований, необходимый для создания инновационной продукции из перспективных высокотемпературных жаропрочных сплавов. Цели: Применение перспективного материала - NiAl и получение на его основе сплава с более высокими пластическими характеристиками. Создание нового поколения нагревательных элементов (НЭ) для Т/О перспективных высокотемпературных жаропрочных сплавов. Существенное повышение температуры Т/О (лучше КЭНов). Возможность производить обработку на воздухе, без использования вакуума. Современные нагревательные элементы до 1100 °С – сплавы никеля, хрома, железа (нихромы, фехрали); до 1350 °С – карборундовые (карбид кремния); до 1450 °С – дисилицид молибдена (низкая механическая прочность; низкая термостойкость; высокая начальная пластичность в интервале температур от 1400 °С до 1650 °С); от 2200 до 3000 °С – танталовые, молибденовые, вольфрамовые, угольные или графитовые (в вакууме или защитной атмосфере) Наиболее распространены Карбидкремниевые нагревательные элементы (КЭН) Но! выдерживают от 4 до 5 режимов КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

3 3 Интерметаллид NiAl – перспективный материал Преимущества: высокая Т пл = 1638 °С; низкий удельный вес 5,95 г/см 3 (из металлов для НЭ); жаростойкий; жаропрочный материал Недостаток: Хрупкий при комнатной температуре Применение нагревателей из сплава на основе NiAl позволит: Повысить рабочую температуру печи; Повысить срок службы нагревателей; Снизить расходы на нагреватели Преимущества использования NiAl КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

4 1. Получение электродов 2. Механическая обработка 3. Центробежное распыление 4. Рассев и магнитная сепарация 5. Электростатическая сепарация 6. Выращивание изделия 7. Горячее изостатическое прессование Преимущества предлагаемой технологии Порошковая металлургия: - повышение пластичности изделия; - создание изделия любой формы 4 КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

5 55 Текущий статус проекта Чистый интерметаллид NiAl тугоплавкий, упругий, прочный, но трудно деформируемый материал. Его кристаллическая решетка В2(ОЦК). Некоторые важные свойства – это высокая температура плавления Т пл = 1638 ° С и низкая плотность 5,95 г/см 3. Причина хрупкости при комнатной температуре в плотноупакованности подрешетки Al. Радиус атома Al – большой (0,143 нм), а Ni – маленький (0,125 нм). Энергия упорядочения очень высока, что сильно затрудняет подвижность дислокаций и в следствии чего нет места для деформации, так как мало места в ячейке. Был получен эффект от легирования в поликристаллическом NiAI хромом, изотерма Ni-AI-Cr КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

6 66 Проведен выбор состава сплава Ni68,5165,5763,3561,2859,3560,0351,9643,7335,3457,9148,39 Al31,4926,3721,8417,6113,6431,5431,8532,1732,4926,6222,24 Cr0,007,2614,0320,3626,297,6015,3523,2531,3114,6628,58 Hf0,000,800,770,750,720,840,85 0,860,810,79 Образцы Vikers Выплавка исследуемых сплавов проводилась на вакуум-дуговой луночной печи, в которую загружались семь завесок по 20 г. В восьмой лунке находится титановая губка как абсорбент газов. Состав сплавов определялся на эмиссионном спектрометре OBLF VeOS По результатам измерений выбран состав сплава на базе NiAl-Cr Текущий статус проекта КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

7 7777 Были проведены опытные плавки сплава системы Ni-Al-Cr в вакуумно-индукционной печи, отработана технология и получен качественный слиток (нужного состава и без дефектов). Внешний вид слитка ВИП Основной причиной низкотемпературной хрупкости интерметаллидов является их кристаллическая структура. Но в тоже время пластичность понижают атомы внедрения – C, O, N, H и др. Поэтому дополнительные требования должны предъявляться к шихте, это должны быть особо чистые материалы. Выплавка в вакууме должна обеспечивать чистоту атмосферы от вредного контакта расплава с атмосферой воздуха. Часто в камеру нагнетают инертный газ (особо чистый аргон) для снижения кипения. Так как из газа может попасть азот в атмосферу печи, а от туда в расплав, то к газу должны также предъявляться требования по чистоте. Текущий статус проекта КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

8 8 Коммерциализация результатов работы Ключевые потребители: - ОАО «Электромеханика»; ОАО «Электромеханика - ОАО «ВНИИЭТО»; - Heatmasters; - Starbar; - Ipsen Co.; - ООО «RxM» и др. -ЗАО ИПФ; -«ТермИТ»; -ЗАО «НПК «НАКАЛ»; -ООО «Сиркон»; -HTF Inc.; -KDF (Knight dragon fire Heat Treat Furneses) КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

9 9999 Экономические показатели на примере трубчатого КЭНА Цена в США 6495,9 руб./шт. Цена в России 7221,6 руб./шт. Наш аналог руб./шт. (вес – 1 кг) Но! Срок службы у НЭ из NiAl выше. 99 m = ρV = ρlS = ρlπR Δ 2 = = ρlπ(R внш 2 - R вн 2 ) m = ρlπ(R внш 2 - R вн 2 ) 1000 = 5,95l 3,14 (2 2 – 1,7 2 ) l = 1000/(5,953,14 1,11) = = 53,5/1,11 = 48,2 см КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

10 10 Экономические показатели проекта Оборудование Стоимость, млн. руб. Установка выплавки слитка 60,00 Установка распыления 70,00 Установка очистки 8,00 Установка послойного синтеза 60,00 Печь для термообработки 1,00 Подитог 199,00 Газостат 520,00 Итог 719,00 Статья расхода Цена за 1 кг с НДС, руб. Шихта на слиток 900 Выплавка слитка 600 Распыление и очистка порошка 1000 Выращивание изделия 800 Газостатирование + термообработка 1200 Операция Количество в месяц, кг Количество в год, кг Расходы, млн. руб. 1. Выплавка , Потери 6% (возвратные)-1440 Подитог Распыление+очистка , Потери 15% (возвратные)-3384 Подитог Выращивание изделия , Газостатирование + термообработка ,0112 Итого 96,912 Итого на 1 кг, тыс. руб.5,05 КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

11 11 Экономические показатели проекта Зарплата, руб Количество человек 8 ФОТ в год (1,302 от з/п), млн. руб.4,37472 Стоимость нагревателя руб. Проект на 5 лет Ставка дисконтирования, % 25 Первоначальное вложение, млн. руб. 244,1507 Ежегодный поток, млн. руб. 150,9509 NPV, млн. руб. 194,4458 IRR, %62,89 Организация производства (без газостата) КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

12 12 Инвестиции Этап тыс. руб. на производство первой партии комплектов нагревателей Этап тыс. руб. на организацию производства (без газостата) стоимость нагревателя: рублей, ставка дисконтирования: 25 %, срок проекта: 5 лет КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ тыс. руб.

13 13 Управленческая команда Состав команды: Руководители проекта – 2 человека Рабочие – 4 человека Необходимо: Рабочие – 1 человек Экономист (бухгалтер) – 1 человек КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

14 14 Патентоспособность результатов проекта Патент на сплав Патент на технологию Патент на изделие КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

15 15 Риски -стоимость материала; -дефицит материала Основной риск проекта связан с исходным материалом для изделий: КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ Риск связанный с работами сторонней организации: -обработка на газостате

16 Логачев Иван Александрович Начальник группы ОАО «Композит» СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