Анализ нестабильности течения пластической деформации в изделиях, полученных методом лазерной 3Д печати

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 22-29-01514

НазваниеАнализ нестабильности течения пластической деформации в изделиях, полученных методом лазерной 3Д печати

Руководитель Казанцева Наталия Васильевна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова лазерная 3Д печать, металлы, механические и физические свойства, самоорганизация дефектов, локализация и неустойчивость течения пластической деформации

Код ГРНТИ53.49.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью данного проекта является выявление и анализ процессов самоорганизации дефектов, приводящих к нестабильности пластического течения в материалах и изделиях, полученных с помощью цифровой лазерной аддитивной технологии. В качестве исследуемых материалов в проекте предлагается использовать российские и зарубежные стали аустенитного класса. Нестабильность пластического течения металлов и сплавов - одна из серьезных фундаментальных проблем механики разрушений, поскольку связана со многими эффектами, такими как: эффект Портевена ле Шателье , эффект Горского, динамическое деформационное старение (ДДС). В конструкционных материалах эти эффекты могут проявляться как с отрицательной, так и с положительной стороны. Например, в стальных изделиях повышенная хрупкость в определенном температурном диапазоне носит название синеломкости. Ускорение диффузионных процессов в условиях динамического воздействия приводит к образованию нежелательных включений и необратимому снижению эксплуатационных свойств, при этом известно, что в ряде материалов при определенных режимах высокоскоростной деформации возможно значительное повышение пластичности с сохранением высокой прочности. Интерес к получению цифровых металлических изделий методами аддитивных технологий очень высок. На сегодняшний день научно доказано, что для всех металлических 3Д изделий требуется термомеханическая постобработка поверхности. В связи с этим актуальной является проблема установления температурных и скоростных диапазонов внешних воздействий, в которых реализуется нестабильность пластического течения, для их последующего исключения в технологических режимах обработки металлических 3Д изделий. Имеющиеся в литературе данные по влиянию скорости и температуры деформационного воздействия на механические свойства и структуру 3Д образцов из аустенитных сталей и сплавов достаточно противоречивы. Большей частью они сводятся к оценке влияния режимов работы 3Д принтера и носят узко прикладной характер. Фундаментального исследования эффекта Горского (восходящей диффузии в условиях градиента упругопластических напряжений) в материалах, полученных методом лазерной аддитивной технологии, нами в литературе не обнаружено. В отличие от традиционных аустенитных сталей, в которых с увеличением скорости деформации происходит увеличение прочности и снижение пластичности, в образцах таких же аустенитных сталях, но полученных методом лазерной 3Д печатью, с увеличением скорости деформации обнаружено увеличение, как прочности, так и пластичности. Одной из возможных причин такого различия называют влияние атмосферы азота, в которой получают 3Д образцы, однако исследований, подтверждающих это предположение нет. Влияние пористости образцов из аустенитных сталей, полученных лазерной 3Д печатью, на протекание процесса деформационного динамического старения также мало изучено. В данном проекте предусмотрено выявление условий формирования комплексов дефектов, отвечающих за нестабильность пластического течения в образцах из стали аустенитного класса (AISI 316L (DIN 1.4429) российский аналог 03Х16Н15М3), полученных методом лазерной 3Д печати; исследование влияния содержания азота на структуру и скоростную зависимость пластических характеристик материалов. Предполагается использовать структурные методы, измерение механических свойств при различной скорости деформации и метод измерения акустических свойств непосредственно в условиях деформации. Известно, что полученные с помощью аддитивных технологий металлические образцы превосходят свои промышленные аналоги по прочностным механическим свойствам при циклических нагрузках. При этом обычно в литературе приводят результаты циклических испытаний на растяжение образцов. Однако, металлические конструкционные имплантаты, находящиеся в теле человека, испытывают переменные циклические нагрузки сжатие-растяжение. В рамках данного проекта предполагается использование уникального экспериментального стенда, позволяющего производить переменные циклические нагружения сжатие-растяжение. Полученные в проекте результаты послужат расширению знаний о специфике, закономерности и стадийности пластического течения и необходимы для разработки фундаментальных основ создания новых цифровых конструкционных материалов и изделий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Коэмец Ю.Н., Казанцева Н.В., Кузнецов В.П., Карабаналов М.С., Коэмец О.А., Еманов А.А. Анализ структуры и разрушения имплатата из стали 316L, изготовленного аддитивным методом Тез. докл. Междунар. конф. Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения, С. 151-152 (год публикации - 2022)
10.25205/978-5-4437-1353-3-90

