Проведенный анализ низкочастотного спектра акустической эмиссии при высокотемпературной пластической деформации алюминия свидетельствует, что его дискретный вид обусловлен перераспределением колебательной энергии первичного акустического сигнала по резонансным колебаниям стоячих волн резонаторов. В слабоустойчивой кристаллической среде колебания стоячей волны активируют элементарные деформационные сдвиги в некотором объеме. Линейные размеры этой области связаны с длиной стоячей волны, определяющей макроскопический масштаб корреляции. Коррелированные деформационные сдвиги генерируют акустические сигналы, в результате интерференции которых формируется единичный акустический сигнал аномально высокой амплитуды. В слабоустойчивом состоянии кристаллической решетки активация элементарных пластических сдвигов может быть осуществлена в результате совместного действия статических сил, тепловых флуктуаций и динамических сил стоячих акустических волн.??.

Из анализа скачкообразной деформации и акустической эмиссии делается вывод об активной роли акустической эмиссии в активации, а главное - в синхронизации, элементарных деформационных актов в макроскопическом масштабе. При этом макроскопический масштаб обусловлен волновой природой синхронизации элементарных актов в поле напряжений, формирующих слабоустойчивое состояние кристаллической решетки деформируемого материала. Определяющую роль играет интерференция волновых пакетов сигналов акустической эмиссии, приводящая к макроскопическому распределению критических колебательных смещений в слабоустойчивой кристаллической среде.

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.

Представлены результаты исследования влияния толщины упрочненного поверхностного слоя образцов стали 12Х18Н10Т в состоянии поставки и с ионным азотированием на стадийность деформации и разрушения с использованием метода акустической эмиссии, корреляции цифровых изоборажений и тензометрии. Использованы критерии идентификации источников акустической эмиссии, связанных с пластической деформацией и хрупким разрушением, на основе анализа параметров регистрируемых сигналов акустической эмиссии. Построены зависимости энергии сигналов акустической эмиссии от толщины упрочняющего слоя и числа сформированных поверхностных трещин. Проведено сопоставление данных об интенсивности деформации сдвига и активности событий акустической эмиссии в зависимости от толщины азотированного слоя. Показано, что корреляция стадий наблюдается лишь на этапе формирования в упрочненном поверхностном слое трещин, что связано с локализацией деформации на мезомасштабном уровне. В то же время стадийность деформации, определяемая по графику изменения коэффициента деформационного упрочнения от степени деформации, хорошо согласуется с изменением активности акустической эмиссии всех трех идентифицированных типов источников: дислокационной природы, микро- и макротрещин.

Путем комбинированного использования методов акустической эмиссии, картирования деформации на поверхности и тензометрии исследовали развитие деформации и разрушения в образцах стали сплава Д16АТ с центральным отверстием. Выделены три характерные стадии развития деформации. Изменение продолжительности характерных стадий по данным анализа всех информативных параметров свидетельствует о постепенном увеличении удельной длительности для второй стадии и ее постоянстве для третьей. Показано, что стадийный подход при исследовании и контроле процессов деформации и разрушения в случае невысокой концентрации напряжений является достаточно информативным и взаимодополняющим. Однако, длительность стадий, выявленных по данным регистрации информативных параметров, может заметно различаться, что связано с чувствительностью каждого из методов к деформационным дефектам на каждом масштабном уровне, а также чувствительностью/разрешением регистрирующей аппаратуры.

Путем комбинированного использования методов акустической эмиссии, картирования деформации на поверхности и тензометрии проведены исследования развития деформации и разрушения в образцах сплава Д16АТ с боковым надрезом, имитирующим трещину в изделии. Показано, что значительная часть времени нагружения связана с распространением трещины, что сопровождается появлением на диаграмме нагружения участка с отрицательным значением коэффициента деформационного упрочнения. По данным корреляции цифровых изображений на этапе пластической деформации (в пределах стадии 2) выделены две подстадии, первая из которых связана с локализацией деформации непосредственно в вершине надпила, а вторая с разрастанием площади этой области до размеров, сопоставимых с поперечным сечением образца. Выявлено, что стадийный подход при анализе процессов деформации и разрушения имеет лучшую корреляцию между данными, регистрируемыми различными in situ методами в случае значительной локализации деформации.

