Этап 1

Резюме проекта, выполняемого
в рамках ФЦП
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

по этапу № 1

 

Номер Соглашения Электронного бюджета: 075-02-2018-442, Внутренний номер соглашения 14.586.21.0061

Тема: «Исследование феномена границ зерен и разработка низкотемпературной сверхпластической формовки высокопрочных ультрамелкозернистых алюминиевых сплавов»

Приоритетное направление: Индустрия наносистем (ИН)

Критическая технология: Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов

Период выполнения: 22.02.2018 – 31.12.2020

Плановое финансирование проекта: 18.60 млн. руб.

Бюджетные средства 9.30 млн. руб.,

Внебюджетные средства 9.30 млн. руб.

Получатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Иностранный партнер: Университет имени Лоранда Этвёша

Ключевые слова: Алюминиевые сплавы, термомеханическая обработка, интенсивная пластическая деформация, наноструктурные материалы, высокопрочное состояние, границы зерен, зернограничные сегрегации, фазовый состав, низкотемпературная сверхпластичность, механические свойства, формовка.

 

1. Цель проекта

Проект направлен на создание высокопрочных наноструктурных материалов конструкционного назначения, в которых реализуется низкотемпературная сверхпластичность, обеспечивающая получение из них полуфабрикатов и изделий для передовых промышленных применений.

Цель проекта – получение новых научных данных о влиянии параметров наноструктур на комбинацию механизмов, ответственных за проявление низкотемпературной сверхпластичности в алюминиевых сплавах систем Al-Zn, Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu, а также развитие методов термомеханической обработки, включающих интенсивную пластическую деформацию, обеспечивающих формирование заданных параметров наноструктур в полуфабрикатах и изделиях, гарантирующих достижение максимально возможных значений низкотемпературной сверхпластичности и сохранение высокой прочности характеристик после формообразующих операций.

 

2. Основные результаты проекта

(1) Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии за период 2012-2017 гг. в области алюминиевых высокопрочных сплавов.

(2) Проведены патентные исследования по определению технического уровня объектов хозяйственной деятельности и выявлению тенденций их развития.

(3) Осуществлен выбор материалов для исследования: сплавов двух модельных систем Al-Zn и Al-Zn-Mg и промышленного высокопрочного сплава системы Al-Zn-Mg-Cu.

(4) Обоснованы и выбраны режимы термомеханической обработки, включающей интенсивную пластическую деформацию (ИПД) методами интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) и равноканального углового прессования (РКУП).

(5) Разработаны «Программа и методики экспериментальных исследований», включающие получение экспериментальных образцов по различным режимам методами ИПД и проведение исследований механических свойств и сверхпластичности.

(6) Сформированы наноструктурные состояния в алюминиевых сплавах, используя термомеханическую обработку, включающую ИПДК.

(7) Отправлены наноструктурные образцы иностранному партнеру.

(8) Проведен анализ особенностей наноструктуры, сформированной в процессе ИПД, с помощью современных методов исследования, таких как аналитическая просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), автоматический анализ картин дифракции обратно рассеянных электронов (ДОРЭ).

(9) Определены характеристик прочности, пластичности при комнатной температуре, а также величина коэффициента скоростной чувствительности в интервале скоростей деформации от 10-1 до 10-6 c-1 образцов алюминиевых сплавов в наноструктурном состоянии.

(10) Определен температурный интервал термической стабильности сформированных в алюминиевых сплавах наноструктурных состояний и изучен эффекта искусственного старения, а также протекающие в его процессе микроструктурные, в том числе и фазовые, изменения.

(11) Определены характеристики прочности, пластичности и величина коэффициента скоростной чувствительности наноструктурных сплавов в диапазоне температур термической стабильности и в интервале скоростей деформации от 10-1 до 10-6 c-1 и установлены условия проявления ими низкотемпературной сверхпластичности.

(12) Изучены особенности развития пластической деформации и разрушения наноструктурных алюминиевых сплавов в зависимости от условий растяжения.

(13) Оптимизированы режимы термомеханической обработки, обеспечивающих параметры наноструктуры для достижения максимально возможных значений низкотемпературной сверхпластичности алюминиевых сплавов и сохранения ими высоких прочностных свойств.

 

Полученные экспериментальные образцы наноструктурных исследуемых алюминиевых сплавов демонстрируют уникальное сочетание прочности и низкотемпературной сверхпластичности.

По результатам проведённого анализа литературных источников, полученные в ходе выполнения прикладных научных исследований результаты являются новыми и полученными впервые (в мире).

Полученные результаты полностью соответствуют плану-графику исполнения обязательств и техническому заданию к соглашению о предоставлении субсидии.

Полученные экспериментальные образцы наноструктурных модельного и промышленного сплавов систем Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu демонстрируют уникальное сочетание прочности и низкотемпературной сверхпластичности, не достигаемое ранее, судя по данным, опубликованным в мировой литературе.

 

3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

Не предусмотрены на данном этапе проекта.

 

4. Назначение и область применения результатов проекта

В перспективе исследуемые промышленные сплавы 7000 серии систем легирования Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu в наноструктурных высокопрочных состояниях могут использоваться для передовых применений в автомобильной и авиакосмической промышленности, а также в высокоскоростном железнодорожном транспорте в качестве конструкционных материалов нового поколения. Эти материалы могут применяться, например, для изготовления элементов и узлов кузова, планера и т.д., полученных методами формовки или высокоточной/прецизионной штамповки в условиях низкотемпературной сверхпластичности.

Полученные на данном этапе результаты недостаточны для внедрения.

Полученные на данном этапе прикладного научного исследования результаты недостаточны для прогнозирования их влияния на развитие научно-технических и технологических направлений с точки зрения производства. В то же время, в настоящее время в России и за рубежом отмечается резкое повышение внимания к расширению областей использования легких и высокопрочных сплавов систем Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu, а также технологий получения из них полуфабрикатов, изделий и конструкций в автомобильной и авиакосмической промышленности, а также в скоростном железнодорожном транспорте. В этой связи полученные в рамках проекта результаты могут быть фундаментом для развития новых материалов и технологий, а также стать важным стимулом для развития более широкого международного сотрудничества.

 

5. Эффекты от внедрения результатов проекта

Полученные на данном этапе результаты недостаточны для внедрения.

 

6. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта

Коммерциализацию планируется сделать предметом следующих совместных работ (в том числе НИОКР) на базе полученных научно-технических результатов в рамках данного проекта.

В перспективе данные высокопрочные наноструктурные алюминиевые сплавы, проявляющие эффект низкотемпературной сверхпластичности, могут использоваться для передовых применений в автомобильной и авиакосмической промышленности, скоростном железнодорожном транспорте, а также в военной технике.

 

7. Наличие соисполнителей

Соисполнители отсутствуют.