Федеральная служба по интеллектуальной собственности Российской Федерации выдала патент на изобретение № 2865613 «Послойно-модифицированная нержавеющая сталь, полученная аддитивным выращиванием», разработанное учёными Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
Авторами изобретения являются сотрудники НГТУ Максим Аносов, Юрий Кабалдин, Михаил Чернигин и Анатолий Баевский.
Изобретение относится к порошковой металлургии и аддитивным технологиям, в частности к слоистой нержавеющей аустенитной стали, полученной аддитивным выращиванием.
Цель изобретения – разработка структуры слоистой нержавеющей стали при аддитивном выращивании изделия, обладающей высокими механическими свойствами.
«Разработанная технология позволяет формировать слоистые нержавеющие стали с повышенными эксплуатационными характеристиками за счёт чередования слоёв обычной стали и слоёв, модифицированных наночастицами титана и титана карбида, что обеспечивает повышенный предел прочности и относительное удлинение», – отметил один из авторов изобретения, заместитель директора института промышленных технологий машиностроения по научной работе и руководитель гранта РНФ Максим Аносов. – «Управление структурой по сечениям детали достигается за счёт аддитивного выращивания, расширяя возможности применения классической технологии 3D-печати».
Изобретение относится к производству нержавеющих сталей, в частности, высококачественных сталей, содержащих хром и хром-никель, в имеющем, по меньшей мере, два металлоприёмника в плавильном устройстве для снабжения сталеразливочной установки.
Нержавеющими сталями называют большую группу хромистых, хромоникелевых и хромомарганцевоникелевых сталей с содержанием свыше 12% Cr, сохраняющих при воздействии атмосферы светлый металлический блеск, т.е. нержавеющие свойства. Хром повышает коррозионную составляющую нержавеющих сталей.
Технический результат достигается благодаря тому, что разработанная структура слоистой нержавеющей аустенитной стали, полученная при аддитивном выращивании изделия, так же как и прототип, содержит чередующиеся слои стали. Новаторством является то, что чередующиеся слои представляют собой последовательно чередующиеся слой стали и слой стали, модифицированный наноразмерными частицами титана и карбида титана размером от 50 до 100 нм в пропорциях от 0,1 до 0,4% по массе.
Сутью аддитивного выращивания является послойное осаждения металла в изделии по 3D модели. Поэтому, вводя послойно в расплав формирующегося металла изделия в определенной последовательности наноразмерные частицы титана и карбидов титана, он упрочняется. В результате механические свойства такой слоистой нержавеющей стали существенно повышаются.
Области применения послойно-модифицированной нержавеющей стали:
- Промышленная техника и машиностроение, где необходима сочетанная прочность и коррозионная стойкость;
- Энергетика, химическая и нефтегазовая промышленность (агрегаты, трубопроводы, ёмкости, компрессоры, клапаны), особенно в условиях агрессивной среды;
- Авиационно-космическая и судостроительная отрасли, где важны крупногабаритные изделия и требуются повышенная прочность при сохранении коррозионной стойкости;
- Машиностроение и транспортная техника, включая тяжёлое оборудование и арктические/экстремальные условия;
- Производство крупногабаритных деталей методом WAAM (wire-arc additive manufacturing) и других форм аддитивного выращивания, где важна скорость строительства и возможность местной оптимизации свойств через структуру слоёв.
Практический и социальный эффект изобретения, по мнению Максима Аносова, достигается благодаря расширению возможностей аддитивного производства крупных деталей из нержавеющей стали с улучшенными характеристиками прочности и пластичности, что может снижать частоту ремонтов, повышать надёжность оборудования и продлевать срок службы конструкций.
