КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ – ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА Кудря А.В., профессор, д.т.н. Национальный исследовательский технологический университет. - презентация

1 КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ – ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА Кудря А.В., профессор, д.т.н. Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» Москва, 26 апреля 2013 г. Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий»

2 ПРИМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Транспорт Энергетика Строительство Машиностроение Москва, 26 апреля 2013 г.

3 3 Таких материалов 99 % (из них сталей 90 – 95 %) ПРОЧНОСТЬ - способность выдерживать заданные нагрузки в конструкции ПЛАСТИЧНОСТЬ – способность выдерживать приемлемые деформации ВЯЗКОСТЬ способность сопротивляться разрушению (распространению трещины) ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

4 ФАКТОРЫ КАЧЕСТВА Структура материала – определяется составом материала и видом технологии его получения «Металлургическое» качество – определяется особенностями технологии получения материала Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

5 состав плавка разливка нагрев ковка термическая слитка обработка траектории процессов нормы качества Области нормативно допускаемых режимов ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ КАЧЕСТВА ПРИ СОБЛЮДЕНИИ ДИРЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ (на примере производства стали) Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

6 МАСШТАБ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУКТУРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВЯЗКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ Москва, 26 апреля 2013 г.

7 Эволюция структур и дефектов в ходе длинной технологической цепочки Неоднородные разномасштабные структуры Совместное влияние разномасштабных структур на разрушение Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

8 ВЯЗКОЕ ПРОТЯЖЕННОЕ РАЗРУШЕНИЕ (при полигонных пневматических испытаниях) Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

9 9 ОТ РАЗРУШЕНИЯ К СОЗИДАНИЮ Материал разрушается всегда (при механических испытаниях); Разрушение протекает по самым слабым местам в структуре материала; Знание механизмов разрушения позволяет выделить критические факторы структуры, лимитирующие прочность, пластичность и вязкость материала; Отсюда необходимость измерения разрушения разнородных структур; На этой основе возможно конструирование материалов под заданные свойства. Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

10 НАБЛЮДЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ СТРУКТУР, ПЛАСТИЧНОСТИ И ВЯЗКОСТИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ МАТЕРИАЛОВ Измерение разномасштабных структурСинтез результатов измерения топографии изломов на различных масштабных уровнях: макро-, мезо-, микро- и нано 150 мкм Лазерный профилограф Понимание механизмов разрушения разнообразных структур, исходя из измеряемой статистики геометрии Оценка хладноломкости с привязкой к структуре (по измерениям акустической эмиссии на малогабаритных образцах) 2 см 3 – сериальная кривая Структурные и «металлургические» факторы, лимитирующие разброс пластичности Научно-практический семинар«Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

11 11 - А B РАСКОПКИ ДАННЫХ («DATA MINING») ПРОИЗВОДСТВЕННОГО КОНТРОЛЯ Система прослеживания движения металла, контроля процесса и продукта Архивы данных заводского контроля Выбор оптимальных статистических процедур (классическая статистика, когнитивная графика, непараметрическая статистика…) Выявление дальних, неочевидных связей в системе «управляющий параметр - свойство» Прогноз сценариев развития событий Таблица решающих правил для нелокальной компенсации возмущений в реальном времени Повышение однородности качества металлопродукции на верхнем пределе распределения Совместный анализ неоднородности структур и разрушения Москва, 26 апреля 2013 г.

12 12 ПРИНЦИП НЕЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО ПРОГНОЗУ КАЧЕСТВА нормы качества результат области нормативно допускаемых режимов прогноз пройденный зона предвидимый скорректированный путь риска путь путь Управляющее воздействие Определение зон риска технологии, выбор решающих правил (средствами IT) для корректировки технологии в пределах её поля допуска Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

13 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Взаимодействие технологически «неизбежных» разномасштабных структур – причина провалов пластичности и вязкости конструкционных материалов. Только совместный анализ механизмов разрушения разнообразных структур и измерения их неоднородности могут выявить структурные и «металлургические» факторы, контролирующие различия в процессах разрушения конструкционных материалов при номинально однотипных структурах. Это обеспечит гарантии качества материалов в рамках действующих технологий, обеспечит основу для конструирования новых материалов под заданные свойства. Научно-практический семинар «Экспертиза научно-технических проектов в области создания новых материалов и нанотехнологий» Москва, 26 апреля 2013 г.

14 Спасибо за внимание!