Учёные ТГУ: прочность сплавов титана при ударах уменьшается в 10 раз

Учёные физико-технического факультета проводят эксперименты по проверке прочности сплавов на основе титана, которые используются для строительства новой космической, авиационной техники, судостроения. Они рассчитали, что если в детали из этого сплава есть отверстие, вытачка или надрез, то её способность испытывать резкие нагрузки уменьшается более чем в 10 раз.

О результатах своей работы физики рассказали на международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», где было представлено более 500 докладов от участников из 16 стран: США, стран Западной Европы, стран БРИКС и ближнего зарубежья. Перед материаловедами выступали представители фирм, которые занимаются строительством, разработкой новой техники для Арктики и новыми технологиями в энергетике, – Oxford Instruments, INSTRON, Reicherter, LIMMESS и других. Они отметили ключевые проблемы, на которых учёные должны сосредоточить свои усилия.

Учёные лаборатории свойств веществ в экстремальных состояниях ТГУ под руководством профессора Владимира Скрипняка проводят эксперименты на ключевых марках титановых сплавов, например, Ti-Nb. Эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, поэтому подходят для строительства космической и авиационной техники, а также для судостроения.

– Когда вы проектируете конструкцию, то в расчет закладываете определенные показатели, например, прочности. Эти числа берутся из справочников, но основная масса этих характеристик получена в условиях медленного нагружения. Если идет резкий удар – шасси перед посадкой самолета, удар льдин о корпус судов, различные вибрации, вы не можете использовать эти показатели, вы получите прогноз, который приведет к аварии, разрушению и катастрофе, – рассказал Владимир Скрипняк. – Мы смотрим, насколько условия высокоскоростного нагружения влияют на характеристики, которые закладываются в прочностные расчеты при проектировании.

Учёные ТГУ сосредоточились на повреждении материалов, в которых присутствуют концентраторы напряжений – это различные отверстия, вытачки, надрезы. Эксперименты показали, что в таком случае при резких ударах предельные степени деформации уменьшаются более чем в 10 раз. То есть при наличии разного рода отверстий в деталях из титановых сплавов резко понижается способность испытывать нагрузки.

– Чтобы не допустить аварий, которые возникают при динамических нагрузках, при проектировании показатели прочности берут с запасом, их увеличивают в 5-6 раз. Но на самом деле нужно увеличивать в 10, – подчеркнул Владимир Скрипняк. – В месте, где есть концентратор, вы можете конструктивно увеличить толщину и уменьшить напряжение, и вам не надо увеличивать всю конструкции в целом, где этого концентратора нет. Это избыточный вес и это чрезвычайно невыгодно, особенно когда мы имеем дело с техникой, которая используется в авиации, космонавтике, судостроении.

20191119_133921.jpg

Профессор подчеркнул, что исследования в области материалов, их свойств и характеристик важны для ключевых отраслей промышленности – космоса, химических производств, транспортных систем.

– Например, при освоении Арктики нужны новые материалы, которые обладают прочностью, коррозийной стойкостью и долговечностью при большом перепаде температур, – отметил Владимир Скрипняк. – Вопросы, связанные с применением новых материалов в жестких условиях, стоит сейчас как нельзя остро. И эти проблемы мы должны решать своими силами, так как аналогичных задач не стоит ни в Юго-Восточной Азии, ни в Австралии, ни в Европе. У них таких жестких условий нет.

Новые материалы также важны в сфере строительства, например, при возведении мостов. Так, строительство Крымского моста было связано с монтажом стальных конструкций, которые должны обеспечить прочность и сопротивляться ржавлению в достаточно агрессивной среде – морской воде. Свойства важны и при возведении зданий большой высотности – дома будут вынуждены существовать в условиях резких перепадов температур и при порывах ветра.

Выводы учёных ТГУ будут опубликованы в научных журналах с высоким импакт-фактором.

Исследования лаборатории свойств веществ в экстремальных состояниях поддержаны Научным фондом ТГУ им. Д.И. Менделеева.

Редакция НовоТОМСК