Экспериментальный анализ и моделирование механизмов инициации и развития повреждений в режиме сверхмногоцикловой усталости образцов коррозионностойкой стали, изготовленных с использованием аддитивных технологий

Критическим препятствием для внедрения аддитивных технологий в серийное производство высокоответственных деталей и агрегатов является отсутствие экспериментальных данных и предсказательных моделей, выявляющих механизмы и закономерности развития повреждений и разрушения материалов в реальных условиях эксплуатации, характеризующихся сложными спектрами нагружения. Настоящий проект посвящен экспериментальному анализу и численному моделированию повреждаемости и разрушения в сверхмногоцикловом режиме аддитивных металлов и сплавов. В качестве исследуемого материала предлагается рассмотреть коррозионностойкую сталь 03Х17Н14М3 (или аналог 316L), изготовленной с использованием аддитивных технологий. Основными аспектами проекта, характеризующими его научную новизну, являются разработка многомасштабных in-situ и ex-situ методов экспериментальных исследований и разработка методов построения и идентификации численных моделей повреждаемости и разрушения материала в режиме сверхмногоцикловой усталости. Образцы для испытаний будут изготавливаться методами селективного лазерного плавления (Laser Powder Bed Fusion, LPBF) и прямого порошкового наплавления (Direct Metal Tooling, DMT) с различной ориентацией слоев материала и стратегиями 3D печати для сравнительного анализа влияния технологических параметров на микроструктуру, прочность, много- и сверхмногоцикловую усталость материала. Для исследования механизмов инициации повреждений в режиме сверхмногоцикловой усталости будут напечатаны образцы с искусственными дефектами с заданными формами, размерами и местоположением. Для определения остаточных технологических напряжений будет усовершенствован метод нейтронной стресс-дифрактометрии для получения пространственного разрешения не менее 0.2 мм. Для установления характерных стадий повреждаемости материала в режиме сверхмногоциклового нагружения будет разработана методика измерения локальных деформаций образцов в режиме реального времени с использованием сканирующего лазерного виброметра. Влияние истории циклического нагружения будет исследоваться путем проведения предварительных испытаний в режиме многоцикловой усталости с последующим разрушением образцов в сверхмногоцикловом режиме. Для предсказания деградации механических свойств материала в режиме сверхмногоцикловой усталости будет выполнено многомасштабное конечно-элементное моделирование на основании реконструкции данных микротомографии образцов в исходном состоянии и на различных стадиях развития повреждений.