Методами металлографии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа исследованы индуцированные стационарной вакуумной дугой структурные превращения в поверхностном слое Al-Ti катодов, изготовленных по разным технологиям (литье, спекание и горячее прессование порошковых смесей).

Справочное издание состоит из двух томов (четырех книг). Во второй книге т. 1 приведены сведения о физических и химических свойствах железа и его сплавов, отражены закономерности, существующие между составом, структурой и свойствами сплавов. Описаны такие характеристики сплавов, как пригодность к сварке, способность к горячей и холодной деформации, к обработке резанием, износостойкость. Рассмотрены способы нанесения металлических, органических и неорганических покрытий. Для инженерно-технических работников и специалистов, занятых в области металлургии, всех видов машиностроения и приборостроения, а также для студентов и преподавателей, специализирующихся в области материаловедения.

На примере титановых сплавов ВТ1-0 и Вт-6 проведены исследования особенностей влияния пластической деформации прокаткой при комнатной температуре на структуру и механические свойства металлических материалов в субмикрокристаллическом состоянии. Показано, что такая обработка может приводить как к упрочнению, так и разупрочнению рассматриваемых сплавов. Установлено, что характер изменения механических свойств определяется соотношением таких параметров структуры, как размер зерен, однородность их распределения по размерам, объемная доля мелких зерен с пониженной плотностью дислокаций.

Проведены сравнительные исследования влияния легирования водородом на структуру и фазовый состав сплава Ti-6AL-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях. Изучено развитие деформационных процессов в легированном водородом сплаве в обоих состояниях в условиях растяжения при температуре 293 К в зависимости от содержания водорода в сплаве. Установлено, что присутствие водорода в наноструктурированном сплаве Ti-6AL-4V в твердом растворе приводит к снижению его предела текучести и повышению предела прочности и общей деформации до разрушения. Обсуждаются возможные причины увеличения продолжительности стадии равномерной деформации и эффекта деформационного упрочнения сплава в присутствии водорода в твердом растворе.

Исследованы объемные изменения при спекании порошковых смесей Ti-Cu в концентрационном интервале 0-12 ат.% Cu. Установлен экстремальный характер концентрационной зависимости усадки прессовок. Методами металлографии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов изучены фазовый состав, микроструктура спеченных материалов и элементный состав структурных составляющих. Обсуждена роль процессов, ответственных за формирование структуры при спекании, а также рассмотрено влияние на эти процессы дисперсности порошков, однородности распределения меди в порошковой смеси и длительности изотермической выдержки при спекании.

Представлены результаты исследования микроструктуры и фазового состава титановых образцов с различным размером зерна (0.3; 1.5; 17 мкм), имплантированных ионами алюминия на источнике Mevva-V.RU. установлено, что в результате ионного облучения на основе зерен а-титана образуются полифазные имплантированные слои. Размеры, форма и места локализации вторичных фаз (TiO2, Ti2O, TiC, Ti3Al, Al3Ti) зависят от размера зерна титановой имплантируемой подложки. Обнаружено, что выделения наноразмерных зерен TiO2 наблюдаются преимущественно на дислокациях в объеме матричных зерен. Формирование Ti2O наблюдается целыми областями на титане с мезополикристаллическими зернами (17 мкм). Установлено, что упорядоченная фаза Ti3Al локализуется на глубине более 200 нм имплантированного слоя по границам титановой мишени.

Исследованы закономерности накопления микропластической деформации при статическом и циклическом нагружении поликристаллического и субмикрокристаллического титана. Показано, что при переходе от поликристаллической к субмикрокристаллической структуре характер развития микропластической деформации при обоих видах нагружения не изменяется, а циклостокость и предел выносливости возрастают. При обеих структурах получено соответствие между величиной предела выносливости и величиной макроскопического предела упругости.

