Физики ТГУ объяснили, как титановый сплав восстанавливает царапины

11.11.2020 63

Коллектив междисциплинарной лаборатории компьютерного моделирования и анализа конденсированных сред ТГУ проанализировал, как микроструктура образцов из титанового сплава ВТ6 влияет на упругое восстановление царапин, формирующихся в них в процессе скретч-тестирования. Предложен новый механизм, который объясняет значительное восстановление царапин в образцах ВТ6 с бимодальной микроструктурой: в процессе царапания в них развиваются обратимые фазовые превращения. Полученные результаты могут быть полезны при разработке методов повышения износостойкости сплавов.

Основу сплава ВТ6 составляет титан, обязательно в присутствуют алюминий, ванадий. Такой сплав используется во многих отраслях промышленности – от изготовления крупногабаритных сварных и сборных конструкций летательных аппаратов до медицины. При этом применение титановых сплавов ограничено высокой стоимостью производства получаемых изделий традиционными методами. Это вызывает необходимость искать новые пути – например, активно развивающиеся аддитивные технологии. Однако применение таких технологий для изготовления деталей из металлических материалов встречает ряд проблем, связанных с наличием в деталях внутренних дефектов, пористости и неоднородности микроструктуры.

Фото - tsu.ru

Чтобы изучить деформационное поведение сплавов, ученые ТГУ применили скретч-тестирование. С его помощью ведется контроль механических свойств материалов: их царапают индентором в виде твердого наконечника с контролируемой нагрузкой (постоянной или переменной) в твердомере. Основное внимание уделяется изучению пластического оттеснения материала движущимся индентором, оценке твердости, определению коэффициента трения и других характеристик образцов. В то же время влияние микроструктуры материалов на их износостойкость по-прежнему остается недостаточно исследованным.

– Царапание поверхности индентором – эффективный способ изучить закономерности абразивного изнашивания материалов, поскольку механизмы деформации и разрушения покрытий при скретч-тестировании и при абразивном износе носят аналогичный характер, – пояснила профессор кафедры механики деформируемого твердого тела физико-технического факультета ТГУ Светлана Баранникова.

После того, как специалисты лаборатории провели компьютерное моделирование, используя метод молекулярной динамики, удалось объяснить экспериментально наблюдаемое различие профилей царапин в зависимости от направления перемещения индентора образцов ВТ6. Расчеты проводил профессор кафедры физики металлов физического факультета ТГУ Андрей Дмитриев.

Было установлено, что остаточная глубина царапин в образцах с бимодальной микроструктурой, состоящей из равноосных зерен α-Ti и мелкодисперсных частиц α-Ti и β-Ti, оказывается вдвое меньше, чем в образцах с ламельной микроструктурой. Данный эффект обусловлен тем, что образцы с бимодальной микроструктурой обладают более высокой твердостью в сочетании с сильным восстановлением материала в области царапин.

 Как добавила Светлана Баранникова, результаты работы могут быть интересны для области трибологии и триботехники. Трибология изучает непосредственно процессы трения, а триботехника – их применение в узлах машин.
– Практическая значимость результатов исследования заключается в получении новых знаний, необходимых для производства изделий с модифицированными поверхностными слоями и функциональными покрытиями, обладающими одновременным сочетанием таких характеристик, как высокая износостойкость, твердость, тепло- и электропроводность и низкое сопротивление скольжению, – отметил Андрей Дмитриев.

Работа была выполнена в рамках Программы повышения конкурентоспособности ТГУ. Результаты исследований опубликованы в журнале Metals (Q1 в категории Metallurgy & Metallurgical Engineering, IF = 2.117 за 2019 год); https://doi.org/10.3390/met10101332.

 

Источник: Пресс-служба ТГУ




Назад к списку


Добавить комментарий
Прежде чем добавлять комментарий, ознакомьтесь с правилами публикации
Имя:*
E-mail:
Должность:
Организация:
Комментарий:*
Введите код, который видите на картинке:*