Приведены результаты исследований, направленные на совершенствование литейной технологии получения опытно-экспериментальных отливок из алюминиевых сплавов методом литья по выжигаемым моделям, изготовленным с применением 3D-печати. Для создания выжигаемых моделей использовали метод осаждения расплавленной нити (FDM – fused deposition modeling), а в качестве материала моделей был выбран биоразлагаемый материал – полилактид (PLA – polylactide). Установлено, что для уменьшения  шероховатости  выжигаемой  PLA-модели  необходимо  проводить  химическую  постобработку ее поверхности дихлорметаном. В результате окунания модели в растворитель на 10 с она приобретает гладкую и глянцевую поверхность. Испытания механической прочности PLA-пластин на трехточечный статический изгиб показали, что данный показатель составляет в среднем ~ 45,1 МПа. Термомеханический анализ полилактида выявил, что в процессе нагрева керамической оболочки выше 150 °С полилактидная модель начинает интенсивно расширяться, оказывая существенное давление на керамическую оболочку. Для уменьшения напряжений в процессе удаления полилактидной модели из керамической формы необходимо максимально увеличить время нагрева в интервале температур 150–300 °С, а также целесообразно использовать пустотелые выжигаемые модели отливки со степенью заполнения ячеистой структуры не более 30 %. При этом напряжения в оболочке не будут превышать ее прочность. С помощью термогравиметрического анализа выявлены характерные температурные характеристики термодеструкции PLA-пластика. Установлено, что материал из полилактида полностью  выгорает  при нагреве до температуры 500 °С, не оставляя после себя остатков золы. Анализ результатов позволил определить технологические режимы выжигания полилактидных моделей из керамических форм. На принтере Picaso 3D Designer (Россия) были напечатаны PLA-модели, которые  использовали  для  получения  опытно-экспериментальных  отливок  из  алюминиевых  сплавов.  Выявлено, что шероховатость поверхности (Ra)  отливки,  полученной  по  выжигаемой  модели,  обработанной  дихлорметаном,  уменьшается на 81,75 % – с 13,7 до 2,5 мкм.

В ракетно-космической и авиационной технике активно применяются тонкостенные осесимметричные  детали усеченной  сужающейся  формы,  изготовленные  из  листовых  заготовок.  Совершенствование  процессов  их  формообразования, в основе которых направленное изменение толщины материала с целью получения деталей с минимальной разнотолщинностью, позволит обеспечить ведущие позиции предприятий авиационной и космической отраслей промышленности, а также гарантирует снижение трудозатрат. Данная работа посвящена исследованию возможности получения тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы одним из способов листовой штамповки в условиях плоского напряженного состояния растяжения (отбортовкой). Выявлен механизм и проведен анализ напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе формоизменения с учетом  выражения  минимизации  между  заданной  и  технологически  возможной  толщинами. Разработана математическая модель рассматриваемого способа формообразования, основанного на процессе отбортовки. Теоретические исследования основывались на положениях теории пластического деформирования листовых материалов путем совместного  решения  приближенных  дифференциальных  уравнений  равновесия  сил,  уравнений  связи,  условия  пластичности и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. С целью исключения ошибок при проектировании инструмента для перспективной реализации способа на изготовленной штамповой оснастке, а также для подтверждения теоретических выводов по выбору технологических параметров и достижения минимальной разнотолщинности проведено моделирование процесса отбортовки в программном комплексе LS-DYNA с  исходными  данными  конической  заготовки из стали 12Х18Н10Т: угол конусности 16,4°, толщина S_заг = 0,3 мм. Представлены этапы компьютерного моделирования с указанием  основных  параметров  процесса,  таких  как  модель  материала,  механические  характеристики  материала  заготовки, тип элементов, кинематические нагрузки, условия контактного взаимодействия элементов между собой и т.д.

