В учебном пособии, написанном известным специалистом из Германии, имеющим многолетнюю преподавательскую практику, изложены основы современного материаловедения. При этом в полной мере использованы фундаментальные понятия, представления и закономерности из других областей знаний - физики, химии, математики, а также кристаллографии и металлургии. Рассмотрены различные модели, в том числе на основе фазовых диаграмм и теории химической связи. Большое внимание уделено применению термодинамических подходов при изучении материалов. Подробно обсуждаются теория дефектов в кристаллических твердых телах, процессы кристаллизации и рекристаллизации, способы управления составом композиционных материалов, структурная организация в стеклах и полимерах. Книга очень хорошо иллюстрирована. Для студентов и аспирантов университетов, а также других вузов, готовящих специалистов в области наук о материалах.

Монография посвящена анализу формирования и изменения структуры, фазового состава и механических свойств толстых сварных соединений из стали 091'2С, выполненных различными способами, в зависимости от условий их получения и сроков эксплуатации. Выполнен анализ зеренной и дефектной субструктур и фазового состава толстых сварных швов и обосновано их деление на три закономерно расположенные зоны, характеризующиеся различной кинетикой и термодинамикой формирования градиентных структурно-фазовых состояний на основании анализа результатов комплексных исследований предложен способ диагностики наиболее напряженных участков шва, в которых могут зарождаться трещины. Полученные результаты исследования являются основой прогнозирования времени безопасной эксплуатации сварных соединений и целенаправленного выбора оптимального типа и способа сварки. Д ля неразрушающего контроля состояния сварных швов крупногабаритных конструкций рекомендовано измерение скорости ультразвука. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния, физического материаловедения, металловедения и термообработки металлов. Может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

В книге изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований по основам формирования заданной структуры и свойств измененного слоя на металлах и сплавах при низковольтной электроискровой обработке. На основе результатов исследования физики низковольтного электроискрового процесса предложена принципиально новая схема построения автоматизированных электроискровых установок с регулированием параметров обработки в режиме реального времени. Приведена технология получения и примеры использования новых анодных материалов из доэвтектических, эвтектических и заэвтектических комплексно-легированных белых чугунов, покрытия которыми позволяют повысить эксплуатационные характеристики стальных и чугунных изделий. Представлены примеры практической реализации структурного анализа измененных электроискровым воздействием структур материалов для получения покрытий на контактной поверхности зажимов, разработки методики неразрушающего контроля мест с локальным разупрочнением контактного провода и угольной вставки. Книга предназначена для инженеров и специалистов в области низковольтной электроискровой обработки, а также может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам вузов соответствующего профиля.

Терминологический словарь содержит 1071 термин на русском, английском, немецком и французском языках. В словаре представлены наиболее значимые установившиеся, а также новые термины по металловедению и термической обработке с определением их на русском языке. Словарь облегчает понимание и перевод иностранных терминов при чтении специальной литературы. Набор терминов охватывает практически все основные понятия в области термической и химико-термической обработки, структуры металлов, сплавов и кристаллографии. Для научных работников, инженеров-практиков, переводчиков, преподавателей и студентов технических вузов.

На единой физической основе рассматривается взаимосвязь состава, строения, структуры и свойств различных материалов, а также их изменения под воздействием внешних факторов. Представлены все виды материалов, использующихся в промышленности, причем по конкретным материалам приведены сведения о составе, строении, структуре, основных физических и потребительских свойствах, классификации, маркировке и способах воздействия на свойства. Рассмотрены способы защиты материалов от коррозии и изнашивания. Для студентов вузов, обучающихся по инженерно-техническим специальностям и направлениям. Может быть полезна аспирантам и инженерам.

В рамках метода модельного функционала электронной плотности предложена методика расчета многочастичных потенциалов ммежатомного взаимодействия для бинарных сплавов. Получены выражения для полной энергии основного состояния металлов и сплавов. Показано, что по простоте расчетной схемы и быстроте вычислений данный подход не уступает методу погруженного атома, но в отличие от последнего имеет более строгое физическое обоснование.

