ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

В данной работе исследовано влияние различных параметров процесса селективного лазерного плавления (СЛП) на формирование дефектов и микроструктуры в жаропрочных никелевых сплавах. Экспериментальные образцы были изготовлены с использованием установки “ВПЛС Меркурий”, оснащенной системой индуктивного высокотемпературного подогрева. Путем варьирования энергетических параметров СЛП были получены данные о зависимости линейной плотности энергии от количества и типов возникающих дефектов, таких как макротрещины и микродефекты. Результаты исследования показали, что увеличение линейной плотности энергии способствует значительному снижению дефектов в структуре образцов. На основании проведенного анализа также выявлены особенности формирования микроструктуры и причины возникновения дефектов при различных режимах СЛП. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации параметров процесса и улучшения качества изделий из жаропрочных никелевых сплавов, изготовленных методом аддитивного производства.

Остаточный аустенит является очень важной структурной составляющей, особенно в высоколегированных и высокоуглеродистых сталях. При определенном легировании и термической обработке его количество может составлять до 95–98%. Поэтому существенное значение имеет определение температуры начала мартенситного превращения (мартенситной точки) в зависимости от химического состава. В настоящее время однозначного выражения этой зависимости не существует. Исследователи используют многочисленные расчетные модели и экспериментальные данные. В настоящей работе рассмотрена зависимость мартенситной точки от содержания углеродов в сталях, легированных некарбидообразующим элементом – никелем. В работе использован структурный метод определения мартенситной точки с применением высокотемпературной металлографической установки. Показано, что наибольшее влияние на мартенситную точку никель оказывает в низкоуглеродистых сталях. С повышением содержания углерода влияние никеля ослабевает, а для стали 143Н4 мартенситная точка находится даже выше, чем в углеродистой стали с аналогичным содержанием углерода. Установлено, что при высоком содержании углерода даже при быстром охлаждении происходит графитизация, что и следует считать причиной повышения мартенситной точки. Материалы статьи были представлены на Международной научно-практической конференции «Перспективные машиностроительные технологии (Advanced Engineering Technologies) AET 2024», проходившей в Санкт-Петербурге 13–16 мая 2024 года.

В работе исследовано влияние режимов печати FDM-технологии и термообработки отжигом на коэффициенты восстановления к первоначальной форме и фиксации временной формы на образцах из эластичных полимеров с эффектом памяти формы. Эксперименты показали, что для всех исследуемых полимеров наибольшее значение коэффициента восстановления формы достигается с помощью выбора режима печати с верхней границей в интервале температуры экструзии, рекомендованном производителем, и последующего проведения отжига для снятия остаточных напряжений. Результаты проведенных исследований показали наилучшие значения коэффициента восстановления и фиксации формы, равные 98,6% и 94,5% соответственно.

Данная работа посвящена исследованию распределения температурных полей при точечной сварке трением с перемешиванием (ТСТП) алюминиевых листов толщиной 2 мм из АМг5 и В95АТ при помощи компьютерного моделирования. Модель создавалась в программном комплексе для моделирования процессов обработки металлов давлением DEFORM-2D/3D. В результате работы была создана модель процесса ТСТП для алюминиевых сплавов АМг5 и В95АТ, которая была верифицирована по экспериментальным данным измерения температур с помощью термопар. С помощью верифицированной модели было исследовано влияние параметров процесса на температурные поля алюминиевых сплавов. Результаты исследования показали, что основное влияние на повышение температуры при ТСТП оказывает скорость вращения инструмента, а также теплопроводность самого материала. Усложнение геометрии заплечика, в частности нанесение резьбы, дополнительно увеличивает тепловыделение и скачкообразное поведение температуры.

