Лаборатория физического материалов...

Лаборатория физического материаловедения

Зав. лаб. Найденкин Е.В.

Руководитель

Найденкин Евгений Владимирович

Доктор физико-математических наук
Email: nev@ispms.ru
Тел.: (382-2) 49-12-45

Подробнее


Краткая историческая справка о подразделении

Лаборатория физического материаловедения была основана в ИФПМ СО РАН в 1991 г. За время существования лаборатории ее сотрудниками опубликовано более 200 научных статей, защищены 4 докторских и 6 кандидатских диссертаций, получено 3 авторских свидетельства и 10 патентов Российской Федерации. Сотрудники лаборатории являются соавторами семи научных монографий, в том числе зарубежных.

Области исследований, направления фундаментальных исследований

1. Разработка научных основ получения перспективных наноструктурных металлических материалов методами интенсивной пластической деформации, а также сочетанием этих методов с традиционными способами обработки металлов и сплавов.
2. Исследование закономерностей и физических механизмов развития пластической деформации и разрушения поликристаллических и наноструктурных металлов, сплавов и композиционных материалов при различных термосиловых воздействиях, в том числе в условиях активации диффузионными потоками атомов примесей (легирующих элементов) из внешней среды или внутренних источников.
3. Исследование особенностей диффузии и закономерностей развития диффузионно-контролируемых процессов в полученных методами интенсивной пластической деформации наноструктурных металлах, сплавах и композитах на их основе.

Состав подразделения
Общая численность 10 человек, в том числе
- 2 доктора наук,
- 3 кандидата наук,
- 1 молодой научный сотрудник (до 33 лет)

Laboratory of Physical Materials Science

Список штатных сотрудников

1. Найдeнкин Евгений Владимирович, зав. лабораторией, д.ф.-м.н., nev@ispms.ru

2. Грабовецкая Галина Петровна, в.н.с., д.ф.-м.н., grabg@ispms.ru

3. Раточка Илья Васильевич, с.н.с., к.ф.-м.н.,ivr@ispms.ru

4. Коноваленко Игорь Сергеевич, с.н.с., к.ф.-м.н., igkon@ispms.ru

5. Мишин Иван Петрович, н.с., к.ф.-м.н., mishinv1@yandex.ru

6. Винокуров Владимир Алексеевич, главный технолог, vinokurov_old@mail.ru

7. Рожинцева Надежда Викторовна, ведущий технолог, rnv2005@yandex.ru

8. Лыкова Ольга Николаевна, ведущий технолог, lon8@yandex.ru

9. Забудченко Ольга Вячеславовна, инженер, lekalune@mail.ru

10. Хрусталев Антон Павлович, инженер-исследователь

Важнейшие научные результаты

1. Разработаны способы получения объемных наноструктурных металлов (на примере Mo, Ni, Cu, Ti, Fe, Al), сплавов и композитов на их основе с ОЦК-, ГЦК- и ГПУ-решетками с использованием воздействия интенсивной пластической деформации методами кручения под гидростатическим давлением, а также равноканального углового прессования (РКУП) и всестороннего прессования с переменой оси деформации в сочетании с последующей прокаткой и отжигами в интервале температур ниже температуры рекристаллизации.
Эксперимент
2. В наноструктурных металлах, полученных воздействием интенсивной пластической деформации, обнаружены низкотемпературные аномалии зернограничной диффузии: значительное (на несколько порядков) увеличение коэффициентов и уменьшение (почти в два раза) энергии активации диффузии по сравнению с соответствующими для крупнозернистого состояния. Прямыми диффузионными экспериментами показано, что высокие скорости массопереноса в данных материалах связаны не столько с малым размером зерен, сколько с неравновесным высокоэнергетическим состоянием их границ раздела, вследствие чего, диффузионно-контролируемые процессы в них имеют место при значительно более низких температурах (на несколько сотен градусов) по сравнению с крупнозернистыми аналогами.

