AP19178097 "Совершенствование технологии электролитно-плазменной цементации на основе численного моделирования взаимодействия металла с парогазовой оболочкой"

Руководитель научного проекта:

Актуальность:

Идея проекта основана на совершенствования технологии электролитно-плазменной цементации низкоуглеродистых сталей на основе численного моделирования взаимодействия металла с парогазовой оболочкой, формирующейся между жидким анодом и металлическим катодом, а также изучение особенностей диффузионного насыщения и структурно-фазового превращения в сталях в зависимсоти от технологического режима электролитно-плазменной цементации. Предлагается изучить механизмы ускоренной диффузии легирующих элементов в обрабатываемых материалах при электролитно-плазменной обработке. Будет разработана математическая модель и алгоритм расчета кинетики диффузионного насыщения углеродом при катодном электролитно-плазменном нагреве. Будут установлены основные закономерности диффузионного насыщения, структурно-фазовых превращений при электролитно-плазменной цементации низкоуглеродистых сталей. На основе полученных результатов будет разработан эффективный способ электролитно-плазменного насыщения для упрочнения поверхности деталей машин и механизмов из низкоуглеродистых сталей.

Цель:

Совершенствование технологии электролитно-плазменной цементации низкоуглеродистых сталей на основе численного моделирования взаимодействия металла с парогазовой оболочкой, формирующейся между жидким анодом и металлическим катодом, а также изучение особенностей диффузионного насыщения и структурно-фазового превращения в сталях в зависимсоти от технологического режима электролитно-плазменной цементации.

Ожидаемый результат:

Будут изучены особенности ВАХ и ВТХ катодного нагрева и установлены закономерности теплообмена между катодом и парогазовой оболочкой. Определен механизм ускоренной диффузии легирующих элементов в обрабатываемых материалах при электролитно-плазменной обработке. Будет рассчитана энергия ионов, образующихся в парогазовой оболочке и бомбардирующих поверхность активного электрода. Определен механизм ускоренной диффузии легирующих элементов в обрабатываемых материалах при различных видах электролитно-плазменной обработке. Будет определен коэффициент диффузии углерода в низкоуглеродистых сталях с учетом их отдельного и взаимного влияния. Будут изучены структурные превращения в низкоуглеродистых сталях при электролитно-плазменной цементации. По полученным результатам в рамках настоящего проекта будут опубликованы не менее 2 (двух) статей в журналах из первых трех квартилей по импакт-фактору в базе данных Web of Science или имеющих процентиль по CiteScore в базе данных Scopus не менее 50. Также планируется подать заявку на получение патента РК на изобретение или на полезную модель. Результаты исследований будут важны с точки зрения научных исследований в физике конденсированного состояния и материаловедения, а также с точки зрения практического использования при создании материалов для машино- и самолетостроения, ядерной энергетики, военно-промышленного комплекса. Применение ресурсосберегающей электролитно-плазменной технологии, которая обеспечит увеличение срока службы деталей машин и инструментов в машиностроительном производстве, приведет к снижению амортизационных затрат. Следовательно, результаты проведенных по проекту исследований внесут существенный вклад в развитие машиностроения в Республике Казахстан. Использование предлагаемой технологии электролитно-плазменного упрочнения конструкционных и инструментальных сталей позволит ощутимо улучшить качество стальных изделий и надежность в эксплуатации, а также существенно экономить на материалах, поскольку основную часть изделий можно будет изготавливать из более дешевых и распространенных сталей, производимых в Казахстане. Благодаря увеличению проектируемого срока эксплуатации (работоспособности) изделий также ожидается положительный экономический эффект.

Результат:

o Будут изучены особенности воль-амперных и воль-температурных характеристик катодного нагрева;
o Определен механизм образования парогазовой оболочки между жидким анодом и металлическим катодом при электролитно-плазменной обработке;
o Будет рассчитана энергия ионов, образующихся в парогазовой оболочке и бомбардирующих поверхность активного электрода в зависимости от режима электролитно-плазменной цементации
o Будет установлен оптимальный режим электролитно-плазменной цементации;
o Будет определен коэффициент диффузии углерода в низкоуглеродистых сталях и его зависимость от режима электролитно-плазменной цементации
o Будет проведен математический расчет методом конечных элементов процесса насыщения аустенита и феррита углеродом при электролитно-плазменной обработке
o На основе полученных результатов будет разработан эффективный способ электролитно-плазменного насыщения для упрочнения поверхности деталей машин и механизмов из низкоуглеродистых сталей.

Члены Исследовательской группы

ФИО: Мухаметов Елдос Мухтарович

Scopus Id: 56703359900

Researcher Id: GLS-2714-2022

ORCID: 0000-0001-7818-8160

Дополнительно:
Общий научно-педагогический стаж – 13 лет. В 2021 году окончил докторантуру PhD по специальности 6D070500 – «Математическое и компьютерное моделирование» Евразийского национального университета имени Л. Н. Гумилёва и по теме «Моделирование трехмерной динамики оболочки». Заявляемое исследование тесно связано с ранее проводимыми научными исследованиями. Индекс Хирша по наукометрической базе Scopus – 2, Web of Science – 1.
ФИО: Рахадилов Бауыржан Корабаевич

Scopus Id: 55539741700

Researcher Id: AAD-3744-2020

ORCID: 0000-0001-5990-7123

Дополнительно:
Директор ТОО «PlasmaScience», специалист, имеющий научный задел в области физики конденсированного состояния и физического материаловедения. Общий научно-педагогический стаж – 13 лет. Научная деятельность научного консультанта проекта связана с исследованиями по вопросам поверхностно-плазменных взаимодействий, получения защитных покрытий, модификации материалов концентрированными потоками энергии. Успешно защитил докторскую диссертацию в 2014 г. по теме «Электролитно-плазменное азотирование поверхностных слоев быстрорежущих сталей». Является обладателем Гранта «Лучший преподаватель вуза – 2018». Обладатель Государственной научной стипендии для талантливых молодых ученых, внесших выдающийся вклад в развитие науки и техники на 2013-2014 гг и на 2018-2019 гг. Опубликовал 4 монографии, 5 учебных пособий и более 150 научных публикаций, в том числе 40 статей в зарубежных изданиях, входящих в базу данных Web of Science и Scopus, 20 авторских свидетельств на изобретения. Индекс Хирша по наукометрической базе Scopus – 10, Web of Science – 7.