Обобщены экспериментальные данные о закономерностях формирования структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки в субмикро- и нанокристаллах металлических материалов, формирующихся в различных условиях интенсивного механического воздействия. установлены зависимости количественных параметров этих состояний от способности материала к их релаксации, особенностей его нанокристаллической структуры, величины и способа деформации. Проведен анализ основных факторов, определяющих эти параметры и характеристики упругонапряженного состояния в зонах высокой кривизны кристалла.

С использованием межатомных потенциалов взаимодействия, полученных в приближении погруженного атома, проведено исследование релаксации поверхностей с низкими и высокими индексами Миллера ГЦК-металлов Al и Pb. Рассчитана величина изменения межплоскостных расстояний и установлена ее взаимосвязь с плотностью упаковки и ориентацией поверхности. Вычислен вклад энергии релаксации в поверхностную энергию.

Исследована кинетика развития очагов локализованной пластической деформации в поликристаллическом Al. Установлено, что на стадии линейного деформационного упрочения такие очаги синхронно движутся, а на стадии параболического упрочнения неподвижны. Определены количественные характеристики (длина волны, скорость распространения) деформационных волн, возникающих на стадии линейного упрочнения. Найдена связь количественных характеристик процесса локализации деформации с размером зерна. Исследовано перераспределение локальных деформаций при переходе от одной стадии течения к другой. Предложена модель, объясняющая возникновение крупномасштабных структур локализованной пластической деформации.

Рассмотрены скорость распространения и дисперсионное соотношение для автоволн локализованного пластического течения на стадиях легкого скольжения и линейного деформационного упрочнения для ряда металлов. Установлены и объяснены квадратичный вид этого соотношения и характер зависимости фазовой и групповой скоростей таких автоволн от волнового числа. Найдена количественная связь между характеристиками волновых процессов локализации пластического течения и параметрами упругих волн в деформируемых твердых телах. Введена инвариантная величина деформационных явлений на микроскопическом и макроскопическом уровнях.

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.

Проведено электронно-микроскопическое исследование особенностей микроструктуры нанополос переориентации, формирующихся в никеле и сплаве V-4Ti-4Cr при интенсивной пластической деформации на наковальнях Бриджмена. Показано, что образование таких нанополос может быть описано в рамках квазивязкого механизма движения нанодиполей частичных дисклинаций, контролируемого потоками неравновесных точечных дефектов в полях высоких локальных градиентов нормальных компонент тензора напряжений. Реализация этого механизма обеспечивает дополнительные возможности наноструктурирования дефектной субструктуры при пластической деформации металлических материалов с образованием структурных состояний с размерами нанокристаллов нескольких нанометров.

Обобщены результаты электронно-микроскопических исследований структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки, формирующихся в широком классе металлических материалов в различных условиях интенсивной пластической деформации: прокатка, равноканальное угловое прессование, механическая активация в планетарных шаровых мельницах и кручение на наковальнях Бриджмена. Выделено два типа таких состояний: субструктура с упругопластической кривизной кристаллической решетки десятки градусов на мкм, формирующаяся в процессе накопления высокой плотности избыточных дислокаций одного знака, и состояние с упругой кривизной кристалла до нескольких сотен градусов на мкм в нанообъемах размерами несколько нанометров. Проведен анализ условий формирования этих состояний, особенностей их эволюции и роли в реализации различных механизмов пластической деформации и формирования нанокристаллических структур.

Для анализа деформации твердых тел предложено использовать одновременно три in situ метода регистрации данных, включая диаграмму нагружения (макромасштабный уровень), корреляцию цифровых изображений (мезомасштабный уровень) и акустическую эмиссию (микромасштабный уровень). Реализован комплекс in situ исследования процессов деформации и разрушения, принцип действия которого основан на установлении взаимосвязи длительности характерных стадий изменения информативных параметров и их соотношения с лидирующим масштабным уровнем. на примере растяжения образцов алюминиевого сплава Д16 с надрезом различной глубины выделены характерные стадии изменения производной приложенной нагрузки, активности АЭ и интенсивности деформации сдвига от степени деформации. Показано, что характерные стадии, выделяемые на графиках изменения всех информативных параметров от времени, хорошо согласуются между собой и относятся к упругой деформации, параболическому упрочнению и распространению трещины.

