The theory of structural transformations in the planar sybsystem (surface layers and internal interfaces) of solids under plastic deformation is developed. The theory is based on a consideration for local curvature of the crystal lattice, with new structural states arising in its interstices, responsible for plastic distortion. To satisfy the superplastic condition, such high-rate mechanisms should develop in both planar and 3D crystal subsystems. In a translation-invariant crystal, this condition is met by concentration fluctuations. The multiscale criterion of superplasticity is formulated based on the scale invariance of plastic deformation of the planar and crystal subsystems in a deformable solid. Beyond the criterion, superplasticity passes to the creep mode with restricted plasticity of the material.

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.

Настоящий том посвящен изложению физических свойств кристаллов на основе учения о кристаллофизике. Вначале вводится тензорный аппарат кристаллофизики и рассматриваются общие вопросы симметрии физических свойств кристаллов. Далее рассматриваются механические (упругие свойства, пластическая деформация, механическое двойникование, разрушение), электрические (с основном сегнетоэлектрические), магнитные, полупроводниковые и оптические свойства кристаллов, Изложены явления переноса в процессах и термомагнитные явления в кристаллах. Описаны физические свойства жидких кристаллов. Книга рассчитана на научных сотрудников и инженеров, работающих в области исследования, применения и выращивания кристаллов, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов высших учебных заведений.

В книге рассмотрены основные технологические процессы производства железа, чугуна, стали, методы разливки стали, способы внепечной обработки металла. Описываются металлургические способы производства меди, никеля, алюминия, титана, вольфрама и молибдена. Специальные разделы посвящены обработке металлов давлением и термической обработке. Кратко изложены основы литейного производства, сварочной техники и пайки металлов, способы получения изделий из порошкообразных материалов. Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлению Металлургия 651300 по специальностям: 150101, 150102, 150103, 150104, 150105, 150106, 150107, 150108, а также по другим родственным специальностям.

The scale-invariant mechanical behavior of a nanostructured solid is associated with plastic distortion as a major mechanism of nano- and microscale structural transformations. Active grain boundary sliding in a deformed material (microscale) within its highly developed planar subsystem (nanograin boundaries) causes a progressive increase in lattice curvature and plastic distortion of atoms which produces nonequilibrium vacant sites in the nanostructure. The motion of nonequilibrium point defects in nanostructure curvature zones provides conditions for noncrystallographic plastic flow, dissolution or dispersion of initial phases, and formation of nonequilibrium phases in a deformed material. The possibility of reversible structural phase transformations in the presence of high lattice curvature opens the way to greatly increase the fatigue life of surface nanostructured polycrystalline materials.

Изучено влияние интенсивной пластической деформации и изотермических отжигов на формирование дислокационной субструктуры в сплаве на основе никелида титана с термоупругим мартенситным превращением. Показано, что особенностью исследованного сплава является высокая скалярная плотность дислокаций, которая сохраняется вплоть до температур 1073 K. Уменьшение плотности дислокаций происходит только в результате термообработок при температуре 1373 K. Установлено, что изменение микроструктуры приводит к изменению скорости накопления остаточной деформации при квазистатическом и циклическом нагружении. На основании экспериментальных данных сделаны предположения о возможности развития дислокационного и мартенситного механизмов деформации.

Localized plastic strain evolution stages in notched aluminum AA 2024 alloy tension specimens have been investigated. Integral calculations of the microscale strain have employed acoustic emission data. The mesoscale strain has been studied by calculating the normalized integral equivalent shear strain from television-optical data. To gain insight into the special features of the macroscale strain, the time derivative of the applied loading has been examined. Early in the loading process, acoustic emission is shown to respond best to deformation and fracture. This makes it possible to reveal a transition from stage I to stage II in the evolution of localized strain where the mesoscale level comes to dominate over the macroscale one. At high strains, the digital image correlation method provides a consistent characterization of the predominance of the mesoscale level. The results of the investigations under review point to the fact that an analysis of localized plastic strain stages is an effective means of interpreting the data on the evolution of plastic flow at different scale levels.