3. На примере Ni, Ti и Al установлено, что при пластической деформации в условиях ползучести и растяжения полученных воздействием интенсивной пластической деформации наноструктурных металлов, соотношение вкладов микроскопического (скольжение и переползание дислокаций) и мезоскопического (зернограничное проскальзывание) механизмов деформации в общее формоизменение и потеря сдвиговой устойчивости на макроуровне связаны не только с размером зерен, но и с характеристиками (состоянием) их границ.

4. На примере двухфазных титановых и алюминиевых сплавов установлено, что процесс измельчения зерен и фаз до субмикронного интервала размеров путем воздействия интенсивной пластической деформации сопровождается изменением соотношения фаз и концентраций компонентов сплавов в твердом растворе и на границах зерен. Указанное изменение структурно-фазового состояния приводит к активации процесса зернограничного проскальзывания при высокотемпературной деформации и сдвигу температурно-скоростного интервала проявления сверхпластичности в область более низких (на несколько сотен градусов) температур и более высоких (на несколько порядков величины) скоростей деформации.

5. Разработаны научные основы создания нового класса высокопрочных материалов при формировании методами интенсивной пластической деформации субмикрокристаллической и наноразмерной структур в низко- и высокоуглеродистых сталях, содержащих дисперсные частицы. На примере низкоуглеродистой конструкционной стали 10Г2ФТ в феррито-перлитном и мартенситном состояниях показано, что равноканальное угловое прессование и кручение под гидростатическим давлением приводят к формированию субмикрокристаллической и наноразмерной структур в этой стали, вызывают значительные эффекты упрочнения при сохранении высокой термической стабильности
6. На примере промышленного сплава Ti-6Al-4V показана возможность формирования в двухфазных титановых сплавах однородной субмикрокристаллической структуры с размером зерен менее 0,3 мкм методом, сочетающим обратимое легирование водородом, с горячим прессованием. Формирование субмикрокристаллического состояния указанным способом приводит к повышению длительной прочности и сопротивления водородной хрупкости сплава в условиях ползучести при комнатной температуре и снижению температурного интервала реализации эффекта сверхпластичности
на ~250 К.
7. Установлено, что формирование наноструктурного состояния в титане и сплавах на его основе воздействием интенсивной пластической деформации методами равноканального углового прессования и всесторонней ковки в сочетании с холодной прокаткой и отжигами позволяет достичь высокой однородности в распределении зерен по размерам в отличие от неоднородной мелкозернистой структуры, формирующейся при прокатке этих материалов в обычных условиях. В такой структуре подавляются процессы локализации пластической деформации на макро уровне, что приводит к повышению прочности и пластичности при растяжении, увеличению предела выносливости при циклическом нагружении. Полученные результаты позволили разработать технологические режимы получения полуфабрикатов титановых сплавов в виде прутков и стержней различного диаметра (рис.1), сверхтонких высокопрочных фольг из наноструктурного титана толщиной до 10 мкм для использования в изделиях медицинского и технического назначения.

Проекты, гранты, договора

Проект ФЦП №14.604.21.0039 «Разработка методов получения высокопрочных наноструктурных титановых сплавов для изготовления ответственных элементов конструкций космических спутниковых систем» (2014-2015 гг., руководитель Найденкин Е.В.)

Грант РФФИ № 18-08-00452 «Развитие низкотемпературной сверхпластичности в титановых сплавах переходного класса с ультрамелкозернистой структурой» (2018-2020 гг., руководитель Найденкин Е.В.)

Грант РФФИ № 13-02-9800 «Закономерности и механизмы структурных и фазовых превращений в двойных сплавах с ограниченной растворимостью при формировании ультрамелкозернистого состояния с использованием интенсивной пластической деформации», (2013-2015 г., руководитель Грабовецкая Г.П.).

Грант РФФИ № 15-08-03823 «Влияние водорода на закономерности и механизмы деформации и разрушение ультрамелкозернистых металлических материалов в условиях ползучести» (2015-2017 г., руководитель Грабовецкая Г.П.).

