КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 22-29-01078

НазваниеРешение прямых и обратных задач механики формирования поверхностно-упрочненных титановых сплавов со сбалансированным комплексом триботехнических и усталостных характеристик

Руководитель Багмутов Вячеслав Петрович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" , Волгоградская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-106 - Проблемы механики в проектировании новых материалов

Ключевые слова Титановый сплав, поверхностное упрочнение, износостойкость, усталостная прочность, контактная выносливость, остаточные напряжения, электромеханическая обработка, комбинированные методы, ультрадисперсная структура, обратные задачи, прогнозирование, моделирование.

Код ГРНТИ55.20.27

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В проекте решается проблема реализации ресурсных возможностей титановых сплавов для получения сбалансированного комплекса повышенных служебных характеристик по износостойкости, выносливости и трещиностойкости при циклических нагрузках за счет поиска необходимых компромиссных сочетаний специфических ультрамелкодисперсных структур, напряженно-деформированных состояний и прочностных свойств поверхностных слоев в ходе их обработки интенсивными комбинированными термо-силовыми воздействиями. Для формирования заданного распределения напряженно-деформированных состояний и полей структурных составляющих (с требуемым сочетанием параметров по прочности, выносливости и циклической трещиностойкости) разрабатываются комбинированные технологии поверхностного упрочнения титановых сплавов на базе электромеханической обработки (ЭМО), безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО) и термической обработки (ТО) металла. Сочетание, последовательность и режимы необходимых технологических операций назначаются из соображений наиболее полной реализации механизмов термического и деформационного упрочнения поверхностных слоев рассматриваемых сплавов для достижения наибольшей стойкости к износу без снижения характеристик статической и циклической прочности материала. Данная задача решается на основе разработки и совместного анализа комплекса математических моделей, включая: 1) модели технологических воздействий при поверхностной обработке титановых сплавов (модели упруго-пластического деформирования неоднородного тела с формирующейся структурой под действием интенсивных термо-силовых полей); 2) модели описания трансформаций структуры металла при интенсивном нагреве, охлаждении и деформации; 3) модели прогнозирования механического поведения сформированного неоднородного тела при статических и циклических эксплуатационных нагрузках с учетом взаимодействия структурных элементов и полей наведенных остаточных напряжений. Основу этого уровня моделирования составляют решения оригинальных обратных задач по реконструкции характеристик усталостной прочности и циклической трещиностойкости ультрадисперсных структур, образующихся в тонких поверхностных слоях. При решении из сопоставления результатов вычислительных и натурных экспериментов для упрочненных и неупрочненных образцов идентифицируются параметры отдельных структурных составляющих, отражающие их способность к блокировке или предрасположенность к развитию трещиноподобных дефектов в условиях заданного закона изменения нагрузки и наведенной системы остаточных напряжений. Другую группу обратных задач составляют задачи нахождения распределений остаточных напряжений, эффективно тормозящих развитие усталостных разрушений за счет блокировки дефектов (начальных трещин) и снижения интенсивности рабочих напряжений в опасных точках. При решении используются аналитические функции со свободными параметрами, аппроксимирующие распределение остаточных напряжений в упрочненном слое в зависимости от основных режимов технологических воздействий на поверхность образца. Из серии вычислительных экспериментов на основе разработанных моделей усталостной прочности и долговечности при мягком циклическом нагружении, и циклической трещиностойкости титановых образцов устанавливается вид «благоприятных» эпюр остаточных напряжений, способствующих повышению соответствующих характеристик, и определяется диапазон режимов обработки, обеспечивающих получение таких эпюр. Кроме этого указанные аппроксимирующие функции используются для реконструкции эпюр остаточных напряжений, частично установленных (по отдельным компонентам в характерных точках поверхности) из натурного эксперимента. На каждом из этапов математическое моделирование сопровождается экспериментальными исследованиями формирующейся микроструктуры, механических и эксплуатационных свойств материала, полученного в рассматриваемой технологической системе, для идентификации параметров моделей и верификации результатов моделирования. Основными научными результатами проекта, устанавливаемыми на основе экспериментальных исследований (металлографический анализ, оценка микротвердости, механические испытания, испытания на износ) и математического моделирования (с использованием разработанного авторами конечно-элементного комплекса), являются закономерности и механизмы формирования параметров структуры и свойств упрочненных поверхностных слоев титановых сплавов в зависимости от режимов высокоэнергетических комбинированных обработок. На основе полученных данных разрабатывается система управления технологическим процессом комплексного упрочнения.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---