Конфликт прочности и пластичности в технически чистом титане решают в НГТУ НЭТИ
Материаловеды Новосибирского государственного технического университета НЭТИ совместно с китайскими коллегами исследуют свойства технически чистого титана. Этот металл широко применяется в промышленности в том числе благодаря низкой плотности и высокой коррозионной стойкости.
Основная задача — получить материал, сочетающий высокие прочность и пластичность, говорит заведующий лабораторией физико-химических технологий и функциональных материалов НГТУ НЭТИ, профессор кафедры материаловедения в машиностроении Иван Батаев. Это позволит снизить массу конструкций, обеспечить устойчивость к усталостному разрушению и надежность изделий.
«Одна из основных проблем, которые характерны для большинства материалов, — это так называемый конфликт прочности и пластичности. Когда мы повышаем прочность материала, снижается его пластичность, в результате чего получается очень хрупкий сплав, неспособный выдерживать динамические нагрузки», — рассказал Иван Батаев.
Решить эту задачу ученые из Пекинского технологического института (Beijing Institute of Technology) и НГТУ НЭТИ предлагают с помощью градиентных структур. Материаловедам хорошо известно, что свойства металла зависят от размера зерна: мелкое зерно дает высокую прочность — такой слой способен выдерживать большие нагрузки, не деформируясь, но при этом он хрупкий. Крупное зерно, наоборот, обеспечивает пластичность: металл хорошо пластически деформируется и не ломается хрупко, но прочность его ниже. Между прочностью и пластичностью существует обратная корреляция: улучшение одного показателя сопровождается снижением другого.
Градиентная структура позволяет совместить оба свойства в одном изделии: поверхностный слой делают мелкозернистым, чтобы обеспечить прочность, а сердцевину — крупнозернистой, чтобы сохранить вязкость. При этом между ними создается плавный переход, а не резкая граница: зерно постепенно меняет размер от поверхности к центру. Именно этот плавный переход и дает эффект, которого не добиться от простой слоистой структуры.
«Мы создали соединение, у которого поверхность имеет мелкозернистую структуру — для высокой прочности, а сердцевина крупнозернистую — для пластичности. Так мы попытались выйти из конфликта между свойствами и показали, что этот подход работает», — подчеркнул Иван Батаев, добавив, что исследования в этой области не закончились. В планах — подать заявку в РНФ для финансирования проекта «Повышение прочности и пластичности технически чистого титана за счет многомасштабных градиентных и бимодальных зеренных структур» и продолжить работу.
Ранее ученые НГТУ НЭТИ исследовали необычный способ сварки разнородных материалов. Уникальная технология позволяет соединять детали, которые ранее невозможно было сварить другими методами.