В сборнике описаны эксперименты и феноменологические модели по определению динамической прочности материалов различными методами. Представлены результаты исследований по влиянию прочности в различных технических устройствах, где используются интенсивные ударно-волновые нагружения, и некоторые методы расчета разрушения и фрагментации материалов. Расчетные данные сравниваются с экспериментальными результатами. Представлены также результаты теоретических исследований по роли вязких и пластических свойств материалов в диссипации кинетической энергии в тепловую. Сборник может быть полезен студентам старших курсов, магистрам и аспирантам, а также работникам физических и физико-технических специальностей.

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.

Методам и рентгеноструктурного анализа и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследованы изменения микроструктуры магнетронного покрытия TiAIN после термоциклических испытаний (140 циклов), которые заключались в нагреве до 900°С и охлаждении до комнатной температуры. При магнетронном нанесении покрытия распылялась мишень, изготовленная из сплава Ti (60 ат.%) - Аl (40 ат.%). В качестве подложки для нанесения покрытия использовалась аустенитная сталь в закаленном состоянии. Для исследования были подготовлены образцы с предварительной обработкой подложки пучком ионов титана и образцы без обработки подложки. Установлено, что при термоциклировании на поверхности покрытия образуется слой оксидов титана и алюминия с микрокристаллической структурой. В покрытии TiAIN под оксидным слоем уменьшаются макронапряжения сжатия, усиливается концентрационная неоднородность алюминия в фазе Ti l-x Al x N. Предварительная обработка подложки ионным пучком титана приводит к улучшению термостабильности покрытия, к уменьшению толщины оксидного слоя при одинаковом числе термоциклов и к более значительному расширению концентрационного интервала алюминия в фазе Ti l-x Al x N в поверхностных слоях покрытия.

Приведены результаты комплексных экспериментальных исследований и численного моделирования процессов пластической деформации материалов с покрытиями или поверхностным упрочнением на мезо- и макромасштабном уровнях. Показано влияние процессов, развивающихся на границе раздела покрытие - подложка, на развитие пластической деформации всей композиции. На основании полученных данных даются рекомендации по созданию поверхностно-упрочненных материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами.

В работе рассмотрены закономерности деформации и разрушения на мезоуровне материалов с покрытиями при различных схемах нагружения, полученные с применением оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC. Показано, что зарождение в покрытии (поверхностном упрочненном слое) трещин и фрагментированной мезоструктуры в объеме материала подложки происходит около базового концентратора напряжений у головки образца и развивается вдоль образца как нелинейный волновой процесс. Его характер существенно зависит от геометрии границы раздела «покрытие (упрочненный поверхностный слой) – подложка». Сформулирован качественный критерий усталостного предразрушения при знакопеременном циклическом изгибе. Показано, что при циклическом нагружении композиции с более твердым покрытием определяющую роль играют возникновение зон концентрации напряжений и локализация деформации на границе раздела «покрытие – основа». Сформулированы рекомендации по оптимизации режимов формирования покрытий.

Монография посвящена изложению научных основ холодного газодинамического напыления (ХГН), предложенного и разработанного на основе обнаруженного в ИТПМ СО РАН явления образования твердофазных покрытий при обтекании тел сверхзвуковым двухфазным (газопорошковым) потоком, и созданию на этой основе новых технологий. Представлены обобщенные результаты экспериментально-теоретических исследований процессов ускорения высокодисперсных частиц в сверхзвуковых соплах, струях, в сжатом слое перед преградой, их ударного нагружения, высокоскоростной упругопластической деформации, эрозионно-адгезионного перехода, особенностям локального энеговыделения и физико-химического взаимодействия на границе контакта с образованием связей. Описаны разработанные для этих целей экспериментальные установки и методы диагностики. рассматриваются структура и свойства материалов покрытий. Описаны оригинальные разработки новых технологий для реализации в различных отраслях промышленности. Для специалистов в области холодного газодинамического и газотермического напыления, механики, вычислительной математики, физики порошковых материалов, а также аспирантов и студентов университетов.

Предлагается физическая и математическая модель, позволяющая конструировать функционально градиентные материалы, в том числе и пористые, исследовать их деформирование и разрушение при интенсивных импульсных нагрузках. На основе развиваемых в работе представлений, базирующихся на теории мезоскопических явлений академика В. Е. Панина, проведено численное исследование особенностей распространения ударных волн и трансформации энергии падающего импульса в материалах с градиентным распределением физико-механических свойств. Проведены тестовые расчеты по оценке достоверности изложенной модели.