Методом холодного прессования и последующего вакуумного спекания смесей порошков алюминия и железа получены алюминиевые сплавы, которые представляют собой алюминиевую матрицу, содержащую от 40 до 80 об.% интерметаллидов FtAl3. Высокотвердая вторая фаза в зависимости от ее содержания находится в матрице в виде отдельных включений или образует непрерывный каркас. Определены пористость, прочностные свойства, коэффициент трения и несущая нагрузка сплавов при различных режимах трения в контакте с закаленной сталью.

Анализируются концентрационные профили ионов алюминия в поликристаллическом титане, имплантированного полиэнергетическим пучком вакуумно-дугового источника через осаждаемую на поверхность мишени газо-металлическую пленку.

Работа посвящена изучению влияния поверхностного и объемного модифицирования структуры титана ВТ1-0 на его триботехнические свойства. Определены оптимальные режимы обработки титана пучком электронов (длительность импульса пучка электронов 50 мкс, количество импульсов 3, плотность энергии пучка электронов 25 Дж/см2 для крупнозернистого и 20 Дж/см2 для ультрамелкозернистого титана), приводящие к снижению изнашивания материала при трении в несколько раз. Исследована морфология поверхности трения, обнаружены вторичные структуры в виде островков, а также бороздчатая структура со следами схватывания. Предполагается, что в процессе трения происходит самоорганизация устойчивых вторичных структур, обеспечивающих кратное повышение износостойкости технически чистого титана ВТ1-0.

Исследован процесс окисления на воздухе образцов титана с субмикрокристаллической (СМК) структурой (средний размер элементов зеренно-субзеренной структуры 0,46 и 0,15 мкм), полученных методом пластической деформации. Показано, что в условиях деформационного воздействия в титане возрастает содержание растворенного кислорода, приводящего к стабилизации a-фазы и смещению температуры полиморфного перехода в область более высоких температур. При линейном нагреве на воздухе наблюдается немонотонное изменение скорости прироста массы образцов, связанное с неравномерным характером роста зерен и миграции границ. По результатам изучения кинетики окисления Ti в изотермических условиях в интервале 600-800 гр.С показано, что процесс протекает в диффузионном режиме вследствие формирования на поверхности металла плотного оксидного слоя. С уменьшением среднего размера зерна в образцах происходит понижение эффективной энергии активации процесса окисления за счет повышения диффузионной проницаемости металла. основная кристаллическая фаза, образующаяся при окислении Ti в данном температурном интервале, независимо от структуры металла - TiO2-рутил.

Методами теории функционала плотности проведено теоретическое изучение сорбции водорода в интерметаллических сплавах B2-TiMe (Ме=Ni, Co, Pd) с симметричной границей наклона Е5 (310) и поверхностью (310). Анализируется влияние водорода на электронные характеристики сплавов в зависимости от позиции сорбции на границах раздела. Показано, что энергия сорбции водорода зависит от его локального окружения, но в целом водород на границах раздела предпочитает позиции, обогащенные титаном, тогда как энергия сорбции водорода в позициях, обогащенных металлом, уменьшается с заполнением электронами d-оболочки второго компонента сплава. Проведены расчеты зернограничных и поверхностных энергий, а также энергий сегрегации водорода к границам раздела. Показано, что сорбция водорода в сплавах титана приводит к уменьшению работы Гриффится и способствует хрупкому разрушению по границам наклона.

Проведены исследования влияния интенсивной пластической деформации методом всестороннего прессования и последующих термообработок на структуру и механические свойства титанового сплава ПТ-3В. Показано, что формирование субмикрокристаллической структуры приводит к существенному повышению механических свойств указанного сплава при комнатной температуре и сдвигу температурного интервала реализации сверхпластичного течения в область более низких температур на 250-300 К. Установлено также, что низкотемпературный отжиг сплава ПТ-3В в субмикрокристаллическом состоянии приводит к дополнительному увеличению его пределов прочности и текучести при существенном (почти в 2 раза) увеличении деформации до разрушения.