Настоящая работа посвящена установлению закономерности влияния добавки циркония в количестве 2,21, 3,29, 3,69 и 6,92 мас.% на структурообразование, характер распределения элементов и микротвердость структурных составляющих в сплавах системы Al–Ni–Zr, полученных алюмотермией с применением СВС-металлургии. Установлены и научно обоснованы закономерности формирования структурных составляющих и их микротвердости от содержания циркония в сплавах Al–Ni (50 мас.% Ni). Методами электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа элементов идентифицированы структурные составляющие. Структура исходного сплава состоит из алюминидов никеля Al₃Ni₂ (β′-фаза) и Al₃Ni. Легирование сплава цирконием в количестве 2,21 мас.% приводит к кристаллизации циркониевого алюминида никеля Al₂(Ni,Zr). При дальнейшем увеличении содержания циркония (более 2,21 мас.%) кристаллизуются комплексно-легированные интерметаллидные соединения – алюминиды Zr, W, Si и циркониды Ni. Установлена закономерность снижения растворимости Ni в алюминидах никеля Al₃Ni₂ и Al₃Ni и их микротвердости по мере увеличения содержания циркония от 2,21 до 6,92 мас.% в сплавах Al–Ni–Zr. В алюминиде никеля с цирконием Al₂(Ni,Zr) это способствует уменьшению растворимости Ni, Al и повышению концентраций Si и Zr. Легирование сплава Al–Ni цирконием в количестве более 2,21 мас.% способствует повышению твердости (HRA), несмотря на снижение микротвердости металлической основы (Al₃Ni₂, Al₃Ni и Al₂(Ni,Zr)). Основной причиной повышения твердости сплавов Al–Ni–Zr является кристаллизация комплексно-легированных интерметаллидов – алюминидов Zr, W, Si и цирконида никеля, обладающих, вероятно, повышенной микротвердостью. Таким образом, легирование сплава Al–Ni цирконием позволяет получить пластичную металлическую основу из алюминидов никеля Al₃Ni₂, Al₃Ni и Al₂(Ni,Zr) и высокотвердые комплексно-легированные интерметаллиды.

Разработаны подходы к оптимизации режима селективного лазерного плавления (СЛП) для получения пористых материалов из сплава Ti–6Al–4V медицинского назначения с тонкими конструкционными элементами и низким уровнем дефектной пористости. Улучшенное проплавление тонких элементов с применением разработанных экспериментальных режимов СЛП достигается за счет значительного снижения расстояния между проходами лазера (с 0,11 до 0,04–0,05 мм), а баланс между плотностью энергии лазера и скоростью построения скомпенсирован путем изменения скорости пробега и мощности лазера. Результаты изучения дефектной пористости и твердости образцов, изготовленных по экспериментальным режимам СЛП, позволили установить 3 наиболее перспективных набора параметров, один из которых выбран для исследования механических свойств в сравнении со стандартным режимом СЛП. Для этого исследования разработаны и изготовлены образцы на основе структур типа ромбического додекаэдра и полиэдра Вороного пористостью 70–75 %. Установлено, что снижение уровня дефектной пористости с ≈1,8 % до 0,6 %, обеспеченное применением разработанного режима СЛП, способствует значительному повышению прочностных характеристик материала. Увеличение условного предела текучести ромбического додекаэдра с 76 до 132 МПа и Вороного с 66 до 86 МПа. При этом сохраняется низкий модуль Юнга (1–2 ГПа), соответствующий уровню жесткости губчатой костной ткани.

Исследованы возможности нанесения с высокой скоростью осаждения многослойных покрытий на изделия сложной формы с помощью инвертированных магнетронов. Рентгеновским методом обратных полюсных фигур и методом «sin²Ψ» оценивали формирование текстуры и остаточных напряжений в магнетронных четырехслойных  Ta/W/Ta/W-покрытиях,  нанесенных при напряжениях от 0 до –200 В на цилиндрическую и плоскую подложки из меди, имитирующие элементы поверхности изделий сложной формы. Показано, что закономерности формирования текстуры в покрытиях зависят в основном от напряжения смещения на подложке (U_п), при этом при U_п = –200 В они отличаются для слоев W и Та. При U_п = –100 В реализуется эпитаксиальный механизм текстурообразования, который в случае цилиндрической подложки приводит к интенсивной (111) текстуре всех четырех слоев, а в случае плоской – к формированию во всех слоях монокристальной (111) текстуры с шириной текстурного максимума 12°–14°. Наличие монокристальной (111) текстуры тантала соответствует максимальным значениям модуля Юнга и, соответственно, сил межатомной связи нормально плоскости покрытия, что предполагает у многослойных покрытий с внешним Та-слоем высокие трибологические характеристики. Увеличение напряжения на плоской подложке от 0 до –200 В приводит к повышению остаточных сжимающих напряжений от 0,5 до 2,7 ГПа для исследуемого четырехслойного покрытия.

