Панель настройки шрифта

Размер текста:
Цвета сайта:

Настройки шрифта

Настройки шрифта:

Выберите шрифт Arial Times New Roman

Настройки интервала:

Выберите интервал между буквами: Стандартный Средний Большой

Закрыть окно настроек Вернуть стандартные настройки

 


НИЛ объемных наноструктурных материалов

Адрес: ул. Королева, 2а, корп.4, к.210-212
т. (4722) 58-54-16
Руководитель лаборатории объемных наноструктурных материалов –  Салищев Геннадий Алексеевич
профессор, доктор технических наук, профессор кафедры «Материаловедения и нанотехнологии»
Объявления и события

Создана в 2007 году с целью разработки физико-химических основ получения новых материалов на металлической и интерметаллидной основе, в том числе наноструктурных, и технологий изготовления из них полуфабрикатов и изделий.

Задачи лаборатории

  • Объединение научно-педагогических работников, магистрантов, аспирантов, студентов инженерно-физического факультета НИУ БелГУ, всех заинтересованных организаций, ведомств для проведения научных и прикладных исследований в области материаловедения и физики металлов, а также разработки методов и технологий получения материалов, в том числе наноструктурных, а также полуфабрикатов и изделий из них.
  • Повышение уровня научно-исследовательской работы научно-педагогических кадров, аспирантов, студентов путем вовлечения их в научно-исследовательскую работу.
  • Обеспечение научного руководства работ, проводимых в опытном производстве и лабораториях, входящих в состав центра коллективного пользования.

Основные направления деятельности лаборатории

  • Исследование и разработка методов и технологий получения объемных наноструктурных материалов.
  • Фундаментальные исследования в области ползучести и сверхпластичности металлических материалов.
  • Создание физических моделей формирования нанокристаллических и субмикрокристаллических структур в ходе интенсивной пластической деформации металлических материалов.
  • Разработка и исследование высокоэнтропийных сплавов для конструкционного применения.
  • Разработка методов формирования волокнистых ультрамелкозернистых структур в углеродистых сталях для получения экстремально высоких свойств прочности и ударной вязкости при низких температурах эксплуатации.
  • Разработка и исследование дисперсно-упрочненных металломатричных композитов на основе магния, титана и высокоэнтропийных сплавов.
  • Разработка и исследование методов сварки разнородных материалов концентрированными потоками энергии для получения облегченных сварных конструкций авиационного применения.
  • Разработка и внедрение в промышленное производство новых технологий обработки давлением и термической обработки металлов.

Основные научные достижения

На примере технически чистого титана и двухфазных титановых сплавов с использованием различных способов деформации проведено систематическое исследование механического поведения, кинетики и механизмов эволюции структуры в зависимости от исходного структурно-фазового состояния, температуры и степени деформации.

На основании анализа зависимости размера формирующихся зерен от напряжения течения (температуры деформации) и эволюции микроструктуры в ходе деформации в a-области технически чистого титана установлено существование трех температурных областей, контролируемых различными механизмами: прерывистой динамической рекристаллизацией в области горячей деформации (T>0,5Tпл.); двойникованием, фрагментацией и непрерывной динамической рекристаллизацией в области теплой деформации (T»0,35-0,5Tпл.); двойникованием и фрагментацией в области холодной деформации (Т<0,35Tпл.).

Для холодной деформации титана определен минимальный размер зерен, до которого микроструктура измельчается посредством деформационного двойникования; дальнейшее уменьшение размера зерен происходит за счет фрагментации. Показано, что интенсификация двойникования при снижении температуры, увеличении размера зерен и повышении чистоты титана ускоряет кинетику формирования УМЗ структуры в ходе большой деформации.

Установлено, что трансформация пластинчатой структуры в глобулярную в двухфазных титановых сплавах в ходе деформации при пониженных температурах a+b области Т»(0,45-0,55)Tпл. происходит путем деления пластин по механизму образования и роста канавок на межфазной поверхности и сфероидизации частей пластин по растворно-осадительному механизму, что, в целом, аналогично структурным изменениям, наблюдаемым при деформации в верхней части двухфазной области при Т>0,55Tпл..