Метод точных МТ-орбиталей (ТМТО) относится к третьему, новейшему, поколению первопринципных ме¬тодов расчета электронной структуры материалов в так называемом приближении маффинтин (МТ) орбиталей в рамках теории функционала плотности. Проведено исследование его применимости для моделирования термодинамических и механических свойств чистых компонентов сплавов на основе Ti и Zr. Проведены расчеты полных энергий Ti, Zr, Nb, V, Мо, и А1 в трех кристаллических структурах - гранецентрированной кубической (ГЦК), объемно-центрированной кубической (ОЦК) и гексагональной плотноупакованной (ГПУ). Для всех элементов и кристаллических структур рассчитаны теоретические значения параметров решетки, упругие постоянные и уравнения состояния. Определены стабильные кристаллические структуры. Во всех случаях расчеты методом ТМТО предсказывают правильную структуру основного состояния. Для стабильных структур проведено сравнение полученных результатов с экспериментом и с расчетами полнопотенциальными методами. Продемонстрирована надежность метода ТМТО и сделан вывод о возможности его дальнейшего применения для эффективного моделирования свойств неупорядоченных сплавов на основе Ti и Zr.

В данной работе приведено описание метода точных МТ-орбиталей (ТМТО) и проведено исследование его применимости для моделирования термодинамических и механических свойств чистых компонентов сплавов на основе Ti и Zr. Проведены расчёты полных энергий Ti, Zr, Nb, V, Mo и Аl в гранецентрированной кубической (ГЦК), объёмноцентрированной кубической (ОЦК) и гексагональной плотноупакованной (ГПУ) структурах. Рассчитаны теоретические значения параметров решётки, упругие постоянные и уравнения состояния. Во всех случаях расчёты методом ТМТО предсказывают правильную структуру основного состояния. Для стабильных структур проведено сравнение полученных результатов с экспериментом и с расчётами полнопотенциальными методами.

В работе представлены результаты совместных исследований особенностей развития деформации конструкционных материалов, проведенных с использованием оптико-телевизионного комплекса TOMSC и программно-аппаратного комплекса для регистрации акустической эмиссии. Показано, что комбинированное использование методов исследования структурных изменений, происходящих на поверхности и в объеме материала позволяет на основе выявляемой стадийности изменения информативных сигналов устанавливать соответствие между процессами деформации на микро- и мезомасштабном уровнях.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования суперсплава на основе Ni-Cr-Al. Исследовался суперсплав, приготовленный методом направленной кристаллизации, в исходном состоянии и после ползучести в течение 10 ч при Т = 1100 °С, сигма = 100 МПа. Установлено, что фазами, формирующими сплав, в обоих состояниях являются гамма- и гамма'-фазы на основе ГЦК-кристаллической решетки; гамма'-фаза имеет упорядоченное расположение атомов (сверхструктура L1 2) и во всех состояниях является основной. Изучены фазовый состав и морфология фаз. Проанализировано изменение фазового состава и размеров частиц фаз в результате ползучести. Установлено влияние высокотемпературной ползучести на структуру суперсплава.

В монографии приведен обзор существующих к настоящему времени математических моделей пластической деформации ГЦК-металлов, сформулированных на основе концепции упрочнения и отдых. В рамках этой концепции сформулированы математические модели одноосной пластической деформации ГЦК-монокристаллов чистых металлов. Приведен обор экспериментальных исследований термического и деформационного упрочнения сплавов со сверхструктурой. Сформулированы математические модели пластической деформации сплавов со сверхструктурой. Предназначена для широкого круга специалистов: научных сотрудников, инженеров, работающих в области материаловедения и физики конденсированных систем (металлов и сплавов), преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области материаловедения.

В ходе решения задачи отражения упругих волн на свободной поверхности получены аналитические выражения, определяющие ее деформацию. Найдены коэффициенты отражения, которые позволили записать и проанализировать выражения для различных мод деформации и поворота свободной поверхности в зависимости от угла падения первичной волны и упругих параметров среды. Рассмотрены особенности деформаций свободной поверхности для падающих продольных и поперечных волн.

Исследованы картины локализации пластического течения в ГЦК-монокристаллах Cu и Ni, ориентированных для легкого скольжения. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на стадиях легкого скольжения и линейного упрочнения в таких монокристаллах. прослежена связь ориентировки очагов локализованной деформации с кристаллографией систем скольжения исследуемых образцов. Определена скорость движения очагов локализованной деформации при растяжении.

