Представлены результаты первопринципных расчетов электронной структуры сплавов Гейслера Co2MnGa(Si) и Ni2MnGa, а также их тонких пленок на полупроводниковых подложках. Анализируется влияние структурных дефектов на электронную структуру и магнитные свойства в объеме, на поверхности и границах раздела.

Проведено теоретическое исследование структурных и колебательных свойств упорядоченных адсорбционных систем Na/Cu(111) с использованием метода погруженного атома. Анализируется поверхностная релаксация и локальная плотность колебательных состояний для трех равновесных поверхностных структур: p(3x3) – 0.25, (3(1/2)x3(1/2))30o – 0.75 и (3/2x3/2) – 1.0 монослоя.

Рассмотрена прикладная проблема образования пылевых частиц при разрушении угля. Целью работы является получение распределения пылевых частиц по размерам с использованием только компьютерных методов. На первом этапе было выполнено компьютерное моделирование деформации и разрушения мезообъема угля выбранного состава. На втором этапе была проведена компьютерная обработка полученных двумерных картин разрушения, в результате которой были выявлены замкнутые контуры зон разрушения, определены геометрические параметры выявленных частиц разрушения и построены их распределения по размерам. Показано, что предложенный подход позволил выявить фрагменты разрушения и оценить параметры распределения частиц по размерам в диапазоне 1...20 мкм. Разработанный метод может быть применен для других подобных задач.

Приведены поля смещений перед вершиной трещины мод I и II и пространственные распределения главного сдвига, построенные с использованием уравнений линейной механики разрушения, а также измеренные экспериментально. Показано, что деформационная структура реальной трещины может быть представлена в виде совокупности мод I и II, каждая из которых может быть полной или неполной. Неполная мода I характеризуется развитием деформации лишь слева или справа перед фронтом трещины. Поле векторов смещений неполной моды II имеет незамкнутый вихревой характер, ограничено некоторым сектором, а длина векторов в радиальном направлении аппроксимируется нормальным распределением.

Предложена математическая модель импульсной электронно-лучевой обработки гетерогенного материала с позиции механики гетерогенных сред. Каждая фаза (частицы и матрица) характеризуется своей концентрацией диффундирующего углерода и температурой. Учитываются процессы переноса тепла и массы в частицах и матрице и обменные процессы между фазами. Проиллюстрировано влияние внешнего теплового потока на поля температуры и концентрации диффундирующего углерода.

Представлена топография поверхности трения модельных композитов на основе сталей ШХ15 и Г13 после скольжения при плотности тока свыше 100А/см3, определены износостойкость и вольт-амперная характеристика, скользящего электроконтакта модельный композит - сталь 45.

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.

Исследованы закономерности влияния интенсивной пластической деформации (ИПД) при ультразвуковой обработке (УЗО) на эволюцию дефектов кристаллического строения в поверхностных слоях никелида титана со структурой моноклинного мартенсита В19'. Установлено, сто при возрастании величины ИПД резко увеличивается концентрация как вакансионных, так и плотность дислокационных дефектов и одновременно происходит сильная фрагментация зеренно-субзеренной структуры. В наноструктурном состоянии преимущественно наблюдаются дефекты вакансионного типа на границах зерен, средний объем которых меньше объема равновесных вакансий в TiNi и сравним с величиной свободных объемов в аморфизированных сплавах на основе никелида титана. Обсуждается роль дефектов кристаллического строения в механизмах формирования наноструктурного состояния при ИПД.

Предложено описание многоуровневой дефектной подсистемы в шейке деформируемого твердого тела на основе полевой теории дефектов. Ведущий механизм пластической деформации в шейке связан с самоорганизацией двух макрополос локализованных сдвигов, ориентированных по сопряженным направлениям максимальных касательных напряжений. Их материальные повороты компенсируются на мезомасштабном уровне фрагментацией материала в шейке как аккомодационный механизм кристаллографических поворотов. Дислокационная деформация на микромасштабном уровне описывается калибровочной теорией дефектов. Полевая теория дефектов позволяет описать известные механизмы пластической деформации в шейк на различных масштабных уровнях.

