#сплавы

Сплавы на основе титана широко применяют в авиастроении, в частности в конструкциях авиационных газотурбинных двигателей. Разрушение деталей из такого материала в большинстве случаев начинается с поверхности, качество которой зависит от условий механообработки. Ученые Пермского Политеха выявили оптимальные режимы резания для точения сплавов, которые позволят материалу сохранить долговечность, а деталям — качество эксплуатации.

Титановые сплавы широко используют в аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности из-за высокой прочности, малого веса и устойчивости к коррозии. Однако нехватка экспериментальных данных создает трудности с прогнозированием их характеристик, что замедляет и ухудшает производство. Ученые Пермского Политеха разработали программу для нейросетей, которая с высокой точностью предсказывает показатель шероховатости поверхности сплава. От него зависит износ детали при трении с другими механизмами или поверхностью, а также противостояние коррозии.

Ученые ПНИПУ выявили основную причину возникновения альфа-слоя титановых отливок и разработали эффективную технологию, которая значительно снижает вероятность его проявления, вплоть до полного устранения.

Исследователи Университета МИСИС сравнили упрочняющие покрытия для различных типов твердых сплавов и выявили наиболее оптимальные под конкретные производственные задачи. Покрытия могут значительно увеличить производительность и срок службы высокопрочных и износостойких режущих инструментов для сферы металлообработки и машиностроительной отрасли.

Исследователи Университета МИСИС и ИМЕТ РАН нашли способ улучшить механические и функциональные свойства сплавов с памятью формы на основе никелида титана (TiNi) за счет сочетания процессов старения и интенсивной пластической деформации. Полученные результаты открывают новые перспективы для применения «умных» материалов в различных областях медицины и техники благодаря получению высоких механических и функциональных свойств, недостижимых после применения используемой в настоящее время технологии получения сплавов TiNi, включающей высокотемпературную деформационную обработку.

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.

Водород — один из самых распространенных элементов в природе, а свойства его уникальны. Например, в металлургии его применяют для плавления и сваривания тугоплавких металлов. Но с другой стороны, воздействие водорода способно резко уменьшить пластичность и прочность сплава, причем негативный эффект может появиться даже от малого количества. Ученые ПНИПУ исследовали, как водород воздействует на коррозионностойкие сплавы и сплавы цветных металлов. Результаты позволят определить условия преждевременного износа деталей, в том числе во время их обработки. Это повысит надежность оборудования, рассчитанного на огромные нагрузки, например, в машино-, авиа- и ракетостроении.

Ученые из Сколтеха и МФТИ с коллегами из Германии, Австрии и Норвегии предложили и верифицировали новый способ компьютерного моделирования магнитных сплавов с помощью машинно-обучаемых потенциалов. В методе в качестве переменных учитываются магнитные моменты атомов (магнитные степени свободы), благодаря чему он успешно предсказал энергию, механические и магнитные характеристики сплава железа и алюминия. Ученые планируют добавить в метод активное обучение и протестировать его на другом материале — нитриде хрома.

Исследователи из США обнаружили, что если смешать нужное количество графена с медью, можно снизить потерю электрической проводимости этого материала при повышенных температурах. Американские ученые надеются, что их открытие сделает распределение электроэнергии в домах и на предприятиях более эффективным, а также повысит КПД двигателей для электромобилей и промышленного оборудования.

Разработка передовых газотурбинных устройств в России предполагает внедрение водородных технологий и использование обогащенного водородом газотурбинного топлива. Этот газ содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Однако при взаимодействии многих материалов с водородом происходит процесс разрушения — водородная коррозия, которая приводит к снижению механических свойств металла — прочности и пластичности. Ученые Пермского Политеха сообщают, что материалы на основе никеля имеют достаточно высокую стойкость к водороду, как при обычных, так и при повышенных температурах. Политехники изучили, как ведет себя монокристаллические никелевые сплавы под воздействием водородсодержащей атмосферы и высокой температуры. Исследование будет полезно при разработке газотурбинных установок, которые используют в качестве источника энергии во многих областях промышленности, например, в нефтегазовой, автомобильной, авиационной и энергетической.

Материаловеды Томского государственного университета впервые доказали возможность синтеза высокоэнтропийной керамики из системы Hf-Ti-FeV-Cr-N методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Исследователи предполагают, что благодаря высокой температуре плавления элементов такую керамику можно будет использовать для создания жаропрочных элементов в установках нефтедобывающей и аэрокосмической отраслях, газотурбинных установках.

«Металл будущего» — иногда так называют титан, завоевавший передовые позиции в высокотехнологичных отраслях. Благодаря своей прочности и высокой коррозионной стойкости, он получил применение в производстве военной техники, медицине, авиа- и ракетостроении. Сегодня все эти отрасли заинтересованы в усовершенствовании технологий обработки титановых сплавов, чтобы расширить возможности использования материала. Ученые Пермского Политеха с коллегами из лаборатории многофункциональных материалов (Уфимский университет науки и технологий) нашли способ повысить прочностные характеристики деталей из титана, полученных с помощью технологии проволочной наплавки.

В целях обеспечения технологического суверенитета России государство решило заменить почти все импортные самолеты на отечественные. Так на смену американскому Boeing и французскому Airbus должны прийти российские ТУ-214, Sukhoi Superjet 100 new и МС-21-310. Правительство установило задачу поставить в парк не менее 339 новых пассажирских лайнеров к 2030 году. Пермский край получил госзаказ на изготовление более 300 больших авиадвигателей типа ПД-35, ПД-14, ПД-8 и ПС-90А. Чтобы успеть в срок, необходимы огромные денежные вложения, создание дополнительных производственных мощностей и внедрение новых высокотехнологичных решений. Самым трудоемким в производстве двигателей является узел газовой турбины, так как сопловые лопатки, расположенные в нем, представляют собой геометрически сложную конструкцию. Их изготовление стоит больших финансовых средств и занимает очень много времени. А из-за низкой эффективности станков для обработки очень часто не обеспечивается точность и необходимая шероховатость, а также появляются дефекты - трещины и шлифовочные прижоги. Все это приводило к браку, снижению мощности двигателя и увеличенному расходу топлива. Ученые Пермского Политеха нашли способ, как повысить производительность и сократить расходы на изготовление деталей для авиационных двигателей.

Если заглянуть внутрь любой конструкции из сплава или металла, можно заметить, что материал состоит из кристаллитов — зерен, субзерен, фрагментов, обладающих той или иной мезо- и микроструктурой. Как правило, по параметрам структуры кристаллитов можно сделать выводы о свойствах материала, с которым мы имеем дело. Изменяя мезо- и микроструктуру кристаллитов, можно влиять на физико-механические свойства всех металлов и сплавов, а именно на пластичность, прочность, коррозийную стойкость, электромагнитные и другие характеристики. Ученые Пермского Политеха разработали трехуровневую математическую модель, которая способна детально описывать физические механизмы деформирования материалов на различных структурно-масштабных уровнях, изменение их структуры при произвольном деформировании. Эта модель может быть использована для совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов металлообработки.

Исследователи из Пермского Политеха предложили способ получения пористой проницаемой керамики. Ее можно использовать для изготовления фильтрующих материалов и получения катализаторов в нефтехимической промышленности и энергетике. В частности, такую керамику применяют на производстве для очистки горячих жидкостей и газов от патогенных микроорганизмов или пылевидных частиц – например, сажи. Пористый материал улавливает металлы и соли. В отличие от аналогов, изобретение позволяет «управлять» структурой материала и задавать ее заранее.

Двухфазные титановые сплавы широко применяются в авиации и двигателестроении благодаря своей высокой удельной прочности и коррозионной стойкости. Тем не менее повышение их предела выносливости остается актуальной задачей при разработке и производстве деталей газотурбинных двигателей, таких как лопатки и диски компрессора, которые испытывают значительные растягивающие нагрузки во время работы. Ученые механико-технологического факультета Пермского Политеха с коллегами из Уфы исследовали свойства сплава Ti-6Al-4V, состоящего из алюминия, ванадия и титана, и оценили его инженерные перспективы при максимально возможной для данного сплава температуре в 351 градус Цельсия.

Добавить легким алюминиевым сплавам прочности и надежности смогли ученые НИТУ «МИСиС». Образцы алюминиевых композитов с добавлением углеродных нановолокон показали 20-ти процентное увеличение твердости и значительные изменения в структуре материала на микроуровне.

Коллектив материаловедов НИТУ «МИСиС» представил новый сплав на основе магния, цинка, галлия и иттрия который может применяться в качестве материала для современных челюстных имплантатов. Они не требуют повторной операции, поскольку постепенно растворяются в организме параллельно с ростом нового участка костной ткани.

Исследователи Сколтеха и их коллеги из Китая и Германии представили новый алгоритм для поиска катализаторов на основе одноатомных сплавов (SAAC). С помощью нового алгоритма уже удалось найти более 200 потенциальных катализаторов. В результатах исследования фактически содержится готовый «рецепт» для быстрого поиска оптимальных SAAC различного назначения.

Исследователи из Сколтеха и их коллеги из Германии и США изучили свойства и поведение сплава палладия и меди при изменении температуры и концентрации водорода. Полученные результаты можно использовать для разработки катализаторов.