Механизмы прочности и пластичности нанокристаллических и ультрамелкозернистых металлических сплавов с пространственно неоднородным составом

Высокопрочные металлические материалы имеют высокую значимость для широкого круга технологий и отраслей промышленности, таких как машиностроение, авиа- и автомобилестроение, электротехника, медицина и энергетика. Одним из классов новых высокопрочных материалов являются нанокристаллические металлические сплавы. Малый размер зерна таких материалов определяет их высокую прочность. Вместе с тем, высокая прочность металлических материалов очень часто сопровождается уменьшением их пластичности. Например, нанокристаллические металлы и сплавы часто демонстрируют сверхвысокую прочность более 1 ГПа, но при этом, как правило, имеют крайне низкую пластичность при растяжении. Поэтому важной задачей является разработка новых материалов, имеющих наряду с высокой прочностью хорошую пластичность. Совсем недавно был предложен новый метод увеличения прочности и пластичности нанокристаллических материалов, основанный на создании сплавов с модуляцией состава (H. Li et al. Nature 604 (2022) 273). Этот метод позволил получить нанокристаллические сплавы NiCo с уникальным сочетанием сверхвысокого значения предела прочности 2,3 ГПа и деформации до разрушения 16%. Немного позднее этот метод был использован для создания ультрамелкозернистых высокоэнтропийных сталей (S. Tsianikas, et al. Mater. Sci. Engng. A 857 (2022) 144037). Таким образом, модуляция состава в нанокристаллических и ультрамелкозернистых сплавах может при определенных условиях приводить к значительному увеличению их прочности и пластичности. Между тем механизмы, ответственные за сверхпрочность и хорошую пластичность новых нанокристаллических металлических сплавов с модуляцией состава, пока не вполне ясны. Настоящий проект направлен на выявление механизмов прочности и пластичности нанокристаллических и ультрамелкозернистых металлических сплавов с периодической модуляцией состава, а также на расчет параметров структуры таких сплавов (периода и амплитуды модуляции состава, размера зерен), при которых такие сплавы будут иметь максимальную прочность и пластичность. Научная новизна проекта заключается в разработке моделей, описывающих влияние периодической модуляции состава на прочность и пластичность нанокристаллических и ультрамелкозернистых сплавов, и в расчете оптимальных параметров структуры, при которых высокая прочность этих сплавов может сочетаться с хорошей пластичностью. Предложенные в проекте исследования в области моделирования процессов деформации нанокристаллических и ультрамелкозернистых сплавов, несомненно, актуальны, поскольку направлены на решение таких фундаментальных задач, как выяснение новых механизмов упрочнения и пластичности, характерных для таких сплавов. Планируемые исследования могут служить научной основой для разработки прочных, износостойких и устойчивых к коррозии покрытий для приложений в двигателестроении и авиастроении, а также высокопрочных термостойких наноструктурных сплавов для использования в электронике в широком интервале температур эксплуатации.