На микро- и мезоуровнях методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии исследована эволюция структуры сверхпроводников на основе сплава NbTi, которые используются в качестве токонесущих элементов в магнитной системе ИТЭР. Исследованы структура, фазовый состав и их влияние на свойства сверхпроводящего сплава ниобий-титан (Nb + 47%Ti) после холодного волочения и промежуточного отжига.

Представлены исследования по изучению химического и фазового состава, структуры и механических свойств поверхностных слоев титана, модифицированных в условиях имплантации ионами алюминия. Использованы образцы титана с различным размером зерна (от нанокристаллического до поликристаллического состояния). Было установлено, что ионная имплантация в высокой интенсивности режим позволяет образования мелкодисперсных (размер зерна менее 100 нм) интерметаллических фаз Ti3Al и TiAl оксиды и карбиды титана, а также твердый раствор алюминия в титане с переменным по глубине составом. Установлено, что в поликристаллическом титане (ср. размер зерна 17 и 38 мкм) после имплантации ионами алюминия вторичные фазы Ti3Al, TiAl, TiO2, TiC образуется в объеме зерен титановой матрицы. показано, что наноструктурные частицы TiO2 фазы расположены преимущественно на дислокациях в объеме зерна титановой матрицы. Показано, что в мелкозернистом титане Ti3Al фаза преимущественно формируется в имплантированном слое вдоль границы титанового зерна. Установлено, что TiAl3 фаза наблюдается только в титане в субмикро- (ср. размер зерна 0,3 мкм) и микроструктурном (ср. размер зерна 1,5 мкм) состояниях. Показано, что улучшение механических свойств титана связано с образованием градиентной структуры ионно-легированного поверхностных слоев.

Представлены расчеты модулей Юнга и сдвига, коэффициента Пуассона в зависимости от направления на плоскостях (100) и (110) В2-фазы монокристалла Ti50Ni45Fe2. Расчеты проведены на основе измеренных авторами скоростей поперечных и продольных ультразвуковых волн, распространяющихся в указанном сплаве при атмосферном и гидростатическом давлении 0,6 ГПа при температуре 298 К. Показано, что, в отличие от действия температуры при ее понижении на пути к мартенситному превращению, наложение давления на сплав, находящийся в таком же предпереходном состоянии, повышает анизотропию кристаллической решетки.

Исследовано электрохимическое и коррозионное поведение крупнозернистого (КЗ) (средний размер зерна 15 мкм) и субмикрокристаллического (СМК) титана (двух типов со средними размерами элементов зеренно-субзеренной структуры 0,15 и 0,46 мкм) в 1-5 М растворах H2SO4. Показаны существенные отличия в соотношении скоростей анодного и катодного процессов, а также значений потенциалов перехода титана в пассивное состояние в зависимости от его структуры и состава оксидного слоя. Показано влияние структуры Ti на степень его наводороживания и тип коррозионного разрушения образцов в H2SO4. Предложено объяснение различий поведения Ti в растворах, учитывающее повышение содержания растворенного в металле кислорода за счет увеличения диффузионной проницаемости пластически деформированного титана.

Методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов исследованы особенности формирования ультрамелкозернистой структуры в сплаве Ti-6Al-4V методом, сочетающим интенсивную пластическую деформацию (ИПД) и обратимое легирование водородом. Установлено, что в процессе интенсивной пластической деформации сплава мартенситное и α ↔ β -фазовое превращения, обусловленные присутствием водорода, способствуют измельчению структуры. Это позволяет уменьшить степень деформации, необходимую для получения в сплаве ультрамелкозернистой структуры с размером элементов 0,1-0,5 мкм. Показано, что формирование в сплаве Ti-6Al-4V ультрамелкозернистой структуры приводит к росту его прочностных характеристик примерно в 1,5 раза, повышению сопротивления водородной хрупкости и снижению температуры перехода в сверхпластическое состояние на 200-300 К.