2. Казанцева Н.В. Металлургия лазерной 3Д печати Сборник статей VIII Международной конференции Проблемы механики современных машин посвященнаяоц 60-летию ВСГУТУ, С. 92-97 (год публикации - 2022)
10.53980/9785907599055_92

3. Казанцева Н.В., Виноградова Н.И., Коэмец Ю.Н., Ежов И.В., Давыдов Д.И. Электронно-микроскопическое исследование фазовых превращений в образцах из аустенитной стали 316L, полученных лазерной 3D печатью Сборник тезисов XXIX Российской конференции по электронной микроскопии, С.268-269 (год публикации - 2022)

4. Ежов И.В, Коэмец Ю.Н. Казанцева Н.В, Давыдов Д.И., Афанасьев С.В., Меркушев А.Г. Влияние пористости образцов из аустенитной стали, полученной лазерной 3d печатью, на протекание процесса деформационного динамического старения Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2022.тезисы докладов IX Международной молодежной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора С. П. Распопина, С. 709-710 (год публикации - 2022)

5. Казанцева Н.В., Коэмец Ю.Н., Шишкин Д.А.. Ежов И.В, Давыдов Д.И., Ригмант М.Б., Кочнев А В. Магнитное исследование деформированной медицинской аустенитной стали, изготовленной на лазерном 3D принтере журнал Физика Металлов и Металловедение, том 123, № 11, с. 1210–1217 (год публикации - 2022)
10.31857/S0015323022600885

6. Казанцева Н.В., Давыдов Д.И., Ежов И.В., Меркушев А.Г., Коэмец Ю.Н. Анализ неметаллических включений в изделиях из аустенитной стали, полученных с помощью лазерной 3D печати журнал "Металловедение и термическая обработка металлов", № 11, с. 60-63. (год публикации - 2022)
10.1007/s11041-023-00869-3

7. Коэмец Ю.Н., Казанцева Н.В., Ежов И.В., Давыдов Д.И., Шишкин Д.А. Effect of strain rate on magnetic transformation of L-Pbf medical steel 316L Международная молодежная научная Школа "Актуальные проблемы магнитного резонанса и его применение" сателлит при симпозиуме “Trends in Magnetism” (EASTMAG-2022), С. 15 (год публикации - 2022)

8. Давыдов Д.И., Каманцев И.С., Ежов И.В., Казанцева Н.В. Развитие трещин при циклических испытаниях на трехточечный изгиб в образце из стали 316L, изготовленном с помощью лазерной 3D печати Тезисы докладов XXIII Всероссийской школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества, С.143 (год публикации - 2023)

9. Ежов И.В., Коэмец Ю.Н., Казанцева Н.В., Давыдов Д.И., Афанасьев С.В., Коэмец О.А. Deformation-dynamic aging in 316l steel manufactured by laser 3d printing ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ Материалы международного симпозиума, С. 118 (год публикации - 2023)

10. Коэмец Ю.Н., Кузнецов В.П., Казанцева Н.В., Карабаналов М.С., Коемец О.А., Еманов А.А. Analysis of the structure and mechanism of destruction of implants manufactured by the additive method AIP Conference Proceedings, AIP Conf. Proc. 2899, 020073 (2023) (год публикации - 2023)
10.1063/5.0163737

