Проведение исследований в области получения высокоэффективных материалов на базе процессов термомеханической обработки, литья, рафинирования металлов, жидкофазного восстановления, сверхпластической деформации, термообработки, 3D-моделирования (за 2014 г.)

Цель: определить важнейшие параметры и закономерности при получении гаммы высокоэффективных металлических материалов - наноструктурированных сплавов с памятью формы, алюминиевых сплавов, сплавов на основе алюминидов тинана, сталей, чугунов на базе процессов термомеханической обработки, литья, рафинирования металлов, жидкофазноговосстановления, сверхпластической деформации, термообработки, 3D-моделирования. Решаемая задача: проведение исследований в области получения высокоэффективных материалов на базе процессов термомеханической обработки, литья, рафинирования металлов,жидкофазного восстановления, сверхпластической деформации, термообработки, 3D- моделирования. Будут изучены наноструктурированные сплавы с памятью формы, алюминиевые сплавы, алюминиды титана, стали, чугуны для их использования в различных областях, включая авиацию, медицину, металлургию, машиностроение, а также принципы фазовой оптимизации новых сплавов, кристаллолграфический ресурс обратимой деформации в разных приближениях, особенности распада пересыщенного твердого раствора, влияние режимов ТМО на дисперсность фаз упрочнителей, на термическую стабильность формировавшейся структуры, ресурсосберегающей переработки руд и техногенных отходов(срок выполнения работы: 19.03.2014 г. - 31.12.2016 г.). В 2014 г. были разработаны модели эволюции структуры алюминиевых сплавов системы Al - Zn - Mg - Cu в процессе термической обработки с использованием измерения электросопротивления при повышенных температурах и термодинамических расчетов линии сольвуса сплавов. Для этого были определены кинетические параметры старения - коэффициенты в уравнении Аврами. Построенная модель показала хорошую сходимость расчетных и экспериментальных данных (ошибка не превышает 10%) для сплавов системы Al - Zn - Mg - Cu при выделении частиц η"-фазы (Mg(Zn, Cu, Al)2) и обеднении алюминиевого твердого раствора в интервале температур 100 - 200°С. Оптимизированы режимы получения полуфабрикатов из деформируемого алюминиевого сплава 019705, согласно которым вместо двойного отжига с последующей деформацией предлагается проводить индукционный нагрев слитка до 400ºС и деформацию при этой температуре с заданными скоростями. Проведены экспериментальные исследования технологических режимов лазерной обработки различных материалов и конкретных изделий и 3D-моделирование узлов оптического оборудования для реализации указанных режимов. Предложены рациональные режимы лазерной обработки материалов, позволяющие повысить эксплуатационные характеристики металлургического инструмента и качество металлопродукции. С применением компьютерного 3D-моделирование разработаны конструкции оптического оборудования для реализации лазерных технологий. Проведены термодинамическое моделирование и экспериментальные исследования поведения фосфора и серы в оксидных расплавах. В результате получены закономерности поведения фосфора в оксидных шлаках различной основности, разработана методика получения железа с низким содержанием фосфора при продувке оксидных расплавов. В результате циклических механических испытаний по схеме растяжение - сжатие (максимальная деформация 2%, 10 циклов) после ТМО были определены параметры сверхупругости сплавов Ti - Nb - Ta и Ti - Nb - Zr: модуль Юнга, остаточная деформация и фазовый предел текучести. Выяснена стабильность параметров сверхупругости и структурных характеристик методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов до испытания, после испытания, после выдержки 40 дней, после повторного испытания. Модуль Юнга сплава Ti - Nb - Ta уменьшается в ходе механоциклирования после ТМО по разным режимам с 30 - 40 до 20 - 25 ГПа, но восстанавливает свое исходное значение при последующей выдержке в течение 40 дней, а в ходе повторного механоциклирования меняется мало. Модуль Юнга сплава Ti - Nb - Zr в ходе механоциклирования уменьшается незначительно, а при выдержке также восстанавливается и при повторном циклировании ведет себя стабильно. В ходе механоциклирования возникают поверхностные растягивающие напряжения, которые облегчают развитие мартенситного превращения под нагрузкой, ориентируют его и таким образом способствуют наблюдаемому уменьшению фазового предела текучести и остаточной деформации. Повышение уровня исходного упрочнения стабилизирует сверхупругое поведение при механоциклировании. С использованием программы Thermo - Calc проведен количественный анализ фазовых диаграмм тройных систем Al - Ti - X (где Х - Nb, Mo, Cr, V, Zr, W, Mn и Si) в области гамма-сплавов на основе алюминида титана. Рассчитаны изотермические и политермические сечения, а также температуры ликвидуса, солидуса и другие температуры фазовых превращений. Определены параметры нонвариантной эвтектоидной реакции α → α2 + γ+ β, которая согласно расчету должна протекать в системах с ниобием, молибденом, хромом, вольфрамом и марганцем. Показано, что фазовый состав тройных сплавов, включая массовые доли разных фаз (α, β, γ , α2 и другие) и концентрации в них элементов (Ti, Al, Х), сильно зависит от температуры.