Методами теории функционала электронной плотности (DFT) проведено систематическое изучение из первых принципов атомной и электронной структуры границ раздела между металлами с объемно-центрированной (ОЦК) и гранецентрированной (ГЦК) структурами и диоксидом циркония. Показано, что хорошие адгезионные свойства могут быть достигнуты на нестехиометрической полярной границе раздела Ме(001)/ZrO2(001) с ОЦК-металлами середины 4d-5d периодов (Mo, Ta, W, Nb). Зарядовый перенос от металла к оксидной подложке обусловливает сильную ионную природу химической связи на металлокерамических границах раздела. Проведя анализ структурных и электронных факторов, ответственных за понижение адгезии на разориентированных границах раздела. Показано, что уменьшение адгезии на неполярной стехнометрической границе раздела (110) связано с увеличением интерфейсного расстояния, а также с уменьшением числа связей металл-кислород. анализируется влияние легирования оксидами (СaO, MgO, и Y2O3), стабилизирующими диоксид циркония при низких температурах, на энергию адгезии на Ме(001)/ZrO2(001) интерфейсе.

Проведено обобщение результатов структурной аттестации и измерения параметров микротвердости металлических материалов после кручения в наковальнях Бриджмена в зависимости от степени пластической деформации и типа кристаллической решетки. Показано, что для высокопрочных материалов на основе ОЦК металлов в процессе кручения под давлением характерно формирование анизотропного субмикрокристаллического структурного состояния с последующей эволюцией в структуру двухуровневого типа.

Изложены представления о структурно-фазовых превращениях, протекающих в алюминиевых сплавах, полученных диспергированием расплавов и суспензий при различных видах термообработки. Рассмотрены механизмы формирования метастабильных фаз в условиях сверхбыстрого охлаждения расплава. Описаны механизмы кристаллизации расплавов алюминия в крайне неравновесных условиях, основанные на представлениях о структурной неоднородности расплавов. Процессы зародышеобразования рассмотрены как межкластерные взаимодействия, а кристаллизация расплава в крайне неравновесных условиях - как многостадийный процесс, включающий стадию структурно-фазовых превращений в расплаве. Предназначено для научных и инженерно-технических работников в области материаловедения, рекомендуется для преподавателей и аспирантов технических вузов.

Изучено явление макролокализации деформации для широкого круга материалов (стали, сплавы, чистые металлы, керамика) с различной кристаллической структурой. С помощью акустического комплекса были получены координаты источников сигналов акустической эмиссии. Методом эволюционного распределения полей координат показано, что на всех стадиях пластической деформации наблюдается периодичность координат источников сигналов акустической эмиссии. Измерены скорости перемещения полос макролокализации для некоторых видов сталей. Предложенный метод позволяет экспериментально исследовать кинетику процессов локализации непосредственно в процессе деформации.

В экспериментах, проведенных а образцах из малоуглеродистой стали, деформирующейся развитием полосы Чернова-Людерса с последующим параболическим деформационным упрочнением, установлена взаимосвязь между макроскопической локализацией пластического течения и пространственно-временным распределением сигналов акустической эмиссии. Показано. что при движении фронта полосы с постоянной скоростью акустическая эмиссия различается на разных этапах движения такого очага локализации. Возникающие на стадии параболического деформационного упрочнения неподвижные очаги локализованного течения оказываются пространственно связанными с неоднородностью деформации при движении полосы Чернова-Людерса.

Проведены экспериментальные исследования акустической эмиссии (ФЭ) при пластической деформации образцов из низкоуглеродистой стали. Полученные данные о локализации сигналов АЭ по образцу во времени позволяют следить за перемещением полосы деформации Чернова-Людерса. Проанализированы основные информативные параметры акустической эмиссии на различных стадиях пластического течения. Результаты сопоставлены с данными спекл-видеосъемки и подтверждены их соответствием. Обсуждены возможности определения с помощью акустической эмиссии стадийности пластической деформации и характеристик полосы деформации Чернова-Людерса.

Изучали акустическую эмиссию при трении стали X120Mn12 1. Измеряли коэффициент трения скольжения в отсутствие смазки и регистрировали параметры акустической эмиссии. Установлена взаимосвязь между спектром акустической эмиссии и коэффициентом трения.

