| Аннотация |
Алюминий и сплавы на его основе становятся всё более востребованными в большом числе отраслей современной промышленности благодаря высокой прочности, лёгкости, коррозионной стойкости и хорошей деформируемости. Добавление в алюминий магния (Mg) ведет к существенному росту прочностных характеристик, что делает сплавы системы Al-Mg востребованными, прежде всего, в аэрокосмической промышленности. Добавление скандия (Sc) так же позволяет значительно улучшить прочностные свойства высокомагниевых алюминиевых сплавов за счет вызываемой им модификации зерна и формирования упрочняющих наночастиц Al3Sc, которые эффективно блокируют процесс рекристаллизации. Добавки циркония (Zr) и гафния (Hf) значительно повышают термостабильность наночастиц, кроме того, они способствуют повышению модификации литой структуры. Перспективной также является добавка эрбия (Er), которая способствует образованию наночастиц Al3Er, служащих зародышами Al3Sc и повышающих их количество. Проект 2022 был посвящен изучению закономерностей формирования наночастиц в высокомагниевых сплавах c комплексными добавками скандия, циркония, гафния и эрбия. В ходе реализации проекта было изучено влияние режимов термодеформационной обработки и химического состава на особенности формирования данных частиц, а также их влияние на физико-механические свойства. Полученные данные имели не только существенную научную новизну, но и практическую ценность, так как позволили выбрать оптимальную химическую композицию и режимы термомеханической обработки, позволяющие получить в сплавах комплекс повышенных физико-механических характеристик. Несмотря на то, что все цели Проекта 2022 были выполнены, появились новые вопросы о процессах, происходящих при формировании наночастиц, на которые невозможно ответить с помощью применяемого инструментария. Например, почему эрбий не участвует в формировании наночастиц Al3Sc и был обнаружен только в крупных интерметаллидах. Непонятны механизмы влияния гафния на повышение дисперсности наночастиц Al3Sc. Кроме того, появилась необходимость точного расчета распределения элементов внутри частицы в зависимости от режимов термомеханической обработки и химического состава сплава. Решение этих задач невозможно без разработки адекватно описывающей данные процессы математической модели, основанной на таких инструментах, как метод Монте-Карло или метод фазового поля. Такая модель позволит решить не только указанные выше задачи, но и рассчитать добавки элементов, которые потенциально могут быть растворимы в частицах Al3Sc и способны влиять на особенности их формирования (итрия, титана, ванадия, тантала, ниобия, гадолия, латана, диспрозия, самария, гольмия, тулия и других). На основе полученной модели планируется получить коммерческий программный продукт, который позволит рассчитывать состав, размер и количество интерметаллидных частиц для высокомагниевых сплавов. В перспективе масштаб его применения может быть расширен как для других алюминиевых сплавов, так и для сплавов из других металлов, например стали или титана. Это особенно актуально в связи с невозможностью использования при расчетах фазовых переходов таких программных систем, как Thermo-Calc, DICTRA (Diffusion Controlled TRAnsformations) и др.
В ходе работы над Проектом 2022 были выполнены все поставленные задачи. Однако в ходе его реализации возник ряд вопросов о закономерностях формирования наночастиц Al3(ScПэ), ответы на которые не могут быть получены даже с использованием передовых методов изучения тонкой микроструктуры, применённых в Проекте 2022. Необходимо создание физически реалистичных моделей, которые позволят получить новые сведения об особенностях образования и роста наночастиц, а также точно рассчитать распределение в них химических элементов и спрогнозировать начало участия химических элементов в формировании наночастиц. Все это позволит выйти на новый уровень как в проектировании самих сплавов, так и в оптимизации процессов их термомеханической обработки. Кроме того, на основе разрабатываемой в проекте модели может быть создан программный продукт для расчета фазовых переходов не только в высокомагниевых, но и во всех алюминиевых сплавах, что особенно востребовано, когда большинство производителей программных продуктов для расчетов структурно-фазовых переходов ушло с отечественного рынка.
|
