КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 20-19-00687

НазваниеИсследование закономерностей структурообразования и формирования свойств металломатричных композитов на основе системы Al-Mg-Si при наложении физических воздействий на расплавы

РуководительДеев Владислав Борисович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых", Владимирская обл

Года выполнения при поддержке РНФ2020 - 2022

КонкурсКонкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые словаметалломатричные композиты, литейные алюминиевые сплавы, кристаллизация, армирование, структурообразование, свойства, физические воздействия на расплавы, термоскоростная обработка, наносекундные электромагнитные импульсы

Код ГРНТИ53.37.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проблема получения алюминиевых сплавов и композитов с управляемой структурой и заданными механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами является весьма актуальной для современного материаловедения и литейно-металлургического производства. Поэтому совершенствование существующих и разработка новых способов обработки металлических расплавов физическими воздействиями (тепловая – термовременная обработка (ТВО) и термоскоростная обработка (ТСО) расплава, обработка его электрическими и магнитными полями, облучение расплава наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) и другие методы) является актуальной научно-технической задачей, решение которой имеет критически важное значение для данной отрасли знаний. Реализация физических воздействий на расплавы позволяет использовать повышенное количество лома и отходов при плавке, устранить нежелательное действие вредных примесей и получать алюминиевые сплавы и композиты с заданным химическим составом, минимальным содержанием газовых и неметаллических включений, требуемым уровнем механических и эксплуатационных свойств. Важным резервом в обеспечении заданных свойств изделий является целенаправленное формирование в алюминиевых сплавах гетерофазных структур композиционного типа за счет выделения фаз кристаллизационного происхождения с управляемой морфологией, что может быть достигнуто при наложении физических воздействий на расплавы заданного химического и компонентного состава, а также при синтезе экзогенно-армированных композиций в условиях обработки композиционных суспензий типа «металлический расплав – керамические частицы» физическими методами, позволяющими улучшить смачиваемость и распределение вводимых порошкообразных частиц по объему расплава. Работы в этом направлении могут создать предпосылки для формирования нового научного направления, связанного с in-situ-синтезом литых эндогенно-армированных металломатричных композитов путем обработки расплавов физическими методами воздействия. Научная новизна планируемых в проекте работ и ожидаемых результатов определяется следующими основными положениями: 1. Научное обоснование и экспериментальное подтверждение об изменениях строения расплавов, кристаллизационных параметров, процессов структурообразования, физико-механических и эксплуатационных свойств матричных алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si после температурно-скоростной обработки расплавов; характер изменения прочности и пластичности матричных алюминиевых сплавов после температурно-скоростной обработки расплава; влияние температуры перегрева расплава на характер распределения компонентов в различных структурных составляющих матричных алюминиевых сплавов; новые данные о влиянии продолжительности воздействия на расплавы наносекундных электромагнитных импульсов для управления структурой и свойствами матричных алюминиевых сплавов. 2. Новые данные о влиянии технологических режимов обработки расплавов металломатричных композитов на основе литейных алюминиевых сплавов системы Al-Mg2Si методами тепловой (ТСО) и комплексной обработки расплава (ТСО и НЭМИ) на формирование их структуры и заданного комплекса свойств. Закономерности процессов структуро- и фазообразования при обработке композиционных расплавов различными методами физических воздействий; механизмы формирования структуры и свойств металломатричных композитов на основе литейных алюминиевых сплавов при обработке физическими воздействиями. Новые результаты по влиянию обработки наносекундными электромагнитными импульсами на структуру и свойства металломатричных композитов. 3. Закономерности изменения литейных свойств металломатричных композитов (жидкотекучесть, линейная и объемная усадка, горячеломкость) при обработке их расплавов различными методами физических воздействий и теоретическое обоснование механизмов влияния на литейные свойства. Данные о влиянии обработки композиционных расплавов физическими воздействиями на формирование различных дефектов литой структуры металломатричных композитов. Данные об эксплуатационных характеристиках (износостойкость и коэффициент трения в различных условиях эксплуатации, коррозионные свойства) литых заготовок из металломатричных композитов на основе литейных алюминиевых сплавов после обработки их расплавов различными методами физических воздействий. По результатам проекта планируется подготовить и опубликовать монографию и серию научных статей (не менее 24) в профильных российских и зарубежных изданиях, в том числе не менее в 12 в изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) или «Скопус» (Scopus), в том числе имеющих уровень Q1 и/или Q2; не менее 12 в изданиях, индексируемых РИНЦ.

