Участие в федеральных целевых программах и грантах | Кафедра металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС

Тема НИР	Период выполнения НИР	Источник финансирования (грантодатель)	Аннотация научных результатов НИР
Государственный контракт № 14.740.11.0907 от 29.04.2011 г. Исследование процесса формирования структуры композиционных материалов на основе металлических стекол во время затвердевания и последующей термомеханической обработки.	2011-2012	Министерство образования Российской Федерации	Методом термической и термомеханической обработки объемных металлических стекол получены композиционные материалы на их основе. В результате термомеханической обработки объемного металлического стекла Zr_62.5Cu_22.5Fe₅Al₁₀ путем циклического сжатия в упругой области, при напряжении 1000 МПа удалось провести процесс нанокристаллизации исходной аморфной фазы. В процессе нанокристаллизации выделяется фаза с ГЦК-решеткой с параметром 0,415 нм. В результате обработки повышается пластичность материала до 11 %.
Государственный контракт № 14.740.11.0940 от 29.04.2011 г. Исследование возможности использования кристаллических интерметаллидов типа (cP2) и бета титана (cI2) для получения композиционных материалов на основе металлических стекол с повышенной пластичностью.	2011-2012	Министерство образования Российской Федерации	Методом быстрого охлаждения из жидкого состояния были получены лабораторные образцы типа металлическое стекло — интерметаллид сплавов на основе системы Zr-Ti-Cu-Ni. Анализ результатов рентгенографических и микроструктурных исследований показал, что структура сплавов содержит в разных соотношениях кристаллические и аморфные фазы. Как показала идентификация фаз, основными фазами, присутствующими в структуре, являются твердые растворы на основе на основе (TiNi) и Ti₂(Ni,Cu), а также в сплаве Zr₄₀Ti₁₀Cu₁₀Ni₄₀ возможно присутствие твердого раствора на основе фазы Zr₂Ti. Анализ результатов механических испытаний показал, что прочность сплавов зависит в основном от химического состава и скорости испытаний. Пластичность сплавов увеличивается с уменьшением размера частиц, распределенных в матрице.
Контракт с ОАО «Композит» «Разработка научных основ получения деформационных полуфабрикатов сплавов на основе системы Al-Mg-Sc с размером наноблоков в микроструктуре не более 100 нм».	2012	ОАО «Композит»	При исследовании сплавов системы Al-Mg-Sc были установлены оптимальные режимы горячей пластической деформации в диапазоне гомологических температур 0,6-0,65 Т_пл. Показано, что после прокатки при этих температурах формируется субструктура, обеспечивающая наилучшее сочетание прочности и пластичности.
Государственное задание вузам «Моделирование процессов структурообразования в условиях термомеханической обработки с целью получения улучшенного комплекса свойств алюминиевых сплавов».	2012-2014	Министерство образования Российской Федерации	Построены модели эволюции микроструктуры для малолегированных и высокопрочных алюминиевых сплавов в процессе термомеханической обработки с использованием комплекса физического моделирования термомеханических процессов Gleeble 3800. Определены кинетические параметры динамической и статической рекристаллизации.
Анализ действующих механизмов сверхпластической деформации в гетерофазных сплавах с нано- и микрочастицами.	2012-2014	Министерство образования Российской Федерации	Установлено, что контролируя размер частиц вторых фаз, их количество, а также степень легированности твердого раствора, можно управлять зеренной структурой и показателями сверхпластичности алюминиевых сплавов. При этом, наилучшие показатели сверхпластичности благодаря частичному торможению рекристаллизации при нагреве до температур СПД, демонстрирует сплав, содержащий крупные эвтектические частицы Al3Ni в количестве около 5 об.%, дисперсоиды Al3Zr (при содержании циркония в сплаве 0.25 —0.30 масс. %) и предельно легированную алюминиевую матрицу — твердый раствор цинка, магния и меди в алюминии. Изучены структурные параметры и действующие механизмы сверхпластической деформации холоднодеформированных сплавов квазибинарного разреза системы Al-Mg-Si, содержащих объемную долю частиц эвтектического происхождения 0.08 — 0.18.
Соглашение № 14.A18.21.1212. Исследование структуры и свойств наноструктурированных металлических стекол для разработки новых функциональных материалов.	2012-2013	Министерство образования Российской Федерации	Получены наноструктурированные покрытия составов Pd60Zr40 и Pd40Zr60. Эти сплавы помимо высоких значений каталитической активности демонстрируют и высокие значения антикоррозионных свойств в физиологическом растворе Хэнка, имитирующего биологически активную среду человека: Плотность тока в интервале пассивации 2 мкА/см2 и скорость коррозии 1,14∙10-4 мм/год. Таким образом, разработанный материал может быть отнесен к I—ой группе стойкости — «Совершенно стойкие материалы».
Соглашение № 14.A18.21.1202. Исследование структуры и свойств объемных металлических стекол, полученных в результате охлаждения расплавов, обработанных флюсом, для создания новых функциональных материалов.	2012-2013	Министерство образования Российской Федерации	Показано, что наибольший эффект обработка флюсом имеет в сплавах на основе никеля с добавками палладия и на основе железа. В результате обработки расплава флюсом критический диаметр, при котором сохраняется аморфная структура, составляет более 5 мм. При этом в сплавах на основе никеля удалось понизить содержание дорогостоящего палладия и существенно повысить пластичность данного сплава при комнатной температуре.
Договор с ОАО «Ласмет» «Исследование структуры и свойств стали ЭП450У-Ш с использованием комплекса физического моделирования термомеханических процессов для определения оптимальных параметров горячей пластической деформации».	2012	ОАО «Ласмет»	Исследованы структура и механические свойства образцов из стали ЭП450У-Ш. Показано, что в широком диапазоне температур механических испытаний на растяжение (1050 — 1275 ºС) материал демонстрирует высокие показатели пластичности: относительное сужение во всех случаях превышает 75 %. Только при температуре растяжения 1300 ºС наблюдается хрупкое разрушение (относительное сужение близко к нулю). Этот результат согласуется с данными термодинамических расчетов, по которым при температуре 1280 ºС в структуре стали появляются участки жидкой фазы. Анализ карт пластической деформации, построенных по результатам испытания на сжатие, показал что материал хорошо рассеивает энергию, накопленную в результате пластической деформации во всем диапазоне исследованных температур и скоростей деформации. Это также подтверждается структурными исследованиями, показывающими, что после деформации по всем режимам структура рекристаллизована (процессы зарождения и роста новых зерен являются одним из основных методов рассеивания энергии), однако при высоких скоростях деформации теряется устойчивость пластического течения и могут возникать участки локализации пластической деформации, что приводит к их местному разогреву. Структурные исследование образцов, подвергнутых испытанию на сжатие при разных температурах и скоростях деформации, не выявили наличия структурных дефектов. После всех режимов деформации структура рекристализована, с мелкими зернами феррита и мартенсита. При увеличении деформации возрастает количество феррита, что согласуется с термодинамическими расчетами фазовой диаграммы равновесия для исследуемого материала. Моделирование процесса нагрева перед пластической деформацией и прошивки трубной заготовки в гильзу показал, что при использовании «стандартного» режима возможно повышение температуры в отдельных участках заготовки до значений, превышающих температуру солидуса данного материала. Избежать этого можно двумя способами: либо смягчить режим деформации при прошивке трубной заготовки, сохраняя при этом режим нагрева, либо снизить температуру в методической печи на II и I стадиях на величину ~50 ºС. Во втором случае такого значительного падения быть не должно даже с учетом уменьшения исходной температуры заготовки за счет интенсивного разогрева в процессе прошивки.
Договор с ОАО «ВНИИНМ» № 320-19 от 02 сентября 2013 г. «Сравнительный анализ характеристик горячей технологической пластичности металла слитка и трубной заготовки из феррито-мартенситной стали ЭП450-Ш. Определение оптимальных технологических условий горячего передела слитков из стали ЭП823Ш.	2013	ОАО «ВНИИНМ»	Исследованы структура и механические свойства образцов из стали ЭП823Ш в литом состоянии. Показано, что сталь ЭП823Ш, обладает высокими показателями пластичности на растяжение при температурах 1150 — 1300 ºС . Относительное сужение при этих температурах более 75 %. Однако, при увеличении температуры выше 1325 ºС пластичность резко снижается до нуля (при 1350 ºС), что объясняется появлением в структуре стали жидкой фазы (согласно термодинамическим расчетам температура появления жидкой фазы примерно 1330 ºС). Проведен сравнительный анализ механических свойств на растяжение при повышенных температурах для стали ЭП450Ш в литом и деформированном состояниях. Показано, что сталь в обоих состояниях имеет хорошую технологическую пластичность в широком диапазоне температур. Для деформированного состояния при температурах 1050 — 1150 ºС она на 10 % выше. При этом в деформированном состоянии хрупкое разрушение в результате оплавления наблюдается при температуре 1325 ºС, в то время как в литом — при 1300 ºС. Исследована структура сталей ЭП450Ш и ЭП823Ш в литом и деформированном состояниях. Показано, что после деформации при температурах 1050 — 1250 °С структура является полностью рекристаллизованной, состоящей из мелких зерен феррита и мартенсита. Анализ поверхности разрушения стали после испытания показал наличие зон оплавления в образцах, не показавших пластической деформации при растяжении. Расчетом термодеформационного поведения методом конечных элементов процесса нагрева трубной заготовки размером 470×вн.100×1540 мм перед пластической деформацией и прошивки трубной заготовки в гильзу выбраны оптимальные режимы нагрева перед горячей пластической деформацией и разработаны соответствующие технические рекомендации.
Договор с ЗАО «АЭМ-технологии» от 20 февраля 2013 г. № АЭМ 07-2013/ТД по теме: «Создание современного производства стеллажей хранения тепловыделяющих сборок с использованием стали с повышенным содержанием бора».	2013-2015	ЗАО «АЭМ-технологии»	Разработан технологический процесс получения стали с высоким содержанием бора повышенного качества. Разработан технологический процесс получения шестигранных труб из стали с повышенным содержанием бора для стеллажей уплотненного хранения топлива. С использованием комплекса физического моделирования термомеханических процессов показано, что оптимальным температурным диапазоном горячей пластической деформации сжатием для низкопластичной коррозионностойкой ферритной стали с высоким содержанием бора (более 2 %) является интервал 950 — 1100 °С. Построена математическая модель связи напряжения течения с технологическими параметрами горячей пластической деформации. Показано, что благодаря наличию частиц боридов эффективная энергия активации деформации имеет более низкие значения, чем в легированном хромом феррите, не содержащем частицы.
Грант РФФИ № НК 13-03-91330/13 Исследование механизмов деформации объемных металлических стекол и композиционных материалов.	2014-2016	РФФИ	Проведено исследование и моделирование процессов деформации объемных металлических стекол и композиционных материалов на их основе. Показано, что процесс деформации ОМС проходит в две стадии: начальная стадия (1) соответствует зарождению и распространению новых полос сдвига (большинство из которых не пересекает весь образец с одной стороны на другую), а второй этап (2) соответствует формированию доминантной полосы сдвига по всему образцу, а затем концентрации деформации в данной полосе, и, наконец, к катастрофическому разрушению. Кроме того, формирование структуры композиционного типа способствует разветвлению полос сдвига и повышению пластичности материалов на основе ОМС. Результаты моделирования методом конечных элементов показывают, что, хотя деформация в значительной степени локализована в полосах сдвига, и на пересечениях поперечных полос, нет четких пустот и трещин, и наблюдается макроскопически почти однородная деформация. Результаты моделирования методом молекулярной динамики указывают на сдвиг локализацию и начало сдвига полос деформации на более поздней стадии деформации.
Грант на включение в инфраструктуру НИТУ МИСИС направления «Метастабильные двухфазные металлические материалы с высокой удельной прочностью» под руководством Лузгина Д.В.	2014-2016	Министерство образования Российской Федерации	Исследованы механизмы деформации ОМС. Формирование доминирующей полосы сдвига происходит при разной пластической деформации и является хаотическим процессом. Данная стадия деформации является нежелательной и соответственно принимаются меры по ее блокировке и максимальном продлении первой стадии с распространением множественных полос сдвига. Также показано, что двухфазный образец типа пластичная кристаллическая фаза и металлическое стекло содержит несколько полос сдвига, демонстрирует очень низкие значения падения напряжения на кривой напряжение-деформация и разрушается когда механизмы деформационного упрочнения в кристаллической фазы исчерпаны. Разработаны новые материалы на основе титана с двухфазной структурой, полученной двухсторонней ковкой, с высокой механической прочностью на растяжение (порядка 1000 МПа) и пластичностью (более 5%). Разработана технология получения высокопрочных и пластичных ОМС на основе циркония в условиях низкого вакуума.
Проект в рамках государственного задания вузам «Разработка научно-методических основ и программных решений предотвращения разрушения металлических материалов в процессе горячей пластической деформации и достижения в них заданного уровня функциональных свойств».	2014-2016	Министерство образования Российской Федерации	Получена база данных реологических свойств металлических материалов с разным типом модельной структуры. Определены закономерности изменения структуры сплавов на основе алюминия, титана, железа в процессе горячей пластической деформации. Разработана методика построения карт пластической деформации для определения оптимальных условий проведения термодеформационной обработки металлических материалов с разным типом структуры по результатам механических испытаний на сжатие с использованием комплекса физического моделирования термомеханических процессов Gleeble 3800. С использованием разработанной методики построены карты пластической деформации алюминиевого сплава 1545К, двух феррито-мартенситных сталей, коррозионностойкой стали с повышенным содержанием бора и 5 алюминиевых сплавов системы Al-Ni-Mg. Определены оптимальные условия проведения горячей пластической деформации указанных сплавов. Разработаны критерии разрушения металлических материалов при испытании на сжатие, растяжение и кручение с растяжением. Построена модель горячей прокатки сплава ХН55МБЮА с использованием метода конечных элементов. Анализ деформационного поведения сплава показал наличие неоднородности распределения деформаций по сечению заготовки в пределах 10 % при первом проходе прокатки из-за адиабатического разогрева внутренних слоев, а также контакта поверхности заготовки с инструментом. При прокатке по второму проходу величина накопленной деформации становится практически одинаковой из-за компенсации разности температур большим деформационным упрочнением внутренних слоев заготовки, полученным в результате первого прохода. Разработана модель эволюции структуры сплава ХН55МБЮА в процессе прокатки. Показано, что расчетная объемная доля рекристаллизованных зерен в центре заготовки несколько выше, чем на поверхности, а средний размер зерна в центре заготовки больше, чем на ее поверхности. Сравнение результатов расчета объемной доли рекристаллизованных зерен и их среднего размера с экспериментальными значениями показал высокую сходимость результатов. Разработан программный комплекс для расчета оптимальных условий горячей пластической деформации при минимальном количестве входных параметров, полученных в результате экспериментального определения реологических свойств сплавов, термодинамических расчетов и конечноэлементного моделирования.
Договор с ОАО «ТЕХНОМАШ» № 551-2014 от 01 августа 2014 г. «Определение экспериментальных кривых упрочнения жаропрочного сплава ЭП-666-ВД в рамках работ по разработке режимов моделирования технологического цикла изготовления образцов кузнечным способом из сплава типа ЭП-666-ВД».	2014	ОАО «ТЕХНОМАШ»	Получены экспериментальные данные для моделирования процесса горячей объемной штамповки заготовки из сплава ХН55МБЮ-ВД (ЭП-666-ВД) методом конечных элементов с учетом эволюции микроструктуры. Построена зависимость напряжения течения от степени деформации в данных термодеформационных условиях, исследована микроструктура образцов после испытания и экспериментально определены параметры для построения модели Джонсона — Мэла — Аврами — Колмогорова (JMAC), описывающей процессы динамической, метадинамической и статической рекристаллизации, а также рост зерна во время горячей деформации. На основании полученных данных методом конечных элементов смоделирован промышленный процесс формообразования заготовки из сплава ЭП666-ВД при штамповке.
Договор с ОАО «СМК» Определение реологических характеристик образцов из жаропрочных никелевых сплавов (Сплав № 1, Сплав № 2) при осадке с различными степенями деформации при различных температурах.	2014	ОАО «СМК»	Получены кривые текучести и реологические характеристики образцов из сплавов ЭП962НП и ВЖ175 при температурах деформации 1100 и 1150 °С. Определены рекомендуемые режимы термодеформационной обработки: Для сплава ЭП962НП: температуры деформации 1100 и 1150 °С со скоростью 1 с-1 и степенью деформации до 40%, со скоростью 0,1 с-1 при данных температурах степень деформации не должна превышать 25%; Для сплава ВЖ175: температуры деформации 1100 и 1150 °С со скоростями 0,01 и 0,1 с-1 и степенью деформации до 40%, при температуре 1100 °С и данных скоростях степень деформации не должна превышать 25%.
Договор № 122/0304 от 15 мая 2015г. с ОАО «ВИЛС» Исследование поведения сплава 1981 в литом гомогенизированном состоянии в процессе термомеханической обработки.	2015	ОАО «ВИЛС»	Проведена деформация образцов из сплава 1981 двух составов на степень 50 % с разными скоростями и при разных температурах деформации. Показано, что в обоих случаях не наблюдается существенных отличий в зависимости напряжения течения от степени, скорости и температуры деформации. Построена модель зависимости напряжения течения на стационарной стадии деформации от скорости и температуры деформации для сплава 1981 двух составов. Показано, что эффективная энергия активации процесса деформации незначительно увеличивается для второго сплава, но связано это скорее всего со смещением температурного интервала деформации в сторону более низких температур. Наиболее высокой предсказательной способностью обладает модель, основанная на связи напряжения течения и параметра Зинера-Холломона по закону гиперболического синуса.
Грант НИТУ МИСИС «Разработка аморфных и нанокристаллических сплавов на основе железа для использования в качестве магнитных, конструкционных и антирадиационных материалов и покрытий».	2015-2016	Министерство образования Российской Федерации	Получены объемные металлические стекла на основе железа, исследованы их структура и свойства. Исследованы процессы деформации ОМС при комнатной температуре и в интервале переохлажденной жидкости.
Разработка программного обеспечения по выбору режимов деформации и термообработки заготовок обечаек корпусов реакторов АЭС и роторов турбин для комплекса управления термодинамическими и кинетическими условиями формирования микроразмерных зерен и наноразмерных упрочняющих фаз.	2015-2016	УрФУ	Проведены экспериментальные испытания сталей 15Х2НМФ и 26ХН3М2ФА на комплексе Gleeble 3800 для определения кинетических параметров эволюции микроструктуры в процессе горячей пластической деформации. Построена физико-математическая модель эволюции микроструктуры в процессе динамической рекристаллизации.
Создание материалоэффективного производства порошков алюминиевых сплавов и разработка аддитивных технологий изготовления деталей систем управления авиационной техники	2017-2019	Министерство образования Российской Федерации	Создано высокотехнологичное производство алюминиевых порошков для селективного лазерного плавления методом распыления расплава на базе Волгоградского алюминиевого завода. Разработаны технологии селективного лазерного плавления и термической обработки деталей авиационного назначения, произведенных из алюминиевых порошков на основе систем Al-Mg, Al-Si и Al-Ce-Cu, обеспечивающих высокий уровень механических свойств (для сплава системы Al-Mg-Sc-Zr: σ_0,2=440 МПа, σ_B=480 МПа, δ=10 %; для сплава системы Al-Si-Cu: σ_0,2=290 МПа, σ_B=355 МПа, δ=5 % и для сплава системы Al-Ce-Cu σ_0,2=440 МПа, σ_B=500 МПа, δ=5 %.). Показана перспективность применения селективного лазерного плавления для получения топологически оптимизированных деталей авиационного назначения.