Лаборатория физики иерархических структур в металлах и сплавах

Историческая справка

Лаборатория создана приказом директора ИФПМ СО РАН д.т.н. Колубаева Е.А. 1 марта 2021 года из числа сотрудников лаборатории физики структурных превращений и лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях, работавших в научной группе д.ф.-м.н. Астафуровой Елены Геннадьевны.

Область исследований, основные решаемые задачи

Получение фундаментальных и прикладных результатов мирового уровня в области создания функциональных и конструкционных материалов нового поколения на основе многокомпонентных сплавов и сталей.

1. Разработка научно обоснованных подходов к дизайну микроструктуры и элементного состава сталей нового поколения для эксплуатации в области экстремальных температур (материалы для криогенных и высокотемпературных приложений).

2. Разработка многокомпонентных материалов на основе высокоэнтропийных сплавов нового поколения.

3. Микро- и макроструктурный дизайн металлических материалов, формируемых методами аддитивных технологий.

4. Механизмы водородного охрупчивания сталей и многокомпонентных сплавов и разработка методов повышения устойчивости материалов к деградации в водородсодержащих средах.

5. Научные основы управления механизмами формирования упрочненных слоев при ионно-плазменной обработке сталей.

Состав подразделения

Общая численность 10 человек, в том числе:

докторов наук - 1

кандидатов наук - 2

аспирантов - 3

молодых сотрудников (до 35 лет) - 8

Проекты, гранты, договора

1. Проект государственного задания III.23.2.7. Микро- и макроструктурный дизайн 3D металлических материалов с иерархически организованной многоуровневой структурой, формируемых методами нестационарной металлургии, с целью развития базовых принципов аддитивных технологий.

2. Проект Российского научного фонда № 20-19-00261 «Механизмы дисперсионного твердения и формирования твердых растворов внедрения в высокоэнтропийном сплаве FeMnNiCrCo при легировании азотом и углеродом: взаимосвязь микроструктуры, механизмов деформации и физико-механических свойств», 2020-2022 гг.

3. Проект Российского фонда фундаментальных исследований № 20-38-70031 Стабильность «Механизмы формирования упрочненныx слоев при ионно-плазменной обработке аустенитной нержавеющей стали в смеси газов (С, H, N)», 2020-2021 гг.

4. Проект Российского фонда фундаментальных исследований № 18-48-700042_р_а «Разработка научных основ создания новых высокопрочных конструкционных материалов на основе аустенитных сталей с высокой концентрацией атомов внедрения для эксплуатации в условиях низких климатических температур», 2018-2021 гг.

5. Проект Российского фонда фундаментальных исследований № 20-38-90129_Аспиранты «Влияние фазового состава и плотности межзеренных и межфазных границ на механизмы водородного охрупчивания высокоазотистой хромомарганцевой стали», 2020-2021гг.

6. Стипендия Президента Российской Федерации в 2019-2021 годах для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики.

Важнейшие публикации

1. Астафурова Е.Г., Киреева И.В., Чумляков Ю.И. Физическая природа ориентационной зависимости предела текучести в монокристаллах аустенитных сталей с азотом, углеродом и водородом // Перспективные материалы: учебное пособие / Р.А. Андриевский [и др.]:под ред. Д.Л. Мерсона. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2017. - Т.VII. - 292 с.

_____________________________

1. Astafurova E.G., Melnikov E.A., Astafurov S.V., Reunova K.A., Panchenko M.Yu., Moskvina V.A., Tumbusova I.A. A comparative study of a solid solution hardening in carbon-alloyed FeMnCrNiCo_0.95C_0.05 high-entropy alloy subjected to different thermal-mechanical treatments // Materials Letters. 2021, V. 285, 129073.

2. Astafurova E.G., Panchenko M.Yu., Reunova K.A., Mikhno A.S., Moskvina V.A., Melnikov E.V., Astafurov S.V., Maier H.J. The effect of nitrogen alloying on hydrogen-assisted plastic deformation and fracture in FeMnNiCoCr high-entropy alloys // Scripta Materialia. 2021, V. 194, 113642.

3. Astafurov S.V., Maier G.G., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Reunova K.A., Galchenko N.K., Astafurova E.G. The effect of thermo-mechanical processing regime on high-temperature tensile properties of V-alloyed high-nitrogen steel // Solid State Phenomena. 2020, V.306, Pp. 53-61.

