Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Составлен литературный обзор, из которого следует, что применение интенсивной пластической деформации методами ИПДК и РКУП способствует не только сильному измельчению зеренной структуры, но, а также появлению двойников деформации и деформационно-индуцированному мартенситному превращению в аустенитных сталях. В некоторых случаях в УМЗ образцах аустенитных сталей после обработки методом РКУП наблюдалось формирование карбидных частиц. В единичных публикациях о структуре мартенситных сталей, подвергнутых РКУП, отмечено, что измельчение структуры в мартенситных сталях протекает более сложным образом, вследствие присутствия труднодеформируемых мартенситных реек и дисперсных карбидных частиц. В исследованиях сверхпластичности в аустенитных сталях с размером зерен 1-4 мкм обнаружено относительное удлинение до разрушения 220-270% при температуре испытаний 650-900оС и скорости растяжения в интервале от 10-3с-1 до 8х10-3с-1. Проведен анализ публикаций по различным технологическим подходам к осаждению покрытий на основе интерметалидов системы Ti-Al. Показано, что перспективным технологическим подходом к получению многослойных наноструктурированных интерметаллидных покрытий системы Ti-Al на поверхности сталей с УМЗ структурой является способ осаждения с двух однокомпонентных катодов из плазмы вакуумного-дугового разряда. Систематизирована информация о методах модифицирования конструкционных материалов с УМЗ структурой, позволяющая сделать предположение, что решающую роль в формировании и роста азотированного слоя играют границы зёрен и плотность дефектов кристаллического строения. При этом установлено, что эффективное азотирование возможно при температурах 350-400 °C, что существенно ниже температуры начала рекристаллизации в УМЗ аустенитных и мартенситных сталях. Приведены результаты анализа методов испытаний покрытий на эрозионную стойкость. Проведенный анализ схем установок для эрозионных испытаний защитных покрытий показал, что в исследованиях используются в основном четыре способа подачи твердых частиц. Для проведения испытаний выбран и обоснован баллистический способ подачи пыли. Разработаны технологические режимы равноканального углового прессования, которые использованы для получения бездефектных образцов из хромоникелевой стали аустенитного класса Х18Н10Т и мартенситного класса ЭИ-961Ш с ультрамелкозернистой структурой. Опубликованы 3 статьи, отправленные в рецензируемые научные журналы, индексируемые в базах данных Web of Science или Scopus: 1. A.V. Botkin, R.Z. Valiev, A.A. Kublikova, E.V. Varenik Computer modeling of metal damage during severe plastic deformation of long-length titanium billets by equal channel angular pressing conform Materials Physics and Mechanics (2015 г.) http://www.ipme.ru/e-journals/MPM/no_32415/MPM324_09_botkin.pdf 2. G.I. Raab, D.V. Gunderov, L.N. Shafigullin, Yu.M. Podrezov, M.I. Danylenko, N.K. Tsenev, R.N. Bakhtizin, G.N. Aleshin, A.G. Raab Structural variations in low-carbon steel under severe plastic deformation by drawing, free torsion, and drawing with shear Materials Physics and Mechanics (2015 г.) http://www.ipme.ru/e-journals/MPM/no_32415/MPM324_06_raab.html 3. V. Budilov, E. Vardanyan, K. Ramazanov Deposition of Functional Coatings Based on Intermetallics Systems TiAl on the Steel Surface by Vacuum Arc Plasma Journal of Physics: Conference Series (2015 г.) http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/652/1/012051

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В результате выполненных исследований получены следующие научные результаты. 1. Разработана математическая модель синтеза интерметаллидов системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда, которая позволяет прогнозировать содержание интерметаллидных фаз в покрытии. 2. Разработана компьютерная программа реализующая модель синтеза интерметаллидов системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда. Использование разработанной модели и программы позволило определить режимы осаждения интерметаллидных покрытий заданного фазового состава. 