Рассмотрены экспериментальные данные о структуре и некоторых свойствах жидких и аморфных металлов и сплавов: модели, позволяющие описывать структуру и свойства этих объектов; статистическая теория структуры жидкостей (одно- и многокомпонентных), в частности жидких металлов. Значительное место уделено расчетам структуры и свойств (термодинамических свойств и подвижности атомов) с помощью ЭВМ при использовании методов интегральных уравнений статистической теории жидкостей, вариационных методов и прямого моделирования на ЭВМ. Обсуждаются вопросы более полного описания ближнего порядка в неупорядоченных системах, в частности с помощью учета угловых корреляций в расположении атомов. Для научных работников научно-исследовательских и учебных институтов, заводских лабораторий металлургической промышленности и специалистов металлургических предприятий.

Книга посвящена одному из современных методов исследований в материаловедении - моделированию атомной структуры дефектов. Включает в себя методически последовательное изложение взаимосвязанных разделов в физике реальных кристаллов, таких как структура и энергия точечных и планарных дефектов, структура ядра дислокаций, компьютерное моделирование взаимодействия дефектов, динамические процессы радиационных повреждений в металлах и сплавах; атомистические расчеты структуры основного состояния микрокластеров и кинетики их превращений и др. Перечисленные разделы являются достаточно устоявшимися направлениями в физике реальных кристаллов и ведены в курсы лекций для студентов физико-технического и металлургического факультетов УрФУ. Большое внимание уделяется связи результатов атомистических расчетов с особенностями поведения реальных металлов и сплавов при деформации, разрушении, радиационном повреждении, фазово-структурных превращениях. Систематизирован богатый литературный материал и результаты работы авторов по изучению дислокационной структуры, особенностей деформации и разрушения монокристаллического Ti3Al. Книга адресована научным работникам, магистрам, аспирантам и студентам старших курсов физико-технических специальностей, а также изучающим дефекты и их влияние на свойства твердых тел.

В монографии впервые обобщаются результаты исследования модификации поверхностных слоев металлических материалов, основанной на импульсном плавлении с помощью широкоапертурных (до 80 см2) низкоэнергетических (10-40 кэВ) сильноточных (до 30 кА) электронных пучков (НСЭП) микросекундной (0,7-5 мкс) длительности. Изложены все практически важные аспекты; получение интенсивных импульсных электронных пучков в вакуумных и плазмонаполненных диодах; тепловые и термомеханические процессы при воздействии НСЭП на металлические материалы; закономерности модификации поверхностных слоев меди, железа, титана, ряда легированных сталей и легких сплавов; закономерности формирования поверхностных сплавов; проблема кратерообразования на облучаемой поверхности и методы её решения; применение НСЭП-обработки для улучшения поверхностно-чувствительных свойств биомедицинских, электрофизических и промышленных материалов и изделий. Для специалистов в области модификации материалов импульсными потоками энергии.

Приведены результаты экспериментальных исследований формирования и эволюции градиентных структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры сталей и сплавов, подвергнутых ударному нагружению, прокатке, сварке. высокотемпературной цементации, мало- и многоцикловой усталости с обработкой токовыми импульсами. электронно-лучевой обработке, закалке из расплава. Методами оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии выполнен анализ зеренной и тонкой дефектной структуры и дислокационных субструктур при таких видах воздействия, получены количественные зависимости параметров градиентных структурно-фазовых состояний от расстояния до поверхности обработки. Обсуждены возможные механизмы и природа формирования таких состояний. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских институтов, заводских лабораторий, специализирующихся в областях физики конденсированного состояния, металловедения и термической обработки металлов и сплавов и может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам вузов соответствующих специальностей.

