Разработка методов получения и обработки жаропрочных наноструктурированных сплавов на основе ванадия

1. Проведены патентные исследования по тематике контракта (ГОСТ 15.011-96).
2. Сформулированы направления решения задач, поставленных в ТЗ и проведена их конкретизация для исполнителей. Разработана и согласована общая методика и требования на проведение исследова-ний.
3. Приобретены шихтовые и вспомогательные материалы для обеспечения выплавки слитков сплава ванадия (имеются договора с организациями-поставщиками). Проведены исследования структурно-фазовых состояний и физико-механических свойств сплавов ванадия, ранее полученных в ВНИ-ИНМ, США и Японии в зависимости от технологий их получения, режимов термообработки и деформирования.
4. Проведены экспериментальные исследования структурно-фазовых состояний и физико-механических свойств ванадия и сплавов ванадия в зависимости от технологических режимов их по-лучения, режимов термообработки и деформирования.
5. Проведены исследования закономерностей и механизмов формирования микроструктуры сплава и его физико-механических свойств (упругие модули, дисперсионное твердение, аномальное упрочне-ние, прерывистость течения, др.) и их зависимостей от температуры, композиционных составов, на-пряжений и типоразмеров образцов.
6. Проведена разработка физических моделей низкотемпературного охрупчивания и жаропрочности сплавов ванадия и их экспериментальное обоснование при статических и динамических нагрузках.
7. Разработаны ударные и акустические методики испытаний для уточнения механизмов низкотемпе-ратурного охрупчивания сплавов.
8. Проведены теоретические и моделирующие исследования структуры и свойств ванадия и сплавов ванадия.
9. Уточнены потенциалы межатомных взаимодействий (V-V, V-C, V-O, V-N).
10. Проведен расчёт энергетических и кристаллографических и диффузионных характеристик дефектов (точечных, дислокаций) и их взаимодействий с учётом температуры и механических внутренних и внешних напряжений.
11. Изучены механизмы и закономерности подвижности дислокаций и их влияние на стабилизацию и распад твердых растворов и фазообразование в металлическом ванадии и его сплавах.
12. Уточнены библиотеки ядерно-физических данных, проведены расчётные исследования ядерно-физических свойств ванадия и сплавов ванадия (радиационная повреждаемость, активируемость, трансмутации, энергонакопление и выделение) при облучении в нейтронных спектрах быстрого (БН-600) и термоядерного (ДЕМО-РФ) реакторов.

В рамках практического направления проведены дополнительные уточняющие эксперименты для подтверждения отдельных положений предложенных ранее моделей и для получения конкретных значений параметров микроструктуры сплавов и их механических свойств. Проведены исследования кратковременных механических свойств образцов малоактивируемого сплава V–4Ti–4Cr при растяжении и сжатии в интервале температур от 20 0С до 850 0С в отожжённом состоянии и после предварительного обжатия образцов при высоких гидростатических давлениях. Обнаружен эффект аномального упрочнения исследуемого сплава при повышенных температурах. Температурные интервалы аномального упрочнения и прерывистой текучести совпадают как при растяжении так и при сжатии образцов. Эффект аномального упрочнения исчезает в результате гидростатической обработки образцов. Проведено сравнительное исследование фазово-структурных состояний, формирующихся на технологической стадии прокатки сплавов V-4Ti-4Cr производства России (ВНИИНМ), с использованием высокоразрешающих методов структурного анализа (электронно-микроскопические, рентгеновские, оптические) для уточнения механизмов формирования микроструктуры и её влияния на физико-механические свойства сплавов. Проанализированы механизмы фазовых превращений в процессе ТМО. Наблюдается гетерофазная структура, состоящая, по крайней мере, из двух твердых растворов (концентрационное расслоение твердых растворов). Характер и интенсивность протекания концентрационного расслоения твёрдого раствора в сплаве определяется при температурах до 300-350 0С присутствием примесей внедрения, а при температурах 400-700 0С примесями замещения (особенно титаном).
Прерывистый характер деформирования и условия его протекания связываются с концентрационным расслоением твердого раствора и образованием фазовых ультрадисперсных частиц. Нижняя граница температурного интервала возникновения прерывистой текучести определяется возможностью образования областей с суммарной концентрацией примесей, достаточной для образования фазовых частиц, а верхняя граница определяется кривой расслоения (спинодального распада) твердого раствора.
На основе анализа полученных результатов научно обоснованы и разработаны методы целенаправленного контроля и оптимизации элементного и фазового состава сплавов V-4Ti-4Cr, а также конкретные режимы ТМО, обеспечивающие оптимальные характеристики фазово-структурного состояния этих сплавов и стабильно высокие эффекты повышения высокотемпературной прочности. Показано, что эффективным методом насыщения ванадиевых сплавов кислородом является их окисление на воздухе с последующим поглощением кислорода поверхностной пленки окисла V2O5 в процессе термообработок в вакууме при более высоких температурах. Показано, что применение комбинированных методов химико-термической плюс термомеханической обработки способно обеспечить 1.5-кратное (по сравнению со стандартным режимом ТМО) увеличение высокотемпературной (при Т = 800 С) кратковременной прочности при сохранении высокой пластичности при комнатной температуре.
Проведена модернизация металлургического оборудования для получения слитков сплава высокой гомогенности. Проведена работа по восстановлению литейной формы для выплавки ванадиевого сплава на дуговой печи ВДП-300. Разработаны технологии, подготовлено оборудование и проведена выплавка опытных слитков сплава ванадия, легированного металлическими элементами (вольфрам, цирконий, др.) и контролируемой концентрацией примесей внедрения (кислород, углерод, азот).
Анализ международной информация и сопоставление полученных и планируемых результатов с аналогичными результатами США и Японии показал, что научный и методический уровень работы не уступает международным стандартам.

Сделано заключение, что в кристаллитах с ОЦК структу-рой (как и в ГЦК кристаллитах) при высокоскоростном деформировании тепловые флуктуации яв-ляются причиной генерации структурных дефектов.

Практическое внедрение полученных результатов не планировалось в тех-ническом задании на данном этапе.
  Определены возможности создания конкурентноспособной продукции и ус-луг.
  Разработаны рекомендации по использованию результатов проведенной НИР, в том числе в международных проектах.
  Сформулированы технические требования для технического задания на ОКР (ОТР).