intelligent-lab

10.04.2020 15:51

Построение карты деформационных механизмов перспективных биорезорбируемых магниевых сплавов как важнейшее звено на пути производства инновационных изделий медицинского назначения

Автор:  Растегаев Игорь Анатольевич
Цель проекта: построение карты деформационных механизмов, основывающейся на глубоком понимании особенностей пластического течения (механизмов деформации) перспективных магниевых сплавов в широком диапазоне температур и скоростей деформации, процессов динамической рекристаллизации, а также выявление влияния этих факторов на точку потери устойчивости пластического течения для научно- обоснованного выбора термо-деформационных режимов обработки конструктивных магниевых сплавов сокращающих временные и материальные затраты на получение конечных изделий с заданной микроструктурой и комплексом физико-химических, механических и биомедицинских свойств.

Выходные данные проекта:
Тема: Построение карты деформационных механизмов перспективных биорезорбируемых магниевых сплавов как важнейшее звено на пути производства инновационных изделий медицинского назначения
Приоритетное направление: 2 - Индустрия наноситем; 17 - Технология получения и обработки функциональных наноматериалов
Область знаний: 09 - Инженерные науки, 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий; 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций; 09-102 - Механика технологического процесса
Шифр проекта: 20-19-00585
Руководитель работ: Мерсон Дмитрий Львович
Продолжительность работ: 2020 - 2022 г.
Итоговое финансирование проекта: 18 млн. руб.
Ключевые слова: Биорезорбируемые магниевые сплавы, температура и скорость деформации, микроструктура, динамическая рекристаллизация, диаграмма растяжения, акустическая эмиссия, карта механизмов деформации

Аннотация и научная значимость проекта:
В настоящее время магний и его сплавы расцениваются как наиболее перспективные и инновационные материалы для нужд автомобильной и аэрокосмической промышленности, где снижение веса относится к задачам первостепенной важности. Кроме того, несомненно важным достоинством указанного класса материалов является их биосовместимость и биорезорбируемость, что приводит к их востребованности в травматологии и сердечно-сосудистой хирургии в качестве временных имплантируемых устройств. Если в случае изготовления из магния и его сплавов изделий макроскопических размеров современная технология достаточно разработана, то для большинства изделий медицинского назначения требуются полуфабрикаты малых размеров в одном или двух измерениях – тонкостенные трубки, фольги, проволока и т.д. Получение таких полуфабрикатов связано с применением технологий больших деформаций - глубокой вытяжки, прокатки, экструзии с большими обжатиями. Все эти процессы с необходимостью контролируются рядом управляющих параметров среди которых важнейшими являются: деформация, скорость деформации и температура. С учётом этих соображений, разработка технологии производства инновационных изделий медицинского назначения невозможна без знания температурно-скоростного поведения перспективных магниевых сплавов в процессе активной деформации, причём конечная цель состоит не только в разработке технологии получения тонкостенных полуфабрикатов, но и в необходимости формирования требуемых функциональных свойств.

Таким образом, ключевой задачей настоящего проекта является формирование карты деформационных механизмов перспективных магниевых сплавов в широком диапазоне температур и скоростей деформации, выявление влияния температурно-скоростных факторов на процессы динамической рекристаллизации и критические параметры кривой деформации (начало пластического течения, прекращение двойникования, точка потери устойчивости пластического течения). Актуальность решения данной проблемы несомненна, поскольку создание биорезорбируемых магниевых сплавов является общемировой задачей и во многих научных школах произошло осознание необходимости проведения масштабных исследований температурно-скоростной чувствительности этих материалов. Однако это направление на сегодня разработано недостаточно и, поэтому, есть все основания ожидать от настоящего проекта новых результатов, устанавливающих количественные соотношения между управляющими параметрами деформационных процессов, важных как для понимания природы высокотемпературной деформации, так и для разработки цифровых технологий глубокой деформационной обработки перспективных магниевых сплавов. Полученная в рамках выполнения Проекта карта деформационных механизмов в дальнейшем послужит базисом для научно-обоснованного выбора термо-деформационных режимов обработки конструктивных магниевых сплавов с целью сокращения временных и материальных затрат на получение конечных изделий с заданной микроструктурой и комплексом физико-химических, механических и биомедицинских свойств.

В качестве объектов исследования будут использованы перспективные для медицинских применений магниевые сплавы тройных систем легирования: Mg-Zn-Ca, Mg-Zn-Zr и Mg-Zn-Y, отличающиеся уровнем прочностных свойств. Коллектив исполнителей имеет достаточно большой опыт выполнения крупных проектов и представления результатов исследований в высокорейтинговых специализированных журналах. Предлагаемое в данном проекте комплексное исследование температурно-скоростных зависимостей параметров деформационной кривой в сочетании с акустико-эмиссионной in situ информацией и системными данными электронно-микроскопических исследований структуры применительно к перспективным магниевым сплавам в таком масштабе будет проведено впервые в мире, соответственно полученные результаты будут совершенно новыми и востребованными мировым научным сообществом.

Ожидаемые результаты выполнения проекта:
В результате выполнения Проекта для магниевых сплавов медицинского применения систем легирования: Mg-Zn-Ca, Mg-Zn-Zr и Mg-Zn-Y будут получены:
1) набор диаграмм растяжения по итогам сериальных испытаний образцов в диапазоне температур (20 - 350) °С и скоростей деформации (5∙10^-4 ... 5∙10^-2) с^-1;
2) карты механизмов деформации;
3) результаты акустико-эмиссионного распознавания механизмов деформации с определением критических точек диаграммы нагружения (начало пластического течения, прекращение двойникования, точка потери устойчивости пластического течения);
4) результаты анализа микроструктуры в критических точках;
5) аналитические (прогнозные) зависимости между макроскопическими параметрами нагружения и критическими точками диаграммы нагружения с установлением их связи с микроскопическими характеристиками материала (размер зерна, дислокационный возврат);
6) результаты анализа процессов динамической рекристаллизации;
7) результаты оценки скорости коррозии сплавов в растворе Рингера в состоянии после обработки по разработанным технологическим режимам формоизменения;
8) рекомендации по выбору благоприятных технологических режимов формоизменения.

Основные результаты выполнения проекта:
1 этап (2020 год)

2 этап (2021 год)

3 этап (2022 год)

Календарь событий

« Мая 2020 »
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: