Новости

28 декабря, 2022 14:53

Ученые детально описали механизм деформации алюминиевых сплавов при длительном нагружении

Источник: Technovery
Российские ученые описали два типа взаимодействия дислокаций — структурных дефектов в сплавах — с наночастицами в этих материалах при повышенных температурах. Так, при высоких нагрузках эти дефекты перерезают или захватывают в петлю частицы, которые могут иметь различную форму: сфер, пластин и стержней. Знания о том, как дислокации взаимодействуют с частицами разной формы, помогут разработать новые подходы к микроструктурному дизайну материалов, а также позволят улучшить способы обработки авиационных сплавов Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Acta Materialia.
Источник: jcomp/Freepik

Алюминиевые сплавы с добавками меди, магния и серебра широко используются в авиастроении благодаря своей легкости и жаропрочности. Интересно, что в этих материалах после закалки и старения — особой термической обработки — атомы образуют упорядоченные структуры в виде тонких пластин. Чем таких пластин больше и чем они мельче, тем сплав прочнее. Однако при деформации алюминиевого сплава в нем возникает большое количество особых структурных дефектов — дислокаций, которые можно сравнить с тонкими нитями. При растяжении или изгибе материала дислокации начинают двигаться в объеме и взаимодействовать с пластинами, упрочняющими алюминиевый сплав. Это приводит к нарушению атомной структуры данных пластин. Однако механизм такой деформации оставался плохо изучен.

Ученые из Белгородского государственного национального исследовательского университета (Белгород), Челябинского государственного университета (Челябинск) с зарубежными коллегами описали, как именно дислокации взаимодействуют с пластинами в сплавах на основе алюминия, меди, магния и серебра. Для этого авторы провели эксперимент, в котором образцы алюминиевого сплава, упрочненного пластинами после термической обработки, медленно деформировались (ползли) под действием нагрузки при повышенных температурах в течение более 100 дней. Данный вид нагружения сплава — испытание на ползучесть — повторяет в лаборатории реальные условиях длительной эксплуатации материалов при повышенных температурах.

Исследование микроструктуры алюминиевого сплава после испытания показало, что образующиеся в большом количестве дислокации, сближаясь с пластинами, вели себя двумя способами: либо перерезали их, либо охватывали с образованием петли. В первом случае пластины распадались на короткие фрагменты, а во втором большое количество петель приводило к поворотам пластин, что нарушало их атомную структуру. В результате из-за того, что пластины, упрочняющие материал, становились короче и приобретали неупорядоченную структуру, механические свойства сплавов ухудшились. Нагрузки, подобные тем, что смоделировали ученые, могут испытывать материалы, составляющие корпус и крылья самолета, например, при взлете и посадке. В этом случае воздушное судно сталкивается с быстро движущимися навстречу потоками воздушных масс, поэтому устойчивость сплавов в его обшивке к деформациям при повышенных температурах крайне важна.

«Наша работа будет полезна для технологов, поскольку может подсказать, как создавать устойчивые к нагрузкам материалы, то есть каким образом нужно обрабатывать сплав, чтобы пластины в нем затрудняли движение дислокаций и тем самым препятствовали деформации материала», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Марат Газизов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лаборатории механических свойств наноструктурных и жаропрочных материалов НИУ БелГУ

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

24 января, 2023
Ученые Института катализа СО РАН создали универсальный метод синтеза теплопроводных катализаторов
Исследователи Института катализа СО РАН разработали универсальный метод синтеза высокоакти...
23 января, 2023
Машинное обучение помогло подобрать условия синтеза высокоэнтропийного карбида
Высокоэнтропийные карбиды — уникальные материалы на основе углерода и 4–6 переходных металлов IV и V...