В СФТИ ТГУ нашли способ упрочнения многокомпонентных сплавов для защиты ледоколов

Дата публикации: 05 ноября 2020

Сотрудники лаборатории высокопрочных кристаллов Сибирского физико-технического института Томского государственного университета нашли способ упрочнения многокомпонентных сплавов, которые выдерживают действие критически низких температур, близких к -200°С. Такие материалы устойчивы к воздействию жидкой среды и отличаются повышенной износостойкостью. Благодаря этому новые модифицированные сплавы 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.

Поделиться: