АТОМНА БУДОВА МЕТАЛІВ І
МЕТАЛОВМІСНИХ
ГЕТЕРОФАЗНИХ СТРУКТУР
ФІЗИКА МІЦНОСТІ ТА
ПЛАСТИЧНОСТІ МЕТАЛІВ І
СПЛАВІВ
1
Високоентропійні сплави з пам'яттю форми Ti,
aт. %
Zr,
aт. %
Hf,
aт. %
Co,
aт. %
Ni,
aт. %
Cu,
at. %
DSmix,
Дж/(моль К)
HMeyer,
ГПa
E,
ГПa
16.6667 16.6667 16.6667 16.6667 16.6667 16.6667 14.897 11.19 77.8
16.6667 16.6667 16.6667 25 25 - 13.211 14.97 92.3
16.6667 16.6667 16.6667 - 25 25 13.211 13.84 82.9
16.6667 16.6667 16.6667 25 - 25 13.211 20.81 110.1
50 - - - 50 - 5.763 6.05 46.6
1. Вперше показано, що ВЕС TiZrHfCoNiCu зазнають мартенситного перетворення, яке супроводжується ЕПФ. Висока міцність цих сплавів, вдвічі більша порівняно з TiNi, придушує процеси пластичної деформації шляхом ковзання дислокацій на користь мартенситної деформації.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 200 400 600 800 1000
Температура, K
Деформація
, %
Накопичення деформації
Повернення форми
+P
-P
P→σ=500 MПa
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Co16.667Ni16.667Cu16.667
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Co25Ni25
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Ni25Cu25
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Co25Cu25
aB2=3.1590 Å
aB2=3.1505 Å
aB2=3.1676 Å aB19`=3.1550 Å, bB19`=4.1678 Å,
cB19`=4.9673 Å, B19`=100.950⁰
aB2=3.1566 Å
Інтенси
вність
, 10
3 ім
п/сек
2θ, градуси
Інтенсивність
, 1
0-3імп
./сек
8
7
6
5
4
3
2
1
04020 60 80 100 120
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Co16.667Ni16.667Cu16.667
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Co25Ni25
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Ni25Cu25
Ti16.667Zr16.667Hf16.667Co25Cu25
aB19`=3.1550 Å, bB19`=4.1678 Å
cB19`=4.9673 Å, B19`=100.950⁰
aB2=3.1590 Å
aB2=3.1505 Å
aB2=3.1676 Å
aB2=3.1566 Å
B2
B2+B19`
B2
B2
МП = 500 К МК = 390 К
QA→M = 3.47 Дж/г
Q M→A = -5.25 Дж/г
AП = 460 К AК = 610 К
від. 57
2. Накопичена мартенситна деформація ~3% відновлюється при поверненні форми у повному обсязі, зокрема при підвищених
температурах (>400 К), що уможливлює їх застосування в енергетиці, авіабудуванні, космічній галузі, автомобілебудуванні
член-кор. НАН України, Ю.М. Коваль, д.ф.-м.н., Г.С. Фірстов
Електротраспортні властивості порошку сплаву Cu74.3Mn13.1Al12.6
63Cu ЯМР
Відпал 800оС
Фазовий склад
таблетки
Вміст фаз,
%
D, нм
Повітр
я
-Cu-Mn-Al Cu2MnAl
γ1-Cu-Mn-Al
γ2-Cu-Mn-Al
Cu2O MnO MnO2
36 4
10 33 12 3 2
50 25 30 43 <5
4
Аргон
-Cu-Mn-Al Cu2MnAl
γ1-Cu-Mn-Al
γ2-Cu-Mn-Al
MnO2 MnO
31 4
12 47 2 4
60 20 70 70 -
10
Вакуум
-Cu-Mn-Al Сu2MnAl
γ1-Cu-Mn-
34 3
14
40 25 40
Таблетка XRD
д.ф.-м.н. проф. В. М. Надутов к.ф.-м.н. А.О. Перекос
Електроопір Cu-Mn-Al
Етанол
ВДП
50 100 150 200 250 300 3500,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
до обробки
повітря
аргон
Температура T, K
R/R
max
,від
н. о
д
вакуум
від. 55
40 60 80 100 120
а
Cu
2M
nA
l(2
00
)
Cu
2M
nA
l(2
20
)
Cu
2M
nA
l(4
00
)
Cu
2M
nA
l(4
20
)
Cu
2M
nA
l(4
40
)
Cu
2M
nA
l(2
00
)
б
Cu
2M
nO
4(2
11
)
Cu
2O
(20
0)
Cu
O(1
11
)
Cu
2O
(11
1)
Cu
2M
nA
l(4
20
)
Cu
2M
nA
l(2
20
)
Cu
2M
nA
l(4
00
)
Cu
2M
nA
l(4
40
)
Cu
2M
nA
l(2
00
)
в
Cu
2M
nO
4(2
11
)
1(1
11
)
Cu
2O
(22
0)
1(2
00
)
Cu
2O
(20
0)
Cu
O(1
11
)
Cu
2M
nA
l(4
40
)
Cu
2M
nA
l(4
20
)
Cu
2M
nA
l(2
20
)
Cu
2M
nA
l(4
00
)
1(3
11
)
Cu
O(1
11
)
Cu
2M
nO
4(2
11
)
Cu
2M
nA
l(2
00
)
г
Cu
2O
(22
0)
Cu
2M
nA
l(4
40
)
Cu
2O
(11
1)
Інте
нси
вніс
ть,
від
н. о
д.
20
Cu
2M
nA
l(2
20
)
Cu
2M
nA
l(4
00
)
Cu
2M
nA
l(4
20
)
Cu
2O
(20
0)
Cu
2O
(11
1)
400 300 200 100 0 -100 -200 -300 -400 -500
27Al
ЕІД
ppm
27Al
Травлення
300 K
27Al
Травлення
550 K
27Al
Травлення +
охолодження до
300K
Інтенсивність
50 100 150 200 250 3000,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Температура, K
R/R
max
,від
н. о
д
в
б
аЕлектроопір Cu
Wg = 0,03 еВ
α = 1,5∙10-3 K-1
-(1,1 – 1,8)∙10-3 К-1
Патент України
Для модифікованого Со нанокристалічного сплаву ММ-12Н (Fe–Nb–
Cu(Nd,Co)–Si–B) вперше отримано вихідну ростову текстуру нанокристалів в гетеро-аморфних стрічках, що підсилюється в
процесі ТО
4
В залежності від вимог використання коефіцієнт прямокутності петлі
гістерезису (Вr/Bs) цього сплаву можна змінювати від 0,05 до 0,8
Новий спосіб регулювання параметрів петлі перемагнічування
Мікролегування Nd сплавів системи Fe–Nb–Cu(Nd)–Si–B (ММ-11Н) забезпечило
стабілізацію початкової магнітної проникності >40000 та мінімізацію питомих втрат
на перемагнічування за рахунок формування оптимального співвідношення
об’ємних часток нанокристалічної (80% кр. 10-12 нм) та аморфної (20%) складових
в процесі кристалізації аморфних стрічок
від. 26 д.ф-м.н., В.К. Носенко,
Розроблено промислову технологію виготовлення ~ 1 млн. одиниць стрічкових нанокристалічних магнітопроводів та трансформаторів і дроселів на їх основі
5
„Освоєння промислового виробництва аморфних і нанокристалічних сплавів та стрічкових магнітопроводів з них на основі технології
надшвидкого охолодження металевих розплавів” (проект № 4.9.1.4-8/14-Д від 28 лютого 2014 р. )
Впровадження на електротехнічних та приладобудівних підприємствах:
ТОВ “МЕЛТА”, ТОВ «ОЛТЕСТ», м. Київ, ПП «БІОНТОП» м. Дніпропетровськ, ТОВ «ХАРТРОН-ПЛАНТ», м. Харків, ПАТ «Запорізький завод ПЕРЕТВОРЮВАЧ», ПАТ „Київський завод автоматики ім. Г.І. Петровського”, ВАТ «РАДАР», ТОВ «НВП «Аеротехніка-МЛТ», м. Київ,
які використовують промислові партії НК магнітопроводів у серійному виробництві вимірювальних приладів (ТС і Н, вимірювачів імпедансу), авіаційних та космічних телекомунікаційних систем, силових імпульсних БЖ (в т.ч. спеціального призначення)
Практичне застосування
Створено технологічний модуль обладнання для НШОР річної продуктивності 5 тон аморфних та нанокристалічних стрічок магнітом’яких сплавів, що стане базовим і може бути тиражований на металургійних підприємствах країни
Економічний ефект від впровадження розроблених технологій та наноматеріалів вже складає десятки млн. грн. від. 26
Приклад оптимізації конструкційної міцності tзр. авіаційного кріпильного болта з титанового сплаву
600 800 1000 1200 1400 1600 1800
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
1670 МПа
29 %
Kms
= 1,15
Kms
= 1,05
Kms
= 1,1
Kms
= 1,3
Kms
= 1,5
Kms
= 2,5
Kms
= 2,2
Kms
= 2,0
Kms
= 1,9
Kms
= 2,1
Kms
= 1,8
Kms = 1,85
Kms
= 1,7
1
2%
K , %
0,2
, MПa900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
550
600
650
700
750
800
850
900
дослідна партія
КТС ІМФ
tмакс.
зр. = 825 МПа
область
перспек-
тивних
оптимі-
зованих
значень
tзр.
, МПа
сплав 1 № 2, Тстар.
= 450С
сплав 1 № 3, Тстар.
= 550С
область
оптимальних
значень за
даними
вибірки
болти ДП "Антонов" 6
20
22 23
1013
919
12
84
11
7
29
tзр.
= -261,85 + 1,28SК
- 0,00038S2
К
- сплави від. 60;
- дані Волкова
5
28
15
2
16
14
17 321
1
18
SК
Результати: 1. З’ясовано, що фізичний механізм руйнування при деформації зсувом – мікроскол;
2. Встановлено взаємозв'язок між базовими характеристиками металу і конструкційною міцністю tзр.
Оптимізація базових властивостей КТС (σ0,2, σВ, ψК) Оптимізація конструкційної міцності tзр.
Чл.кор. НАНУ, д.т.н., проф. Ю.Я. Мєшков, к.ф.-м.н., с.н.с. А.В.Шиян
Система оцінки ступеня механічної надійності конструкційних сталей і титанових сплавів
від. 48
0 210
ms
,
МС
n
RК
Новий ливарний зносостійкий сплав на основі Ni з евтектичним карбідним зміцненням
Зношування розробленого сплаву в порівнянні з серійним ВЖЛ-2 в умовах газодинамічного навантаження 4,7 МПа
при температурах випробувань до 1000°С
1. Патент України на винахід №102213;
2. Металознавство та обробка металів, №3, 2014, с. 34-38.