С целью исследования напряженно-деформированного состояния циркониевого сплава в очаге холодной прокатки рассмотрены процесс эволюции автоволн локализации деформации и изменения скорости распространения ультразвука. Установлено, что на участке перехода от зоны осадки к зоне редуцирования происходит значительное исчерпание запаса пластичности материала, поэтому на указанном участке наиболее вероятно разрушение. Показано, что с помощью традиционных способов оценки запаса пластичности по механическим характеристикам выявить такой участок невозможно, необходим комплексный анализ картин макролокализации пластической деформации и результатов акустических измерений.

Исследованы эволюция микроструктуры и изменение температур мартенситных превращений сплава Ti49.2Ni50.8 (ат. %) с увеличением величины деформации при изотермической прокатке в ручьевых вальцах (Т= 723 К). Обнаружено, что на начальных стадиях деформации увеличивается размер зёрен. Показано, что при е > 0.2 во всем объёме образца происходит измельчение зёренной структуры по механизму непрерывной динамической рекристаллизации. Установлено, что до деформации е ~ 0.2 температуры мартенситных превращений изменяются немонотонно и далее практически остаются постоянными, что объясняется протеканием процессов динамической рекристаллизации.

Методами оптической и электронной просвечивающей микроскопии, рентгеноструктурного анализа, наноиндентирования, определения величины износа, механических испытаний на одноосное растяжение изучено влияние ультразвуковой ударной поверхностной обработки на тонкую структуру и механические характеристики поверхностных слоев и деформационное поведение объемных образцов монокристалла TiNi(Fe, Мо).

Методом оптической металлографии in-situ исследованы закономерности развития мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях в крупнозернистом и субмикрокристаллическом никелиде титана в ходе изотермического нагружения при 295 K. Установлены особенности развития мартенситного превращения в субмикрокристаллическом состоянии по сравнению с крупнозернистым состоянием.??.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа исследована микроструктура шейки образцов ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-12Cr-2W-V-Ta-B) после одноосного растяжения при комнатной температуре. Образцы подвергались стандартной термообработке (закалка + старение), а также промежуточной ультразвуковой обработке между закалкой и старением. Показано, что в шейке образца после стандартной термообработки в рейках мартенсита образуются субмикрокристаллические зерна а-фазы и изотропные дислокационные фрагменты. В образцах после ультразвуковой обработки в зоне локализованной деформации отсутствуют границы мартенситных кристаллов и также наблюдаются субмикрокристаллические зерна. Изучено влияние ультразвуковой обработки на характер разрушения образцов стали при одноосном растяжении.

Проведено исследование закономерностей ударного разрушения на разных масштабных уровнях образцов эпоксидных композиционных материалов, армированных дисперсным наполнителем (микрочастицами карбида кремния) в различной концентрации. Показано, что высокая степень структурной неоднородности эпоксидных композиционных материалов на различных структурных уровнях является одним из факторов, определяющих их физико-механические свойства. При динамическом деформировании в материале действует развитая иерархия структурных уровней деформации, которая обуславливает самосогласованное деформирование и разрушение всего объема материала при ведущей роли поворотных мод деформации. По этой причине развитие микротрещин (микроскол) обусловлено малой величиной сдвиговой деформации, дополнительно ограниченной наличием частиц упрочняющей фазы. При старте магистральной трещины определяющим является микроуровень, в то время как продвижение фронта трещины определяется макромеханизмами разрушения.

Shock fracture mechanisms of different scales were investigated on epoxy composite materials reinforced with silicon carbide microparticles of different concentrations. It is shown that the high heterogeneity of the epoxy composites at different structural scales is one of the factors responsible for their physical and mechanical properties. Under dynamic loading, the material reveals a developed structural scale hierarchy which provides self-consistent deformation and fracture of the material bulk with the lead of rotational deformation modes. As a result, microcracks develop due to low shear strain limited in addition by reinforcing particles. At the start of a main crack, microscale mechanisms dominate, whereas the propagation of its front is governed by macroscale fracture mechanisms.

