Свежие новости

События

Молодые ученые Самарского университета исследуют новые свойства алюминия

Молодые ученые Самарского университета исследуют новые свойства алюминия

Самарский университет

Создаваемая ими математическая модель поможет получить новые классы алюминиевых сплавов с заданными свойствами

Публикация Латушкин Илья Яшин Василий Воронин Сергей Коновалов Сергей ОНИЛ-4 Арышенский Евгений Российский научный фонд Исследования Наука кафедра технологии металлов и авиационного материаловедения
18.04.2019 2019-04-23
Ученые Самарского университета работают над созданием математической модели, которая поможет исследователям изучать поведение алюминиевых сплавов на ранних этапах термомеханической обработки, а инженерам прогнозировать и получать новые классы алюминиевых сплавов с заданными свойствами. Точность расчетов формирования текстуры и структуры на ранних этапах термомеханической обработки приведет к снижению брака при промышленном производстве изделий из алюминия. Работы ведутся в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ).
Для того, чтобы создать материал с четко заданными свойствами, необходимо исследовать все стадии его развития — от момента формирования кристаллографической структуры до изготовления изделия на производстве, так как кристаллографическая текстура продолжает развиваться в том числе и при холодной штамповке. Однако в случае с алюминием и его сплавами, недостаточно изучен начальный этап формирования кристаллографической текстуры, а именно, ее кубической компоненты. Особенно это касается алюминиевых сплавов с микролегированием такими химическими элементами, как скандий (Sc) и цирконий (Zr). "Ранее никто глубоко не изучал, как появляются основные компоненты в данном типе алюминиевых сплавов", — пояснил руководитель исследования, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения Самарского университета Евгений Арышенский.
В рамках исследования ученые восполняют этот пробел: они изучают поведение кристаллов, выявляют закономерности в их расположении, исследуют процессы рекристаллизации. Дело в том, что именно кристаллографическая структура алюминиевых сплавов, закладываемая на стадии проработки литого материала, во многом определяет его свойства на заключительных этапах термомеханической обработки.
Свой интерес к исследованию свойств алюминия ученые объясняют тем, что на сегодняшний день этот материал из-за сочетания своих основных свойств, а именно низкого веса, высокой пластичности и приемлемой прочности является незаменимым материалом для использования в авиационной, космической и транспортной сферах. "Я убежден, что доля алюминия будет расширяться в массовом промышленном производстве как минимум следующие 100 лет. В ближайшее время он не уступит даже материалам завтрашнего дня — композитам, которые на данном этапе развития гораздо дороже в изготовлении и часто включает в себя до 40% того же алюминия", — говорит Евгений Арышенский.
Помимо теоретических расчетов, ученые в рамках гранта РНФ проводят эксперименты с традиционными сплавами — в частности, с 5182, широко используемом в качестве конструкционного материала в авиационной и космической промышленности. Результаты эксперимента изложены в статье "Study of recrystallization kinetics in АА5182 aluminium alloy after deformation of the as-cast structure" высокорейтингового журнала Materials Research Express. Также ученые экспериментируют и с новыми сплавами, например, с 1565 ч — недавно созданным под руководством ведущего российского ученого в области металловедения алюминиевых сплавов Александра Дрица. Результаты изложены в статье "Study of the recrystallization behaviour of the aluminium 1565ch alloy during hot rolling of the as cast structures" опубликованной в Materials Research Express. Изучение кристаллографической структуры этих материалов в теории и на практике поможет создать более прочные, пластичные и корозийно устойчивые композиции алюминиевых сплавов, в том числе за счет добавления редкоземельных элементов. Новые сплавы можно будет использовать как в уже работающей авиакосмической технике, так и в новых образцах.
При этом исследователи подчеркивают: одна из целей исследования — сделать дорогостоящий процесс производства изделий из алюминия и его сплавов микролегированых переходными элементами сплавов более экономически выгодным и технологичным. "Мы работаем над комплексной математической моделью формирования текстуры на ранних этапах термомеханической обработки, которую планируем реализовать в виде программного средства, — подчеркнул Евгений Арышенский. — Это программное средство поможет инженерам задать все параметры термомеханической обработки и понять какие ее режимы на современном автоматизированном оборудовании подойдут тому или иному алюминиевому сплаву для того, чтобы получить из него изделие, имеющее заданные свойства. — Чем точнее на ранних этапах термомеханической обработки спрогнозирована эволюция кристаллографической структуры материала, тем меньше брака появится на финальных стадиях производства. По нашей оценке, в этом случае качество выпускаемой продукции повысится на 25-30%".
Для справки
Исследование по теме "Создание модели расчета эволюции текстуры и структуры на ранних этапах термомеханической обработки алюминиевых сплавов в том числе добавками переходных металлов" ведется в рамках гранта Российского научного фонда (№ 18-79-10099) по поддержке молодых ученых. Работа выполняется коллективом молодых исследователей под руководством доцента кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения Евгения Арышенского. В состав научного коллектива входят старший научный сотрудник ОНИЛ-4 Самарского университета, заведующий кафедрой технологии металлов и авиационного материаловедения Сергей Коновалов, доцент кафедры Сергей Воронин, аспиранты Василий Яшин и Илья Латушкин, студент Владислав Елагин. Кроме того, одним из участников исследования является известный ученый Юрген Хирш. Он разработал теорию формирования кристаллографической текстуры при производстве баночной ленты, которую изложил в серии научных статей, индексируемых в базах данных Web of Siense и Scopus, и цитируемых учеными по всему миру.
Алюминий — наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре после кислорода и кремния. Широко применяется как конструкционный материал поскольку лёгок, поддается формовке, штамповке, литью, механической обработке, устойчив к коррозии. Обладает высокой тепло- и электропроводностью, его соединения не ядовиты. Алюминий является основным сырьём в авиационной и авиакосмической промышленности. 
Materials Research Express — междисциплинарный журнал, посвящённый публикации новых экспериментальных и теоретических исследований свойств, характеристик, проектирования и изготовления всех классов материалов и их технологических применений. По данным Scimago Journal Rank, журнал имеет самый высокий квартиль Q1 по всем научным областям, определяемым в базе: Biomaterials, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Metals and Alloys, Polymers and Plastics, Surfaces, Coatings and Films. По данным Journal Citation Reports, в 2017 году импакт-фактор журнала составил 1.151.