Проведены расчеты температурных профилей и градиента температур, возникающих в поверхностном слое металлокерамического сплава (50%(об.) TiC - 50%(об.) сплава Ni - 20% Cr) при электронно-импульсном облучении его поверхности с различными плотностью энергии в электронном пучке, длительностью, количеством и частотой импульсов облучения.

Представлен обзор работ авторов по моделированию физико-химических превращений в ванне расплава, сопровождающих формирование фазовой и химической структуры покрытия в процессе электронно-лучевой наплавки. Выделены типы подмоделей, анализ которых позволяет установить качественные закономерности, присущие системам различных типов. Указано на аналогию критических явлений, наблюдаемых в моделях отдельных стадий сложных технологических процессов (электронно-лучевая наплавка с модифицирующими частицами и электронно-лучевая наплавка с использованием синтеза в конденсированной фазе), и критических явлений, известных из тепловой теории горения.

Потенциальные возможности наноразмерного вещества (1нм=10-9м) вызвали всплеск интереса к вероятным областям его применения. Выяснилось, например, что введение таких частиц в состав макроматериала резко улучшает его характеристики. Традиционно процессы их получения и компактирования разделены в пространстве и времени. Но, как оказалось. эти стадии можно объединить.

Исследованы цилиндрические образцы из инструментальных сталей У9 и У8 термическая обработка которых проведена при разных температурах закалки, отпуска и отжига. Измерены скорость распространения ультразвуковой продольной волны в образцах, резонансная частота. твердость, плотность, остаточный аустенит, искажения кристаллической решетки и структура сталей. Установлено, что скорость ультразвука после закалки уменьшается, затем растет с увеличением температуры отпуска. Обсуждается взаимосвязь между акустическими другими свойствами и характеристиками сталей. Изменения скорости звука в сталях после термообработки с различными режимами связывают с искажением кристаллической решетки.

В книге изложен новый подход к оценке напряженно-деформированного состояния высокотемпературных конструкций, объединяющий теории пластичности и ползучести на основе модели анизотропного упрочнения. Модифицированы критерии длительной прочности металла. Дано экспериментальное обоснование предлагаемых теоретических моделей. Книга предназначена для специалистов по проектированию и техническому диагностированию энергетического и нефтехимического оборудования, а также для исследователей, занимающихся вопросами высокотемпературного деформирования и разрушения материалов.

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики исследованы механизмы самосогласования поворотных мод циклической деформации на мезомасштабном уровне в поверхностных слоях поликристаллов различной природы. Получено прямое экспериментальное подтверждение эффекта «шахматного» распределения пластической деформации в зоне интерфейса «поверхностный слой – подложка» и на внутренних границах раздела.

Проведены исследования деформирования пористой керамики на основе нанокристаллического диоксида циркония. Показано, что накопление микроповреждений носит пороговый характер и после локального разрушения материал продолжает деформироваться по прежнему закону. Существует прямая корреляция между макронапряжениями и локальными (мезоскопическими) параметрами распределения деформаций, области равномерного накопления деформации чередуются с ее резкими изменениями, приводящими сначала к локальному, а затем к макроразрушению всего материала.

Представлены результаты исследования характера макролокализации пластического течения поликристаллического дуралюмина марки Д1. Установлено, что деформационная кривая этого материала содержит три основных стадии: линейного упрочнения, параболического упрочнения (n = 1/2), предразрушения (n < 1/2). Картины распределения очагов локализованной пластической деформации эволюционируют в соответствии со стадиями упрочнения. На стадии предразрушения наблюдается самосогласованное движение очагов локализации к месту будущего разрушения. Скорости таких очагов линейно зависят от координат их зарождения.

Проведено исследование деформационного поведения крупнозернистого и субмикрокристаллического технически чистого титана. Основной особенностью поведения субмикрокристаллического материала является наличие на диаграммах нагружения продолжительного участка предразрушения, где деформирование происходит практически без упрочнения. На этой стадии наблюдаются очаги локализованного пластического течения с различным уровнем накопления деформации. Очаг с максимальной амплитудой деформации неподвижен и отмечает место будущего разрушения. Остальные домены локализованной деформации движутся с тем большей скоростью, чем дальше они отстоят от места будущего разрушения.

