​​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

  • 07/12/2020

    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.
    588
  • 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.
    391
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    447
  • 23/12/2020

    Директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Марина Трусова: «Все силы и средства идут на развитие школы»

    ​​О главных событиях и достижениях 2020 года и планах на будущее рассказала директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Марина Трусова.    Мегагранты Год для коллектива нашей школы был ярким и богатым на события.
    246
  • 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.
    1111
  • 15/12/2020

    Масштаб мысли: какие технологии ТПУ перевернут водородную энергетику

    ​​​Ученые и представители национальных компаний в декабре соберутся на конференции "Водород. Технологии. Будущее". Ее проводит Томский политех (ТПУ) как один из "двигателей" водородной энергетики в России, комплексно исследующий ее с 2000-х годов.
    520
  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    450
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    273
  • 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.
    547
  • 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.
    647