Перспективные сплавы и технологии для авиакосмической промышленности

Данный проект направлен на решение комплекса задач, связанных с созданием новых материалов авиационного назначения, технологиями управления их структурой и изготовления изделий с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами. При реализации Проекта 2019 были получены значимые научные результаты и достигнуто качественно новое понимание актуальных научных задач, выведено на новый уровень взаимодействие с индустриальными партнерами, что позволило определить перспективные направления для развития в рамках Проекта 2023, а именно: -Разработка жаропрочных и жаростойких высокоэнтропийных материалов и покрытий на интерметаллидной/керамической основе; -Сварка разнородных сплавов для аэрокосмической промышленности с использованием высокоэнтропийных промежуточных слоев; -Разработка нового метода термомеханической обработки труднодеформируемых сплавов на основе гамма алюминида титана с использованием ячеистой реакции; Далее приведена более детальная информация о предполагаемых исследованиях. Интерметаллиды/керамики привлекательны для применения в экстремальных условиях, но их использование как конструкционных материалов ограничено из-за низкой пластичности. Возможные решения - многокомпонентное легирование, предлагаемое концепцией высокоэнтропийных (ВЭ) материалов, и формирование многофазных структур. В настоящем проекте планируется совместить эти 2 подхода и разработать ВЭ материалы с интерметаллидной/керамической матрицей, эксплуатируемые до/свыше 1000°С. Посредством высокопроизводительных вычислений будут отобраны материалы с композитной структурой, для которых будет изучена связь между структурно-фазовым состоянием и механическими свойствами. Будут исследованы жаропрочность, жаростойкость и трещиностойкость, и сравнены с таковыми для промышленных материалов. Планируется разработка покрытий на основе ВЭ боридов и нитридов для повышения жаростойкости предлагаемых материалов до 1300°С. Из материалов с наилучшими характеристиками будут изготовлены прототипы лопаток газотурбинного двигателя. Сварка разнородных сплавов затруднена из-за склонности к образованию в сварном шве интерметаллидных фаз. Повысить качество соединений можно за счет промежуточных слоев, причем ВЭ сплавы с их способностью образовывать многокомпонентные твердые растворы являются “естественным” выбором на эту роль. Однако, к настоящему времени не существует научно-обоснованного подхода к выбору их состава. В данном проекте предполагается на основе высокопроизводительных вычислений и экспериментальных исследований отобрать наилучшие составы ВЭ промежуточных слоев и определить режимы лазерной и диффузионной сварки для получения качественного соединения. Технологии термомеханической обработки сплавов на основе гамма алюминидов титана чрезвычайно трудоемки. Возможным решением этой проблемы может быть использование ячеистой реакции, движущей силой которой является уменьшение межфазной энергии. Формирование при термообработке тонколамельной структуры и последующая ее трансформация в ходе ячеистой реакции может быть ускорена деформацией, что приведет к формированию мелкозернистой структуры, снижению напряжения течения и повышению пластичности. Будет исследовано влияние химического состава сплавов на полноту и активность протекания ячеистой реакции, влиянию на нее редкоземельных элементов, тормозящих диффузию и способствующих формированию более дисперсной структуры. Будут выбраны композиции сплавов, наиболее ярко демонстрирующие ячеистую реакцию, исследованы особенности эволюции структуры и механического поведения при горячей деформации и прокатаны листы из термообработанного слитка. Научная новизна проекта состоит в получении фундаментально нового знания о создании и обработке композиционно-сложных материалов для использования в аэрокосмической отрасли. Вызовы, стоящие в данное время перед Российской промышленностью, делают данный проект безусловно актуальным.