Регистрация / Вход
Прислать материал

14.587.21.0018

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.587.21.0018
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Название доклада
Разработка новых подходов к повышению однородности пластической деформации
Докладчик
Кайбышев Рустам Оскарович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью работы является исследование и разработка научных основ получения листовых деталей методом глубокой вытяжки из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Mn-Zr(Sc) без образования полос Людерса на поверхности и с низкой шероховатостью.
В рамках данного проекта будут решены следующие задачи:
-- разработка новых подходов к повышению однородности пластической деформации, к устранению или минимизации пластической нестабильность в сплавах Al-Mg, содержащих различные типы дисперсных частиц или без них, за счет управления структурой на основе изучения влияния структуры на эффект Портвена-Ле Шателье (ПЛШ);
- установление закономерности проявления эффекта ПЛШ в алюминиевых сплавах 5ХХХ серии с когерентными и некогерентными наночастицами, а также без них, влияние на него размера зерен и плотности дислокаций, микроструктуры;
- установление закономерностей влияния микроструктуры и наночастиц на на механическое поведение алюминиевых сплавов, типы прерывистого течения, и на температурно-скоростную область существования эффекта ПЛШ;
- установление микроскопических механизмов эффекта ПЛШ;
-- установление закономерностей влияния микроструктуры и фазового состава на квазистатические механические свойства в широком интервале скоростей деформации;
- установление закономерностей влияния структуры и фазового состава на изменения сигналов акустической эмиссии;
- определение закономерностей изменения шероховатости в зависимости от скорости и температуры деформации, а также ее степени и состояния сплава. Исследование рельефа поверхности образцов после разного вида обработок;
- разработка научных основ повышения однородности пластической деформации.
Актуальность и новизна исследования
Алюминиевым сплавам 5ХХХ серии являются наиболее распространенными материалами из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, из которых изготавливают листы. Благодаря высоким удельным прочностным характеристикам листовые полуфабрикаты этих сплавов применяются для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, а так же в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей. При использовании холодной вытяжки качество поверхности получаемых деталей не удовлетворяет требованиям, поскольку на поверхности образуются полосы Людерса и сильно повышается шероховатость. Кроме того, способность сплавов 5ХХХ серии к холодной вытяжке невысока из-за пластической нестабильностью, связанной с прерывистым течением. Это обуславливает проведение широкомасштабных работ по изучению физической природы нестабильности пластического течения этих сплавов и разработке новых подходов к повышению однородности пластической деформации. Технологические решения для изготовления высокопрочных листов из этих сплавов должны быть экономически оправданными. Одним из таких технических решений является использование комбинированного процесса, сочетающих большие пластические деформации. Al-Mg сплавы являются самым известным материалом, демонстрирующем эффект Портвена-Ле Шателье (ПЛШ), которое и является причиной нестабильности пластического течения при холодной вытяжке.
В рамках выполнения проекта будут получены данные, которые позволят создать способы управления неоднородностью пластического течения и устранять пластическую нестабильность, связанную с эффектом ПЛШ.
Описание исследования

Для разработки технологии производства листовых деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии без образования полос Людерса на поверхности и с низкой шероховатостью в исследуемых сплавах будет использовано два  методологических подхода.

 - Первый подход заключается в детальном изучении влияния исходной структуры на механическое поведение сплавов. Будут определены квазистатических механических свойств трех алюминиевых сплавов 5ХХХ серии: твердого AlMg раствора, содержащих когерентные и некогерентные наночастицы, в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях с небольшой плотностью дислокаций и с ультрамелкозернистой структурой и большой плотностью дислокаций в широком в интервале скоростей нагружения. Будут определены температурно-скоростные области существования эффект ПЛШ, устновлены типы ПЛШ в каждом сплаве и влияние на них температуры, скорости и степени деформации при растяжении, определена энергия активации появления эффекта ПЛШ по анализу граничных условий.. На основании этих работ будет выявлено влияние структурного состояния Al-Mg сплавов на эффект ПЛШ, определено оптимальный сплав и структурное состояние, которые обеспечивают минимальную пластическую нестабильность и, соответственно, наиболее благоприятны с точки зрения холодной вытяжки.

- Вторым подходом является изучение образования деформационного рельефа и изменение шероховатости поверхности в процессе растяжения в трех вышеуказанных AlMg сплавов с тремя различными структурными состояниями каждый. Кроме того, Кроме того, будет выполнен анализ образования и распространения полос локализованной деформации в трех различных материалах в трех структурных состояниях и изучена акустическая эмиссия при растяжении. Сопоставление этих данных даст возможность определить влияние структуры на динамику дислокаций при пластической нестабильности, связанной с эффектом ПЛШ. Это откроет возможность анализа влияние исходной структуры на механизм динамического деформационного старения в AlMg сплавах, что позволит на основе понимания физических процессов разрабатывать в рамках дальнейших проектов технологии производства листовых деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии без образования полос Людерса на поверхности и с низкой шероховатостью и высокой формуемостью при холодной вытяжке.  