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.

Исследованы закономерности макролокализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения сплава циркалой-2, используемого в ядерной энергетике. Обнаружена неустойчивость пластического течения, определяемая колебательным периодическим изменением пространственно-временной картины распределения локальных удлинений, наблюдаемой методом спекл-интерферометрии. Полученные результаты обсуждаются в рамках синергетического подхода, основанного на представлении эволюции пластического течения на завершающей стадии как неустойчивого предельного цикла.

Изучена динамика накопления водорода в аустенитной стали 12Х18Н10Т при электрохимическом насыщении из щелочного и кислотного электролитов. Исследовано влияние рентгеновского излучения на содержание водорода и механические свойства стали.

Исследовано накопление водорода в поверхностных слоях циркониевого сплава Э-125. Показано, что электролитическое наводораживание приводит к увеличению микротвердости и уменьшению модуля упругости поверхностного слоя. Наводороженный слой вызывает рост предела текучести и существенное снижение пластичности нагруженных образцов. Последующее облучение рентгеновским пучком способствует выходу водорода из поверхностного слоя образцов циркониевого сплава и частичному восстановлению его механических характеристик.

Методом наноиндентирования проведено измерение твердости и модуля упругости тонких пленок Ti и TiO2 на подложке Si. Показано, что применение метода Оливера–Фарра в сочетании с вычислением истинной твердости позволяет корректно определить твердость тонких пленок, нанесенных на подложку, независимо от соотношения твердости пленки и подложки.

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.

Проведено исследование фазового состава и дефектной структуры стали 02Х17Н14М2 после деформации прокаткой при комнатной температуре. Магнитными методами показано, что при epsilon >= 60 % происходит формирование alfa-фазы. При увеличении степени деформации содержание a-фазы возрастает и при деформации epsilon = 99 % составляет ~0.5 %. Методами просвечивающей электронной микроскопии показано формирование alfa-мартенсита в областях полос локализации и микродвойников деформации. Обсуждаются возможные механизмы формирования alfa-мартенсита.

Проведены испытания на абразивный износ, износ трением, адгезионную прочность, химическую стойкость, термостойкость покрытий, полученных методом газопламенного напыления. Материалом матрицы являлся сверхвысокомолекулярный полиэтилен, в качестве наполнителя использовали ультрадисперсные порошки Al2O3 и ZrO2, получаемые методом плазмохимического синтеза. Показано, что добавление модификатора из ультрадисперсных порошков оксидов алюминия и циркония, прошедших предварительную обработку методами порошковой металлургии является эффективным способом повышения физико-механических характеристик таких покрытий. Определены оптимальные значения объемной доли модификаторов, обеспечивающих повышение в несколько раз адгезионной прочности, износостойкости, исключение термоусадки.

Очередной том серии справочных изданий "Металлы и сплавы" посвящен методам масс-спектрометрического анализа, ядерно-физического и радиохимического анализа и методам определения газов в металлах. Дано описание методов и применяемой аппаратуры (характеристики), а также приведены обширные справочные данные, необходимые для практического использования указанных методов в аналитических целях. Приведена информация, полезная для инженерно-технических работников современных центральных заводских лабораторий предприятий металлургии, машино- и приборостроения, аналитических лабораторий отраслевых научно-исследовательских институтов и др. Книга предназначена для научного и инженерно-технического персонала аналитических лабораторий, химиков-материаловедов, преподавателей и студентов университетов, химико-технологических и химико-металлургических вузов, а также для специалистов смежных профессий.

Исследовано изменение структурно-фазового состояния и распределения элементов в поверхностном слое стали 38ХН3МФА при имплантации пучками ионов Al + B, а также изменение износостойкости и твердости при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА – полиамид ПА-66». Обнаружено повышение трибомеханических свойств стали при модификации поверхностного слоя композиционным ионным пучком, которое связывается с изменением структурно-фазового состояния этого слоя.

