Лаборатория физики металлов и сплавов

Создана:

28 февраля 2005 года, Приказ № 84

Регламентирующие документы:

Положение о лаборатории физики металлов и сплавов

Цель:

Направлена на решение фундаментальной задачи физического материаловедения – проблему понимания механизмов неустойчивого поведения твердых тел по отношению к механическому воздействию с целью создания фундаментальной научной базы для разработки методов управления механической устойчивостью и повышения ресурса пластичности сплавов на алюминиевой основе.

Задачи лаборатории:

исследование неустойчивой пластической деформации ультрамелкозернистых поликристаллических сплавов на основе алюминия в условиях одноосного растяжения в мягкой испытательной машине комплексом высокочувствительных и быстродействующих методов измерения деформации в сочетании с микроструктурными исследованиями; особое внимание уделено высокотехнологичным сплавам Al-Mg, в частности, АМг5 и АМг6, используемых при производстве летательных аппаратов, автомобилей, военной техники, а также в химическом машиностроении и электротехнической промышленности;
проведение систематических исследований механизмов зарождения полос макролокализованной деформации, их размножения, распространения и взаимодействия, а также роли полос деформации в механизме вязкого разрушения;
исследование влияния структурных изменений на микро- и наноуровне на динамику макроскопической неустойчивости пластической деформации алюминиевых сплавов;
исследование предвестников макроразрушения сплава на основе корреляционного анализа видео- и временных рядов: скачков на кривых нагружения, сигналов акустической и электромагнитной эмиссии;
исследование механизмов и способов подавления деформационных полос и увеличение ресурса пластичности алюминиевых сплавов Al-Mg.

Сотрудники:

кандидат физико-математических наук, доцент Желтов М.А. - руководитель;
доктор физико-математических наук, профессор Шибков А.А.;
кандидат технических наук, доцент Золотов А.Е.;
кандидат технических наук, старший преподаватель Михлик Д.В.;
инженер Аверков В.А..

Основные результаты НИР:

Разработан комплекс методов исследования неустойчивой пластической деформации металлов и сплавов, основанный на синхронной регистрации скачков пластической деформации, сигналов электромагнитной и акустической эмиссии и высокоскоростной видеосъемкой полос макролокализованной деформации в сочетании с динамическим анализом временных и видеорядов, а также микроструктурными исследованиями.
Обнаружены и исследованы структурно-чувствительные переходы между устойчивой и неустойчивой деформацией сплавов Al-Mg.
Установлено, что скачкообразная деформация алюминий-магниевого сплава является чувствительной функцией отклика к тонким структурным изменениям в сплаве на субмикроскопическом и наноуровне, позволяющей, как обнаружено, определять температуру начала первичной рекристаллизации, температуру сольвуса и температурный интервал растворения зон Гинье-Престона.
С помощью высокоскоростной видеосъемки со скоростью до 1000 кадр/с поверхности деформируемого сплава Al-Mg исследованы тонкие детали кинетики полос макролокализованной деформации, связанных с процессами их зарождения, скачкообразного распространения, взаимодействия, размножения и осцилляций на стадии образования шейки. Впервые получена классификация полос деформации Савара-Массона при растяжении сплава в мягкой деформационной машине, которая существенно отличается от классификации полос Портевена-Ле Шателье при растяжении в жесткой испытательной машине.
На основе анализа данных видеосъемки и синхронной записи скачков деформации установлено, что макроскопические скачки (амплитудой 1-10 %) следует рассматривать как деформационные «взрывы», возникающие в результате развития цепной реакции размножения полос деформации Савара-Массона.
Установлено, что подвижность и морфология полос резко изменяются после отжига в окрестности температуры сольвуса.
Обнаружена корреляция между динамикой полос деформации и макроскопическим разрушением сплавов Al-Mg с различной исходной микроструктурой.
Выявлен степенной закон распределения как предвестник макроразрушения сплава АМг6 с рекристаллизованной микроструктурой. Обнаружено, что за 0.2 с до развития магистральной трещины в динамике полос наблюдаются дискретные локальные события смены угла полосы, которые распределены во времени по степенному закону с показателем степени , аналогичному закону Омори при землетрясениях.
Обнаружена и исследована скачкообразная составляющая сверхпластического течения промышленного сплава АМг6 при нагружении с постоянной скоростью возрастания напряжения.
Впервые обнаружено, что скачки пластической деформации сплава АМг3, покрытого слоем льда, сопровождаются генерированием характерных сигналов электромагнитной эмиссии.