Ожидаемые результаты
1. Будет разработано научное обоснование и экспериментальное подтверждение об изменениях строения расплавов, кристаллизационных параметров, структурообразования, физико-механических и эксплуатационных свойств матричных алюминиевых сплавов после теплового воздействия на расплав –температурно-скоростной обработки. Полученные данные позволят провести корреляцию между процессами кристаллизации и структурообразования и механическими и эксплуатационными свойствами матричных алюминиевых сплавов. 2. Будет установлено влияние температуры перегрева расплава на характер распределения компонентов в различных структурных составляющих матричных алюминиевых сплавов, который наряду со структурным фактором играет определяющую роль в изменении механических свойств. Полученные данные позволят учитывать процессы структурообразования в формировании механических свойств при использовании технологий ТСО при получении алюминиевых сплавов. 3. Будут получены новые результаты по влиянию продолжительности воздействия на расплавы наносекундных электромагнитных импульсов для управления структурой и свойствами матричных алюминиевых сплавов. Полученные данные позволят разработать технологические основы обработки расплавов алюминиевых сплавов НЭМИ, позволяющих получать сплавы с повышенным уровнем механических свойств. 4. Будут разработаны термодинамические и кинетические модели межфазного взаимодействия и определены рациональные технологические режимы обработки расплавов металломатричных композитов на основе литейных алюминиевых сплавов методами тепловой (ТСО) и комплексной обработки расплава (ТСО и НЭМИ) для управления формированием их структуры и достижения заданного комплекса свойств, что позволит достичь определенного прогресса в решении задач, связанных с обеспечением смачиваемости и усвоения армирующих частиц, а также заданной степени равномерности их распределения в объеме расплава. 5. Будут установлены закономерности процессов структуро- и фазообразования при обработке композиционных расплавов различными методами физических воздействий, а также выявлены механизмы формирования структуры и свойств металломатричных композитов на основе литейных алюминиевых сплавов при обработке физическими воздействиями. Понимание общих закономерностей формирования структуры и свойств металломатричных композитов позволит обоснованно подойти к выбору конкретных методов и режимов физических воздействий под заданные составы материалов и условия их эксплуатации. 6. Будут получены новые результаты по влиянию обработки наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) на структуру и свойства металломатричных композитов. Ожидается, что обработка композиционных расплавов НЭМИ будет способствовать получению недендритной структуры матричного материала, подавляя оттеснение армирующих частиц в междендритные области и связанные с этим эффекты сегрегации и образования конгломератов частиц, что улучшит степень равномерности их распределения в структуре литой заготовки. 7. Будут установлены закономерности изменения технологических свойств металломатричных композитов (жидкотекучесть, линейная и объемная усадка, горячеломкость) при обработке их расплавов различными методами физических воздействий и разработано теоретическое обоснование механизмов их влияния на литейные свойства. Эти данные позволят определить возможности использования различных физических воздействий с позиций обеспечения заданных технологических свойств при получении фасонных отливок из металломатричных композитов. 8. Будет выявлено влияние обработки композиционных расплавов физическими воздействиями на формирование различных дефектов литой структуры металломатричных композитов, что будет способствовать пониманию возможностей физических методов обработки расплавов для обеспечения заданного качества литых заготовок и позволит сформулировать практические рекомендации по получению бездефектных отливок из металломатричных композитов в условиях промышленных производств. 9. Будут определены эксплуатационные характеристики (износостойкость и коэффициент трения в различных условиях эксплуатации, коррозионные свойства) литых заготовок из металломатричных композитов на основе литейных алюминиевых сплавов после обработки их расплавов различными методами физических воздействий. На основе проведенных эксплуатационных испытаний будут определены направления использования разработанных научно-технических решений в отечественной промышленности. Планируемые результаты соответствуют мировому уровню исследований и разработок в тематической области проекта, что подтверждается многочисленными публикациями участников коллектива по этому направлению в ведущих мировых журналах (включая Q1/Q2) и широким обсуждением на крупнейших международных научных мероприятиях. В частности, только за последние три года разработки основных исполнителей проекта были представлены на 73rd World Foundry Congress (23-27 сентября 2018, г. Краков, Польша), 27th International Conference on Metallurgy and Materials (23- 25 мая 2018, г. Брно, Чехия), Open Innovation Workshop (2-9 апреля 2018, г. Тяньцзинь, Китай). Одна из совместных научных статей коллектива участников по обработке алюминиевых расплавов наносекундными электромагнитными импульсами была отмечена как лучшая в номинации "Best Scientific Paper - 2018" и награждена дипломом Всемирной литейной организации (World Foundry Organization) на 73-м Всемирном литейном конгрессе (The 73rd World Foundry Congress). Ретрансляция и продвижение результатов научных исследований, полученных участниками коллектива в сфере теории и практики синтеза металломатричных композитов, осуществляются в рамках концепции открытых инноваций при реализации международного проекта OIPEC 561869-EPP-I-2015-1-IT-EPPKA2-CBHE-JP "Open Innovation Platform for University - Enterprise Collaboration: new product, business and Human capital development" Европейской программы Erasmus+ (Grant Agreement No.: 2015-3083/001-001; период реализации 2015-2019, консорциум проекта из следующих стран: Италия, Франция, Финляндия, Россия, Китай) с объемом финансирования 980 000 евро.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