Исследовано влияние изменения  параметров  горячего  прессования  на  физико-механические  свойства  труб  из сплава Ti–3Al–2,5V. Материалом для исследования служили  четыре  патрубка,  отобранные  от  разных  горячепрессованных труб из сплава Ti–3Al–2,5V с внешним диаметром 90 мм и толщиной стенки 20 мм, полученных из экспандированных гильз с внешним диаметром 195 мм на горизонтальном гидравлическом прессе. Экспандированные гильзы перед прессованием  нагревались до температуры 850–865 °С. Образцам исследуемых горячепрессованных труб присвоены номера 1, 2, 3 и 4 согласно последовательности  их  получения  в  промышленных  условиях.  Показано,  что  увеличение  количества  проведенных  прессовок в α + β-области от трубы 1 к трубе 4 приводит к закономерному уменьшению объемной доли первичной α-фазы в их структуре, а также к росту объемной доли β-превращенной структуры вследствие повышения температуры окончания прессования, вызванного более активным деформационным разогревом из-за увеличения температуры инструмента (матрицы и иглы). Обнаружено, что фиксируемое структурно повышение температуры окончания прессования от 1-й трубы к 4-й влечет за собой характерное уменьшение объемной  доли  остаточного  β-твердого  раствора  и  снижение  «остроты»  наблюдаемой  тангенциальной текстуры α-фазы. Установлено, что выявленные изменения структурно-фазового состояния сплава от 1-й трубы к 4-й оказывают закономерное влияние на получаемый в них уровень свойств – контактного модуля упругости и микротвердости. Полученные  закономерности  необходимо  учитывать  при  разработке  технологического  режима   многоразового   прессования труб из сплава Ti–3Al–2,5V.

Алюмоматричные композиционные материалы, дисперсно-упрочненные тугоплавкой фазой карбида титана, характеризуются уникальным сочетанием свойств и относятся к группе перспективных конструкционных материалов. Одним из наиболее доступных и энергосберегающих методов их получения является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), основанный  на  экзотермическом  взаимодействии  титана  и  углерода  (или  их  соединений)  непосредственно  в  расплаве. В работе приводятся результаты СВС композиционных материалов на основе промышленных сплавов АМг2H и АМг6H, упрочненных  10  мас.%TiC.  Исследованы  макро и  микроструктура  полученных  образцов,  проведены  микрорентгеноспектральный и рентгенофазовый анализы. Установлено, что уже в процессе охлаждения  на  воздухе  после  синтеза  происходит  выделение β-фазы из α-твердого раствора алюминия. Проведены эксперименты по изучению влияния дополнительного нагрева на структуру и свойства образцов, определены  оптимальные  температурно-временные  параметры,  предложена  феноменологическая модель последовательности структурных превращений. Выполнен сравнительный анализ физических, механических, технологических свойств и коррозионной стойкости исходных сплавов АМг2H и АМг6H в  нагартованном  состоянии  и  композиционных материалов на их основе до и после термической обработки. Установлено, что проведение дополнительного нагрева способствует снижению пористости и сохранению уровня электропроводности относительно этих показателей для литых композитов. Выявлено, что  прочность  на  сжатие  и  относительная  деформация  для  композита  на  основе  сплава  АМг2  изменяются незначительно, тогда как для материала на основе АМг6 их падение более существенно. При этом термическая обработка позволяет повысить твердость материалов, сохранив достаточную способность композитов к пластической деформации, что подтверждается значениями степени деформации и коэффициента уковки, близкими к уровню матричных сплавов. Также установлено,  что  синтезированные  композиционные  материалы  сохраняют  высокий  уровень  устойчивости  к  углекислотной и сероводородной коррозии.