В области прикладных исследований деятельность Лаборатории направлена на развитие физических основ для разработки:

а) электромагнитных методов контроля in situ процессов пластической деформации, разрушения и фазовых превращений в высокотехнологичных материалах;

б) методов управления структурой дефектов внешними физическими полями с целью создания материалов с прогнозируемыми свойствами;

в) методов бесконтактного электромагнитного мониторинга и контроля динамических дефектов на поверхности металлов в условиях оледенения.

В работе лаборатории активное участие принимают сотрудники кафедры ТЭФ, аспиранты и студенты. По результатам научно-исследовательской работы лаборатории защищены три кандидатские диссертации и 20 дипломных работ.

Основные публикации:

Монографии:

Шибков А.А., Золотов А.Е. Актуальные проблемы механики деформируемых твердых тел. Нелинейная динамика неустойчивой пластической деформации металлов (монография). Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина. 2010. 187 с.
Шибков А.А. Нелинейная механика и разрушение промышленных сплавов системы Al-Mg (монография). Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина. 2010. 143 с.
Шибков А.А., Золотов А.Е., Шуклинов А.В. Структурно-чувствительные эффекты прерывистой деформации сплавов Al-Mg (монография). Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина. 2011. 173 с.
Шибков А.А., Золотов А.Е., Желтов М.А., Шуклинов А.В. Нелинейная динамика неравновесных систем. Часть 1. Динамика пластических неустойчивостей в деформируемых твердых телах. Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г. Р. Державина, 2012. 184 с.
Шибков А.А., Золотов А.Е., Желтов М.А., Шуклинов А.В. Нелинейная динамика неравновесных систем. Часть 2. Мониторинг мезо- и макродефектов в деформируемых твердых телах. Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г. Р. Державина, 2013. 259 с.
Шибков А.А., Гасанов М.Ф., Золотов А.Е. Прерывистая ползучесть и локализация пластической деформации. Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина. 2016. 158 с.
Шибков А.А., Денисов А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е. Коррозия и механическая неустойчивость алюминиевых сплавов. Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина. 2017. 158 с.

Статьи:

Shibkov A.A., Denisov A.A., Zheltov M.A., Zolotov A.E., Gasanov M.F. The electric current-induced suppression of the Portevin - Le Chatelier effect in Al-Mg alloys // Materials Science & Engineering A. 2014. V. 610. P. 338-343. (Imp. Fact. 2,3 Q1)
Shibkov A.A., Gasanov M.F., Zheltov M.A., Zolotov A.E., Ivolgin V.I. Intermittent plasticity associated with the spatio-temporal dynamics of deformation bands during creep tests in an AlMg polycrystal // Int. J. Plast. V. 86. 2016. P. 37-55. (Imp. Fact. 6,3 Q1)
Шибков А.А., Золотов А.Е., Гасанов М.Ф., Желтов М.А., Проскуряков К.А. Влияние импульсного лазерного ИК-излучения на полосообразование и прерывистую деформацию алюминий-магниевого сплава АМг6 // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41. №. 24. С. 70-76. (Imp. Fact. 0,841 Q2)
Шибков А.А., Титов С.А., Желтов М.А., Гасанов М.Ф., Золотов А.Е., Проскуряков К.А., Жигачев А.О. Электромагнитная эмиссия при развитии макроскопически неустойчивой пластической деформации металла // ФТТ. 2016. Т. 58. № 1. С. 3-10. (Imp. Fact. 0,854 Q2)
Шибков А.А., Желтов М.А., Гасанов М.Ф., Золотов А.Е. Нелинейная динамика деформационных полос в алюминий-магниевом сплаве при испытании на ползучесть // ЖТФ. 2017. Т. 87. № 10. С. 1518-1526. (Imp. Fact. 0,818 Q2).