3. Для проверки адекватности математической модели проведены рентгеноструктурные исследования образцов обработанных по режимам, определённым с помощью программы для ЭВМ. Сравнительный анализ расчётных значений и экспериментальных данных подтвердил адекватность математической модели. 4. По результатам проведенных сравнительных адгезионных испытаний образцов из сталей 12Х18Н10Т и ЭИ961Ш установлено, что адгезионные свойства интерметаллидных покрытий TiAl/TiAlN осажденных на стали с ультрамелкозернистой структурой выше, чем у покрытий осажденных на образцы с крупнозернистой структурой. 5. Обнаружено, что введение операции ионного азотирования, позволяет улучшить адгезионные свойства покрытий TiAl/TiAlN для сталей, как с крупнозернистой, так и с ультрамелкозернистой структурой. 6. Установлено, что ионное азотирование при температуре 450 °С в течение 4 часов является эффективным инструментом поверхностного упрочнения конструкционных сталей. Так для стали ЭИ961Ш прирост поверхностной микротвердости после ионного азотирования составил 1,75 раза для КЗ состояния, и 1,25 раза для УМЗ состояния. Для стали 12Х18Н10Т прирост поверхностной микротвердости после ионного азотирования составил 2,6 раза для КЗ состояния, и 1,14 раза для УМЗ состояния. 7. Показано, что после ионного азотирования при 450 °С в течение 4 часов на сталях с КЗ структурой величина поверхностного упрочнения больше, по сравнению с УМЗ структурой. Предположительно, это обусловлено низкой подвижностью диффундирующего элемента азота в КЗ структуре сталей, что приводит к увеличению концентрации азота в приповерхностных слоях. 8. Установлено, что толщина диффузионного слоя, образованного после ионного азотирования при 450 °С в течение 4 часов, на сталях с УМЗ структурой больше, по сравнению со сталями с КЗ структурой. Так для стали ЭИ961Ш с КЗ структурой толщина упрочненного слоя составила 80 мкм, а с УМЗ структурой – 150 мкм. Для стали 12Х18Н10Т с КЗ структурой толщина упрочненного слоя составила 25 мкм, а с УМЗ структурой – 65 мкм. Это связано с тем, что в сталях с УМЗ структурой зернограничная диффузия на несколько порядков выше, по сравнению со сталями КЗ структурой, в результате повышенной объемной доле межкристаллитных (межзеренных и межфазных) границ. 9. Электронномикроскопические исследования показали, что интенсивная пластическая деформация кручением приводит к формированию ультрамелкозернистой структуры со средним размером зерна 140-200 нм в стали ЭИ961Ш и 150-200 нм в стали 12Х18Н10Т в зависимости от температуры ИПДК. В стали ЭИ961Ш после ИПДК были выявлены частицы вторых фаз размером 100-160 нм. Характерной особенностью структуры стали 12Х18Н10Т после обработки методом ИПДК было появление двойников деформации. 10. После равноканального углового прессования средний размер зерен в стали ЭИ961Ш составил 350 нм. Размер и объемная доля частиц второй фазы, выделившихся в результате высоких температур деформации (600-550оС), составили 60 нм и 1,5% соответственно. В стали 12Х18Н10Т в процессе РКУП обработки сформирована вытянутая вдоль оси образца зеренная структура со средним размером 300 нм. В структуре наблюдаются двойники аустенита со средним межпластинчатым расстоянием 150 нм. 11. Электронномикроскопические исследования показали, что после дополнительного отжига ИПДК образцов стали ЭИ961Ш при температуре нанесения защитного покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al (450°С) размер зерен и частиц вторых фаз практически не изменился и остался на уровне 148 нм и 100 нм, соответственно. Отжиг ИПДК образцов стали 12Х18Н10Т при температуре 450°С также не привел к существенным изменениям в структуре. Средний размер зерен составил 170 и 205 нм в образцах после кручения при комнатной и повышенной температурах. 12. Исследование стали ЭИ961 методом рентгеноструктурного анализа показало, что после закалки наблюдаются рентгеновские пики, принадлежащие только аустенитной фазе. После дополнительно отпуска при 800оС и последующего ИПДК фазовый состав сплава не изменился. Обнаружено, что в исходном состоянии стальХ18Н10Т содержит аустенит и небольшое количество мартенсита 23 вес.%. После применения ИПДК при комнатной температуре содержание мартенсита увеличилось до 41 вес.