4. Astafurova E.G., Panchenko M.Yu., Moskvina V.A., Maier G.G., Astafurov S.V., Melnikov E.V., Fortuna A.S., Reunova K.A., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. Microstructure and grain growth inhomogeneity in austenitic steel produced by wire-feed electron beam melting: the effect of post-building solid-solution treatment // Journal of Materials Science. 2020, V.55, Pp. 9211-9224.

5. Moskvina V.A., Melnikov E.V., Panchenko A.Yu., Maier G.G., Reunova K.A., Astafurov S.V., Kolubaev E.A., Astafurova E.G. Stabilization of austenitic structure in transition zone of ''austenitic stainless steel/NiCr alloy" joint fabricated by wire-feed electron beam melting // Materials Letters. 2020, V.277, 128321

6. Maier G.G., Astafurova E.G. A comparison of strengthening mechanisms of austenitic Fe-13Mn-1.3C steel in warm and cold high-pressure torsion // Metals. 2020, V.10(4), 493

7. Astafurova E.G., Reunova K.A., Melnikov E.V., Panchenko M.Yu., Astafurov S.V., Maier G.G., Moskvina V.A. On the difference in carbon- and nitrogen-alloying of equiatomic FeMnCrNiCo high-entropy alloy // Materials Letters. 2020, V.276, 128183.

8. Astafurova E.G., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Maier G.G., Melnikov E.V., Reunova K.A., Galchenko N.K., Astafurov S.V. On the Superplastic Deformation in Vanadium-Alloyed High-Nitrogen Steel // Metals. 2020, -V.10, 27.

9. Astafurova E.G., Astafurov S.V., Maier G.G., Tumbusova I.A., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Reunova K.A., Galchenko N.K. On Temperature Dependence of Microstructure, Deformation Mechanisms and Tensile Properties in Austenitic Cr-Mn Steel with Ultrahigh Interstitial Content C + N = 1.9 Mass.% // Metals. 2020, V.10, 786.

10. Astafurov S.V., Maier G.G., Tumbusova I.A., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Smirnov A.I., Galchenko N.K., Astafurova E.G. The effect of solid-solution temperature on phase composition, tensile characteristics and fracture mechanism of V-containing CrMn-steels with high interstitial content C+N>1 mass. % // Materials Science and Engineering A. 2020, V.770, 138534.

11. Astafurov S.V., Maier G.G., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Astafurova E.G. The strain-rate dependence of the Hall-Petch effect in two austenitic stainless steels with different stacking fault energies // Materials Science and Engineering A. 2019, V.756, Pp. 365-372.

12. Moskvina V.A., Astafurova E.G., Ramazanov K.N., Maier G.G., Astafurov S.V., Melnikov E.V. A role of initial microstructure in characteristics of the surface layers produced by ion-plasma treatment in CrNiMo austenitic stainless steel // Materials Characterization. 2019, V. 153, Pp. 372-380.

13. Panchenko M.Yu., Maier G.G., Tumbusova I.A., Astafurov S.V., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Burlachenko A.G., Mirovoy Yu.A., Mironov Yu.P., Galchenko N.K., Astafurova E.G. The effect of age-hardening mechanism on hydrogen embrittlement in high-nitrogen steels // International Journal of Hydrogen Energy. 2019, V.44(36), Pp. 20529-20544.

14. Astafurova E.G., Moskvina V.A., Maier G.G., Gordienko A.I., Burlachenko A.G., Smirnov A.I., Bataev V.A., Galchenko N.K., Astafurov S.V. Low-temperature tensile ductility by V-alloying of high-nitrogen CrMn and CrNiMn steels: characterization of deformation microstructure and fracture micromechanisms // Materials Science and Engineering A. 2019, V. 745, Pp. 265-278.

15. Астафурова Е.Г., Мельников Е.В., Астафуров С.В., Раточка И.В., Мишин И.П., Майер Г.Г., Москвина В.А., Захаров Г.Н., Смирнов А.И., Батаев В.А. Закономерности водородного охрупчивания аустенитных нержавеющих сталей с ультрамелкозернистой структурой разной морфологии // Физическая мезомеханика. 2018, Т. 21, № 2, С. 103-117.