Исследовано влияние больших пластических деформаций при "abc"-прессовании в интервале температур 873-573К на микроструктуру и мартенситные превращения в никелиде титана. Показано, что при пониженных температурах деформирования формируется смешанное ультрамелкозернистое состояние сплава на основе субмикрокристаллической и наноструктурной фракций. Построена диаграмма мартенситных превращений при охлаждении и нагреве деформированных образцов. Изучено влияние температуры "abc"-прессования на эффект памяти формы в никелиде титана.

В работе представлены результаты исследований влияния трехсторонней ковки при 873...673 K на микроструктуру, фазовый состав и мартенситные превращения в никелиде титана. Показано, что при понижении температуры ковки увеличивается объемная доля субмикрокристаллической фракции, а после ковки при 673 K субмикрокристаллическая фракция преобладает, присутствует наноструктурная фракция (~30 %) и встречаются единичные зерна размером ~ 1 мкм. Установлена корреляция размеров фрагментов зеренно-субзеренной структуры TiNi с их фазовым составом. Обнаружена смена последовательности мартенситных превращений при охлаждении образцов, деформированных при 873...673 K.

Представлены результаты исследования закономерностей формирования микроструктуры в титане ВТ1-00 и ВТ1-0, подвергнутом интенсивной пластической деформации методами равноканального углового и одноосного прессования в пресс-форме при различных деформационно-температурных режимах. Применение пресс-формы позволяет создать стесненные условия и повысить эффективность прессования. Показано, что прессование указанными методами приводит к формированию подобных субмикроструктур со средним размером зерна не более 0.3 мкм. Для достижения наноструктурного состояния была применена дополнительная пластическая деформация прокаткой в гладких или ручьевых валках. При этом было достигнуто состояние с характерным размером зеренно-субзеренной структуры менее 100 нм. Отжиг при 250 °С позволил повысить пластичность до 6 % при незначительном увеличении характерного размера зеренно-субзеренной структуры.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование микрополосовых наноструктурных состояний, формирующихся при комнатной температуре в процессе больших деформаций прокаткой сплава V-4Ti-4Cr (ФГУП-ВНИИНМ)ю Показано, что характерными особенностями этих состояний являются: высокие значения кривизны кристаллической решетки; границы с переменными векторами разориентации и высокой плотностью частичных дисклинаций; локальные внутренние напряжения; преимущественный характер переориентации вокруг направлений с высокой плотностью высокоугловых границ . Высказано предположение, что эти особенности, а также возможность очень больших деформаций сплава прокаткой при комнатной температуре, являются результатом пластической деформации и переориентации кристаллической решетки механизмами прямых плюс обратных (по альтернативным системам) мартенситных превращений в полях высоких локальных напряжений.

Рассмотрен механизм упрочнения сплава Zr-1,0%Nb за счет перераспределения кислорода в твердом растворе. Предложена технология выплавки сплава, обеспечивающая оптимальное содержание и распределение ниобия и кислорода в слитке за счет применения пентаоксида ниобия Nb2O5. С помощью электронной микроскопии проанализировано распределение кислорода, обнаружены соединения Zr и Nb с кислородом нестехиометрического состава. Исследованы закономерности локализации пластической деформации, приводящие к образованию шейки при механических испытаниях и разрушению в ходе технологического процесса производства труб из сплава Zr-1,0%Nb для оболочек ТВЭЛов. Установлены основные закономерности, связывающие дислокационные характеристики сплава с количественными параметрами локализации деформации. Проведены типовые испытания труб из сплава Zr-1,0%Nb, содержавшего 0,05-0,09 масс% О2, показавшие улучшение служебных свойств материала.