В работе исследовано влияние ультразвукового модифицирования на структуру и свойства азотированных слоев, полученных в плазме дугового разряда низкого давления. Фрактографический и рентгеноструктурный анализ, а также анализ механических и триботехнических свойств показал, что ультразвуковое модифицирование стали 40Х13 изменяет фазовый состав, увеличивает глубину, микротвердость и износостойкость азотированного слоя.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана, модифицированных в условиях высокодозовой ионной имплантации. Исследованные образцы титана различались исходным структурным состоянием и имплантируемыми ионами. Установлено, что при имплантации ионами алюминия поликристаллического титана наблюдается значительное повышение механических свойств, связанное с формированием в ионно-легированных слоях наноразмерных интерметаллидных фаз Ti3Al, TiAl и твердого растора. Объемный ультрамелкозернистый (УМЗ) (наноструктурный) титан был получен путем многократного одноосного прессования со сменой оси деформации (abc -прессование) с последующей дополнительной прокаткой поликристаллического титана. Установлено, что в результате формирования УМЗ-структуры по использованной технологии в титане ВТ1-0 достигнуты максимально возможные прочностные свойства. Показано, что имплантация ионов азота, углерода и хрома в УМЗ-титан приводит к формированию нитридов, карбидов, карбонитридов, оксидов и т. д. Установлено, что ионная имплантация позволяет формировать поверхностный слой с высокой износостойкостью. Сделано заключение о влиянии условий ионной имплантации на фазовый соста и физико-механические свойства титана, находящегося в различных структурных состояниях (поликристаллическое и объемное УМЗ).

В работе развивается эволюционный подход к описанию деформационного отклика на нагружение твердых тел и сред, основанный на идеях нелинейной динамики. Под деформационным откликом понимаются процессы деструкции прочных сред в полях действующих сил, т.е. процессы неупругой деформации и одновременного развития разрушения. Показывается, что в основе математической теории эволюции твердых тел и сред лежат уравнения механики деформируемого твердого тела как фундаментальные уравнения математической физики, отражающие самые общие природные законы сохранения массы, импульса, моментов импульса и энергии. Все многообразие физических механизмов неупругой (пластической) деформации и процессов дилатансии, т.е. развития несплошностей разных масштабов и физической природы (вакансий, пор, микро- и мезоповреждений и т.д.), на этом феноменологическом уровне описания интегрально отражается путем задания нелинейных функций отклика среды на нагружение эволюционными определяющими уравнениями первой и второй группы. Таким образом, эти уравнения конструируются на основе ведущих физических механизмов изучаемого масштаба. Показано, что, изменяя только соотношение между положительными и отрицательными обратными связями (при прочих равных условиях), среда реагирует на нагружение от типичного пластического течения до хрупкого разрушения. Предложена также процедура введения в модель реального времени процесса, что позволяет решать как задачи ударно-волнового нагружения, так и задачи геодинамики и плитной тектоники с характерными временами в миллионы лет.

В работе анализируются последовательности дефектов различной природы, возникающие в процессе деформации. Традиционно дефект рассматривается только как источник внутренних напряжений, поэтому процесс деформирования описывается фазовой кривой в пространстве двух измерений напряжение – деформация. Необходимо учесть, что дефект как локальная неоднородность обладает собственной энергией. Учет собственной энергии дефектов приводит к увеличению размерности фазового пространства, поскольку необходимо вводить параметры, характеризующие возникающие в процессе деформации дефектные структуры. Анализ потенциальной энергии деформируемой системы позволяет прояснить причину возникновения дефектов различной природы и ввести понятие деформационных уровней в фазовом пространстве. В этом случае в фазовом пространстве можно выделить деформационные уровни, вдоль которых при эволюции природа и количество параметров деформируемой системы не изменяются. Таким образом, переход деформируемой системы с одного деформационного уровня на другой связан с их качественными и количественными изменениями. В рамках развиваемых представлений процесс деформирования от упругости до разрушения описывается кривой в фазовом пространстве, размерность которого определится, помимо параметров напряжение – деформация, еще и параметрами возникающих в ходе деформации дефектных структур. Стандартная кривая напряжение – деформация является проекцией пространственной кривой фазового пространства на плоскость напряжение – деформация.

