Наиболее важные результаты работы кафедры за 2021 г.
- Исследовано влияние магния и марганца на структуру и механизмы упрочнения новых квазибинарных сплавов на основе систем Al-Cu-Y-Zr и Al-Cu-Er-Zr. Сплавы имеют узкий интервал кристаллизации, высокую термическую стабильность, высокую прочность и жаропрочность, упрочняются термической и деформационной обработкой. Предложены новые малолегированные алюминиевые сплавы Al-Y-Sc-Yb и Al-Yb-Er-Sc, сочетающие высокую прочность, термическую стабильность до 300°C и электропроводность.
- Разработаны новые жаропрочные высокотехнологичные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы на основе систем Al-Cu-Y и Al-Cu-Er, дополнительно легированные магнием, марганцем, цирконием, титаном, содержащие примеси железа и кремния.
- Впервые удалось идентифицировать метастабильные и стабильные фазы в сплавах железа с повышенным содержанием
(35-45%) галлия. Изучены и систематизированы неупругие эффекты при фазовых превращениях в Fe-(15-45)%Ga. Разработан высокодемпфирующий сплав системы Fe-Ga-La. Установлены закономерности спинодального распада в демпфирующих сплавах памяти формы систем MnCu и MnCuCr. - Для сплавов на основе систем Al-Mg и Al-Mg-Si показана эффективность легирования дисперсоидообразующими (Zr,Sc,Y) и эвтектикообразующими (Fe,Ni,Y) элементами обеспечивающими гетерогенную структуру с бимодальным распределением частиц вторых фаз для достижения сверхпластичности при повышенных скоростях и повышенного уровня механических свойств при комнатной температуре при сохранении достаточно высокой коррозионной стойкости сплавов. Показана эффективность использования всесторонней изотермической ковки для сплавов данного типа, при этом, наличие эвтектической составляющей позволяет повысить однородность зеренной структуры в сплавах при меньшей степени деформации.
- В сплавах на основе системы Al-Mg вклад зернограничного скольжения в общее удлинение при сверхпластической деформации в
1,5-2 раза меньше, чем в сплавах Al-Mg-Zn, что вызвано зернограничными сегрегациями атомов магния и цинка которые затрудняют и облегчают ЗГС, соответственно. При этом, в сплавах Al-Mg наблюдается рост вклада зернограничного скольжения при уменьшении размера зерна и при увеличении степени деформации. - Установлены режимы отжига Mn-содержащих сплавов с Cu или Mg обеспечивающие формирование наноразмерных выделений метастабильной квазикристаллической икосаэдрической
I-фазы, и, как следствие, рост температуры начала рекристаллизации и характеристик прочности листов после термомеханической обработки. Показано, что благодаря интенсивному зарождению частиц вблизи дислокаций, плотность наноразмерных выделенийI-фазы после отжига увеличивается в случае применения предварительной деформации.
Наиболее важные результаты работы кафедры за 2016-2020 гг.
- Разработан композиционный материал на основе сплава А356, армированный частицами AlN. Материал обладает высокой теплопроводностью, износостойкостью и предназначен для изготовления автомобильных тормозных дисков. Путем конечно-элементного моделирования процесса взаимодействия тормозной колодки с тормозным диском показано, что разогрев тормозного диска, сделанного из разработанного композита значительно ниже чем у применяемых в настоящее время материалов.
- Разработан металломатричный композиционный материал (МКМ) Al-5%Cu — 0.8%Mn-7%B4C, обладающий более высоким пределом текучести на сжатие, чем поршневой силумин АК12ММгН (σ0,2 = 223 МПа при комнатной температуре, 184 и 132 МПа при 200 и 250 °С соответственно). Показано, что кристаллизация под давлением существенно повышает формозаполняемость МКМ Al-5%Cu-5%B4C и устраняет склонность к образованию трещин кристаллизационного происхождения. Расчет напряжений конечноэлементной моделью при работе поршня показал, максимальная температура в поршне составляет 225 ºС, при этом напряжения не превышают 120 МПа, что ниже, чем предел текучести материала при этой температуре
- Наличие гетерогенной структуры композиционного типа с бимодальным распределением частиц вторых фаз — нанометрических и микронных размеров обеспечивает алюминиевым сплавам формирование при сверхпластической деформации однородной структуры с размером зерен 2 мкм и возможность высокоскоростной сверхпластичности при скоростях до
10-1 с-1 в сплавах систем Al-Mg и Al-Mg-Zn с удлинением до 1000%. - Разработаны составы и режимы термической обработки сплава на основе системы Fe-Ga со структурой типа естественный композит, состоящей из двух ферромагнитных фаз с противоположным знаком магнитострикции насыщения на основе упорядоченной по типу D03 метастабильной ОЦК фазы и равновесной упорядоченной по типу L12 ГЦК фазы. Выявлено и изучено влияние дополнительного легирования галфенолов тербием на стабилизацию неравновесной структуры с повышенной положительной магнитострикцией при комнатной температуре.