16. Astafurova E.G., Astafurov S.V., Maier G.G., Moskvina V.A., Melnikov E.V., Fortuna A.S. Hydrogen embrittlement of ultrafine-grained austenitic stainless steels // Reviews on Advanced Materials Science. 2018, V. 54, Pp. 25-45.

17. Astafurova E.G., Moskvina V.A., Maier G.G., Melnikov E.V., Zakharov G.N., Astafurov S.V., Galchenko N.K. Effect of hydrogenation on mechanical properties and tensile fracture mechanism of a high-nitrogen steel // Journal of Materials Science. 2017, V. 52, Pp. 4224-4233.

18. Astafurova E.G., Moskvina V.A., Maier G.G., Melnikov E.V., Zakharov G.N., Astafurov S.V., Maier H.J. Hydrogen-enhanced orientation dependence of stress relaxation and strain-ageing in Hadfield steel single crystals // Scripta Materialia. 2017, V. 136, Pp. 101-105.

19. Astafurova E.G., Maier G.G., Melnikov E.V., Naydenkin E.V., Smirnov A.I., Bataev V.A., Odessky P.D., Dobatkin S.V., Maier H.J. The Influence of the Thermomechanical Processing Regime on the Structural Evolution of Mo-Nb-Ti-V Microalloyed Steel Subjected to High-Pressure Torsion // Metallurgical and Materials Transactions A. 2017, V. 48A, Pp. 3400-3409.

20. Разоренов С.В., Гаркушин Г.В., Астафурова Е.Г., Москвина В.А., Игнатова О.Н., Малышев А.Н., Ткаченко М.И. Влияние плотности дислокаций на сопротивление высокоскоростной деформации и разрушению в меди М1 и аустенитной нержавеющей стали // Физическая мезомеханика. 2017, Т. 20, № 4, С. 43-51.

21. Чернов В.М., Леонтьева-Смирнова М.В., Можанов Е.М., Николаева Н.С., Тюменцев А.Н., Полехина Н.А., Литовченко И.Ю., Астафурова Е.Г. Термическая стабильность микроструктуры 12%-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей в процессе длительного старения при высоких температурах // Журнал технической физики, 2016, Т. 86, Вып. 2, С. 53-58.

22. Чернов В.М., Леонтьева-Смирнова М.В., Потапенко М.М., Полехина Н.А., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Астафурова Е.Г., Хромова Л.П. Структурно-фазовые превращения и физические свойства ферритно-мартенситных 12%-ных хромистых сталей ЭК-181 и ЧС-139 // Журнал технической физики, 2016, Т. 86, Вып. 1, С. 99-104.

23. Астафурова Е.Г., Майер Г.Г., Мельников Е.В., Москвина В.А., Войцик В.Ф., Захаров Г.Н., Смирнов А.И., Батаев В.А. Влияние наводораживания на закономерности развития механического двойникования, деформационное упрочнение и разрушение <111> и <144> монокристаллов стали Гадфильда // Физическая мезомеханика. 2016, Т. 19, № 5, С. 94-104.

Ресурсы

• Приборная база для проведения термомеханических обработок, включающая трубчатые и муфельные печи для термической обработки металлов и сплавов в воздушной и защитной среде при температурах до 1250 °С, прокатный стан и вальцы с плоскими и ручьевыми валами для механической обработки материалов.
• Комплекс оборудования для проведения пробоподготовки материалов.
• Металлографический микроскоп Altami МЕТ 1С
• Ферритометр МВП-2М для магнитофазового анализа.
• Оборудование ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН и НОЦ ТГУ.

Общественное признание

• Благодарность Президента Российской Федерации за большой вклад в подготовку победителей Всероссийской студенческой олимпиады «Я - профессионал», 2019 год. - Астафурова Е.Г.
• Коллектив признан победителем конкурса «Лауреат премии Томской области в сфере образования, науки, здравоохранения и культуры за высокие достижения в сфере образования и науки, оказывающие эффективное влияние на развитие экономики и социальной сферы Томской области» по номинации «Научные и научно-педагогические коллективы», 2015 год, г. Томск. (руководитель коллектива - Астафурова Е.Г.)
• Члены коллектива в разные годы становились победителями конкурсов Лауреат премии законодательной думы Томской области и Лауреат премии Томской области по различным номинациям.