Впервые выполнен расчет энергии террасированной межфазной границы в двухфазных титановых сплавах и показано изменение энергии межфазной границы с деформацией. Определена кинетика деления пластин/прослоек фаз в двухфазных титановых сплавах в зависимости от энергии и когерентности межфазных границ и развития динамической рекристаллизации в фазах. Показана интенсификация фрагментации после потери когерентности межфазными границами и увеличения разориентировки внутрифазных границ до высокоугловой.

Установлено, что, с одной стороны, увеличение количества b-фазы в сплавах переходного класса замедляет деление и сфероидизацию a-пластин в ходе деформации по сравнению со сплавами мартенситного класса, а, с другой стороны, протекание фазового b®a превращения в сплавах с метастабильной b-фазой способствует формированию УМЗ структуры.

Проведено систематическое исследование формирования УМЗ структуры в титане и двухфазных титановых сплавах при различных способах деформации (осадка, всесторонняя изотермическая деформация, листовая, винтовая и сортовая прокатки, равноканальное угловое прессование, гидростатическая экструзия, винтовая экструзия, ротационная ковка). Анализ кинетики эволюции структуры, выполненный с помощью модифицированного уравнения Джонсона-Мела-Аврами-Колмогорова, показал более быстрое измельчение микроструктуры в двухфазных сплавах с пластинчатой морфологией фаз по сравнению с титаном. Установлено, что при немонотонных способах деформации, вследствие более быстрой общей кинетики измельчения, требуется меньшая степень для формирования ультрамелкозернистой структуры по сравнению с монотонной деформацией.

Впервые исследован комплекс механических свойств титана и двухфазных титановых сплавов с УМЗ структурой при комнатной и повышенных температурах и проведено сравнение с соответствующими характеристиками рекристаллизованного титана и термически упрочненных титановых сплавов с мелкозернистой структурой. При комнатной температуре установлено увеличение прочности, твердости и многоцикловой усталости титановых сплавов в УМЗ состоянии, однако, тем меньшее, чем выше их легированность и соответствующие вклады твердорастворного и дисперсионного упрочнения. На примере сплава ВТ6 показано снижение при формировании УМЗ структуры равномерного удлинения, ударной вязкости и трещиностойкости при комнатной температуре, кратковременной и длительной прочности при температурах выше 300°С. Предложен подход к повышению характеристик пластичности, вязкости и трещиностойкости, заключающийся в использовании структуры бимодального типа, состоящей из микронного размера частиц a-фазы в УМЗ смеси a- и b-фаз. Установлено, что уменьшение размера зерен до УМЗ состояния в сплаве ВТ6 позволяет наблюдать эффект сверхпластичности при критически низкой температуре 550°С с показателями, характерными для обычной высокотемпературной сверхпластичности.

На примере меди показано, что при прокатке после РКУП происходит уменьшение межграничных расстояний в продольном и поперечном сечениях. Уменьшение межграничных расстояний обусловлено геометрическим эффектом деформации, то есть сжатием исходных зерен/субзерен. Формирование новых границ при прокатке практически не происходит, особенно в случае РКУП с числом проходов большим или равным четырем. Было показано, что заметное повышение доли ВУГ в меди после прокатки обусловлено более активным протеканием процессов динамического возврата и рекристаллизации.

Показано, что прокатка после РКУП приводит к повышению прочностных свойств меди за счет снижения расстояния между границами в продольном и поперечном сечениях в соответствии с правилом Холла-Петча.

При прокатке микрокомпозиционных сплавов происходит не достигающее насыщения измельчение микроструктуры, причем измельчаются как частицы железа (ниобия), так и структурные составляющие медной матрицы. Показано, что измельчение частиц в сплаве Cu-14%Fe обусловлено не только их пластической деформацией, но и дроблением в ходе прокатки.

