Экспериментально-теоретическое обоснование разработки материалов с повышенной стойкостью к внешним динамическим воздействиям за счёт создания в них специальных структур (заключительный, этап 3)

Проблема создания конструкционных металлических материалов с одновременно высокой прочностью, пластичностью и трещиностойкостью является объектом активных исследований уже в течение многих десятилетий. Традиционно ее решают путем модифицирования химического состава, а также целенаправленного изменения микроструктуры материалов, применяя для этой цели сочетание разнообразных методов литья и режимов деформационно-термической обработки. За последние два десятилетия было показано, что значительные улучшения прочностных и эксплуатационных свойств в металлических материалах можно достичь благодаря применению специально разработанных методов интенсивной пластической деформации (ИПД). Эти методы позволяют целенаправленно изменять на наноуровне микроструктуру сплавов на основе различных металлов и, тем самым, добиваться в них существенного повышения комплекса свойств. Однако возможности ИПД все еще не реализованы в полной мере. ИПД по-прежнему сохраняет огромный потенциал для улучшения свойств материалов по мере развития знаний о микроструктурных процессах, протекающих в них на наноуровне, которые, в свою очередь, позволяют реализовать новые механизмы упрочнения и деформации. В проекте предполагается развитие перспективного направления, основанного на разработке оригинального микроструктурного/наноструктурного дизайна для создания конструкционных материалов с новым уровнем прочностных характеристик. За счет использования ИПД и ее проведения в различных температурно-скоростных условиях планируется целенаправленно управлять в материалах измельчением и степенью гетерогенности зеренной структуры, состоянием, строением и локальным химическим составом межзеренных границ, фазовыми превращениями, распределением наночастиц и другими параметрами микроструктуры. Рациональное сочетание вышеуказанных параметров, а также степень гетерогенности распределения зерен в объеме материалов исследования, позволят получить в них сочетание высокой прочности и пластичности, что в свою очередь ведет к повышению эксплуатационных свойств материалов, таких как ударная вязкость и трещиностойкость. В ходе выполнения проекта необходимую степень гетерогенности разрабатываемых наноструктур планируется достигать не только за счет использования ИПД и оригинальных методов ее реализации, но и за счет создания в исходных заготовках исследуемых материалов заданной градиентности химического состава/распределения легирующих элементов, используя аддитивные технологии (3D печать). Данный метод позволяет не только модифицировать микроструктуру путем регулировки параметров осаждения, но также производить компоненты, изготовленные из множества материалов или непрерывно функционально-градиентных компонентов. Использование комбинации 3D печати и ИПД обработки при создании конструкционных металлических материалов с особенной структурой, обеспечивающей высокую прочность и трещиностойкость, безусловно, является новаторским перспективным подходом. Возможности методов 3D печати при создании специальных исходных материалов будут сочетаться с широкими возможностями процессов ИПД для адаптации исходной микроструктуры и достижения цели проекта - сверхпрочных материалов с повышенной пластичностью и трещиностойкостью. В проекте будут исследованы несколько легких сплавов на основе Al и Ti. Полученные материалы будут всесторонне проанализированы с помощью методов просвечивающей и сканирующей микроскопии высокого разрешения, рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа, а также испытаны с использованием различных схем напряженно-деформированного состояния при разных скоростях и условиях нагружения. В результате осуществленного комплекса исследований будут получены зависимости критических напряжений от скорости деформации, чтобы продемонстрировать, что механические и эксплуатационные свойства (прочность, пластичность, ударная вязкость и трещиностойкость) могут быть значительно повышены в сверхпрочных легких сплавах, которые представляют непосредственный интерес для применения в различных областях техники и медицины.