Ученые разработали новые способы модификации структуры титановых сплавов для атомного машиностроения
Микроструктура крупнозернистого сплава ПТ3В в исходном состоянии (слева) и после деформационной обработки (справа)
© ННГУ
Работы группы ученых из отдела физики металлов Научно-исследовательского физико-технического института ННГУ им. Н.И. Лобачевского (НИФТИ ННГУ) доказали, что за счет оптимизации структуры возможно существенное повышение характеристик титановых сплавов для атомной промышленности без дополнительного легирования дорогостоящими компонентами – металлами платиновой группы или редкоземельными элементами.
Полученные данные опубликованы в нескольких статьях в журнале Journal of Alloys and Compounds. Результаты апробации технологии высокоскоростной диффузионной сварки титановых сплавов опубликованы в качестве отдельной главы в коллективной монографии Spark Plasma Sintering of Materials, опубликованной в издательстве Springer Nature.
С 2010 по 2015 годы данные работы проводились в НИФТИ ННГУ при финансировании и участии АО «ОКБМ Африкантов», а в 2016 году эти работы были поддержаны грантом Российского научного фонда. Работы возглавил приглашенный ведущий научный сотрудник Владимир Копылов (ФТИ НАН Беларуси, г. Минск), с которым отдел физики металлов НИФТИ ННГУ связывает давнее плодотворное сотрудничество. Владимир Копылов совместно с профессором Владимиром Сегалом являются разработчиками технологии равноканально-углового прессования (РКУП), суть которой состоит в продавливании металлической заготовки через два канала круглого или квадратного сечения, соединенных друг с другом под заданным углом (как правило 90°).
«Для получения образцов титановых сплавов использовали современное оборудование, позволяющее проводить сложную многоступенчатую деформационную обработку, ротационно-ковочную машину R5-4-21 HIP (Германия) и итальянский гидравлический пресс Ficep HF400L с усилием до 400 тонн. Это позволило сначала сформировать в титановых сплавах однородную субмикрокристаллическую структуру методом РКУП, а потом изготовить из них титановые прутки длинной более метра», – поясняет Юрий Лопатин, заведующий лабораторией технологии металлов НИФТИ ННГУ.
Предложенные подходы продемонстрировали очень высокую эффективность технологий деформационной обработки. Проведенные в АО «ОКБМ Африкантов» стендовые коррозионные испытания показали, что титановые сплавы с оптимизированной структурой обладают уникальными свойствами. В частности, субмикрокристаллические образцы из сплава ПТ-3В продемонстрировали в 4–6 раз более высокую стойкость, а наноструктурированные образцы из сплава ПТ-7М – в 3–5 раз более высокую стойкость к горячесолевой коррозии по сравнению со стандартными образцами из промышленных титановых сплавов.
При этом ученым НИФТИ ННГУ совместно с АО «ОКБМ Африкантов» за счет формирования мелкозернистой структуры удалось одновременно повысить твердость и коррозионно-усталостную прочность сплавов в 1,5–2 раза при сохранении их пластичности на уровне, достаточном для безопасной эксплуатации теплообменных труб.
«Использование таких конструкционных материалов и технологий открывает новые возможности для конструкторов: можно сделать теплообменное оборудование более компактным и легким без снижения надежности, маловосприимчивым к кратковременному закритическому повышению коррозионной агрессивности рабочих сред во время работы», – комментирует заведующий лабораторией технологии керамик НИФТИ ННГУ Максим Болдин.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.