| Название: | Изучение физических закономерностей формирования и деградации нанокристаллической структуры и механических свойств в титане и его сплавах при деформационных и термических воздействиях |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе, 02-208 - Металлы. Сплавы. Неупорядоченные структуры |
| Научная дисциплина: | 02-204, 02-206 |
| Ключевые слова: | мегапластическая деформация, наноструктура, титан, аморфные сплавы, механические свойства, ползучесть, циклическая усталость, нанопоры, термомеханическая стабильность |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Кадомцев,АГ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 15-12-30010 |
| Финансирование 2015 г.: | |
Титан и его сплавы являются одними из самых перспективных материалов, имеющих широкую сферу применения от аэрокосмической техники до изделий биомедицинского назначения. Это обусловлено комплексом уникальных физико-механических свойств титановых материалов, в том числе и функциональных. Тем не менее, многие из этих свойств можно существенно улучшить, если перейти от аморфного и поликристаллического состояния к наноструктурному. В настоящее время наноструктурирование материалов производят, как правило, создавая большие пластические деформации (мега пластические деформации - МПД). Реально такие деформации реализуются при сдвиге под давлением, равноканальном угловом прессовании (РКУП), сложных видах прокатки. Эти воздействия позволяют получать материалы с размерами зерна до нескольких нанометров и повышенными в силу этого физико-механическими свойствами.
Однако, указанные методы, формируя зеренную наноструктуру, по-разному влияют на другие элементы дефектной структуры (доли большеугловых границ, уровень нанопористости и др.) материалов, что, в свою очередь, обуславливает разный уровень их механических и функциональных свойств.
Наноструктурные материалы, полученные при экстремальных воздействиях, по своей природе неравновесны. Поэтому важное значение, особенно при длительной эксплуатации, имеет стабильность их высокопрочного состояния.
В полной мере все вышесказанное относится к титану и его сплавам. В связи с этим, тема проекта: «Изучение физических закономерностей формирования и деградации нанокристаллической структуры и механических свойств в титане и его сплавах при деформационных и термических воздействиях» является вполне актуальной.
Научная новизна проекта заключается в том, что планируется с использованием современных методик провести широкий комплекс структурных исследований и механических свойств титана и его сплавов, полученных различными методами интенсивной мегапластической деформации. При этом будет выявлены те структурные факторы, которые ответственны за определенный тип механических характеристик. Существенным моментом исследования является использование высокого гидростатического давления, как фактора, ведущего к уменьшению нанопористости и не влияющего на размер зерен и их разориентацию. Наши предварительные исследования показали, что дозированная термообработка, ведущая к залечиванию нанопор, позволяет существенно повысить долговечность наноструктурных металлических материалов при длительном нагружении в условиях ползучести и усталости (в том числе гигацикловой), а образование в процессе интенсивных деформаций неметаллических включений (например, наноразмерных частиц карбида титана) способствует повышению термической стабильности структуры.
Практически в процессе выполнения проекта будут проведены исследования технически чистого титана ВТ1-0, а также ряда сплавов на основе титана. В качестве способов создания наноструктуры планируется использование сдвига под давлением, равноканального углового прессования (РКУП), поперечно-винтовой и продольной прокаток, криопрокатки. Будут определяться параметры структурно-фазового состояния и механические характеристики (предел прочности, усталости, твердость, модуль, длительная прочность, термостабильность).
Представляется, что на основе детального выявления связи способов создания наноматериалов, возникающих при этом структур и механических характеристик будут определены пути получения высокопрочного, механотермостабильного наноструктурного титана и его сплавов для широкой сферы их практического применения.
Ожидаемые результаты
На основании проведенных исследований, а также полученных ранее результатах по структурно-фазовым переходам в никелиде титана при МПД и термических воздействиях, в широком температурном диапазоне, будет разработана модель структурно-фазовых переходов аморфное – наноструктурное состояние, обобщающая эти процессы на широкий температурный интервал. Разрабатываемая модель внесет фундаментальный вклад в понимание структурно-фазовых переходов аморфное – нанокристаллическое состояние в условиях МПД.
Будут получены существенно новые данные о термо- и механостабильности титана и его сплавов в наноструктурном состоянии. Будет проведено обобщение данных о том, какие воздействия и, соответственно, какие структуры оказываются наиболее стабильными.
Можно полагать, что исследования процессов структурообразования при криопрокатке, а также анализ результатов исследования изменения структуры при высокотемпературной ползучести позволит существенно продвинуться в понимании физических механизмов перехода метастальные – стабильные состояния, а также в особенностях процессов зернограничной деформации наноструктурных материалов.
Эти результаты должны иметь серьезное научное значение, т.к. проблема термомеханической стабильности наноструктурных материалов далека от ее решения. Очевиден и практический аспект этой проблемы – прогнозирование работоспособности наноструктурных титана и его сплавов при длительной эксплуатации.
На основании детального исследования структуры титана и его сплавов после МПД будут выявлены физические причины формирования механических свойств наноматериалов в зависимости от величины МПД и ее условий. Полученные результаты позволят построить четкую логическую цепочку: метод МПД – режим МПД – структурные характеристики – механические свойства при кратковременных, циклических (усталость) и длительных испытаниях (ползучесть).
