intelligent-lab

01.01.2019 17:55

Разработка концептуальных основ перехода к использованию новых ультрамелкозернистых металлических материалов повышенной конструктивной прочности

Автор:  Растегаев Игорь Анатольевич
Цели проекта: Разработка и обоснование концептуального подхода к повышению конструкционной прочности и стабильности структуры ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов и практическому их использованию, а также расширение представлений о физической природе прочности и механизмов разрушения металлических УМЗ материалов с различным типом кристаллической решетки.

Выходные данные проекта:
Тема: Разработка концептуальных основ перехода к использованию новых ультрамелкозернистых металлических материалов повышенной конструктивной прочности
Программа/Направление: Фундаментальные основы инженерных наук
Шифр проекта: 18-08-00340_а
Зам. Руководителя работ: Клевцова Наталья Артуровна
Плановая продолжительность работ: от 01.01.2018г. до 31.12.2021г.
Объем финансирования проекта: 700 000 руб. в год
Бюджетные средства 700 000 руб. в год
Внебюджетные средства 0,0 руб.
Ключевые слова: ультрамелкозернистые (УМЗ) металлические материалы, твердость, прочность, механизм разрушения, структурно-фазовые превращения, равноканальное угловое прессование (РКУП), рентгеноструктурный анализ

Основные задачи проекта:
1. Провести анализ имеющихся данных, обобщив сведения о конструктивной прочности, стабильности структуры и закономерностях разрушения при различных видах нагружения УМЗ материалов с различным типом кристаллической решетки (ОЦК, ГЦК и ГПУ), а также опыт их практического использования.
2. Обосновать концепцию повышения комплекса механических свойств и стабильности структуры УМЗ материалов с ОЦК, ГЦК и ГПУ решеткой за счет измельчения зерна, оптимизации структурно-фазового состояния и зернограничного дизайна.
3. Изучить комплекс механических и физических свойств, кинетику и механизм разрушения на различном масштабном уровне УМЗ материалов с различным типом кристаллической решетки при однократных и циклическом видах нагружения.
4. Обосновать влияние внешних факторов (температуры, электромагнитных полей, коррозионных сред и т.д.) на стабильность структуры и свойств УМЗ материалов.
5. Изучить изменение структуры и свойств УМЗ материалов в процессе изготовления изделий по цепочке «материал – полуфабрикат (заготовка) – изделие».
6. Разработать и обосновать концептуальный подход к повышению конструкционных свойств и стабильности структуры УМЗ материалов в изделиях и дать рекомендации по практическому использованию полученных результатов.

Основные результаты выполнения проекта:
1 этап (01.01.2018 - 31.12.2018)
1.1. Показано, что РК сплава ВТ8М-1 по предложенному режиму формирует глобулярную структуру со средним размером субзерен α-фазы от 200 до 300 нм. При этом твердость сплава повышается в 1,1 раза, прочностные свойства при растяжении – в 1,2 раза, а пластичность снижается в 1,4 раза. Понижение температуры испытания до -196 0С дополнительно повышает прочностные и незначительно снижает пластические свойства сплава в УМЗ состоянии.
1.2. Результаты усталостных испытаний образцов из сплава ВT8M-1 показали, что при одном и том же размахе нагрузки (ΔР) общая долговечность образцов из УМЗ сплава ниже, чем образцов из КЗ сплава. Прямолинейный участок кинетических диаграмм усталостного разрушения сплава ВТ8М-1 аппроксимируется уравнением Пэриса с коэффициентом n, равным для КЗ сплава 3,5, а для УМЗ сплава 3,6. Причем, правый участок кинетических диаграмм сплава в УМЗ состоянии отклоняется от прямой линии. Такое отклонение совпадает с изменением направления распространения усталостной трещины. Авторы связывают данное явление с неоднородностью формирования структуры при РК. Микрорельеф усталостных изломов КЗ и УМЗ сплава состоит из плоских фрагментов, напоминающих чешуйки; встречаются усталостные бороздки.
1.3. Результаты испытания образцов из сплава ВТ8М-1 на статическую трещиностойкость показали, что значение К1С УМЗ сплава, полученного путем РК, в 1,4 раза ниже по сравнению с исходным КЗ состоянием. Микрорельеф статических изломов сплава как в КЗ, так и в УМЗ состоянии состоит из хаотично расположенных сравнительно гладких гребней. Морфология поверхности таких изломов, а также сильная локализация пластической деформации у поверхности изломов при отсутствии утяжки и наличие одной пластической зоны под поверхностью изломов указывают, по мнению авторов, на иной механизм образования таких гребней по сравнению с механизмом образования гребней при ямочном микрорельефе.
1.4. Используя рентгеноструктурный анализ, показано, что степень искаженности кристаллической структуры титанового сплава ВТ8М-1 после РК ниже, чем степень искаженности структуры сплава ВТ6 после РКУП. Рентгеновским методом определена глубина пластических зон под поверхностью изломов образцов из сплавов ВТ8М-1 и ВТ6 в КЗ и УМЗ состоянии, испытанных на К. Это позволило сравнить критерии реализации условия плоской деформации (ПД) hmax/t и t/(K1C0,2)2 для УМЗ и КЗ материалов с ГПУ решеткой. Впервые показано, что для материалов с ГПУ решеткой, как и для материалов с ГЦК решеткой, условие ПД реализуется при t/(K0,2)2 ≥11. Ранее было показано, что для материалов с ОЦК решеткой условие ПД реализуется при t/(K0,2)2 ≥5. Авторами высказано предположение, что различие в критериях реализации условий ПД в материалах с различным типом кристаллической решетки связано с наличием в материалах с ОЦК решеткой вязко-хрупкого перехода и отсутствием такового в материалах с ГПУ и ГЦК решеткой.
Поскольку в перспективе планируется исследовать структуру и свойства не только заготовок, но и полуфабрикатов и изделий, в качестве задела на данные исследования нами разработан комплект накостных пластин из УМЗ титана, позволяющий варьировать результирующую толщину изделия в зависимости от предполагаемой нагрузки на челюстную кость.
1.5.Подана заявка на полезную модель к патенту. По результатам работы в отчетном году сделаны 3 доклада на международных конференциях, опубликована статья в научном журнале (РИНЦ) и подготовлены 2 статьи к публикации в журналах, цитируемых в системе SCOPUS; подана заявка на полезную модель.

Календарь событий

« Мая 2019 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
    1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31    

Вход в систему

You are here: