​​Коллектив междисциплинарной лаборатории компьютерного моделирования и анализа конденсированных сред ТГУ проанализировал, как микроструктура образцов из титанового сплава ВТ6 влияет на упругое восстановление царапин, формирующихся в них в процессе скретч-тестирования. Предложен новый механизм, который объясняет значительное восстановление царапин в образцах ВТ6 с бимодальной микроструктурой: в процессе царапания в них развиваются обратимые фазовые превращения. Полученные результаты могут быть полезны при разработке методов повышения износостойкости сплавов.

Основу сплава ВТ6 составляет титан, обязательно в присутствуют алюминий, ванадий. Такой сплав используется во многих отраслях промышленности – от изготовления крупногабаритных сварных и сборных конструкций летательных аппаратов до медицины. При этом применение титановых сплавов ограничено высокой стоимостью производства получаемых изделий традиционными методами. Это вызывает необходимость искать новые пути – например, активно развивающиеся аддитивные технологии. Однако применение таких технологий для изготовления деталей из металлических материалов встречает ряд проблем, связанных с наличием в деталях внутренних дефектов, пористости и неоднородности микроструктуры.

Чтобы изучить деформационное поведение сплавов, ученые ТГУ применили скретч-тестирование. С его помощью ведется контроль механических свойств материалов: их царапают индентором в виде твердого наконечника с контролируемой нагрузкой (постоянной или переменной) в твердомере. Основное внимание уделяется изучению пластического оттеснения материала движущимся индентором, оценке твердости, определению коэффициента трения и других характеристик образцов. В то же время влияние микроструктуры материалов на их износостойкость по-прежнему остается недостаточно исследованным.

– Царапание поверхности индентором – эффективный способ изучить закономерности абразивного изнашивания материалов, поскольку механизмы деформации и разрушения покрытий при скретч-тестировании и при абразивном износе носят аналогичный характер, – пояснила профессор кафедры механики деформируемого твердого тела физико-технического факультета ТГУ Светлана Баранникова.​

После того, как специалисты лаборатории провели компьютерное моделирование, используя метод молекулярной динамики, удалось объяснить экспериментально наблюдаемое различие профилей царапин в зависимости от направления перемещения индентора образцов ВТ6. Расчеты проводил профессор кафедры физики металлов физического факультета ТГУ Андрей Дмитриев.

Было установлено, что остаточная глубина царапин в образцах с бимодальной микроструктурой, состоящей из равноосных зерен α-Ti и мелкодисперсных частиц α-Ti и β-Ti, оказывается вдвое меньше, чем в образцах с ламельной микроструктурой. Данный эффект обусловлен тем, что образцы с бимодальной микроструктурой обладают более высокой твердостью в сочетании с сильным восстановлением материала в области царапин.

1.png 
2.png 
 
 
 

Как добавила Светлана Баранникова, результаты работы могут быть интересны для области трибологии и триботехники. Трибология изучает непосредственно процессы трения, а триботехника – их применение в узлах машин.

– Практическая значимость результатов исследования заключается в получении новых знаний, необходимых для производства изделий с модифицированными поверхностными слоями и функциональными покрытиями, обладающими одновременным сочетанием таких характеристик, как высокая износостойкость, твердость, тепло- и электропроводность и низкое сопротивление скольжению, – отметил Андрей Дмитриев.​

Работа была выполнена в рамках Программы повышения конкурентоспособности ТГУ. Результаты исследований опубликованы в журнале Metals (Q1 в категории Metallurgy & Metallurgical Engineering, IF = 2.117 за 2019 год); https://doi.org/10.3390/met10101332.

Источники

Физики ТГУ объяснили, как титановый сплав восстанавливает царапины
Томский государственный университет, 10/11/2020

Похожие новости

  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    1326
  • 10/02/2021

    Учёные исследуют высокоэнтропийные сплавы – материалы нового класса

    Учёные и аспиранты кафедры естественнонаучных дисциплин СибГИУ (участник НОЦ «Кузбасс») в содружестве с коллегами из Института сильноточной электроники СО РАН, Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    487
  • 10/11/2020

    Грантовые истории: молодые ученые рассказывают о своих научных проектах

    ​​​В нашем материале – о том, какими исследовательскими проектами занимаются молодые ученые и как им в этом помогают гранты. Поглотитель ультрафиолета Константин Липин из Чувашского государственного университета занимается разработкой способных поглощать ультрафиолет веществ – фотостабилизаторов.
    500
  • 07/12/2020

    Единственное в России производство радиофармпрепарата с таллием-199 запущено на циклотроне ТПУ

    ​На циклотроне Томского политехнического университета запущено производство радиофармпрепарата «Таллия хлорид, 199Tl» на основе радиоактивного изотопа таллия-199. На сегодняшний день оно единственное в России.
    783
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    308
  • 13/10/2020

    Физики ТГУ улучшили сплавы с памятью формы для космоса и Арктики

    ​Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ первыми в мире получили структуру сплавов, обеспечивающую им особую способность к деформации и восстановлению исходной формы до 15 процентов.
    685
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    331
  • 25/03/2021

    Как организм спасает центр памяти при ишемии мозга?

    Нейробиологи Томского государственного университета провели исследование, в ходе которого проанализировали процессы, происходящие при тотальном нарушении кровоснабжения головного мозга в гиппокампе – отделе, который называют «менеджером памяти».
    334
  • 24/03/2021

    Учёные ТПУ нашли способ эффективнее прогнозировать свойства изотопологов диоксида хлора

    Ученые Томского политехнического университета провели исследование изотопа 35ClO2 и разработали математическую модель и программное обеспечение, которые позволяют предсказывать его характеристики в десятки раз точнее по сравнению с известными результатами.
    284
  • 26/10/2020

    Более 300 ученых обсуждают в ТПУ методы получения изотопной продукции

    ​26 октября в Томском политехническом университете стартовала VI Международная научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Изотопы: технологии, материалы и применение». В конференции принимают участие более 300 молодых ученых, аспирантов и студентов из России, Казахстана, Чехии, Китая, Беларуси.
    849