Показано, что в сплаве Cu-14%Fe в результате прокатки, кроме заметного измельчения медной матрицы и частиц железа, наблюдается значительное изменение состава медной фазы. На начальных стадиях прокатки происходит распад пересыщенного твердого раствора железа в меди, образовавшегося при литье. В результате содержание железа в меди снижается, выделяются наноразмерные сферические частицы железа. При повышении степени деформации распад пересыщенного твердого раствора замедляется, а после прокатки с истиной степенью деформации е=6,6 имеет место локальное повышение концентрации железа в областях, прилегающих к частицам железа, обусловленное деформационным растворением этих частиц.

Установлено, что прокатка приводит к повышению прочностных свойств микрокомпозиционных сплавов Cu-14%Fe и Cu-18%Nb до уровня 1000 МПа и более. При этом для обоих сплавов наблюдается выполнение зависимости Холла-Петча между расстоянием между частицами железа и ниобия и пределом прочности, соответственно.

Проведены исследования закономерностей в формировании структуры при кристаллизации в высокоэнтропийных сплавах систем CoCrFeNi, CoCrFeNiMn, CoCrFeNiV CoCrFeNiMnV и AlCuCoCrFeNi. На основании разработанных критериев, определяющих стабильность структуры в высокоэнтропийных сплавах, определены условия формирования неупорядоченных твердых растворов замещения. Так, выполнен расчет влияния V на формирование структуры в высокоэнтропийных сплавах CoCrFeNiV и CoCrFeNiMnV с использованием правил Юм-Розери с дополнительными параметрами такими как: разница атомных размеров (δr), энтальпия смешения (∆Hmix), энтропия смешения (∆Smix), разница концентраций валентных электронов (δКВЭ), разница электроотрицательности δχ. Показано, что формирование двухфазной (σ + ГЦК-фазы) кристаллической структуры в сплавах CoCrFeNiV и CoCrFeNiMnV связано с плохой совместимостью V с другими легирующими элементами, что приводит к значительным искажениям в твердом растворе и нестабильности структуры.

Перечень предоставляемых услуг

  • Разработка и моделирование технологий обработки металлов давлением и термической обработки.
  • Анализ и установление причин брака в машиностроительном и металлургическом производстве. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологий.
  • Изготовление прутков, листов, лент, полос и фольг из цветных и черных металлов и сплавов с заданной структурой.

Коммерциализируемые разработки лаборатории

  • Высокопрочные наноструктурные прутки, листы и фольги из титана, никеля, меди, ниобия, тантала, алюминия, железа и их сплавов.
  • Методы и технологии измельчения микроструктуры в полуфабрикатах материалов металлической и интерметаллидной основы.
  • Способы термической и термомеханической обработки материалов металлической и интерметаллидной основы для получения высокого комплекса механических и эксплуатационных свойств.

Сотрудничество

  • ОАО «Научно-производственное предприятие «Мотор» (г.Уфа) и ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» - опытно-конструкторские и технологические работы.
  • ФГУП Всероссийский Научно-исследовательский Институт Авиационных Материалов –проведение совместных работ по исследованию комплекса механических свойств и методов обработки титановых сплавов, в том числе на интерметаллидной основе.
  • Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН – разработка методов измельчения структуры магниевых сплавов медицинского назначения, выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • Marche Polytechnic University (Италия) - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • Institute of Physics of Materials, Academy of Sciences of the Czech Republic (Чехия) - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • UES, Inc. (США) - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • High Pressure Research Center, Polish Academy of Sciences (Польша) - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • Tohoky University (Япония) - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • Харьковский физико-технический институт НАНУ - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • Институт физики перспективных материалов Уфимского государственного авиационного технического университета - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.
  • Кафедра термообработки и физики металлов Института материаловедения и металлургии Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина - выполнение совместных исследований, публикации в научных журналах.

Информацию предоставила О.В.Шевченко 19.05.2016

Назад в раздел