Изучена структура и абразивная износостойкость углеродсодержащих азотистых покрытий, формирующихся при электронно-лучевой наплавке, в зависимости от способа приготовления наплавочного порошка и содержания в нем углерода.

В ИФПМ СО РАН разработана технология электронно-лучевой наплавки композиционных порошковых материалов на детали металлургического производства. Технология позволяет формировать градиентные покрытия различного функционального назначения с использованием твердых тугоплавких соединений (карбиды, нитриды, бориды). Получаемые покрытия обладают высокими значениями твердости, износостойкости и имеют литую структуру. Многолетний опыт развития электронно-лучевой наплавки в ИФПМ СО РАН позволил разработать и внедрить на Западно-Сибирском металлургическом комбинате (г. Новокузнецк) уникальную многоцелевую установку электронно-лучевой наплавки «ЛУНа-10» для упрочнения деталей металлургического оборудования.

В работе приведены результаты исследования структуры и трибологических свойств композиционных покрытий «диборид титана – металлическая связка», полученных методами электронно-лучевой наплавки, газопламенным напылением и напылением с последующим оплавлением электронным лучом. Показано, что покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, обладают более высокими значениями износостойкости при абразивном изнашивании и износе в парах трения.

В работе на основе математической модели нестационарного многомерного процесса теплопереноса и металлографических исследований рассмотрены особенности термических условий формирования структуры и свойств стали 45 при электронно-лучевом воздействии. Проведены численные расчеты температурных полей и средних скоростей охлаждения в зоне оплавления и в зоне термического влияния. Показано, что температурно-временные условия нагрева и охлаждения материала, зависящие от плотности мощности электронного луча, определяют характер протекающих структурных превращений.

В пособии рассмотрены физические основы электронно-микроскопического, рентгеноструктурного, спектрального, микрорентгеноспектрального, магнитного, акустического методов контроля структуры материалов и качества изготовленных из них деталей. Проанализированы методы выполнения исследований, приведены требования, предъявляемые к объектам исследований. Описаны принципы действия и устройство приборов, используемых для реализации методов, в том числе растрового и трансмиссионного электронного микроскопов, туннельного микроскопа, приборов спектрального, магнитного и акустического контроля. Для студентов и преподавателей технических вузов.

Методами оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии исследована перлито-ферритная сталь 60. Обнаружено, что в процессе воздействия ультразвуковой финишной обработки в приповерхностном слое толщиной 2...3 мкм образуется нанокристаллическая структура. В результате структурно-фазовых изменений и внесенных сжимающих напряжений микротвердость приповерхностного слоя стали возрастает.

Исследованы структура и свойства покрытий, полученных наплавкой смесей порошков хрома и карбида хрома на низкоуглеродистую сталь Ст3. Показано, что износостойкость наплавленных слоев определяется характером образующейся структуры, а коррозионная стойкость — содержанием в них хрома. Подобран режим наплавки, позволяющий получить бифункциональные покрытия, обладающие одновременно достаточно высокими значениями износостойкости и коррозионной стойкости.

Электронно-лучевая закалка поверхностных слоев стали 50 позволила достичь существенного уровня упрочнения, что связано с образованием высокодисперсной мартенситной структуры. Обнаружено существование линейных зависимостей твердости, износостойкости и глубины зоны полной фазовой перекристаллизации от удельной поверхностной энергии излучения. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными позволило определить значение температуры аустенизации при нагреве электронным пучком.

С применением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получены композиционные порошки «карбид титана – связка из высокохромистого чугуна или быстрорежущей стали Р6М5». Электронно-лучевые покрытия, наплавленные синтезированными порошками, исследованы методами металлографии и рентгеноструктурного анализа. Обсуждено влияние микроструктуры и фазового состава, а также объемного содержания и морфологии карбидной фазы в наплавленных покрытиях на их твердость и абразивную износостойкость.

В работе приведены результаты исследования низкоэмиссионных покрытий, полученных методом магнетронного напыления с ионным ассистированием на вакуумной установке, разработанной для обработки листового архитектурного стекла размером 2.6x1.605 м, и описание оригинальных устройств технологической установки.