Новости

22 февраля, 2022 13:25

Уникальная структура микроскопических пластин/частиц, обеспечила высокую жаропрочность алюминиевых сплавов

Российские ученые с норвежскими коллегами исследовали атомную структуру пластин/частиц, ответственную за высокие прочностные свойства алюминиевых сплавов при повышенных температурах. Специалисты смоделировали атомные конфигурации пластин/частиц и оценили их структурную согласуемость с окружающей алюминиевой матрицей. Эти знания помогут разработать новые технологии производства высокопрочных алюминиевых сплавов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в журнале Materials Characterization.
Микроструктура сплавов Al-Cu-Mg-Ag, после термической обработки при температуре 150°C (а) и 190°C (b). Источник: Gazizov et al. / Materials Characterization, 2022

Современная авиационная промышленность предъявляет все более высокие требования к материалам для авиастроения, которые должны сочетать в себе легкость, прочность, устойчивость к нагрузкам, трещинам, повышенным температурам и коррозии. Поэтому в производстве воздушных судов используются алюминиевые сплавы, отвечающие определенному набору характеристик. Однако при эксплуатации обшивка корпуса и крыльев самолета подвергаются колоссальной нагрузке, что при особом температурном режиме работы ускоряет их износ и последующее разрушение.

Обычно требуемые механические и химические (в частности, коррозионные) свойства алюминиевых сплавов достигаются благодаря термической или термомеханической обработке. Кроме того, свойства материала зависят от его химического состава (легирования), который определяется в процессе литья. Таким образом, множество различных факторов может оказывать влияние на конечные свойства готовых изделий. Чтобы соответствовать постоянно ужесточающимся требованиям к характеристикам авиационных материалов, разрабатываются алюминиевые сплавы с добавками меди (Cu), магния (Mg), серебра (Ag) и ряда других химических элементов. Данные сплавы, относящиеся к системе легирования Al-Cu-Mg-Ag, отличаются высокой жаропрочностью по сравнению с другими алюминиевыми аналогами. Однако атомная структура Al-Cu-Mg-Ag сплавов, ее изменение при разных режимах термической и термомеханической обработки, а также в процессе эксплуатации деталей при повышенных температурах до сих пор плохо изучены.

Ученые из Белгородского государственного национального исследовательского университета (Белгород) и Сколковского института науки и технологий (Москва) совместно с коллегами из независимой исследовательской организации SINTEF (Норвегия) и Норвежского университета естественных и технических наук (Норвегия) исследовали атомную структуру алюминиевых сплавов, чтобы понять механизмы их упрочнения и эволюции при термической/термомеханической обработке.

В более раннем исследовании научный коллектив смоделировал атомную структуру пластин/частиц из атомов меди, магния и серебра, которая была встроена в алюминиевую матрицу. Это позволило получить новые данные о напряженно-деформированном состоянии частиц/пластин, более детально описать механизмы их формирования в сплаве при термической и термомеханической обработке, а также установить причины уникальных механических свойств Al-Cu-Mg-Ag сплавов.

В новой работе ученые исследовали структуру границ между пластиной/частицей и алюминиевой матрицей, в результате чего обнаружили взаимосвязь структурной согласуемости пластин/частиц различной толщины с матрицей и ориентацией границ пластин, а также скоплением вдоль них легирующих элементов — атомов меди.

«Сплав системы Al-Cu-Mg-Ag применяется в авиастроении для изготовления обшивки крыла и фюзеляжа, работающих при повышенных температурах, а также может использоваться для легкого бронирования спецтехники. Полученные фундаментальные знания будут способствовать переходу к новым технологиям производства алюминиевых сплавов с улучшенным комплексом механических свойств для изготовления деталей и узлов воздушных транспортных средств нового поколения», — рассказывает руководитель проекта РНФ Марат Газизов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лаборатории механических свойств наноструктурных и жаропрочных материалов НИУ БелГУ.
18 мая, 2022
Новые графитоподобные катализаторы помогут с рекордной эффективностью получать топливо для солнечной водородной энергетики
Новосибирские ученые предложили метод синтеза высокоактивного фотокатализатора для получения водород...
16 мая, 2022
Ученые синтезировали стабильные светящиеся нанометки, перспективные для диагностики рака
Санкт-Петербургские физики вместе с коллегами из Городского университета Гонконга предложили способ ...