​​Сотрудники лаборатории высокопрочных кристаллов СФТИ Томского государственного университета нашли способ упрочнения многокомпонентных сплавов, которые выдерживают действие критически низких температур, близких к -200°С. Их можно использовать для упрочнения носовой части ледоколов, изготовления износостойкого режущего материала и для других целей, сообщает пресс-служба ТГУ.

«Отличительной чертой высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) является их состав. Такие материалы содержат пять металлов и более, смешанных в приблизительно равных количествах, — объясняет сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ Анна Выродова. — ВЭС обладают уникальными механическими свойствами: высокая прочность, хорошая пластичность при сохранении вязкости (медленности) разрушения вплоть до криогенных температур испытания. Такое поведение является необычным, поскольку в традиционных конструкционных материалах (аустенитная сталь, сталь Гадфильда) повышение прочности сопровождается увеличением хрупкости композита».​​

В настоящее время сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ при поддержке РНФ изучают высокоэнтропийные сплавы — FeNiCoCrMn и (CoCrFeNi)94Al4Ti2. Физики нашли способ значительного повышения прочности сплава (CoCrFeNi)94Al4Ti2. Для этого они сначала подвергали его деформации при температуре близкой к -200°С, затем в течение четырех часов выдерживали при температуре +650°С. После этого прочность ВЭС увеличилась в 2,5 раза — как при температурах от комнатной до -196°С, так и при высоких температурах до +700°С.

Этот материал можно использовать при крайне низких температурах, например, для изготовления запорной арматуры на нефтепроводах в Арктике. Высокопрочный сплав, устойчивый к воздействию воды, перспективен для судоходной промышленности, к примеру, для укрепления отдельных частей ледоколов.

Как отмечают учёные, повышение прочности (CoCrFeNi)94Al4Ti2 происходит при сохранении преимущественно вязкого разрушении. Данное качество является выгодным отличием, поскольку вязкое разрушение менее опасно, чем хрупкое. При хрупком характере разрушения трещина зарождается и распространяется быстро, а вязкому разрушению предшествует значительное предварительное удлинение, медленное образование и распространение трещины. Это означает, что при использовании ВЭС дефект можно заметить на начальной стадии и принять меры до разрушения детали или конструкции.

«Вблизи температуры жидкого азота (-196°С) этот сплав является высокопрочным и выдерживает напряжение порядка 2 ГПа — поясняет заведующий лабораторией физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ, профессор Юрий Чумляков. — При температурах от комнатной и выше прочность порядка 1,5 ГПа в сплаве (CoCrFeNi)94Al4Ti2 практически не изменяется и остается постоянной с увеличением температуры».​

Что касается прочностных свойств сплава FeNiCoCrMn, изучаемого физиками ТГУ, он имеет другие особенности. При низких температурах (близких к температуре жидкого азота) сплав сохраняет высокую прочность, его пластическая деформация начинается при напряжении 0,5 ГПа, а при высоких температурах (от комнатной и выше) сплав становится низкопрочным и начинает деформироваться при напряжении ниже 0,2 ГПа.

Сейчас в лаборатории решается проблема повышения прочностных свойств высокоэнтропийных сплавов при высоких температурах. Это откроет потенциал для использования их в качестве монокристаллических лопаток для газовых турбин.

Новые результаты научной работы были представлены на международной конференции и школе молодых ученых «Получение, структура и свойства ВЭС» в Белгороде, где ТГУ представляли молодые сотрудники лаборатории — аспирантка ФФ Анна Выродова и магистрантка ФФ Анастасия Сараева.

Исследования ВЭС выполнены в рамках гранта РНФ № 19-19-00217 «Новые высокопрочные моно- и поликристаллы ГЦК высокоэнтропийных сплавов, упрочненные наночастицами: от фундаментальных исследований микроструктуры к механизмам деформации и механическим свойствам», руководитель проекта — доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов Ирина Киреева.

Источники

Томские ученые нашли способ в 2,5 раза упрочнить сплавы, используемые для носовой части ледоколов
Томский обзор (obzor.city), 27/10/2020
Физики ТГУ сделали прочнее сплавы для защиты ледоколов в Арктике
News-Life (news-life.pro), 27/10/2020
Ученые томского вуза нашли способ сделать материалы для арктических ледоколов прочнее
ТАСС, 27/10/2020
Физики ТГУ упрочнили сплавы, которыми можно защитить ледоколы
Поиск (poisknews.ru), 27/10/2020
Томские ученые знают как укрепить ледоколы
Корабел.ру (korabel.ru), 27/10/2020
Томские ученые-Физики создают новые сплавы, которыми можно защитить ледоколы
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 27/10/2020
Томские ученые нашли способ в 2,5 раза упрочнить сплавы, используемые для носовой части ледоколов
Gorodskoyportal.ru/tomsk, 27/10/2020
Ученые томского вуза нашли способ сделать материалы для арктических ледоколов прочнее
Pro-arctic.ru, 27/10/2020
Физики ТГУ упрочнили сплавы, которыми можно защитить ледоколы
Новости науки (novostinauki.ru), 27/10/2020
Томские ученые в 2,5 раза упрочнили сплав, который можно применять в Арктике
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 27/10/2020
В СФТИ ТГУ разработали метод повышения прочности сплавов для производства запорной арматуры на нефтепроводы в Арктике
Вестник Арматуростроителя (armavest.ru), 28/10/2020

Похожие новости

  • 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.
    837
  • 19/11/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: «умные» удобрения, ферритовая керамика и наносеребро

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за октябрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 57, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 7,246.
    1125
  • 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.
    427
  • 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.
    673
  • 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.
    811
  • 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.
    1705
  • 17/11/2020

    Ученые разработали эластичные пористые материалы для имплантатов

    ​Материаловеды СФТИ ТГУ запатентовали способ получения материала для имплантатов, которые при нагрузке ведут себя так же, как и живые ткани организма. «Природоподобный» материал создается на основе прочного никелида титана, и с помощью добавок порошка титана ученые добиваются эластичного поведения и эффекта памяти формы.
    576
  • 24/02/2021

    Цитируемые учёные ТПУ: подземные воды Забайкалья, свойства Шлемника и донные осадки моря Лаптевых

    Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за январь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 90, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 6,479.
    444
  • 15/09/2020

    Физики впервые создали модель для предсказания свойств любых молекул

    Группа ученых-физиков под руководством доцента ФФ ТГУ Рашида Валиева создала новую модель для расчета фотофизических характеристик молекул, которая применима для молекул любой природы, в том числе редкоземельных лантаноидов.
    849
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    378