КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 19-79-30066

НазваниеПерспективные сплавы и технологии для авиакосмической промышленности

РуководительСалищев Геннадий Алексеевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет", Белгородская обл

КонкурсКонкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (33)

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Данный проект направлен на решение комплекса задач, связанных с созданием новых материалов авиационного назначения, технологиями управления их структурой и изготовления изделий с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами. При реализации Проекта 2019 были получены значимые научные результаты и достигнуто качественно новое понимание актуальных научных задач, выведено на новый уровень взаимодействие с индустриальными партнерами, что позволило определить перспективные направления для развития в рамках Проекта 2023, а именно: -Разработка жаропрочных и жаростойких высокоэнтропийных материалов и покрытий на интерметаллидной/керамической основе; -Сварка разнородных сплавов для аэрокосмической промышленности с использованием высокоэнтропийных промежуточных слоев; -Разработка нового метода термомеханической обработки труднодеформируемых сплавов на основе гамма алюминида титана с использованием ячеистой реакции; Далее приведена более детальная информация о предполагаемых исследованиях. Интерметаллиды/керамики привлекательны для применения в экстремальных условиях, но их использование как конструкционных материалов ограничено из-за низкой пластичности. Возможные решения - многокомпонентное легирование, предлагаемое концепцией высокоэнтропийных (ВЭ) материалов, и формирование многофазных структур. В настоящем проекте планируется совместить эти 2 подхода и разработать ВЭ материалы с интерметаллидной/керамической матрицей, эксплуатируемые до/свыше 1000°С. Посредством высокопроизводительных вычислений будут отобраны материалы с композитной структурой, для которых будет изучена связь между структурно-фазовым состоянием и механическими свойствами. Будут исследованы жаропрочность, жаростойкость и трещиностойкость, и сравнены с таковыми для промышленных материалов. Планируется разработка покрытий на основе ВЭ боридов и нитридов для повышения жаростойкости предлагаемых материалов до 1300°С. Из материалов с наилучшими характеристиками будут изготовлены прототипы лопаток газотурбинного двигателя. Сварка разнородных сплавов затруднена из-за склонности к образованию в сварном шве интерметаллидных фаз. Повысить качество соединений можно за счет промежуточных слоев, причем ВЭ сплавы с их способностью образовывать многокомпонентные твердые растворы являются “естественным” выбором на эту роль. Однако, к настоящему времени не существует научно-обоснованного подхода к выбору их состава. В данном проекте предполагается на основе высокопроизводительных вычислений и экспериментальных исследований отобрать наилучшие составы ВЭ промежуточных слоев и определить режимы лазерной и диффузионной сварки для получения качественного соединения. Технологии термомеханической обработки сплавов на основе гамма алюминидов титана чрезвычайно трудоемки. Возможным решением этой проблемы может быть использование ячеистой реакции, движущей силой которой является уменьшение межфазной энергии. Формирование при термообработке тонколамельной структуры и последующая ее трансформация в ходе ячеистой реакции может быть ускорена деформацией, что приведет к формированию мелкозернистой структуры, снижению напряжения течения и повышению пластичности. Будет исследовано влияние химического состава сплавов на полноту и активность протекания ячеистой реакции, влиянию на нее редкоземельных элементов, тормозящих диффузию и способствующих формированию более дисперсной структуры. Будут выбраны композиции сплавов, наиболее ярко демонстрирующие ячеистую реакцию, исследованы особенности эволюции структуры и механического поведения при горячей деформации и прокатаны листы из термообработанного слитка. Научная новизна проекта состоит в получении фундаментально нового знания о создании и обработке композиционно-сложных материалов для использования в аэрокосмической отрасли. Вызовы, стоящие в данное время перед Российской промышленностью, делают данный проект безусловно актуальным.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения Проекта 2023 предполагается получение ряда научных результатов, которые будут полностью соответствовать мировому уровню исследований: 1) Оптимальные составы новых высокоэнтропийных материалов с интерметаллидной матрицей плотностью менее 6 г/см3 и рабочей температурой до 1000°С, а также материалов и покрытий на керамической основе, способных сохранять высокую прочность при температурах свыше 1000°С, определенные на основе систематических термодинамических и феноменологических расчетов, всестороннем исследовании структуры, в том числе степени упорядочения, механических и эксплуатационных свойств широкого спектра композиций. 2) Определенные на основе высокопроизводительных вычислений и всесторонних экспериментальных исследований составы высокоэнтропийных промежуточных слоев и режимы лазерной и диффузионной сварки разнородных сплавов, обеспечивающие качественное соединение промышленных сплавов, используемых в аэрокосмической промышленности. 3) Режимы термомеханической обработки сплавов на основе гамма алюминида титана с использованием ячеистой реакции, обеспечивающих существенное снижение температуры и напряжений при горячей деформации. Полученные результаты, материалы и технологии будут иметь не только важное фундаментальное значение, но могут также найти практическое применение в аэрокосмической промышленности, преимущественно - при изготовлении газотурбинных двигателей нового поколения. Дополнительным показателем потенциальной практической значимости результатов проекта служит поддержка со стороны индустриальных партнеров - Акционерное общество «Объединённая двигателестроительная корпорация» и Научно-производственная ассоциация «Технопарк Авиационных Технологий». Также по результатам выполнения проекта планируется опубликовать не менее 40 научных статей, преимущественно - в журналах индексируемых в WoS CC/Scopus. Не менее 15 статей будут опубликованы в журналах первого квартиля (Q1). Кроме того, результаты проекта будут представлены в виде докладов на материаловедческих конференциях. Ежегодно будет проводиться школа-конференция “Перспективные высокоэнтропийные материалы”. К выполнению проекта будут привлечены 3 молодые кандидата наук (постдока).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