#металл

По данным ТАСС за 2023 год металлопотребление в России выросло на 7,4 процента и составило около 35 миллионов тонн. Металлы и сплавы используют во всех сферах машиностроения, в производстве медицинского и нефтегазового оборудования, военной техники, строительной и транспортной индустрии. Чтобы придать нужную форму деталям, повысить их прочность, пластичность и другие характеристики, применяют обработку металлов давлением. Однако нужно задать корректные условия процесса, иначе есть риск снизить качество заготовки. Для этого прогнозируют свойства материала с помощью компьютерного моделирования. Ученые Пермского Политеха разработали модель, которая описывает внутреннюю структуру изделий с применением нового вычислительного подхода. Он ускорит проведение расчетов. В дальнейшем такая модель может быть полезна при решении различных технологических задач изготовления — штамповки, прокатки, волочения, гибки.

25 декабря 1759 года в Санкт-Петербурге академик Йозеф Адам Браун получил твердую ртуть — удивительный элемент, который выделяется среди остальных металлов рядом интересных и уникальных свойств. Эксперт Пермского Политеха рассказал, зачем его добавляют в антисептики и назальные капли, почему в наших зубах, вероятно, есть ртутные пломбы и может ли это быть опасным, через какие продукты жидкий металл попадает в наш организм, почему стоит настороженно относиться к употреблению в пищу некоторых вид рыб и что же делать, если разбили ртутный градусник.

Гибка металла обычно используется в строительстве для создания каркасов зданий и мостов, трубопроводов, кровельных материалов крыш и отделке фасадов. В автомобильной промышленности так производят, например, выхлопные трубы и компоненты подвески, а в аэрокосмической отрасли — крылья и части фюзеляжей. Холодная гибка листов — это относительно экономичный процесс, при котором материалу под давлением придают определенную форму без применения высоких температур. Однако если некорректно задать условия процесса, то можно получить деталь с плохими прочностными характеристиками. Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации холодной гибки металлических листов. Она позволит прогнозировать изменения в структуре материала и поможет подобрать наилучшие режимы изготовления изделий.

Почти для любого вида промышленности необходима обработка металлических изделий для придания им нужной формы. От этого зависит прочность и долговечность готовой конструкции. Особая сложность заключается в деталях со сложной геометрической формой, тонкими стенками или маленькими размерами, как, например, элементы авиационных двигателей и лопастей, медицинские имплантаты и хирургические инструменты. Чтобы не повредить такие изделия, требуется точная и аккуратная работа. В этом случае применяют технологию проволочной электроэрозионной обработки: лишний материал удаляется с поверхности серией электрических ударов тока, которые подаются с тонкой проволоки. Ученые Пермского Политеха исследовали точность этого метода и нашли способ повысить ее эффективность вдвое.

3D-печать становится все более популярной в медицине, автомобильной и аэрокосмической промышленности из-за возможности создавать сложные бездефектные изделия с хорошими механическими свойствами. Все чаще для аддитивного производства крупногабаритных деталей применяют технологию проволочно-дуговой наплавки. Так, например, в авиадвигателестроении можно производить многие детали для компрессора и элементов сопловой части. Но в процессе их печати возникают эффекты, которые меняют структуру и характеристики получаемых изделий, снижают качество и срок службы. Ученые Пермского Политеха разработали новый способ — лазерную проволочную наплавку с управляемым переносом металла. Создан прототип оборудования и подобраны нужные режимы наплавки никель-хромовых жаропрочных сплавов. Это позволит создавать надежные детали с минимальной необходимостью дополнительной обработки.

В отличие от традиционных методов производства, где до 90 процентов материалов может превратиться в отходы, 3D-печать металлами позволяет существенно снизить потребление ресурсов. Энергозатраты также сокращаются, а конечные изделия могут быть на 60 процентов легче, что особенно важно в таких отраслях, как авиационная промышленность. Но часто эффективность аддитивных технологий снижается из-за проблем качества и стабильности процесса. Ученые Пермского Политеха выявили основные факторы, влияющие на конечный результат создания 3D-изделий, и разработали конструкционные и программные решения. Это повысит уровень производства и качества получаемых деталей.

Материаловеды из Китая превратили обычный дефект в металлических сплавах в компонент, повышающий его прочность. Специалисты создали чистое золото с наноразмерными отверстиями, равномерно распределенными по металлу. Новый метод облегчил материал, сделал его прочнее и пластичнее, что может расширить возможности применения такого золота.

Ученые РХТУ имени Д. И. Менделеева разработали метод, позволяющий повысить износостойкость супергидрофобных покрытий за счет предварительного анодного окисления металла основы.

Исследователи НИЯУ МИФИ в составе международного коллектива провели масштабную работу по исследованию сталей, дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО). Эти материалы обладают большим потенциалом для использования в новых ядерных и термоядерных реакторах.

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Аддитивное металлическое производство — прорывная технология этого столетия, которая позволяет создавать металлические изделия по их 3D-модели путем «печати» слой за слоем. Трехмерная наплавка металлами обладает высоким потенциалом внедрения в таких отраслях, как авиация, автомобиле-, судостроение и энергетика. Технология позволяет создавать изделия сложной формы с минимальными потерями материала, что особенно важно при использовании дорогостоящих сплавов. Но для контроля трехмерной наплавки оператору нужно непрерывно следить за процессом, при этом печать одного изделия может занимать несколько дней. Ученые Пермского Политеха разрабатывают интеллектуальную систему контроля проволочного аддитивного производства. С ее помощью можно автоматизировать производственный процесс и определение дефектов, сократить время проверки печати и достичь более высоких стандартов качества.

Исследователь из МТУСИ предложил распознавать и сортировать бытовые отходы при помощи искусственного интеллекта.

Литье по выплавляемым моделям — это традиционный способ изготовления деталей со сложными неровными поверхностями. В процессе литья важно полностью воссоздать форму и размер изделия из воска. Для создания внутренних полостей (они защищают детали от перегрева) в восковую модель помещают керамические стержни. Но убрать их уже после отливки сложно и трудоемко. Неполное удаление приводит к снижению эффективности охлаждения детали. Ученые ПНИПУ разработали и запатентовали способ изготовления керамических стержней, имеющих неравномерную прочность по глубине. Уникальная технология позволяет легко удалить материал. С ее помощью элементы нефтебурового оборудования, агрегатов сельского хозяйства, автомобилей и самолетов будут прочнее, а их производство — экономичнее.

Физики Санкт-Петербургского государственного университета и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе провели исследование температурной эволюции наноструктурированного сплава галлия и серебра. Сплав показал перспективность для применения в гибких устройствах микроэлектроники.

Крупногабаритные и толстостенные конструкции, например, бронетранспортеры, вагоны, станки и цистерны нуждаются в быстрой и качественной утилизации. Для этого их необходимо разрезать. Но существующие устройства для резки расходуют много металла, разбрызгивая его при работе, и не способны обрабатывать металлические изделия большой толщины и габаритов. Таким устройствам неподвластны неметаллические сверхтугоплавкие изделия (керамика, бетон и другие) и многослойные конструкции — строительные панели, перегородки. Кроме того, они обладают сравнительно низкой производительностью. Ученые ПНИПУ изобрели устройство для утилизации техники с повышенными возможностями, которое в случае полномасштабной реализации позволяет разрезать крупногабаритные и толстостенные конструкции из любых материалов, например, танки, бетонные и кирпичные преграды и сооружения, фрагменты подводных лодок.

Развитие современной промышленности предъявляет все большие требования к уровню свойств материалов. Для изготовления изделий различного назначения, таких как силовые кронштейны, завихрители воздуха в автомобилях, все чаще применяют сплавы из высоколегированных сталей и специальных конструкционных сплавов. Применение слоистых материалов может повысить их эксплуатационные характеристики, однако, их получение обычно сложное и дорогое. 3D-наплавка – наиболее доступный и менее затратный способ получения слоистых металлических конструкций. Ученые Пермского Политеха предложили технологию изготовления изделий, когда кроме 3D-наплавки одновременно создается химический состав материала и его структуры. Исследование позволит формировать конечные свойства изделия, которые до этого были недостижимы.

В НИЦ «Курчатовский институт» провели исследование железного основания навершия меча, обнаруженного в ходе археологической экспедиции Института археологии РАН в 2019 году на территории исторических сел в Суздальском Ополье.

Ученые Пермского Политеха разработали модель системы промывки глубоких отверстий для копировально-прошивной электроэрозионной обработки материалов. Разработка учитывает влияние угла наклона сопел относительно глубины на производительность обработки и величину давления жидкости.

В мире растет интерес к исследованиям в области создания и изучения свойств алюминиевых композитов. Алюмокомпозиты производятся путем введения в алюминий армирующих (укрепляющих) частиц, благодаря которым повышаются механические свойства материала. Наряду с низкой плотностью сплав отличается высокой прочностью, устойчивостью к коррозии и резким температурным перепадам. Что делает алюмокомпозит незаменимым в различных отраслях промышленности, в том числе для изготовления деталей транспортных средств, таких как поршни, подшипники, головки цилиндров авиационных и автомобильных двигателей. Наиболее дешевый способ введения армирующих частиц — добавление их в расплав алюминия и распространение по объему металла при помощи магнитогидродинамического перемешивания. Однако в результате этого метода большое количество вводимых частиц отторгается и выбрасывается на поверхность расплава из-за сильного поверхностного натяжения. Предложенный способ ученых Пермского Политеха и Института механики сплошных сред УрО РАН отличается тем, что армирующие частицы вводятся в жидкий алюминий в составе спрессованных таблеток и интенсивно перемешиваются бегущими и вращающимися магнитными полями. Разработка обеспечивает рост предельной прочности материала.

Исследователи из Сколтеха, Института кристаллографии РАН и Центра высоких давлений HPSTAR в Пекине (Китай) продолжают работу над проектом по изучению сверхпроводимости гидридов — соединений металлов с водородом, образующихся при высоком давлении. Такие соединения, как ожидают ученые, смогут работать при более высоких температурах, чем купратные сверхпроводники.