В работе представлены результаты исследования влияния температуры подогрева платформы при селективном лазерном плавлении (СЛП) и термической обработке на микроструктуру, фазовый состав и механические свойства хромистой стали. Была выявлена зависимость пористости компактного материала от плотности энергии селективного лазерного плавления. Микроструктура образцов характеризуется узкими, вытянутыми вдоль направления построения зернами. При печати с подогревом платформы средняя длина зерен увеличивается с 156 до 563 мкм, средняя ширина при этом не изменяется и составляет около 30 мкм. После термической обработки на границах зерен выделились включения, предположительно карбиды типов MC и M23C6. Дифрактограммы образцов содержат пики, соответствующие объемно-центрированной кубической решетке. Подогрев платформы в процессе СЛП позволил повысить пластичность материала на 6% (с 12 до 18%) при сохранении прочностных свойств. Результаты показали, что применение подогрева платформы и термической обработки позволяют изменять микроструктуру и механические свойства. Материалы статьи были представлены на Международной научно-практической конференции «Перспективные машиностроительные технологии (Advanced Engineering Technologies) AET 2024», проходившей в Санкт-Петербурге 13–17 мая 2024 года.

Исследованы перспективы достижения углеродной нейтральности крупнейшими развивающимися странами (Китай, Индия, Индонезия, Бразилия, Иран, Саудовская Аравия). Выполнен анализ структуры энергетики и землепользования в этих странах. Разработаны сценарные оценки динамики углеродных показателей экономик исследуемых стран. Показано, что существующие темпы декарбонизации и развития индустрии улавливания и хранения углерода (CCS) в исследуемых странах не позволяют выполнить их обязательства по достижению климатической нейтральности в 2050–2070 гг. – эта цель не может быть достигнута ранее конца столетия. Центральной проблемой в достижении климатической нейтральности становится быстрое и масштабное внедрение технологий CCS во всех ее возможных проявлениях. Однако из исследованных стран только Китай и Бразилия располагают собственными возможностями для захоронения углерода на период более ста лет. Несмотря на то, что изменения климата занимают едва ли не лидирующее место в мировой повестке, действительные результаты усилий в этой области далеки от декларируемых и сдержать потепление в пределах 1,5°C сейчас уже невозможно. Ключевой задачей становится максимальное сокращение времени пребывания глобальной климатической системы в опасной запредельной зоне (выше 1,5°C), что потребует создания мировой экономики с отрицательной эмиссией парниковых газов.

К середине века выработка электроэнергии вырастет более чем в два раза, что приведет к увеличению количества парниковых газов, которые усиливают глобальное потепление. Одним из наиболее перспективных циклов по выработке электрической энергии является цикл Брайтона со сверхкритическим диоксидом. Рабочее тело обладает высокой мощностью освещения, стабильными термическими и химическими методами. Для более глубокого исследования газодинамических и прочностных характеристик проточной турбины, работающей на сверхчастичном критическом диоксиде, необходимо создание полномасштабного натурного экспериментального стенда. Однако свойства рабочего тела не до конца изучены, создание природного стенда требует высоких затрат и повышенных мер безопасности, так как его работа требует соблюдения значений температуры и давления. В работе проводилось моделирование сверхкритического диоксида, подаваемого на воздух с использованием аналогичной методики. Для проверки перечисленных экспериментов, проведенных в программном комплексе Ansys Workbench, был выбран экспериментальный стенд, расположенный на базе Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Проведена комплексная оценка технического состояния стенда, произведена замена и модернизация некоторых узлов. В рамках подготовки стенда выполнены погодные условия и тщательные расчеты подшипника. Разработаны и изготовлены новые форсунки подачи масла в подшипники. Проведены испытания масляной системы, которые показывают, что объемный расход соответствует стандартным значениям технического паспорта подшипника. Выполнен замер объема расхода водяной системы. Была разработана современная измерительная система, обеспечивающая точность экспериментов и позволяющая в настоящее время основные характеристики турбин для текущих экспериментальных исследований.

Экспериментально исследовано влияние микроструктуры на усталостные свойства и механизмы разрушения сварных соединений стали 10, применяемых в свайном фундаменте. Установлено, что причиной возникновения и развития повторных трещин в строительных конструкциях, где были выполнены ремонтные сварочные работы в холодное время года, является высокая скорость охлаждения сварного соединения, приводящая к возникновению в участке перегрева зоны термического влияния структуры Видманштеттена. Соответственно, подобные структуры являются не пригодными к восприятию знакопеременных нагрузок. Однако для обеспечения работоспособности ремонтных сварных соединений, выполненных в холодное время года, необходимо проведение дополнительных технологических операций, способствующих снижению скорости охлаждения.

