Materials. Technologies. Design

Оптимизация геометрии характерного сечения сложнопрофильной тонкостенной заготовки исходной геометрии методами моделирования и конечно-элементного анализа

Николай Юрьевич Степаненко — 2025-10-28

Применение технологии сверхпластической формовки (СПФ) имеет широкий круг применения: от сложнопрофильных корпусных деталей до многослойных пространственных структур, изготавливаемых за один формовочный переход. Одним из основных недостатков СПФ являет разнотолщинность получаемых деталей ввиду большой вытяжки материала, зачастую усложненную конструктивным исполнением детали. Решением данной задачи является применение моделирования, позволяющего провести расчет, выявить характерные дефекты и оптимизировать заготовку с целью получения детали требуемой геометрии. В работе рассмотрены вопросы, связанные с моделированием изготовления деталей методом диффузионной сварки (ДС) с последующей СПФ и проведением конечно-элементного анализа операции «изотермическая гибка» и последующей СПФ входной защитной кромки композитной лопатки газотурбинного двигателя, изготовленной из титанового сплава ВТ6. В качестве программного комплекса для моделирования выбран программный пакет MSC Marc. Произведены моделирование и конечно-элементный анализ технологических процессов изотермической гибки (крутки), ДС и СПФ входной защитной кромки композитной лопатки. По результатам моделирования и конечно-элементного анализа для предотвращения нарушения внутренней геометрии детали в виде грубого деформирования технологического радиуса предложено использование проволоки круглого постоянного сечения диаметром 3,1 мм из нержавеющей стали с нанесенным на нее антидиффузионным покрытием. Подобраны оптимальная геометрия внутренней полости пакета заготовок и параметры вкладываемой проволоки.

Установка для нанесения композиционного покрытия Ni-SiC

Светлана Камильевна Киселева — 2025-10-28

В данной работе рассмотрены особенности процесса формирования композитного покрытия на основе Ni-SiC методом электроосаждения. Представлена модель действия электростатической, гравитационной и центробежной сил на частицы SiC, находящиеся в растворе электролита для электроосаждения. На основании предложенной модели была спроектирована установка, на которой был апробирован технологический процесс нанесения композитного покрытия Ni-SiC на плоские образцы из алюминиевого сплава АК7, имитирующие сектор осесимметричной детали. Благодаря тому, что цилиндрическая ванна с закрепленным на ней обрабатываемым образцом принимает как вертикальное, так и горизонтальное положение, были получены покрытия с различным строением. При вертикальном расположении цилиндрической ванны установки в процессе электроосаждения формируется покрытие на основе никеля толщиной 25±3 мкм. При горизонтальном расположении цилиндрической ванны установки в процессе электроосаждения формируется композитное никелевое покрытие с однородным распределением упрочняющих частиц SiC с объемной долей 30% и толщиной 32±3 мкм. Никелевое покрытие с однородным распределением частиц SiC характеризуется максимальным значением микротвердости 690±8HV, повышенной шероховатостью Ra=6,80±0,50 и низкой шириной борозды b=67±3 мкм после скретч-теста, что свидетельствует о хорошей адгезии с материалом подложки.

Электронномикроскопическое исследование микроструктуры сплава Ni50Mn50 после естественного старения

Елена Сергеевна Белослудцева — 2025-10-28

В последние десятилетия изучается старение мартенсита в сплавах с эффектами памяти формы. Поскольку данные сплавы достаточно широко применяются, возникает требование обеспечить их долговечность и длительную надежность. Следует отметить, что подобные исследования сплавов на основе системы Ni-Mn проводились в недостаточном количестве. В работе исследована микроструктура бинарного эквиатомного сплава номинального состава Ni₅₀Mn₅₀ после гомогенизационного отжига, закалки и естественного старения методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (СЭМ и ПЭМ). Установлено, что в результате длительного хранения происходит распад пластинчатой, двойниковой мартенситной структуры, вызванный, по-видимому, диффузией. Представлены изображения микроструктур исследуемого сплава: мартенситной матрицы и областей, испытавших фазовое расслоение. Показано, что области после распада характеризуются собственной субструктурой с отдельными зернами. При этом от предшествующего мартенсита наследуются некоторые ориентации. Согласно ПЭМ-исследованиям, их тонкая структура также отличается от мартенситной. Наблюдаются следы от границ мартенситных пластин, ориентированные по отношению друг к другу под углом примерно 70°. На электронограммах как от мартенсита, так и от недвойникованных областей наблюдаются дополнительные отражения и диффузное рассеяние, обусловленное, вероятно, по-прежнему нестабильным состоянием.