Исследованы структура, фазовый состав наносистем на основе диоксида циркония, полученных методом денитрации водных растворов солей в плазме высокочастотного разряда. Изучено изменение морфологии нанокристаллического порошка при механической активации, прессовании, отжиге. Показано, что в процессе мехактивации порошок разделяется на две подсистемы с отличающимися на два порядка средним размером структурных элементов, при это возрастает доля квазиаморфной (рентгеноаморфной) фазы, что позволяет направленно изменять характеристики спеченных материалов.

В настоящей работе была изучена структура и свойства композитов ZrO2-Y2O3-Al2O3, полученного методом разложения растворов солей в плазме ВЧ разряда. Показано, что после спекания при температуре 1350С и давлении 100МПа получается плотный композит в структуре которого наряду с частицами субмикронного размера порядка 0,1-0,3 мкм, присутствуют круглые образования - агломерат, соизмеримые со сферами, наблюдаемыми в исходной смеси. Такой материал имел предел прочности на изгиб порядка 600 МПа, твердость HV=12,6ГПа и вязкость разрушения (К1с=15-19 Мпахм1/2).

Проведено исследование процессов формирования твердых растворов семейства BIMEVOX (Me-Fe, Zr) при синтезе через жидкие прекурсоры. Для получения твердых растворов использовали метод гидротермального синтеза, цитратно-нитратный метод и метод пиролиза полимерно-солевых композиций. По результатам рентгенофазового анализа процессы формирования BIMEVOX при синтезе через жидкие прекурсоры в целом аналогичны процессам фазообразования при твердофазном синтезе. Во всех методах в первичном осадке образуется ванадат висмута состава BiVO4. При дальнейшем прокаливании в интервале 500-700С состав реакционной смеси усложняется. В качестве промежуточных продуктов образуются ванадаты висмута, циркония и железа, цирконат и ферриты висмута. Для серии BIFEVOX в интервале концентраций х=0,1-0,4 получена высокотемпературная тетрагональная модификация, для серии BIZRVOX - при малых концентрациях допанта - смесь а-орторомбической и y-тетрагональной модификаций.

Методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов исследованы особенности эволюции структурно-фазового состояния сплава Ti-6Al-4V в процессе формирования субмикрокристаллической структуры с использованием обратимого легирования водородом. Установлено, что пластическая деформация в двухфазной области при температуре 1023К инициирует в сплаве Ti-6Al-4V-Н полное превращение с образованием фазы, имеющей параметры решетки, отличающиеся от соответствующих для равновесной фазц. Изотермический отжиг такой структуры при температуре дегазации 873К приводит к формированию в сплаве двухфазной субмикрокристаллической структуры с размером зерен 0,3 мкм. Показано, что использование для дегазации деформированного сплава Ti-6Al-4V-Н эффекта неравновесного выхода водорода из металлов в условиях воздействия пучком электронов позволяет сформировать однофазную субмикрокристаллическую структуру и повысить ее дисперсность. Обсуждаются возможные причины наблюдаемых фазовых превращений.

Определены вольт-амперная характеристика и линейная интенсивность изнашивания модельного композита, содержащего переработанную сталь ШХ15, при скоростях скольжения 2, 5 и 10 м/с. Показано, что при плотности тока больше 100 А/см2 в зоне трения формируются вторичные структуры с хорошей электропроводность, но низкой пластичностью. Установлено, что частицы износа образуются вследствие хрупкого разрушения вторичных структур. Показано, что введение в зону трения сплав Pb-Sn приводит к релаксации механических напряжений, отсутствию износа при скольжении с плотностью тока 250 А/см2 и уменьшению электросопротивления контакта.

Рассмотрен процесс высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в условиях теплового взрыва порошковой смеси 3Ni + Al под давлением. В рамках математической модели выполнены количественные оценки дисперсности зеренной структуры синтезированного интерметаллида.

Методами электронной микроскопии и эмиссионной мессбауэровской спектроскопии выполнено исследование грани зерен субмикрокристаллического молибдена, полученного кручением под высоким давлением.