Функционально-градиентные материалы (ФГМ) - это перспективные материалы, характеризующиеся постепенными переходами либо в составе, либо в микроструктуре, либо в плотности. Для расширения потенциала данных материалов можно использовать аддитивное производство при их изготовлении. Анализ существующих исследований ФГМ, полученных методом селективного лазерного плавления (СЛП), показывает, что слабо представлены исследования влияния изменения количества частиц на структуру и свойства. Исследования композитных ФГМ с большим количеством армирующих частиц, особенно с использованием оборудования с высоким подогревом, ограничены. Целью данной работы является проведение исследований композитных образцов ВЖ159 + WC, составы которых могут быть использованы для изготовления ФГМ методом СЛП. Для решения поставленной цели были проведены исследования дефектов, микроструктуры, химического и фазового составов, а также твердости в композитных образцах. Важным аспектом данной работы является исследование возможности получения ФГМ из металлов с большим содержанием армирующих частиц с использованием высокотемпературного подогрева методом СЛП. Было получено, что после изготовления композитных образцов методом СЛП в них видны нерастворенные частицы WC и поры в гранулах данного материала, отсутствуют другие дефекты. При увеличении содержания WC в композитных материалах происходит изменение микроструктуры - увеличение количества дендритов WC в матрице композита. В образцах ВЖ159 + 20% WC в матрице уже наблюдается некоторое количество W, который мог туда попасть из распавшихся гранул WC. Установлено, что при увеличении количества WC в композитных образцах микротвердость матрицы возрастает и достигает 1122,9 HV при 80% WC.

Методами физического моделирования на установке Gleeble 3800-GTC была воспроизведена термическая обработка прутковых клемм из стали 40С2. Моделирование проводилось на образцах диаметром 6 мм, что является приемлемым для моделирования термической обработки прутка диаметром 18 мм ввиду высокой прокаливаемости стали 40С2. Показано влияние режимов термической обработки на формирование структуры. Установлено, что наилучшие механические свойства достигаются после предварительного нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) - 940±10℃, закалке - 860±10℃ и отпуске - 350±10℃. Также показано негативное влияние низкой температурой нагрева ТВЧ в сочетании с низкой температурой закалки.

В данной работе были изучены процессы формирования микроструктуры стали 40С2 в зависимости от различных скоростей охлаждения. Работа началась с построения политермического разреза равновесной диаграммы состояния для рассматриваемого химического состава стали с использованием программы Thermo-Calc. Это позволило определить температуры начала и конца фазовых превращений. Затем была исследована микроструктура стали при различных скоростях охлаждения: 1, 10, 20, 50 и 100 °С/с. Каждая из этих скоростей охлаждения привела к образованию в стали различных структурных элементов, таких как феррит, перлит и мартенсит. Эти структурные изменения непосредственно влияют на механические характеристики материала, такие как прочность и твердость. В итоге была построена термокинетическая диаграмма распада аустенита для стали 40С2. Эта диаграмма отражает зависимость между температурой и временем, необходимым для превращения аустенита в более стабильные фазы при различных скоростях охлаждения. Результаты исследования имеют большое значение для понимания и оптимизации технологий термообработки с учетом требований к заданным механическим свойствам конечной продукции.

Современные тенденции развития нефтегазового сектора РФ предопределяют освоение новых месторождений нефти и газа в наиболее удаленных и труднодоступных регионах страны. В основном это северные и северо-восточные территории, отличающиеся практически полным отсутствием транспортных путей, малой численностью населения и сложными геологическими особенностями - многолетнемерзлыми грунтами и высоким уровнем обводнения поверхностного - деятельного - слоя. В работе приведены результаты комплексного исследования влияния этих факторов на работоспособность буроопускных свай фундаментов обустройства месторождений, изготовленных из стеклопластиковых труб. Показана возможность контролировать фактическое состояние материала свай неразрушающим методом, путем установки и исследования деградации свойств образцов-свидетелей. Использование лабораторных исследований для оценки фактического состояния вряд ли следует признать оптимальным, так как оно требует длительных выдержек образцов материалов в специализированных контейнерах, что достаточно сложно осуществить в условиях производственных лабораторий.