Грант РФФИ № 18-08-00158 «Закономерности и механизмы деформации в условиях ползучести в присутствии водорода металлических материалов c модифицированной облучением пучками электронов поверхностью», 2018 -2020 гг. руководитель Грабовецкая Г.П.).

Важнейшие публикации

1. E.V. Naydenkin, I.V. Ratochka , I.P. Mishin, O.N. Lykova, N.V. Varlamova The effect of interfaces on mechanical and superplastic properties of titanium alloys // Journal of Materials Science. - 2017. - Vol. 52, No. 8. - P. 4164-4171, https://doi.org/10.1007/s10853-016-0508-1.

2. G.P. Grabovetskaya, E.N. Stepanova, A.S. Dubrovskaya. Effect of hydrogen on the creep of the ultrafine-grained zirconium Zr-1Nb alloy at 673 K // International Journal of Hydrogen Energy. - 2017. - V. 42, No 35.- P. 22633-22640. doi:1016/j.ijhydene.2017.03.118

3. E.V. Naydenkin, I.P. Mishin, A.P. Khrustalyov, S.A. Vorozhtsov, A.B. Vorozhtsov. Influence of combined helical and pass rolling on structure and residual porosity of an AA6082-0.2 wt% Al2O3 composite produced by casting with ultrasonic processing // Metals. 2017. - 7(12). - 544. (doi:10.3390/met7120544).

4. И.В. Раточка, И.П. Мишин, О. Н. Лыкова, Е.В. Найденкин, Н.В. Варламова. Эволюция структуры и механические свойства титанового сплава ВТ22 при высокотемпературной деформации // Известия вузов. Физика. - 2016 . - Т.59, №3. - С.70-74.

5. Грабовецкая Г.П., Раточка И.В., Мишин И.П., Забудченко О.В., Лыкова О.Н. Эволюция структурно-фазового состояния титанового сплава системы Ti-Al-V-Mo в процессе интенсивной пластической деформации и последующих отжигов // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2016.- Т. 59, №1.- С. 92-97.

6. Найденкин Е.В., Раточка И.В., Мишин И.П., Лыкова О.Н. Эволюция структурно-фазового состояния титанового сплава вт22 в процессе радиально-сдвиговой прокатки и последующего старения // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2015.- Т. 58, №8.- С. 34-39.

7. Раточка И.В., Лыкова О.Н., Найденкин Е.В. Влияние длительности низкотемпературного отжига на эволюцию структуры и механические свойства титанового сплава системы Ti-Al-V в субмикрокристаллическом состоянии // Физика металлов и металловедение.- 2015.- Т. 116, №3.- С. 318-324.

8. Stepanova E.N., Grabovetskaya G.P., Mishin I.P. Effect of hydrogen on the structural and phase state and the deformation behavior of the ultrafine-grained Zr-1Nb alloy // Journal of Alloys and Compounds.- 2015.- Vol. 645, Supplement 1.- P. S271-S274, http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.12.244.

9. Найденкин Е.В., Мишин И.П., Иванов К.В. Закономерности деформационного поведения ультрамелкозернистого алюминиевого сплава системы Al-Mg-Li при комнатной температуре // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2014.- Т. 57, №12.- С. 79-82.

10. Ivanov K.V., Naydenkin E.V. Tensile behavior and deformation mechanisms of ultrafine-grained aluminum processed using equal-channel angular pressing // Materials Science and Engineering: A.- 2014.- Vol. 606.- P. 313-321, http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2014.03.114.

11. Ivanov K.V., Naydenkin E.V. Activation parameters and deformation mechanisms of ultrafine-grained copper under tension at moderate temperatures // Materials Science and Engineering: A.- 2014.- Vol. 608.- P. 123-129, http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2014.04.076.

12. Мишин И.П., Грабовецкая Г.П., Забудченко О.В., Степанова Е.Н. Влияние легирования водородом на эволюцию субмикрокристаллической структуры сплава Ti-6Al-4V в условиях воздействия температуры и напряжения // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2014.- Т. 57, №4.- С. 3-7.