В рамках модели решетки совпадающих узлов и 0-решетки Боллманна исследована атомная структура специальных границ в бинарном сплаве со сверхструктурой L1. Обнаружено, что в совпадающих узлах в плоскости границы возникает нарушение дальнего атомного порядка, т. е. образуется зернограничная антифазная граница (АФГ). Это должно приводить к увеличению энергии специальных границ. Экспериментально обнаруженное увеличение средней энергии специальных границ для сплава Ni3Fe при атомном упорядочении близко к оценочному значению энергии зернограничных АФГ, залегающих в плоскостях границ зерен.

В работе исследовано влияние комбинированной обработки, включающей интенсивное пластическое деформирование и ионно-лучевое азотирование, на структуру и триботехнические свойства титанового сплава ВТ1-00. Показано, что интенсивное пластическое деформирование титана, приводящее к образованию в нем субмикрокристаллической структуры и увеличению твердости сплава на 50...60%, практически не оказывает влияния на его триботехнические характеристики при трении без смазочного материала. Имплантация ионов азота в титан при температурах 620...820 К приводит к образованию твердого раствора внедрения азота в матричной а-фазе, что обеспечивает увеличение микротвердости модифицированного слоя 3500...3700 МПа, повышение износостойкости сплава в 30 раз и снижение коэффициента трения на 40%.

Исследовано влияние закалки в пучке релятивистских электронов на структуру и свойства поверхностного слоя стали 50. Обнаружен эффект упрочнения, связанный с образованием мартенситной структуры. Показано, что основными параметрами, которые влияют на дисперсность мартенсита, глубину закаленного слоя, размеры переходной зоны, твердость и износостойкость, является время воздействия электронного пучка и погонная энергия процесса Q. Наблюдается линейная зависимость характеристик упрочненного слоя от величины Q.

В работе проведен сравнительный анализ распределений напряжений и деформаций на мезоуровне в поликристаллических структурах, находящихся в условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния, и в сечениях трехмерного образца. Показано, что при одинаковых макроскопических кривых нагружения картины локализации пластической деформации на мезоуровне в двумерных и трехмерной моделях существенно отличаются качественно и количественно. Один и тот же эффективный отклик материала может быть обеспечен различными распределениями напряжений и деформаций на мезоуровне, в зависимости от способа приложения нагрузки и геометрических особенностей образца (тонкие пластины, массивные образцы и т.д.).

Исследуется отклик материала с системой микропор на высокоскоростную сдвиговую деформацию. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики. Показано, что в процессе деформации такого материала формируют динамические дефекты вихревого типа. Этот процесс характеризуется тремя стадиями. Первая стадия связана с преимущественно ламинарным характером смещений атомов в областях, прилегающих к нагруженным слоям. особенность второй стадии заключается в формировании согласованного вихреподобного движения атомов в области между микропорами. При этом наблюдается периодичность формирования и распада вихревого движения. Период такого процесса составляет порядка нескольких пикосекунд. Третья стадия связана с потерей устойчивости атомной структуры и формированием полос локализованной деформации. Это сопровождается рассогласованием вихревого движения атомов в области между микропорами. Полученные результаты могут иметь практическое приложение при анализе поведения материалов, подверженных радиационному облучению.

Исследованы микроструктура и фазовый состав катодов, спеченных из прессованных смесей порошков титана и кремния, а также ионно-плазменные покрытия, полученные вакуумно-дуговым распылением спеченных катодов. Обнаружено уменьшение содержания кремния в покрытиях по сравнению с катодами.

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследованы механизм деформации и характер разрушения <111> монокристаллов аустенитной стали Гадфильда при растяжении в интервале температур 77-63 К. Установлено, что смена механизма разрушения от вязкого к хрупкому по фрактографическому критерию происходит при более высокой температуре. чем температура вязко-хрупкого перехода, определенная по изменению удлинения монокристаллов до разрушения. Показан связь переход вязкость-хрупкость в монокристаллах стали Гадфильда с достижением высокого уровня деформирующих напряжений в результате твердорастворного упрочнения и с механическим двойникованием.