Представлены результаты количественного исследования структурно-фазового состояния титана в мелкозернистом состоянии до и после имплантации ионами алюминия. В материале выделено два типа зерен а-Ti, различающихся по фазовому составу, дефектной структуре и размерам: мелкие зерна в интервале 0.1-0.5 мкм и крупные зерна в интервале 0.5-5 мкм. Установлено присутствие в материале двух типов частиц TiO2: частицы округлой формы, расположенные на дислокациях в объеме зерен а-Ti, и частицы пластинчатой формы, расположенные только внутри крупных зерен а-Ti. Формирование фазы Ti3Al наблюдается в виде пластинчатых выделений по границам зерен и округлых частиц в тройных стыках. Обнаружено, что частицы фазы TiAl3 выделяются с меньшей объемной долей, по сравнению с фазой Ti3Al, и локализуются по границам крупных зерен титановой матрицы. Установлено, что в результате ионного облучения изменяются существенно зеренное состояние и дефектная структура материала: происходит значительное увеличение плотности дислокаций и внутренних напряжений в мелких зернах относительно исходного состояния титана.

Рассмотрены вопросы физикохимии поверхностных явлений в расплавах, адгезии, смачиваемости, капиллярных свойств металлических и неметаллических расплавов, процессов растекания жидких фаз по твердым, контактного взаимодействия, пропитки, капиллярной коалесценции частиц. Приведены результаты исследований и технологических разработок в области адгезионно-активных припоев в металлизационных сплавов, пайки неметаллических материалов, нанесения покрытий. Для специалистов, занимающихся вопросами межфазных явлений при высоких температурах и практическим применением их в области пайки материалов.

Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведены исследования микроструктуры и фазового состава титанового става ВТ1-0, имплантированного ионами алюминия. Исследования выполнены на зернах двух типов; 1) крупные зерна (dcp = 1.4 мкм) и 2) мелкие зерна (dcp = 0.5 мкм). Рассчитана величина упрочнения для разного типа зерен по глубине ионно-легированного слоя.

С помощью ЯМР Н-спектроскопии выявлены закономерности реакции циклопентадиена с винилтриэтоксисиланом в условиях реакции Дильса-Альдера. Установлено, что при температуре 20 С превалирующей является реакция димеризации циклопентадиена, которая ускоряется под действием каталитических количеств тетрахлорида титана.

Методом псевдопотенциала с обобщенным градиентным приближением для обменно-корреляционного функционала проведено изучение сорбции кислорода в сплаве гамма-TiAl и на поверхностях (001), (100) и (110) с низкими индексами. Определены наиболее предпочтительные позиции для сорбции кислорода в объеме и на поверхности сплава. Показано, что октаэдрическая позиция, обогащенная титаном, наиболее предпочтительна для сорбции кислорода в объемном материале. Изучено влияние концентрации кислорода на атомную и электронную структуры стехиометрической поверхности (100) сплава TiAl. Показано, что на первом этапе окисления кислород предпочитает формировать связи с титаном. Рассчитаны Энергетические барьеры диффузии кислорода на стехиометрической поверхности (100) и в объем материала. Показано, что значения барьеров существенно зависят от локального окружения кислорода и возрастают при диффузии из обогащенных титаном позиций. Наиболее возможным механизмом диффузии кислорода с поверхности (100) в глубь материала является его миграция по тетраэдрическим позициям.

Проведены исследования эволюции структурно-фазового состояния титанового сплава переходного класса ВТ22 после радиально-сдвиговой прокатки и последующего старения. Показано, что в результате прокатки в интервале температур 1123-1023 К наблюдается формирование ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структуры с размером элементов около 0.5 мкм с повышенным (более чем в 2 раза по сравнению с исходным состоянием) содержанием бетта-фазы и мелкодисперсными частицами альфа-фазы размером около 0.3 мкм. Последующий отжиг (старение) при температуре 723 К приводит к распаду деформированной в процессе прокатки бетта-фазы с уменьшением ее объемной доли и формированию наноразмерных пластинок пересыщенного молибденом твердого раствора бетта1-фазы и мартенситной альфа"-фазы.

Методом проекционных присоединенных волн (PAW) в рамках теории функционала электронной плотности (DFT) изучена энергетика связи водорода с металлами IVB группы, а также взаимодействие водорода с примесями Зd-переходных и простых металлов (Al, Ga, Si, Ge). Установлено, что растворимость водорода в Ti, Zr и Hf увеличивается при их легировании металлами середины Зd-периода. Анализируется взаимосвязь между энергией взаимодействия водорода с примесью, искажениями решетки и электронной структурой исследуемых систем. Показано, что примеси не влияют на предпочтительность позиций сорбции водорода в титане, но могут изменять ее в цирконии и гафнии. Анализируется влияние примеси и водорода на электронную структуру металлов. Полученные результаты показали, что в изученных металлах взаимодействие водорода с примесями переходных и простых металлов определяются разными механизмами: притяжение водорода примесями переходных металлов обусловлено размерным эффектом, тогда как отталкивание водорода простыми металлами может быть связано с электронными факторами.

Исследованы элементный состав, зеренная структура, параметры твердого раствора и фазовый состав поверхностных слоев технического титана, подвергнутого обработке электронными пучками с разной плотностью энергии. Обнаружено, что в поверхностном слое образуется пластинчатая структура, поперечный размер пластин которой увеличивается с увеличением плотности энергии пучка. Под модифицированным слоем образуется субзеренная структура и деформационные двойники. Микроискажения кристаллической решетки возрастают на порядок по сравнению с внутренними слоями.

Исследовано влияние дополнительных отжигов на структуру и механические свойства титанового сплава ВТ6 в субмикрокристаллическом состоянии. Показано, что отжиг при 833 К 20 мин не оказывает существенного влияния на механические свойства сплава при комнатной температуре. В тоже время указанный отжиг приводит к существенному ухудшению сверхпластичных свойств сплава. Отжиг при 873 К 5 мин приводит к резкому падению прочностных свойств сплава при комнатной температуре (примерно на 20 %). При этом сверхпластичные свойства сплава после данного отжига оказываются самыми высокими среди рассмотренных в работе состояний. Сделано предположение, что определяющую роль в развитии сверхпластического течения сплава ВТ6 после всестороннего прессования и последующих отжигов играет состояние границ зерен.

Обобщены результаты экспериментальных исследований о предельных минимальных размерах зерен в наноструктурных металлических материалах, полученных методом кручения под давлением на наковальнях Бриджмена. Показано, что важным фактором способности материала к измельчению зеренной и субзеренной структуры в процессе интенсивной пластической деформации является подвижность элементарных носителей деформации (дислокаций и точечных дефектов), контролирующая пути их пробега в полях напряжений, характерные масштабы переориентирующихся микрообъемов, а следовательно, и размеры субмикро- и нанозерен и субзерен.

Изучены химический, фазовый состав и структура слоев, полученных электронно-лучевой наплавкой на воздухе смесей порошков хрома и карбида хрома на низкоуглеродистую сталь. Определена микротвердость слоев по их толщине. Проведены испытания на изгиб, коррозионную стойкость, абразивный износ стали с наплавкой. Рассмотрен предположительный механизм формирования свойства покрытий: твердости, износостойкости, трещиностойкости и прочности на изгиб.

Предложена атомная модель образования дислокаций и двойников деформации путем прямого плюс обратного (ГЦК-ОЦК-ГЦК) мартенситного превращения, локализованного в двух или нескольких соседних плоскостях скольжения. Показано, что в рамках этой модели хорошо описываются новые закономерности и механизмы дислокационной пластичности и механического двойникования в наноструктурных металлических материалах.

Исследован процесс наноконструирования медного образца в паре трения с инструментальной сталью. Проведен структурный анализ нанокристаллического слоя, образующегося при трении на поверхности образца. Предложен механизм деформации данного слоя, подобный течению вязкой неньютоновской жидкости или гранулированной среды.