11. Казанцева Н.В., Башков О.В., Коэмец Ю.Н., Ежов И.В., Давыдов Д.И. Динамика развития трещин при циклических испытаниях на усталость образцов из аустенитной стали, полученных с помощью лазерной 3d печати XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике, сборник тезисов докладов, Т.3, С.574-575 (год публикации - 2023)

12. Давыдов Д.И., Казанцева Н.В., Ежов И.В. Исследование структурных особенностей разрушения никелевых жаропрочных сплавов после высотемпературной деформации XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике, сборник тезисов докладов, Т.3, С.553-555 (год публикации - 2023)

13. Коэмец Ю.Н., Казанцева Н.В., О.В. Башков, Ежов И.В., Давыдов Д.И. , Коэмец О.А. Влияние дефектов на прочность СЛС образцов из аустенитной стали при циклической нагрузке ХI-я Евразийская научно-практическая конференция Прочность неоднородных структур, сборник трудов конференции, С.93 (год публикации - 2023)

14. Казанцева Н.В., Коэмец Ю.Н., Ежов И.В., Давыдов Д.И., Шишкин Д.А., Ригмант М.Б., Кочев А.В. Magnetic study of the deformed medical grade 316L steel, manufactured with a laser 3D printer VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism», Book of abstracts volume II, Т.2, С.433 (год публикации - 2023)

15. Казанцева Н.В. Математическое моделирование усталостных испытаний образцов из аустенитной стали, полученных методом аддитивной лазерной печати Транспорт: логистика, строительство, эксплуатация, управление, сборник трудов Международной научно-практической конференции, Выпуск 7 (255), С. 222-226 (год публикации - 2023)

16. Казанцева Н.В., Ильиных М.В., Кузнецов В.П., Коэмец Ю.Н., Бахмутов К.М., Карабаналов М.С. Design and structural factors’ influence on the fatigue life of steel products with additive manufacturing Materials, V.16, Is.7315, P.1-16 (год публикации - 2023)
10.3390/ma16237315

17. Казанцева Н.В., Виноградова Н.И., Коэмец Ю.Н., Ежов И.В., Давыдов Д.И. Electron microscope study of phase transformations in 316L austenitic steel produced via laser 3D printing Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 87, No. 10, pp. 1404–1409 (год публикации - 2023)
10.3103/S1062873823703458

18. Казанцева Н.В., Давыдов Д.И., Ежов И.В., Меркушев А.Г., Коэмец Ю.Н. Analysis of nonmetallic inclusions in articles from austenitic steel obtained using laser 3D printing Metal Science and Heat Treatment, Vol. 64, PP. 668-671 (год публикации - 2023)
10.1007/s11041-023-00869-3

19. Казанцева Н.В., Коэмец Ю.Н., Давыдов Д.И., Виноградова Н.И., Ежов И.В. Analysis of unstable plastic flow in the porous 316L samples manufactured with a laser 3D printer Materials, Vol.16, Iss.14, PP 1-12. (год публикации - 2023)
10.3390/ma16010014

20. Казанцева Н.В., Коэмец Ю.Н., Шишкин Д.А., Ежов И.В., Давыдов Д.И., Ригмант М.Б., Кочев А.В. A magnetic study of deformed medical austenitic steel manufactured by 3D laser printing Physics of Metals and Metallography, Vol. 123, No. 11, pp. 1139–1146 (год публикации - 2023)
10.1134/S0031918X22601214

21. Казанцева Н.В., Коэмец Ю.Н., Давыдов Д.И., Ежов И.В., Карабаналов М.С. Features of Deformation and destruction of 3D printed austenitic steel Proceedings of 16th Sino-Russia symposium on advanced materials and technologies. Edited by The Nonferrous Metals Society of China, pp. 58-67. (год публикации - 2023)

Публикации