Проведено исследование процесса диспергирования металлических образцов на микроскопическом уровне при высокоскоростном нагреве. Расчеты проводились в рамках метода молекулярной динамики с использованием многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия. Показано, что процесс электротеплового импульсного диспергирования имеет выраженную стадийность. Отмечено, что интенсивность процессов, ответственных за испарение и столкновение кластеров, существенно выше процессов осаждения. Исследование влияния интенсивности теплового нагружения на динамику диспергирования показало, что с увеличением температуры нагрева средний размер кластеров уменьшается, а их число увеличивается.

Исследованы процессы формирования структуры псевдосплава Cu-(20-40 масс.%)Cr при электронно-лучевой наплавке (ЭЛН). Для наплавки использовали смесь порошков меди и хрома. В процессе наплавки происходит диспергирование частиц хрома, обеспечивающее формирование мелкозернистой и равномерной структуры. В результате перегрева ванны в зоне действия электронного луча происходит растворение хрома в медной матрице с последующим формированием бимодальной структуры при старении наплавленного слоя.

Исследована возможность нанофрагментации материала в приповерхностных слоях на начальных стадиях процесса релаксации. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.. Показано, что на начальном этапе процесса релаксации возможно формирование разориентированных наноблоков. Фрагментированная структура формируется в области локализованной деформации вблизи концентраторов напряжений и распространяется вглубь материала. Показано, что в области локализации деформации функция радиального распределения атомной плотности имеет вид размытых пиков, соответствующих пикам идеальной гранецентрированной кристаллической (ГЦК) структуры, а в области кристаллита, где локализация деформации не наблюдается, происходит расщепление пиков ГЦК-структуры, обусловленной деформационным нарушением симметрии. Полученные результаты дают возможность утверждать, что возможным механизмом релаксации внутренних напряжений в постнагруженных твердых телах является эффект нанофрагментации материала.

Изучены особенности фазового состава и структуры нанокристаллических порошков на основе диоксида циркония после ударно-волновой обработки. Показано, что диоксид циркония с добавками иттрия и алюминия находится в двух структурных состояниях - нанокристаллическом и квазиаморфном, представляющих собой неравновесный твердый раствор ZrO2 (Y, Al), а увеличение количества моноклинной модификации связано с уменьшением величины критического размера кристаллитов тетрагональной фазы за счет повышения микроискажений решетки. Моноклинная фаза в порошке с добавками оксидов иттрия и алюминия не формируется даже после ударного сжатия при давлениях до 20 ГПа, что связано с малым уровнем формирующихся микроискажений, недостаточным для расстабилизации нанокристаллической тетрагональной фазы. Релаксация микроискажений при отжиге приводит к увеличению критического размера кристаллитов тетрагональной фазы, в результате чего моноклинная фаза в нем исчезает.

Экспериментально исследовано влияние импульсного электронного облучения на микроструктуру поверхности и стойкость в режиме резания металла инструментальной металлокерамики на основе карбида титана с никель-хромовой связкой.

Исследовано влияние механической активации исходных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена на физико-механические свойства полимера. Установлено, что механоактивация приводит к повышению деформационно-прочностных и триботехнических характеристик сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, оптической и электронной микроскопии показано, что механоактивация исходного порошка определяет структурную организацию полимера.

Методом трансмиссионной электронной микроскопии исследована субмикрокристаллическая структура Мо, полученная в результате интенсивной пластической деформации кручением на 5 оборотов при 400 градусах Цельсия под давлением 6 ГПа, и ее термическая стабильность. Методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии исследовано состояние границ зерен субмикрокристаллического Мо после отжига в интервале температур 350-800 гр.Цельсия.