Старший научный сотрудник лаборатории механических свойств наноструктурных и
жаропрочных материалов НИУ «БелГУ» Марат Газизов руководит проектом
«Исследование влияния цинка и серебра на образование пластинчатых частиц с
плоскостями габитуса {111}Al в Al-Cu-Mg(-Li) сплавах», поддержанным грантом
Российского научного фонда – ведётся постоянная работа в области жаропрочных
сплавов.
Учёный рассказал, что жаропрочные сплавы на основе алюминия широко используются
в конструкциях современных самолётов, поэтому они должны одновременно
выдерживать большие нагрузки и высокую температуру в течение длительного времени.
Чтобы добиться этого, разрабатываются уникальные жаропрочные алюминиевые сплавы,
содержащие медь, магний и серебро, а также режимы их термической обработки,
включающей закалку (за счёт нагрева и быстрого охлаждения), и последующее старение,
выдерживая при умеренно высоких температурах (до 200°С).
После старения структура материала становится неоднородной. В ней появляются тонкие
пластины – частицы в виде интерметаллидных соединений двух и более металлов –
алюминия, меди, магния и серебра, которые становятся каркасом, повышающим
прочность материала. Такие пластины делают его более устойчивым к нагрузкам при
повышенных температурах.
Во время исследования учёные из НИУ «БелГУ» и Челябинского госуниверситета вместе
с коллегами из Норвежского университета естественных и технических наук (Норвегия)
установили, что происходит с упрочняющими пластинами в сплаве при нагрузках и
высокой температуре. Авторы отлили образцы из алюминия, меди, магния и серебра и
подвергли их термической обработке для повышения прочности. После материал
нагружали до разрушения при температурах реальной эксплуатации сплавов (150°С и
165°С) в течение различного времени (до 3000 часов – около четырёх месяцев).
В сплавах, испытавших нагрузку и нагрев до 150°С, интерметаллиды стали толще за счёт
«оседания» на них окружающих элементов сплава (меди, магния и серебра) и сливания
некоторых частиц, увеличился их диаметр и объёмная доля.
– В данной работе мы исследовали поведение интерметаллидных частиц при
высокотемпературном нагружении. Казалось бы, чем крупнее частицы, придающие
прочность сплаву, и чем больше их объёмная доля, тем выше должна быть прочность
материала. Однако на практике всё иначе. Поскольку мелкие пластины исчезают,
сливаясь с более крупными, общее количество или частота расположения таких
опорных конструкций значительно уменьшается. Как следствие, для движения
дислокаций, в основном механизме пластической деформации металлических
материалов, остается меньше барьеров, и алюминиевый сплав разрушается быстрее и
при меньших нагрузках, – рассказывает Марат Газизов.
Полученные результаты помогают учёным лучше понять факторы, ответственные за
прочностные свойства сплава на основе алюминия, меди, магния и серебра. Это
позволяет подобрать оптимальный химический состав, а также условия получения
материала для применения в авиастроении. В дальнейшем исследователи планируют
продолжить работу в данном направлении и добиться улучшения прочности и
пластичности алюминиевых сплавов других составов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ),
опубликованы в журнале Materials Science and Engineering: A.
Пресс-служба НИУ «БелГУ»
Нет комментариев