Определена износостойкость горячепрессованных модельных металлических композитов на основе переработанной стали ШХ15 при трении в условиях скользящего электроконтакта. Показано, что композиты с фазовым составом медь+графит+сталь ШХ15 и медь+графит+титан+сталь ШХ15 не способны к износостойкому скользящему электроконтакту. Введение свинца или никеля в первичную горячепрессованную структуру вместо титана приводит к реализации относительно высоких износостойкости и электропроводности зоны трения.

Обобщены результаты электронно-микроскопического исследования высокодефектных структурных состояний и закономерностей их формирования в наноструктурных материалах (Cu, Ni, Ni3Al, аустенитные стали), полученных в различных условиях интенсивной пластической деформации: кручение в наковальнях Бриджмена, равноканальное угловое прессование, большие деформации прокаткой при комнатной температуре. Проанализированы поля локальных внутренних напряжений в этих состояниях. предложена модель дефектной субструктуры объема и неравновесных границ зерен наноструктурных материалов. Проведено обсуждение наиболее важных механизмов деформации и переориентации кристаллической решетки в процессе формирования наноструктурных материалов и их последующей пластической деформации.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования микроструктуры сплава Мо-47% Re-0,4% Zr после деформации прокаткой при комнатной температуре. Особое внимание уделено исследованию анизотропии формирующихся при этом микрополосовых наноструктурных состояний и высокоэнергетических дефектных субструктур с высокими значениями кривизны кристаллической решетки, плотности дисклинаций и локальных внутренних напряжений. Представлен дисклинационный механизм переориентации как механизм фрагментации внутренней структуры микрополос.

Получены первые результаты по разработке новых металлокермических материалов из диэлектриков и металлической связки при соотношении объемов компонентов в композитах 1:1. Проведены исследования поведения порошковых смесей при прессовании и спекании. Изучены микроструктуры композитов разных составов и зависимости их объемных изменений от температуры спекания.

Показано, что характерными особенностями наноструктурного состояния после большой деформации прокаткой сплава Мо-47% Re-0,4% Zr (вес %) при комнатной температуре являются значительная плотность двойников деформации с сильно фасетированными некогерентными границами микрополос переориентации со специфическим спектром большеугловых разориентировок вокруг направлений типа (110). С использованием представлений о прямых плюс обратных (по альтернативным системам) мартенситных превращениях как механизмах пластической деформации и переориентации кристаллической решетки проведен анализ возможных механизмов формирования этих состояний.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведено исследование особенностей микроструктуры механокомпозитов, образующихся в результате механической активации смесей порошков Ti и Al в энергонапряженной планетарной шаровой мельнице. Обнаружено формирование высокодефектных структурных состояний с высокими значениями кривизны кристаллической решетки и большой плотностью дисклинаций на границах субмикро- или нанокристаллов. Предполагается, что такое высокодефектное структурное состояние является важным каналом аккумулирования энергии деформации при механоактивации и играет существенную роль в явлениях увеличения реакционной способности компонентов смесевых систем, аномального массопереноса и твердофазного взаимодействия реагентов.

В Вестнике представлены стати членов РАЕН по 10-ти направлениям, соответствующим плану работы ННЦ РАЕН. Предназначен для широкого круга специалистов в области медицины, здравоохранения, экономики, транспорта, русловых и теплофизических процессов, электронно-измерительной техники, гидротехнических сооружений и экологии.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры метастабильной аустенитной стали Fe-18%Cr-8%Ni (вес. %) после больших пластических деформаций прокаткой. Показано, что большие пластическе деформации приводят к формированию двухфазной субмикрокристаллической структуры. Обнаружены фрагменты разориентации, формирование которых можно объяснить реализацией механизма прямых плюс обратных превращений мартенситного типа. Обсуждаются механизмы фрагментации кристаллической решетки, формирования субмикро- и нанокристаллических структурных состояний.