Термомеханическая обработка металлов и сплавов — важнейший этап производства прочных ответственных деталей для всех отраслей промышленности. Основной процесс при этом — рекристаллизация — перестроение зеренной структуры материала, которое приводит к существенному изменению его свойств. Ее корректное описание дает ключ к оптимизации технологии и формования более качественных изделий под конкретные цели. Ученые Пермского Политеха разработали модель для детального описания рекристаллизации. Исследование позволяет более глубоко понять закономерности формирования структуры материала и главное — определять оптимальные режимы его обработки.
В ПНИПУ разработали модель для оптимизации термомеханической обработки материалов / © Bernard Hermant, Unsplash
Статья с результатами опубликована в международном рецензируемом журнале Materials. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты» (в рамках выполнения государственного задания в лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов).
Разработка материалов и производство изделий из них с требуемыми для эксплуатации физико-механическими свойствами (повышенными показателями прочности и пластичности, коррозионной стойкости, сопротивления к разрушению и усталости) – это одно из главных направлений развития современных высокотехнологичных отраслей отечественной промышленности. Для решения обозначенных задач создаются различные режимы термомеханической обработки металлов и сплавов.
При такой обработке реализуется целый набор механизмов деформирования. Их действие меняется в зависимости от приложенных нагрузок и температурно-скоростных условий испытания, а также от исходного состава материла, характеристик его зеренной структуры. Одним из значимых механизмов при термомеханической обработке становится рекристаллизация. Ее роль усиливается с ростом температуры, что может приводить к существенным изменениям структуры материалов. В ходе рекристаллизации в материале происходит образование и рост одних зерен за счет других более дефектных.
Ученые Пермского Политеха разработали многоуровневую модель, которая учитывает локальные взаимодействия между зернами и субзернами, а также позволяет оценить влияние объединения частей соседних субзерен на рекристаллизацию. Это дает возможность точнее прогнозировать изменение структуры и свойств материала в результате термомеханической обработки.
«Проведенное исследование актуально для широкого спектра конструкционных сплавов на основе алюминия, меди, магния, никеля и железа. Наша модель будет включена в состав созданного в лаборатории комплекса многоуровневых моделей материалов. Он позволяет проектировать функциональные материалы и детали, обладающие оптимальными для эксплуатации физико-механическими характеристиками», – комментирует Никита Кондратьев, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ.