Методом активной деформации растяжением при 20-1300С проведено исследование влияния режимов химико-термической обработки (ХТО) на температурную зависимость характеристик кратковременной прочности и пластичности внутреннеокисленных сплавов V-0,45Zr-0,2C и V-5Mo-0,9Zr-0,3C (ат.%). Изучено влияние границ зерен на особенности пластической деформации и разрушение этих сплавов при разных температурах. Показано, что высокая эффективность дисперсного упрочнения внутреннеокисленных сплавов сверхмелкими частицами оксидов ZrO2, формирование в процессе внутреннего окисления структурных состояний с совместным дисперсным и субструктурным упрочнением и высокая термическая стабильность этих состояний способны обеспечить (1,5-2)-кратное повышение кратковременной (в том числе высокотемпературной) прочности ванадиевых сплавов при сохранении высокого запаса пластичности.

Работа посвящена исследованию влияния ультразвукового поверхностного пластического деформирования сварных соединений стали ВКС-12 на их структурно-фазовое состояние и механические характеристики. Показано, что материал приповерхностного слоя толщиной около 40 мкм после обработки приобретает трехслойное строение с образованием наноструктуры на глубине до 3...4 мкм. На большей глубине регистрируются субзеренная структура с большеугловой разориентацией субзерен и фрагментированная структура. Установлена связь наноструктурирования поверхностного слоя с повышением циклической долговечности сварных соединений.

Исследована температурная зависимость зернограничного внутреннего трения у крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана. Показано, что у ультрамелкозернистого титана, как и у крупнозернистых металлов, зернограничное внутреннее трение является следствием истинного зернограничного проскальзывания. Установлено, что при переходе от крупнозернистой структуры с совершенными границами зерен к ультрамелкозернистой структуре с несовершенными границами зерен понижаются температуры начала и интенсивного развития истинного зернограничного проскальзывания и уменьшается энергия активации этого процесса. обоснован диффузионный механизм истинного зернограничного проскальзывания при обоих структурных состояниях.

Показано, что холодная прокатка формирует нанокристаллическую структуру в субмикрокристаллическом исходном сплаве Ti49.2Ni50.8 (ат. %) с последовательностью мартенситных превращений В2<->R<->В19` (кубическая, ромбоэдрическая и моноклинная фазы, соответственно) и монофазной структурой В19` ниже 260 K. 90 % объема нанокристаллического сплава сохраняют В2-структуру с высоким уровнем остаточных напряжений при 140 K. Увеличение объемной доли нанокристаллического сплава с мартенситными превращениями В2<->R<->В19` и повышение температур этих мартенситных превращений коррелирует с релаксацией искажений кристаллической решетки В2-фазы в процессе последующих отжигов до начала активного роста зерен.??.

На основании исследований зернограничного внутреннего трения установлено, что холодная пластическая деформация субмикрокристаллического и крупнозернистого титана приводит к понижению температур начала и интенсивного развития истинного зернограничного проскальзывания и к уменьшению энергии активации этого процесса. При последующем отжиге при температурах вплоть до 573 K энергия активации не изменяется, а затем возрастает с ростом температуры отжига. Обоснован диффузионный механизм истинного зернограничного проскальзывания.??.

В работе изучены структура и механические свойства низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe -1.12Mn- 0.08V- 0.07Ti- 0.1C, мас. %) после интенсивной пластической деформации и последующих высокотемпературных отжигов. Сталь в феррито-перлитном состоянии подвергали равноканальному угловому прессованию при Т = 200 °C (режим Вc, 4 прохода) и кручению под квазигидростатическим давлением при комнатной температуре (5 оборотов при давлении 6 ГПа). Показано, что интенсивная пластическая деформация по выбранным режимам приводит к формированию фрагментированной структуры со средним размером элементов 260 нм после равноканального углового прессования и 90 нм после кручения под давлением. Квазигидростатическое давление приводит к росту микротвердости до 6.4 ГПа, что существенным образом превышает значения микротвердости в исходном состоянии и после равноканального углового прессования (1.6 и 2.9 ГПa соответственно). Сформированные структуры обладают высокой термической стабильностью: до 500 °C после равноканального углового прессования и до 400 °C после кручения под давлением. Обсуждаются вклады дисперсионного и субструктурного упрочнения в формирование высоких прочностных свойств стали 10Г2ФТ при интенсивной пластической деформации и в стабилизацию полученных субмикрокристаллической и нанокристаллической структур до высоких температур отжига.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры аустенитной стали 02Х17Н14М2 после больших пластических деформаций прокаткой и кручением под давлением в наковальнях Бриджмена. Показано, что основными механизмами формирования дефектной структуры являются механическое двойникование и формирование полос локализации деформации. Обнаружено явление механического двойникования в нанокристаллическом состоянии. Обсуждаются механизмы деформации и формирования наноструктурных состояний.

