Тема 45.7. Исследования структуры, физико-механических характеристик и особенностей деформации и разрушения новых перспективных материалов функционального назначения с аморфным и наноструктурированным поверхностным слоем

1. Разработаны и изготовлены новые композиционные присадочные материалы на основе сплава АЛ26 армирующие частицы высокопрочных фаз SiC и Ti2NbAl с повышенными триботехническими характеристиками, предназначенные для ремонта и восстановления трибоузлов техники и оборудования дуговой наплавкой. Определены наиболее благоприятные технологические режимы их получения и изучены особенности распределения армирующих фаз в присадочном материале. Проведенные трибологические испытания показали преимущества композиционных материалов по сравнению с матричным сплавом. Присадочные материалы предназначены для выполнения ремонтно-восстановительных работ трибоузлов методом дуговой наплавки, в том числе для образцов деталей и узлов транспортных систем горнодобывающей промышленности. 2. Исследована однородность распределения химических элементов в разработанных титановых сплавах Ti-10Nb-(1-3)Mo после термической обработки (закалки и отжига). Проведены исследования структуры, фазового состава, текстуры. Изучено влияние термической обработки на механические свойства. Исследованы биологические и коррозионные свойства. Показано, что разработанные сплавы по механическим свойствам сопоставимы как с титановыми сплавами, применяемыми для изготовления имплантатов, так и с используемыми в настоящее время высокопрочными конструкционными титановыми сплавами, а по коррозионной стойкости, биосовместимости и биологической безопасности превосходят их. Также разработанные сплавы имеют модуль упругости в ≈ 1,7 раза ниже традиционных титановых сплавов и поэтому способны обеспечить существенно лучшую биомеханическую совместимость имплантата с костной тканью человека. 3. а) Разработан и с использованием усовершенствованного варианта технологии гравитационного литья изготовлен композит с пониженной плотностью 1,73 г/см3 на основе силуминового сплава АК7 и армирующих его полых медно-графитовых гранул сферической формы диаметром от 2 до 7 мм, толщиной стенки 110…130 мкм и пористостью стенки 3 %. Такой композит перспективен в качестве конструкционного, ударопоглощающего, демпфирующего и звукопоглощающего материала для широкого спектра техники, в том числе автомобильной и авиакосмической. Исследована взаимосвязь механических свойств композита при изгибе и изломе с плотностью распределения и размером гранул. Показана перспективность армирования гранулами с малым диаметром. Так, при использовании гранул диаметром 2…3 мм напряжение, соответствующее появлению первых трещин у образцов композита, составляет 70…72 МПа, что приближается к значениям напряжений для компактного сплава, а при использовании гранул диаметром 6…7 мм значение таких напряжений составляет только 40… 45 МПа. (Совместно с ВолгТУ и при участии сотрудников лаб. №13). б) На установке селективного лазерного сплавления мощностью 975 Вт из промышленного порошка с использованием высокопроизводительных режимов печати, пригодных для серийного производства, получены высокоплотные (99,88%) образцы конструкционного экономнолегированного сплава Al-6,7Mg-0,3Sc-0,25Zr, перспективного для авиакосмической техники и средств транспорта. Изучено влияние технологических параметров синтеза на структуру и механических свойств при статическом и усталостном нагружении. Синтезированный при найденном благоприятном технологическом режиме сплав по усталостной прочности превосходил Al-Mg-Sc-Zr сплавы, полученные по традиционной технологии, сваркой, горячим изостатическим прессованием, лазерной сваркой порошкового слоя, печатью из проволоки, и был сопоставим с сплавами Al-Mg-Sc-Zr, получаемыми РКУП. (Совместно с МИТ)