В ходе исследований ученые удвоили твердость и утроили износостойкость сплава на основе алюминия, хрома, железа и никеля. Это достигнуто посредством циклической штамповки в закрытых штампах: образец помещается в пресс-форму и уплотняется. Данная обработка проста в реализации и масштабируема, позволяя получать высокопрочные и долговечные материалы, востребованные в машиностроении и аэрокосмической отрасли. Результаты исследования,… поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы Журнал «КоLLOИДЫ и Поверхности А: Физико-Химические и Инженерные Аспекты».
Многокомпонентные сплавы, содержащие четыре или более металлов, представляют перспективный материал для автомобильной и аэрокосмической промышленности. Их прочность выше, чем у обычных сплавов, а также они более устойчивы к химическому разрушению (коррозии) и высоким температурам. Дополнительная обработка, например, прессование под высоким давлением, позволяет улучшить структуру и свойства сплава. Циклическая штамповка в закрытых штампах — один из способов такой обработки. В этом методе сплав помещают в пресс-форму с подвижными верхней и нижней частями, которые сжимают образец с двух сторон. Сплав сдавливают в ходе нескольких циклов, поворачивая его разными гранями к прессующим элементам.
Ученые из Южно-Уральского государственного университета (Челябинск) с зарубежными коллегами исследовалиВ исследовании изучаются изменения микроструктуры и прочности алюминиевого сплава с хромом, железом и никелем после циклической штамповки в закрытых штампах. Авторы выбрали этот сплав за счет доступности и невысокой стоимости его компонентов, что открывает возможности для широкого промышленного применения.
В ходе эксперимента ученые смешали чистые металлы: алюминий, хром, железо и никель, затем сплавили их при температуре около 1650°C. После остывания некоторые образцы подвергли штамповке в пресс-формах. В итоге исследователи сравнили микроструктуру и механические характеристики исходных и обработанных сплавов.
Во всех исследованных образцах обнаружены две фазы: одна богата никелем и алюминием, другая — хромом, железом и никелем. Некоторые зерна металлов после штамповки уменьшились на 44–65%. Такая обработка делает образец более однородным. Такая структура снижает вероятность возникновения дефектов при интенсивной эксплуатации.
Эксперименты показали, что твердость сплавов после циклической штамповки в закрытых штампах возросла вдвое, а износостойкость — почти втрое. Такой эффект вызван уменьшением зернистости сплава, что усилило прочность связи между его компонентами.
«Наше Исследование демонстрирует эффективность циклической штамповки в закрытых штампах для повышения качества сплавов, применяемых в авиа- и машиностроении. Такой подход может расширить применение многокомпонентных сплавов, удовлетворяя потребности промышленности в прочных и долговечных материалах. — говорит руководитель проекта, получившего поддержку от гранта Российского научного фонда, Маджид Насери, доктор философии, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Высокоэнтропийные материалы» Южно-Уральского государственного университета.
В исследовании принимали участие специалисты из Иранского университета науки и технологий (Иран), Университета Буали Сина (Иран), Центрального южного университета (Китай) и Университета ОАЭ.
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию.
Источник фото: ru.123rf.com