Закономерности формирования и эволюции деформационного рельефа в пластически деформируемых поликристаллах на разных масштабных уровнях

Методы прогнозирования поведения нагруженных материалов основаны на знаниях о закономерностях деформации и разрушения и их корреляции с определенными измеряемыми параметрами в процессе нагружения. Ранее проведенные исследования (Проект 2020) показали, что сложное напряженно-деформированное состояние (НДС) в нагруженных поликристаллических металлах приводит к формированию на свободной поверхности деформационного рельефа, вклад в который вносят механизмы деформации на разных масштабных уровнях. На примере технически чистых сплавов алюминия и титана было выявлено, что характеристики деформационного рельефа коррелирует со степенью накопленной пластической деформации в плоскости растяжения и, таким образом, могут служить для раннего прогноза локализации деформации и разрушения на макроуровне. К основным факторам, контролирующими параметры деформационного рельефа на микро- и мезоуровнях, относятся характеристики зеренной структуры и текстуры. С этой точки зрения уникальным объектом для исследований являются сплавы, изготовленные методом селективного лазерного плавления (СЛП). В условиях сложных термических циклов в процессе СЛП в материале формируется сложная иерархическая структура, характеризующаяся выраженной структурной и механической анизотропией относительно направлений сканирования и наращивания слоев. Наличие подобной структуры должно привести к формированию выраженного периодического деформационного рельефа на поверхности в процессе нагружения. Целью настоящего проекта является изучение закономерностей формирования деформационного рельефа в СЛП алюминиевых сплавах и установление корреляции рельефа с эволюцией внутренней структуры и деформируемым состоянием материала. Для достижения поставленной цели будут проведены экспериментальные и численные исследования в рамках концепций физической мезомеханики и многоуровневого моделирования, с применением экспериментальных методов, численных моделей и подходов, разработанных коллективом в рамках Проекта 2020. На основе экспериментальных данных о микроструктуре и механических свойствах исследуемых СЛП сплавов будут разработаны трехмерные поликристаллические модели, учитывающие явным образом зеренную структуру и особенности дислокационного скольжения в ГЦК кристаллах. Методами численного моделирования будет исследовано индивидуальное и комбинированное влияние микро- и мезоструктуры на эволюцию НДС и механизмы формирования деформационного рельефа в процессе нагружения. Эволюция деформационного рельефа, формирующегося на поверхности экспериментальных образцов в процессе одноосного растяжения, будет исследована с помощью контактной профилометрии, сканирующей интерференционной профилометрии и корреляции цифровых изображений в соответствии с экспериментальной методикой, отработанной в ходе выполнения Проекта 2020. С точки зрения выявления ранних предвестников локализованной деформации и разрушения, основное внимание будет уделено исследованию деформационных процессов на мезоуровне, где в формирование рельефных складок вовлекаются не отдельные зерна, но целые зеренные конгломераты. Выполнение задач проекта обеспечит получение новых знаний о закономерностях эволюции деформационного рельефа в аддитивно-изготовленных алюминиевых сплавах. Будет исследована роль специфической зеренной структуры и текстуры СЛП сплавов в образовании рельефных складок на разных масштабных уровнях. Будет установлена корреляции морфологических изменений на поверхности с внутренним состоянием поверхностных слоев и историей нагружения. На основе сделанных выводов будет проанализирована возможность использования аддитивно наплавленных слоев в качестве материалов-свидетелей для оценки деформируемого состояния нагруженных конструкций.