Разработка иерархических моделей деформации и разрушения металлокерамических композитных покрытий с учетом эволюции остаточных напряжений

Изготовлены экспериментальные образцы c двухслойными металлокерамическими покрытиями с алюминиевой матрицей и керамическими частицами карбидов бора и титана с различным расположением слоев: подложка – слой Al-B4C – слой Al-TiC и подложка – слой Al-TiC – слой Al-B4C. Исследовано влияние градиентной структуры композитного покрытия на прочность материала с покрытием. Проведены микроструктурный анализ и механические испытания изготовленных образцов на сжатие. Выявлены закономерности деформирования и разрушения градиентных композитных покрытий. Исследован фазовый состав и возможное наличие микро-нано частиц карбидов в оплавленных электронными пучками поверхностных слоях образцов металлокерамических композитов. Выявлены закономерности формирования специфической дефектной структуры в приповерхностных слоях композита, образованных перекристаллизацией через жидкую фазу в процессе электронно-лучевой обработки. Отработаны режимы твердофазного спекания никелида титана вблизи эквиатомного состояния и композитов с частицами карбида титана. Изготовлены опытные образцы композитов и проведен микроструктурный анализ. Проведены расчеты охлаждения с последующим механическим нагружением металлокерамических композитов с одновременным учетом разрушения частиц и матриц. Исследованы взаимосвязанные процессы зарождения и распространения трещин в керамических частицах и металлических матрицах, а также локализации пластического течения в матрице, при варьировании в широком диапазоне пределов текучести и пластичности металлических матриц. Выявлены общие закономерности и оценено влияние остаточных напряжений на прочность различных композитов. Разработана модель обратимого трансформационного перехода в однородных металлических матрицах. Изотропная упругопластическая формулировка развита для описания локальных фазовых переходов в областях концентрации напряжений вблизи криволинейных границ раздела между матрицей и частицами. Введены пороговые значения напряжений и построены феноменологические зависимости упругих свойств материала для перехода из одного фазового состояния в другое, и обратно. Модифицированы программные модули и пользовательские подпрограммы и проведены расчеты деформирования двухфазных структур композитов с учетом фазовых трансформаций в однородной матрице без предварительного охлаждения, исследованы процессы формирования и эволюции локальных областей второй фазы. Проведен сравнительный анализ процессов фазовых переходов в однородных и поликристаллических матрицах. Разработана анизотропная модель термомеханического поведения материалов металлических матриц с учетом трансформационного механизма. Модели построены на основе физической теории пластичности и необходимы для правильного описания пластического течения зерен поликристаллической структуры металлических матриц и учитывают упругую и пластическую анизотропию моноклинных кристаллов, а также наличие систем скольжения. На основе экспериментальных данных выбраны параметры модели. Разработанная анизотропная модель для моноклинных кристаллов интегрирована в программные модули и подпрограммы. На основе комбинации определяющих уравнений для кубической и моноклинной решеток создана процедура для численного моделирования локальных прямых и обратных превращений в поликристаллических материалах. Проведены расчеты деформирования поликристаллических структур при одноосном механическом нагружении, исследованы закономерности зарождения и распространения локальных трансформаций в поликристаллах.