Архив

На примере деформируемого никелевого сплава типа Ni–13Cr–10,7Co–4,6Mo–3,4Nb–3,2Al–2,6Ti–2,8W и сплава Astroloy показано, что за счет контролируемого изменения режимов деформации и термической обработки в полуфаб- рикатах и деталях могут быть созданы регламентированные структурные состояния, обеспечивающие достижение требуемых характеристик технологических и эксплуатационных свойств. Показана возможность использования локальной схемы формообразования в температурно-скоростном режиме сверхпластичности (СП) для изготовления диска газотурбинного двигателя (ГТД) с регламентированным изменением микроструктуры по сечению (мелкозернистой структуры микродуплекс в ступице, смешанной «ожерелье» в полотне и крупнозернистой с извилистыми границами зерен в ободе диска). Результаты механических испытаний образцов сви- детельствуют, что такое регламентированное изменение микроструктуры по сечению обеспечивает повышенный ком- плекс свойств различных зон детали в интервале рабочих температур их эксплуатации. Наиболее высокие прочност- ные свойства обеспечивает мелкозернистая структура микродуплекс, которая сформирована в зоне детали, работаю- щей при пониженных температурах. В наиболее нагретой зоне детали (полотне) получена крупнозернистая структура с извилистыми границами зерен, что обеспечило достижение максимальных жаропрочных свойств. В зоне полотна, работающей при умеренных температурах, сформирована смешанная структура «ожерелье», обеспечивающая дости- жение повышенных характеристик как прочностных, так и жаропрочных свойств за счет эффекта субструктурного упрочнения. Аналогичные результаты получены при деформационной обработке порошкового сплава Astroloy. Сравнительный анализ полученных результатов позволяет заключить, что деформация в температурно-скорост- ном режиме СП в сочетании в термообработкой в (γ+γ′)-области является разновидностью термомеханической обра- ботки, обеспечивающей достижение в никелевых сплавах высокого комплекса кратковременных и жаропрочных свойств, которые предъявляются к деталям ответственного назначения из гетерофазных никелевых сплавов, исполь- зуемых в конструкциях летательных аппаратов и наземных энергетических установок.

В рамках изучения магнитотвердых сплавов на основе марганца проведено изучение влияния титана и железа в пределах до 5 масс. % на магнитные гистерезисные свойства магнитотвердого сплава 72Mn–27Al–1C. Показано, что и Ti, и Fe при легировании указанного сплава до 2 масс. % повышают его магнитные гистерезисные свойства, а затем их уменьшают. На сплавах 72Mn–27Al–1C-2Ti(Fe) получены: максимальное энергетическое произведение (ВН)макс = = 12 кДж/м3 (1,5⋅106 Гс⋅Э) при остаточной индукции Br до 0,36 Тл (3600 Гс) и коэрцитивной силе НсВ 110…120 кА/м (1400…1500 Э), что соответствует лучшим японским данным для этих сплавов.

Рассмотрены тепловые и реодинамические модели процессов деформирования порошковых материалов в услови- ях СВС-экструзии в целях их использования для рекомендаций, прогноза и приемов по применению новых экспери- ментальных схем. Проведены численные исследования влияния реодиномических и тепловых факторов на процесс уплотнения и формования продуктов горения. Обоснованы наиболее эффективные приемы получения длинномерных образцов больших диаметров (более 5 мм) и длиной более 100 мм методом СВС-экструзии: увеличение высоты таблетки; повышение температуры горе- ния; улучшение тепловых условий выдавливания: использование теплоизолятора (асбеста толщиной 3 мм) на профи- лирующей матрице и в ее отверстии, подогрев калибра и матрицы. Даны рекомендации по влиянию масштабного фак- тора (геометрических размеров исходной заготовки) на особенности получения длинномерных образцов большого диаметра методом СВС-экструзии. Показано, что изменение масштабного фактора существенным образом влияет на длину и качество экструдиро- ванных стержней за счет равномерности температурного поля. Обнаружено, что существует предельное значение диаметра исходной заготовки, выше которого материал практически не выдавливается из камеры. Сделанные реко- мендации и прогнозы установлены для состава TiC (70%)+Ni(30%).

За последние несколько лет значительное внимание исследователей в области материаловедения металлических материалов привлекают так называемые высокоэнтропийные сплавы (ВЭС), отличительной чертой которых является присутствие как правило пяти и более элементов с эквитонной концентрацией. Весь спектр материалов на основе ВЭС и их возможных свойств до настоящего времени не раскрыты. Большинство исследований ВЭС сосредоточены на вы- яснении связи микроструктура–свойства. Незначительное внимание уделено изучению и разработке новых методов получения HEAs. Однако получение таких многокомпонентных сплавов является сложной научно-технологической задачей. Исследована возможность и приобретен первый положительный опыт по получению высокоэнтропийных литых сплавов CoCrFeNiMnAlx и СuAlZrTi(LiCr)x методами СВС-металлургии. Исследована микроструктура полученных сплавов. Анализ полученных данных позволяет сделать заключение о перспективности исследуемых материалов и метода их получения для формирования объемных наноструктурных материалов.

Углеродные нанотрубки получены в условиях химического осаждения из газовой фазы с использованием железа в качестве катализатора. Внутри нанотрубок методами электронной микроскопии обнаружены карбиды железы, при- надлежащие к разным группам: призматические, в которых атомы углерода находятся в тригональных призматиче- ских междоузлиях, а также октаэдрический карбид ζ−Fe2C, где атомы углерода находятся в октаэдрических междоуз- лиях. Октаэдрические карбиды трудно идентифицировать, поскольку они метастабильны и формируются в наноколи- чествах. Считается, что пластическая деформация может преобразовать призматическую упаковку атомов углерода в октаэдрическую. В процессе высокотемпературного роста нанотрубок каталитическая частица подвергается механи- ческому сжатию со стороны стенок нанотрубки, в результате чего внутри нанотрубок образуются и сохраняются раз- личные карбиды, в том числе октаэдрический карбид ζ−Fe2C.

Рассмотрены вопросы синтеза тугоплавких неорганических материалов на основе TiB2 в условиях самораспро- страняющегося высокотемпературного синтеза и механических воздействий. На основе экспериментальных данных показана роль влияния механических воздействий на продукты синтеза. Методами сканирующей электронной микро- скопии и рентгенофазового анализа проведено изучение полученных порошковых материалов.

При сварке взрывом крупногабаритных листов латуни со сталью экспериментально выявлено разделение на фа- зовые составляющие приповерхностных слоев латуни в ударно-сжатом газе, приводящее к прекращению образования соединения на длине свыше 1 м. Предложен механизм насыщения газа парами цинка и расплавленными дисперсными частицами меди и латуни и их разделения в потоке газа в процессе сварки взрывом.

Проведены модельные расчеты вольтамперных характеристик туннельных контактов с ферромагнитными об- кладками. Показано, что их вольтамперные характеристики частично отражают энергетический спектр ферромагнит- ных материалов.

Сформулированы задачи оптимизации режимных переменных (давления на стадии адсорбции и времени цикла адсорбции) и автоматизации процесса адсорбционного разделения газовой смеси и получения водорода в четырех- адсорберной установке короткоцикловой безнагревной адсорбции. Задача оптимизации относится к классу задач не- линейного программирования, и для ее решения использованы методы штрафных функций и последовательного квад- ратичного программирования. Для оперативного решения задачи оптимизации и автоматического управления процес- сом получения водорода разработана двухуровневая SCADA-система адаптивной оптимизации и управления. Приве- дены результаты имитационных исследований эффективности функционирования SCADA-системы управления при ступенчатом изменении возмущающих воздействий (концентрации диоксида углерода, температуры и давления газо- вой смеси) в питании установки короткоцикловой безнагревной адсорбции.

Предложен расчетный метод оценки количества вещества адсорбата N и динамической емкости сорбента Q в условиях очистки от загрязнителей проточных растворов. Рассмотренные подходы действительны при использова- нии сорбентов и удалении сорбатов любой природы из проточных сред независимо от величины линейной и соответ- ственно объемной скоростей потока элюата в условиях ламинарного течения жидкости.Классическая кинетическая кривая сорбции в самом общем виде включает три временных участка от начала про- цесса: интервал времени, в котором адсорбат отсутствует в растворе, выходящем из адсорбера; временной интервал, в котором коэффициент сорбции ρτi, равный (С0 – Сτi)/С0, является функцией τi, величина ρτi систематически снижает- ся с ростом τi от начала процесса. Соответственно возрастает концентрация загрязнителей в растворах, выходящих из адсорбера; интервал времени с ρτi, равным нулю, когда динамическая емкость сорбента при заданной линейной скоро- сти потока через адсорбер полностью насыщена. Особенность предлагаемого подхода – возможность его использования независимо от вида и сложности функции ρτi = f(τi) при постоянной линейной скорости потока и других условиях ведения процесса. Способ позволяет рассчитать величины N и Q к любому моменту времени от начала сорбции при отсутствии экспериментальной оценки величины ρτi; оценить рассчитанное время непрерывной работы сорбента до его замены или регенерации. Он основан на использовании β-сплайновых кривых, что базируется на свойствах геометрической непрерывности, используемых при решении задач геометрического моделирования посредством кубических много- членов.

Разработаны составы цементных и гипсовых бетонов с наполнителями из твердых строительных и техногенных отходов. Наиболее распространенными строительными отходами являются бой керамики и неорганического стекла. Фосфогипс – один из многотоннажных техногенных отходов химической промышленности Тамбовской области. Проведены комплексные исследования различных составов бетонов. Установлены оптимальные концентрации и раз- меры зерен наполнителей. Изучены их основные эксплуатационные свойства и механизм деформирования и разруше- ния под нагрузкой. Предложен способ прогнозирования механической долговечности и деформативности в реальных условиях эксплуатации. Приведен пример для ограждающих навесных бетонных плит.