Физические основы повышения механических свойств перспективных магниевых сплавов
Цели проекта:
1) Исследование влияния легирования и термомеханической обработки на деформационное поведение и асимметрию сжатия/растяжения сплавов системы Mg-Zn-X.
2) Улучшение механических характеристик, прежде всего, деформируемости ультралегких высокопрочных магниевых сплавов, перспективных для транспортной и аэрокосмической промышленности.
Выходные данные проекта:
Тема: Физические основы повышения механических свойств перспективных магниевых сплавов
Заказчик работ: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Программа: Федеральная Целевая Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы"
Конкурс: Проведение исследований по приоритетным направлениям с участием научно-исследовательских организаций и университетов стран-членов ЕС в рамках двустороннего и многостороннего научно-технического сотрудничества со странами - членами ЕС
Приоритетное направление: Транспортные и космические системы
Критическая технология: Технология создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения
Шифр проекта: 14.586.21.0021
Руководитель работ: Виноградов Алексей Юрьевич
Зам. Руководителя работ: Мерсон Дмитрий Львович
Получатель/Исполнитель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет"
Иностранный партнер: Карлов Университет, Прага, Чехия
Продолжительность работ: от 11.11.2015г. до 31.12.2016г.
Итоговое финансирование проекта: 26,0 млн. руб.
Бюджетные средства: 13,0 млн. руб.,
Внебюджетные средства: 13,0 млн. руб.
Ключевые слова: магниевые сплавы, технологии получения, микроструктура, механизмы деформации, нейтронная дифракция, высокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, акустическая эмиссия.
- Описание микроструктуры и текстуры, способов получения и предварительной технологической обработки исследуемых сплавов, предназначенных для идентификации исходного и деформированного состояния материала исследуемых сплавов и образцов.
- Модель асимметричного процесса деформации при растяжении и сжатии, предназначенная для установления количественной связи микроструктурных параметров и механического отклика исследуемых сплавов.
- Рекомендации для формирования микроструктуры магниевых сплавов с улучшенной асимметрией цикла растяжения - сжатия на технологических этапах изготовления полуфабрикатов и изделий из исследуемых и подобных сплавов.
- Методом двухвалкового непрерывного литья (TRC) получены перспективные сплавы магния системы Mg-Zn-X, включающей сплавы типа Mg-Zn-Re и Mr-Zn-Zr-Re (ZE10, ZEK100) а также Mg-Zn-Zr (ZK60) и Mg-Zn-Al (AZ31). Показано, что высокая скорость охлаждения при кристаллизации в ходе TRC имеет большое влияние на микроструктуру, которую подробно исследовали методами оптической и сканирующей электронной микроскопии.
- Текстуры полученных сплавов Mg-Zn-Re и Mg-Zn-Zr-Re (ZE10 и ZEK100, соответственно) отличаются высокой интенсивностью и напоминают текстуры прокатанных магниевых сплавов, хотя и содержат особенности распределения базисных плоскостей, имеющих явную тенденцию к ориентации параллельно плоскости прокатки.
- Исследование локальных разориентировок методом EBSD показывает, что материал после TRC находится в сильно-деформированном состоянии с большими внутренними напряжениями. Тот же вывод сделан на основе независимого исследования тонких дислокационных структур методами просвечивающей электронной микроскопии и нейтронной дифракции.
- Исследована природа асимметрии деформации растяжения-сжатия и влияние легирования на эти процессы. Показано, что акустическая эмиссия (АЭ) является мощным и удобным инструментом для исследования асимметрии деформации Mg-сплавов. Показано, что асимметрия поведения магниевых сплавов при растяжении и сжатии одинаковым образом проявляется как на напряжении начала пластической деформации (условном пределе текучести), так и на вкладе деформации раздвойникования в общей пластической деформации.
- Кинетика накопления двойников при комнатной температуре исследовалась количественно методами электронной дифракции обратно-отраженных электронов (EBSD) in-situ в сканирующем электронном микроскопе и акустической эмиссии с применением оригинального метода кластерного анализа. Показано S-образное увеличение объемной доли двойников с похожей кинетикой, при этом различие объемной доли двойников для сплавов ZE10 и ZEK100 при 4-5% деформации незначительно, что подтвердили данные нейтронной дифракции.
- Аналитическое исследование походов к феноменологическому моделированию асимметричного процесса деформации магниевых сплавов показало, что основанная на дислокационно-кинетическом формализме модель, включающая двойникование и учитывающая взаимодействие дислокаций с двойниковыми границами, способна, в принципе, описать и предсказать асимметрию деформационного поведения при растяжении - сжатии магниевых сплавов при заданных микроструктурных параметрах, таких как распределение по размерам зерен и, наиболее важно, – текстурного фактора, определяющего кинетику двойникования.
- Разработана модель, описывающая асимметрию деформационного поведения магниевых сплавов. Разработаны принципы формирования магниевых сплавов с улучшенными свойствами.
- Разработан Способ определения вязкой и хрупкой составляющих деформации в испытаниях на ударный изгиб.