- Исследованы структура и механические свойства квазибинарных сплавов на основе систем Al-Cu-Y и Al-Cu-Er. Сплавы с соотношением меди и иттрия 2 к 1 имеют узкий интервал кристаллизации (менее 50 °С) и, соответственно, хорошие литейные свойства, а именно показатель горячеломкости на уровне эвтектических силуминов. Образующиеся тройные фазы в сплавах систем Al-Cu-Y и Al-Cu-Er отличаются высокой термической стабильностью в процессе гомогенизации при температурах до 605 °С. Сплавы систем Al-Cu-Y и Al-Cu-Er являются перспективными для разработки на их основе новых литейных и деформируемых материалов.
- Проведены работы по повышению прочности полимерных изделий, получаемых с помощью 3D-принтеров. Получены зависимости прочности сцепления слоев от геометрических и температурных параметров процесса. Разработаны и апробированы рекомендации по настройке технологии 3D-печати, обеспечивающие повышение прочности изделий в
1,3–2 раза. - Определена первая и вторая критические скорости охлаждения сплава типа Fe-27Ga по отношению к превращению между метастабильными и равновесными фазами. Впервые построена ТТТ (температура-время-превращение) диаграммы распада. Анализ кинетики образования равновесной фазы L12 при изотермической выдержке выполнен в рамках подхода Джонсона-Мела-Аврами-Колмогорова.
- Разработана технология селективного лазерного плавления и термической обработки деталей авиационного назначения, произведенных из алюминиевых порошков на основе систем Al-Mg, Al-Si и Al-Ce-Cu, обеспечивающих высокий уровень механических свойств (для сплава системы Al-Ce-Cu σ0,2=440 МПа, σB=500 МПа, δ=5 %.)
- Для нескольких промышленных титановых сплавов разработаны математические модели, в т.ч. учитывающие параметры микроструктуры сплавов, позволяющие предсказывать значения напряжения течения при разных режимах сверхпластической деформации с ошибкой менее 10%. Разработан режим сверхпластической формовки для листов сплава ВТ14 с повышенной долей пластинчатой структуры, обеспечивающий существенное уменьшение разнотолщинности по сечению осесимметричной модельной детали.
- На основе экспериментальных зависимостей напряжения течения от степени, температуры и скорости деформации, а также по результатам растяжения при повышенной температуре построены математические модели деформации и разрушения аустенитных и феррито-мартенситных сталей в процессе горячей пластической деформации с возможностью их реализации методом конечных элементов.
- Продемонстрировано положительное влияние холодной прокатки и последующего отжига при температуре ниже температуры стеклования на механические свойства объёмного металлического стекла Zr62.5Cu22.5Fe5Al10. В результате термомеханической обработки наблюдается появление пластичности при растяжении (до 1,5%) в массивных образцах, а также увеличение твердости до 25% у ленточных образцов, при сохранении хорошей пластичности при изгибе.
Наиболее важные результаты работы кафедры за 2011-2016 гг.
- Разработан материал на основе алюминия для авиастроения, содержащие микро- и наночастицы, обладающий высокой прочностью (предел текучести более 550 МПа) и способностью к сверхпластической деформации с повышенными скоростями ( не менее 10-2 с-1).
- Разработан и принят к освоению в серийном производстве на литейном заводе Volkswagen новый алюминиевый сплав для блока цилиндров тяжелонагруженных двигателей.
- С использованием комплекса физического моделирования термомеханических процессов Gleeble 3800 определен оптимальный температурный диапазон горячей пластической деформации сжатием для коррозионностойкой феррито-мартенситной стали, построена конечноэлементная модель деформации слитков этой стали в трубу и разработаны технические рекомендации по прошивке в условиях ЧТПЗ.
- Путем моделирования процесса деформации методами конечных элементов и молекулярной динамики показан двухстадийный характер распространения полос сдвига в объемных металлических стеклах на основе циркония: начальная стадия соответствует зарождению и распространению новых полос сдвига (большинство из которых не пересекает весь образец с одной стороны на другую), а второй этап соответствует формированию доминантной полосы сдвига по всему образцу, а затем концентрации деформации в данной полосе, и, наконец, к катастрофическому разрушению.
