Термомеханическая обработка металлов и сплавов – важнейший этап производства прочных ответственных деталей для всех отраслей промышленности. Основным процессом при этом является рекристаллизация – перестроение зеренной структуры материала, которое приводит к существенному изменению его свойств. Ее корректное описание дает ключ к оптимизации технологий формования более качественных изделий под конкретные цели. Ученые Пермского политеха разработали модель для детального описания рекристаллизации. Исследование позволяет более глубоко понять закономерности формирования структуры материала и главное – определять оптимальные режимы его обработки.

Статья с результатами опубликована в международном рецензируемом журнале «Materials». Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты» (в рамках выполнения государственного задания в лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов, проект № FSNM-2021-0012).

Разработка материалов и производство изделий из них с требуемыми для эксплуатации физико-механическими свойствами (повышенными показателями прочности и пластичности, коррозионной стойкости, сопротивления к разрушению и усталости) – это одно из главных направлений развития современных высокотехнологичных отраслей отечественной промышленности. Для решения обозначенных задач создаются различные режимы термомеханической обработки металлов и сплавов.

При такой обработке реализуется целый набор механизмов деформирования. Их действие меняется в зависимости от приложенных нагрузок и температурно-скоростных условий испытания, а также от исходного состава материла, характеристик его зеренной структуры. Одним из значимых механизмов при термомеханической обработке становится рекристаллизация. Ее роль усиливается с ростом температуры, что может приводить к существенным изменениям структуры материалов. В ходе рекристаллизации в материале происходит образование и рост одних зерен за счет других более дефектных.

Ученые Пермского политеха разработали многоуровневую модель, которая учитывает локальные взаимодействия между зернами и субзернами, а также позволяет оценить влияние объединения частей соседних субзерен на рекристаллизацию. Это дает возможность уточненно прогнозировать изменение структуры и свойств материала в результате термомеханической обработки.

– Проведенное исследование актуально для широкого спектра конструкционных сплавов на основе алюминия, меди, магния, никеля и железа. Наша модель будет включена в состав созданного в лаборатории комплекса многоуровневых моделей материалов. Он позволяет проектировать функциональные материалы и детали, обладающие оптимальными для эксплуатации физико-механическими характеристиками, – комментирует Никита Кондратьев, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ.

Поддержать редакцию