В рамках проекта будет проведено комплексное исследование влияния измельчения зерна и плотности дислокаций на прерывистое течение в широком температурном и скоростном диапазонах в сплаве системы Al-Mg, содержащем дисперсные наноразмерные когерентные и некогерентные частицы и без них.  Определен эффект влияния микроструктуры на температурную и скоростную область проявления эффекта ПЛШ, типы прерывистого течения. Установлены микроскопические механизмы эффекта Портевена-Ле Шателье, что позволит предсказывать условия возникновения эффекта PLC в мелкозернистых материалов.Впервые будут одновременно изучены процессы динамики дислокаций методом акустической эмиссии и топографических наблюдений, а также способы локализации деформации в макрополосах при растяжении. Это позволит продвинуться в понимании физической природы эффекта ПЛШ, предложить физический механизм, который описывает особенности его проявления в ультрамелкозернистых материалах. С практической точки зрения, это создаст основы для разработки высокопрочных сплавов системы AlMg c оптимальной структурой для получения из них листовых деталей методом холодной вытяжки.  

Результаты исследования

1. Закономерности влияния структуры алюминиевых сплавах 5ХХХ серии на проявления  эффекта ПЛШ. Будет установлено влияние структуры на механическое поведение алюминиевых сплавов 5ХХХ серии, локализацию деформацию в виде макропролос, акустическую эмиссию и образование деформационного рельефа, а также на шероховатость поверхности.

2. Закономерности влияния микроструктуры и наночастиц на типы прерывистого течения, и на температурно-скоростную область существования эффекта Портевена-Ле Шателье. В широком интервале скоростей деформации будет изучено влияние температуры, скорости и степени деформации на типы эффекта ПЛШ. Будут установлены микроскопические механизмы эффекта Портевена-Ле Шателье, определены критическая деформация начала прерывистого течения и энергия активации в крупнозернистом и мелкозернистом состояниях алюминиевых сплавов 5ХХХ серии с различной плотностью дислокаций с когерентными некогерентными наночастицами и без них.

3. Закономерности влияния микроструктуры и фазового состава на особенности распространения полос деформации в зависимости от частиц вторых фаз и структуры. Закономерности зарождения и распространения полос деформации будут соотнесены с механическим поведением материалов, акустической эмиссией и топографическими данными.

4. Закономерности влияния обработки и фазового состава материала на изменения сигналов акустической эмиссии. Будет выполнен анализ акустической эмиссии, сопровождающей пластическую деформацию, с целью определения влияния микроструктуры на динамику дислокаций.

5. Закономерности изменения шероховатости поверхности в зависимости от скорости деформации и состояния сплава. Будет исследован рельеф поверхности образцов алюминиевых сплавов 5ХХХ серии с различным фазовым составом и после разного вида обработок при различных температурах и скоростях растяжения, а также после различных степеней деформации.

6. Будут разработаны научные основы повышения однородности пластической деформации перспективных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии;

7. Экспериментальные образцы алюминиевого сплава системы AlMgMnSc с когерентными наночастицами, полученные по разработанной технологии производства листовых деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии, для холодной вытяжке без образования полос Людерса на поверхности и с низкой шероховатостью.

8. Экспериментальные образцы алюминиевого сплава системы AlMgMnSc с некогерентными наночастицами, полученные по разработанной технологии производства листовых деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии, для холодной вытяжки  без образования полос Людерса на поверхности и с низкой шероховатостью.

9. Будут разработаны научные основы повышения однородности пластической деформации  перспективных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии с проведением стандартного теста на способность к холодной вытяжки одного сплава с оптимальным химическим составом и оптимальной структурой;

10. Экспериментальный образец алюминиевого сплава с оптимальным химическим составом и оптимальной структурой, полученный методом холодной вытяжки;

11. Рекомендации по реализации разработанной технологии производства листовых деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов 5ХХХ серии без образования полос Людерса на поверхности и с низкой шероховатостью в реальном секторе экономики.

Практическая значимость исследования
Выполнение проекта позволит получить технологию производства листовых деталей из высокопрочных сплавов Al-Mg-Zr(Sc) методом глубокой вытяжкой без образования полос Людерса на поверхности и с низкой шероховатостью.
Полученные научные результаты будут использованы в образовательном процессе. Примерно 5 студентов, обучающихся в НИУ «БелГУ» по специальности 210602 «Наноматериалы», будут выполнять научно-исследовательские курсовые и дипломные проекты в рамках работ по данному проекту. На основе выполняемых в рамках данного проекта научных разработок будет проводиться подготовка магистров по программе «Конструкционные наноматериалы».
Полученные научно-технические результаты могут быть использованы для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, а так же вагоностроении для скоростных поездов.
С научной точки зрения важность проекта заключается в возможности анализа эффекта ПЛШ в условиях, когда размер рассматриваемых систем, например, поликристаллических зерен, становится сравнимым с характерными масштабами дислокационных структур. Этот анализ позволит развить представления о динамическом деформационном старении и предложить усовершенствованные физические модели, описывающие эффект ПЛШ. Это позволит разрабатывать новые промышленные сплавы системы AlMg и способы получения и з них листов для холодной вытяжке без характерных для этих материалов поверхностных дефектов и локального утонения, в следствие пластической нестабильности.
Постер

Poster_14587210018.ppt