Приведено электронно-микроскопическое исследование эволюции дефектной субструктуры сплава V-4Ti-4Cr в процессе его больших пластических деформаций кручением на наковальнях Бриджмена. В интервале значений истинной логарифмической деформации обнаружены нанополосовые структурные состояния с дипольными и мультипольным характером разориентировок и размерами кристаллитов ( или нанополос) от нескольких до нескольких десятков нанометров, формирующихся внутри субмикрокристаллов размером около 100 nm или объединяющихся в мезополосы с выраженным вихревым характером распространения. Образование таких состояний связано с активизацией квазивязких (потоками неравновесных точечных дефектов в полях напряжений) механизмов деформации и переориентации кристаллической решетки, обеспечивающих возможность генерации и распространения нанодиполей частичных дисклинаций и с развитием коллективных эффектов в дисклинационной субструктуре, приводящих к групповому движению нанодиполей внутри мезополос.

Исследовано влияние ионно-модифицированного поверхностного слоя на пластичность, эффект памяти формы и мезоструктуру поверхности разрушения сплава Ni50Ti40Zr10. Установлено, что ионная имплантация приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя и к общей пластификации сплава. Мезоструктуры поверхностей излома исходных и имплантированных образцов имеют принципиальные различия. В имплантированных образцах непосредственно под облученной поверхностью формируется слой толщиной, кратной размеру зерна В2-фазы, с характерным мезорельефом, отличным от рельефа неимплантированных образцов, и иными пластическими свойствами. В результате данной поверхностной обработки параметры эффекта памяти формы в образцах не ухудшаются, циклическая термостойкость возрастает.

Проведено исследование деформации и эволюции температурных полей в плоских образцах из титана ВТ1-О, находящегося в крупнокристаллическом (КК) и наноструктурированном/ультрамелкозернистом состояниях (НС/УМЗ), и титанового сплава ВТ6. НС/УМЗ титан ВТ1-О имеет в два раза выше пределы текучести и прочности по сравнению с крупнокристаллическим состоянием сопоставимы с характеристиками сплава ВТ6. Обнаружено, что величина предельной степени деформации до разрушения образцов НС/УМЗ титана при растяжении с постоянной скоростью деформации уменьшается в два раза. В области макроскопической локализации пластической деформации происходит резкое увеличение температуры, достигающей максимальных значений в зоне формирования трещины. Резкий рост температуры в зоне локализации пластических деформаций и образования трещины наблюдается в образцах как с КК структурой, так и в НС/УМЗ состоянии. Сопоставление экспериментальных данных о распределении температуры на поверхностях деформированных образцов КК и НС/УМЗ титана свидетельствует о том, что макроскопическая пластическая деформация развивается более однородно в титане ВТ1-0 в НС/УМЗ состоянии. при одинаковых условиях нагружения скорость тепловыделения выше для образцов титана в НС/УМЗ состоянии.

На примере трубной стали, подвергнутой интенсивной пластической деформации, показана возможность подавления вязкохрупкого перехода в сталях с ОЦК-структурой при низких температурах деформации. Данный эффект связывается с изменением структурного состояния планарной подсистемы (поверхностные слои и границы зерен в поликристаллах) и формированием субструктуры в 3D кристаллической подсистеме.??.