13. Найденкин Е.В., Иванов К.В. Изменение фазового состава приповерхностных слоев ультрамелкозернистого сплава Al-Mg-Li при деформации в условиях сверхпластичности // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2013.- Т. 56, № 9.- С. 42-46.

14. Грабовецкая Г.П., Попов В.В., Мишин И.П., Сергеев А.В. Эволюция спектра разориентировок границ зерен субмикрокристаллического молибдена при деформации в условиях диффузии никеля по границам зерен // Физика металлов и металловедение.- 2013.- Т. 114, № 12.- С. 1128-1135.

15. K.V. Ivanov, E.V. Naydenkin. Grain boundary sliding in ultrafine grained aluminum under tension at room temperature // Scripta Materialia.- 2012.- Vol 66.- P. 511-514, http://dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.12.039.

Список патентов

Винокуров В.А., Мишин И.П., Найденкин Е.В., Рожинцева Н.В., Лыкова О.Н., Иванов К.В. Способ получения наноструктурированных прутков круглого сечения из титанового сплава ВТ22 / Патент РФ №2604075, приоритет 16.07.2015, опубликовано: Бюл. №34, 10.12.2016.

Винокуров В.А., Раточка И.В., Найденкин Е.В., Мишин И.П., Рожинцева Н.В. Способ получения титановых сплавов с субмикрокристаллической структурой деформированием с обеспечением интенсивной пластической деформации / Патент РФ №2388566, приоритет 22.07.2008, опубликовано: Бюл. №13, 10.05.2010.

Коломеец Н.П., Лбов А.Ф., Шаркеев Ю.П., Белявская О.Ф., Каминский П.П., Толмачев А.И., Найденкин Е.В., Раточка И.В., Винокуров В.А. Ультразвуковая колебательная система / Патент РФ №2384373, приоритет 17.09.2008, опубликовано: Бюл. №8, 20.03.2010.

Винокуров В.А., Найденкин Е.В., Раточка И.В., Колобов Ю.Р., Рожинцева Н.В. Способ получения материала с ультрамелкозернистой или субмикрокристаллической структурой деформированием с обеспечением интенсивной пластической деформации (варианты) / Патент РФ №2334582, приоритет 13.07.2006, опубликовано: Бюл. №27, 27.01.2008.

Ресурсы

1. Для изучения микроструктуры металлов и сплавов, в том числе в наноструктурном состоянии, в лаборатории имеется просвечивающий электронный микроскоп ЭМ-125К с ускоряющим напряжением 125 кВ, предназначенный для анализа структуры тонких фольг и реплик (рис.2).
2. В лаборатории разработана и реализуется мелкими партиями установка электроискрового легирования SE-5.01, используемая для нанесения защитных и упрочняющих покрытий на изделия и инструмент различного назначения (рис.3). Установка обеспечивает возможность локального нанесения покрытий толщиной до 0,2 мм без специальной защиты остальной поверхности, использование в качестве электродов любых токопроводящих материалов, высокую прочность сцепления (адгезию) нанесенного покрытия с основой, простоту в обслуживании, экологическую чистоту и отсутствие специальных требований к обрабатываемой поверхности.
3. Для получения полуфабрикатов титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой сотрудниками лаборатории используется технологическое оборудование филиала НОЦ ТГУ по нанотехнологиям. В частности, разработанный в МИСиС министан винтовой прокатки «14-40» (рис.4), предназначенный для производства горячекатаных прутков круглого сечения из различных металлов и сплавов путем нагрева исходных заготовок до температуры горячей деформации и их обжатия по диаметру за один или несколько проходов с применением валков специальной калибровки и, при необходимости, с промежуточным подогревом.

Связь с вузами

Лаборатория физического материаловедения тесно сотрудничает с лабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ (рук. Ворожцов А.Б.), а также Центром коллективного пользования ТГУ (рук. Кузнецов В.М.). Сотрудники лаборатории являются ответственными или операторами на аналитическом и испытательном оборудовании указанного центра, в том числе на ионно-электронном микроскопе Dual Beam Quanta 200 3D, рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD-6000, испытательной машине Instron 3369 и др.

Назад