Гранты:

«Исследование механической устойчивости авиационных алюминиевых сплавов и разработка технологии подавления очагов локализованной деформации и способов предупреждения катастрофической деградации механических свойств», ФЦП 2012-2013гг.
«Физические основы бесконтактных методов ранней диагностики и неразрушающего контроля повреждаемости и деградации физико-механических свойств авиационных алюминиевых сплавов» ФЦП 2012-2013гг.
«Основы электрофизических методов диагностики и мониторинга механических неустойчивостей, вызывающих внезапное разрушение высокотехнологичных алюминиевых сплавов», РФФИ 2013-2015гг.
«Физические основы систем неразрушающего контроля и подавления повреждений в деформируемых элементах конструкций из алюминий-магниевых и алюминий-литиевых сплавов», РФФИ 2016-2018 гг.
«Создание новых методик оперативного контроля и подавления дефектов разных ? масштабных уровней в зонах концентрации напряжений, сварных соединений и основных материалов изделий авиакосмической отрасли и транспортных средств в процессе их длительной эксплуатации», РНФ 2015-2017 гг.

Перспективы развития:

Развитие современной техники требует опережающего развития фундаментальной науки о материалах – физического и химического материаловедения. В условиях, когда временной разрыв между идеей конструктора и ее воплощением должен быть минимальным, основной задачей материаловедения становится создание материалов с заданными свойствами. Алюминиевые сплавы являются перспективными материалами для изготовления легких конструкций – летательных аппаратов и автомобилей. Однако эти сплавы демонстрируют неустойчивую пластическую деформацию, которая проявляется в таких явлениях как зуб текучести, прерывистое течение и ступенчатая деформация. Эти явления вызывают технологический брак в виде порчи поверхности промышленных изделий, а также существенно сокращают ресурс пластичности этих сплавов.

Базовая концепция деятельности лаборатории состоит в сочетании динамического и структурного подхода в физике прочности и пластичности, в частности, в постановке структурных in situ экспериментов на основе оригинального измерительного комплекса в сочетании с измерением и анализом временных рядов, отражающих нестационарный характер пластического течения (нерегулярных кривых нагружения, сигналов акустической и электромагнитной эмиссии), а также использовании современных методов динамического анализа, включающих в себя спектральный, мультифрактальный анализ соответствующих временных рядов и пространственных структур. Деятельность лаборатории ФМС направлена на проведение систематических комплексных научных исследований в области нелинейной динамики деформируемых твердых тел, а также повышение на этой основе уровня подготовки будущих специалистов студентов и аспирантов.

Партнеры:

Результаты деятельности лаборатории ФМС представляют интерес для ряда институтов РАН и технических вузов:

ИФТТ РАН (Черноголовка), ИК им. А.В. Шубникова РАН (Москва),
ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН (Москва),
Институт прикладной механики РАН (Москва),
Институт физики металлов УрОРАН (Екатеринбург),
Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа),
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск),
Институт проблем машиноведения РАН (С.-Петербург),
Институт металловедения и физики металлов им. Г.В. Курдюмова (Москва),
НИТУ МИСиС (Москва),
«МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского (Москва),
Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, МАИ (Москва),
МГТУ им. Н.Э. Баумана,
Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева,
Уральский государственный технический университет – УПИ им. Б.Н. Ельцина (Екатеринбург),
Воронежский государственный технический университет,
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет,
Тольяттинский государственный университет,
Уфимский государственный авиационный технический университет.

Услуги:

Консультации для научных работников и аспирантов естественно-научных и технических специальностей по вопросам комплексного исследования неустойчивой пластической деформации, разработки оптических, акустических и электромагнитных методов выявления и мониторинга пластических неустойчивостей в промышленных сплавах на алюминиевой основе и выработки рекомендаций для разработки промышленных методов подавления пластических неустойчивостей и увеличения ресурса пластичности алюминиевых сплавов аэрокосмической отрасли и автопрома. Консультации для педагогов по вопросам методологии и методики преподавания вузовских физических дисциплин.