від. 47
Структура ливарного евтектичного
композиційного матеріалу на основі
легованого нікелю з карбідом
ванадію (х 500)
д.т.н., проф. В.Г. Іванченко, к.ф.-м.н., с.н.с. Т.С.Черепова, Г.П.Дмитрієва
8-12%Cr, 3-6%W, 4-6 Mo, 1-4%Ti, 3-5 %Al, 12-13%Co
Залежність міцності нанорозмірних кристалів від їх вимірності
Вимірність є одним із ключових факторів, який визначає міцність нанорозмірних кристалів. Зростання міцності кристалів вуглецю при зменшенні їх вимірності зумовлено: (і) зменшенням координаційного числа; (іі) збільшенням кута між напрямками міжатомних зв'язків
Міцність карбіну є абсолютною верхньою межею міцності матеріалів і складає
417 ГПа
1 2 3 40
2
4
6
8
10
12
14417
Міц
ніс
ть з
в'я
зку
, F
С (
нН
)( 113
o, 113
o, 113
o)
(180o)
(114o,132
o)
М
іцн
ість
зв'я
зку
, R
c (Г
Па)
Координаційне число, Z
ГрафенКарбін Алмаз
95
110121
360
(130o,130
o)
"armchair""zigzag"
від. 48 та 60 д.ф.-м.н., проф. С.О. Котречко, к.ф.-м.н., с.н.с. А.М. Тимошевський
Для інтерв’ю Президента
9
1. Розроблено технологічні процеси низькотемпературного іонно-плазмового синтезу
спеціальних наноструктурованих покриттів на основі плівок нітриду алюмінію на діелектричних
підкладинках з гнучких термолабільних матеріалів і створено функціональні квазіоптичні
фільтрувальні пристрої, що забезпечують радіопрозорість вхідних сигналів у мікрохвильовому (2–
36 ГГц) та їх загородження в інфрачервоному діапазонах (більше 2 ТГц). Створено пристрої для
надчутливих кріоелектронних приймальних систем новітньої міжнародної мережі
радіоінтерферометрів з наддалекою базою і міжнародної системи навігації та позиціонування за
даними координат полюсів та всесвітнього часу. (Е.М. Руденко).
2. Мікролегування Co та Nd сплавів на основі Fe–Nb–Cu–Si–B для забезпечення
потрібного співвідношення об’ємних часток нанокристалічної та аморфної складових в процесі
нанокристалізації аморфних стрічок уможливило стабілізацію початкової магнітної проникності на
рівні 40000 та мінімізацію питомих втрат на перемагнічування 0,027 мВт/cм3. Запропоновано
технологію створення вимірювальних ТС високого класу точності, розроблено ТУ на
високовольтний ТС (10 кВ). Відбувається підготовка до впровадження розробки за ліцензійною
угодою на МНВП ТОВ «МЕЛТА» (м. Київ), а також на електротехнічних і приладобудівних
підприємствах ПАТ “Хмельницькобленерго”, ТОВ «ОЛТЕСТ» (м. Київ), ПП «БІОНТОП» (м.
Дніпропетровськ). (В.К. Носенко, І.К. Євлаш, О.М. Семирга).
3. Розроблено зносостійкий евтектичний ливарний сплав на Ni основі з карбідом ванадію,
визначено оптимальні умови легування, які забезпечують високі фізико-механічні властивості за
високих температур. Зносостійкість сплаву при газодинамічному навантаженні в умовах,
наближених до експлуатаційних при 1000°С, у восьмеро перевищує цю характеристику серійного
сплаву ВЖЛ-2, що уможливлює підвищення робочого ресурсу авіаційних двигунів. (В.Г. Іванченко,
Г.П. Дмитрієва, Т.С. Черепова).
4. Виявлено ефекти кореляції та впорядкування в розміщенні точкових і лінійних
дефектів за окремої або одночасної присутності їх у графеновій ґратниці: впорядкування точкових
дефектів може відкривати заборонену зону в графеновому енергетичному спектрі, поліпшувати
графенову електропровідність в десятки разів, а орієнтаційна кореляція лінійних дефектів може
підвищувати провідність вп’ятеро, тобто за одночасної присутності обох типів дефектів
впорядкування одних і кореляція інших мо жуть поліпшувати графенову провідність в сотні разів
порівняно з їх випадковим орієнтаційно-просторовим розподілом. (Т.М. Радченко, В.А. Татаренко у
співпраці з КНУ імені Тараса Шевченка).
16 патентів і заявок
10