% в результате деформационно-индуцированного мартенситного превращения. Применение ИПДК при повышенной температуре 300оС привело к снижению доли мартенсита до 5% вследствие его обратного перехода в аустенитное состояние.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Установлено, что низкотемпературное ионное азотирование при температуре 450 °С в течение 4 часов является эффективным инструментом поверхностного упрочнения конструкционных сталей ЭИ961Ш и 12Х18Н10Т с КЗ и УМЗ структурами. Продемонстрировано, что толщина диффузионного слоя, образованного после ионного азотирования при 450°С в течение 4 часов, на сталях с УМЗ структурой в 2-3 раза больше, по сравнению со сталями с КЗ структурой. 2. Результаты коррозионных испытаний показали, что технология нанесения ионно-плазменных покрытий на основе интерметаллидов системы TiAl включающая низкотемпературное ионное азотирование позволяет существенно повысить коррозионную стойкость сталей аустенитного класса Х18Н10Т и мартенситного класса ЭИ-961Ш как с крупнозернистой, так и с ультрамелкозернистой структурой и может рекомендоваться для защиты стальных лопаток компрессора ГТД и ГТУ от коррозии. 3. По результатам исследования эрозионной стойкости модифицированной поверхности образцов из сталей аустенитного класса Х18Н10Т и мартенситного класса ЭИ961Ш как с КЗ, так и с УМЗ структурами установлено, что для повышения эрозионной стойкости поверхности стальных лопаток компрессора ГТД и ГТУ необходимо применять технологию низкотемпературного ионного азотирования и последующего нанесения комплексного покрытия состоящего из чередующихся слоев интерметаллидов системы TiAl и финишного слоя TiN. 4. На примере ИПДК и РКУП образцов стали ЭИ061Ш обнаружено, что повышенные значения микротвердости 8000 МПа и 4700 МПа, соответственно, сохраняются после отжига при температуре 600оС. Выше температуры 600оС наблюдалось снижение микротвердости связанное с укрупнением дисперсных частиц и началом роста зерен. Электронномикроскопические исследования показали, что после отжига ИПДК образцов сталей ЭИ961Ш и 12X18H10T при температуре 450°С в течение часа размер зерен и частиц вторых фаз практически не изменились. 5. В РКУП образцах стали ЭИ961Ш измельчение зерна привело к увеличению предела прочности до 1100 МПа без значительных изменений в пластичности 8% по сравнению с образцом, подвергнутом стандартной обработке, в котором наблюдалось значение предела прочности 950 МПа. РКУП образцы стали 12Х18Н10Т также проявили повышенный в 1,5 раза предел прочности 800 МПа при пластичности 10 %, по сравнению с образцами, подвергнутыми стандартной обработке, в которых наблюдались предел прочности 610 МПа и пластичность 27%. 6. Результаты усталостных испытаний стали ЭИ961Ш при коэффициенте асимметрии цикла R=-1, частоте 50 Гц и базе испытаний 107 циклов показали, что после РКУП предел ограниченной выносливости возрастает на 20% с 472 МПа до 570 МПа по сравнению с образцами, подвергнутыми стандартной обработке закалке и отпуску. Повышение усталостных свойств в образцах с УМЗ структурой достигнуто вследствие измельчения зеренной структуры, а также увеличенной объемной доли частиц вторых фаз. 7. Установлено, что основными различиями в характере разрушения в результате усталостных испытаний стали ЭИ-961Ш в УМЗ и КЗ состояниях являются разная площадь зоны зарождения усталостной трещины, а также различный размер, объёмная доля и характер распределения частиц вторых фаз. Из характера разрушения можно сделать вывод о положительном влиянии измельчения зеренной структуры, а также равномерного распределения более мелкие частиц вторых фаз на повышение предела ограниченной выносливости. 8. Продемонстрированы модельные лопатки ГТУ, изготовленные из РКУП заготовок сталей 12Х18Н10Т и ЭИ-961Ш путем штамповки при температуре 550оС при относительно малых скоростях движения ползуна пресса (5... 15 мм/с). Разработан и апробирован перспективный технологический процесс комбинированной обработки лопаток ГТУ из УМЗ сталей, включающий низкотемпературное ионное азотирование в плазме повышенной плотности и последующее нанесение комплексного покрытия состоящего из чередующихся слоев интерметаллидов системы TiAl и финишного слоя TiN.