Влияние ротационной ковки на микроструктуру и механические характеристики латуни Л63, легированной Sn

Наталья Сергеевна Мартыненко — 2025-11-11

Проведено исследование микроструктуры и механических характеристик латуни Л63, легированной Sn, после ротационной ковки (РК) и дополнительного нагрева. Показано, что РК приводит к распаду пересыщенного α раствора и выделению β-фазы, доля которой растет с увеличением степени деформации (ε). Кроме того, после РК при ε = 2,31 внутри зерен α-фазы формируется ультрамелкозернистая (УМЗ) структура, состоящая из субзерен размером порядка 500 нм, полос сдвига шириной от 200 до 500 нм и двойников деформации шириной 50–100 нм. Последующий нагрев сплава после РК при ε = 2,31 приводит к дополнительному выделению внутри зерен α-фазы β-фазы, доля которой растет с увеличением продолжительности отжига. Установлено, что РК повышает прочностные характеристики латуни Л63, легированной Sn, без существенной потери пластичности. Дополнительный нагрев при 350 °С сначала повышает прочность и пластичность сплава из-за протекания процессов релаксации и возврата, а также увеличения доли β-фазы. Однако по мере увеличения продолжительности отжига и, соответственно, доли β-фазы прочность и пластичность сплава снова снижаются. После РК при ε = 2,31 и последующего нагрева при 350 °С в течение 30 минут в латуни Л63, легированной Sn, условный предел текучести, предел прочности и относительное удлинение возросли до 476 ± 10 МПа, 639 ± 3 МПа и 12,2 ± 0,7% соответственно.

Высокоамплитудные колебания атомного ряда в модельном кристалле

Иван Сергеевич Луценко — 2025-11-11

Локализованные возбуждения в дискретных системах оказывают существенное влияние на их свойства. В тоже время условия для существования таких объектов как дискретные бризеры, квази-бризеры, солитоны могут быть весьма специфичными. В данной работе методом молекулярной динамики рассмотрено поведение атомных рядов различной длинны, осуществляющих гармонические колебания. Рассмотрен кристалл стехиометрии А₃В, в котором возможно существование дискретных бризеров за счёт наличия запрещенной зоны в фононном спектре. Модель представляла собой кристалл линейного размера от 5 до 75 элементарных ячеек. Все атомы цепочки в начальный момент времени выводились из равновесия на величину от 0,2Å до 0,9Å. Расчёт количества образованных дискретных бризеров производился непосредственно с данных, полученных при расчетах, т.е. рассчитывалась частота и амплитуда каждого атома цепочки, бризером признавались только колебания с амплитудами выше 0,3 Å. Были получены зависимости количества дискретных бризеров от длины исходной цепи атомов и величины начальных возмущений.

Исследование коррозионных свойств и биосовместимости титанового сплава Ti-38Zr-9Nb медицинского назначения

Мария Андреевна Сударчикова — 2025-11-12

В данном исследовании изучается коррозионная стойкость и биосовместимость титанового сплава Ti–38Zr–9Nb (в%), разработанного для применения в медицинских имплантатах. Были исследованы коррозионные свойства и биосовместимость сплава и проведено сравнение с аналогичными показателями для промышленно используемых материалов ВТ1-0 (коммерчески чистый титан) и ВТ6 (Ti–6Al–4V). Результаты показали, что выбранный состав сплава обеспечивает высокую химическую однородность и не содержит токсичных элементов. Коррозионные испытания показали низкие значения плотности тока коррозии и отсутствие выделения ионов в физиологический раствор в течение шестимесячного периода воздействия. Биологические исследования подтвердили высокую биосовместимость сплава, способствующую эффективной адгезии и пролиферации клеток. В целом, сплав Ti–38Zr–9Nb обладает сочетанием превосходной коррозионной стойкости, биосовместимости и благоприятных механических свойств, что указывает на его большой потенциал для использования в биомедицинских имплантатах.