Предложена новая модель развития локализованного пластического течения твердых тел, основанная на взаимодействии носителей пластичности и сигналов акустической эмиссии, которые возникают при реализации элементарных актов пластичности.. Экспериментально показано, что на микроскопическом масштабном уровне пластическое течение всегда локализовано, причем локализация принимает формы различных автоволновых процессов. Обоснована возможность введения новой квазичастицы, названной автолокализоном и соответствующей автоволне локализованного пластического течения.

Методами спекл-интерферометрии и измерения скорости распространения ультразвука исследована локализация деформации в сплаве на основе Zr. Показано, что картина локализации деформации эволюционирует в ходе пластического течения и различна в разных слоях прокованной заготовки. Проанализирована связь локализации с микроструктурой сплава в соответствующих участках поковки. Установлены принципиальная применимость методик для анализа запаса пластичности заготовок циркониевого сплава для ТВЭЛьных труб.

исследована взаимосвязь между параметрами акустической эмиссии в характером трения и изнашивания твердых нанокристаллических покрытий системы Ti-Al-N, полученных при различных напряжениях отрицательного смещения на образце. Установлена корреляция между параметрами сигналов акустической эмиссии, процессами разрушения покрытий и коэффициентом трения.

Проведено исследование деформации и разрушения образцов из углерод-углеродного композиционного материала с различным размером концентратора напряжений в форме центрального отверстия диаметром 7,10 и 13 мм с использованием разработанного комбинированного метода. Результаты численного анализа экспериментальных данных представлены в виде диаграмм (зависимостей) интенсивности деформации сдвига и активности акустической эмиссии как функций от времени нагружения. Обсуждаются и трактуются причины подобия и различия результатов исследований. Полученные данные предложено использовать для неразрушающего контроля композиционных материалов путем выделения характерных стадий развития деформации и момента, предшествующего разрушению.

Рассмотрен акустический отклик двух различных пар трения, в которых при фрикционном контакте реализуются хрупкое разрушение и интенсивная пластическая деформация. При анализе акустических сигналов применялась методика расчета медианной частоты с использование оконного преобразования Фурье.

Выявлено, что статистические характеристики акустической эмиссии при пластической деформации и разрушении стеклотекстолита подчиняются скейлинговым соотношениям. Увеличение степени деформации, вызывавшее смену доминирующих механизмов разрушения, проявлялось в появлении новых "ветвей" в амплитудных распределениях акустических импульсов с другими показателями скейлинга. Предложенный подход позволил выявить влияние механизмов разрушения на эволюцию характеристик акустической эмиссии.

В сборнике представлены статьи, посвященные проблемам поведения материалов при деформировании и разрушении, а также вопросы упрочнения материалов, главным образом, за счет модификации и изменения состояния поверхности. Рассмотрено поведение объектов различного масштаба от континентального до микроскопического при механическом воздействии. Описаны новые физические явления, сопровождающие процесс деформирования: формирование волн локализации пластического течения и разрушения, массоперенос при деформации, особенности двойникования кристаллов, разложение микрокристаллов химически неустойчивых соединений. Сборник предназначен для специалистов в области физики конденсированного состояния, физического материаловедения, физики прочности и пластичности, а также для студентов и аспирантов, обучающихся по соответствующим специальностям.

Проведены сравнительные исследования влияния легирования водородом в количестве 0,002-0,24 масс. % на структуру, фазовый состав, деформационное поведение и характер разрушения при растяжении сплава Ti-6Al-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях. Установлено, что формирование субмикрокристаллической структуры повышает устойчивость сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне и сопротивление водородному охрупчиванию при комнатной температуре. Обсуждаются возможные причины повышения устойчивости сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне в присутствии водорода.

В монографии обобщены результаты многолетних исследований автора в области алюминиевых сплавов (прежде всего, их фазового состава), выполненных на кафедре металловедения цветных металлов МИСиС. Основное внимание уделено марочным сплавам, как российским, так и американским. Количественный анализ фазового состава последних выполнялся с использованием современной программы "Thermo-Calc". Для графического изображения фазовых равновесий в пятикомпонентных системах использован оригинальный авторский подход. Книга рассчитана на широкий круг специалистов, которые работают с алюминиевыми сплавами. Среди них - научные работники отраслевых и академических институтов, профессорско-преподавательский состав вузов. работники заводских лабораторий, ответственные за качество продукции. она также может быть полезной аспирантам и студентам старших курсов при выполнении курсовых и дипломных работ. связанных с алюминиевыми сплавами.

Проведено комплексное исследование особенностей микроструктуры порошка ниобия после механической активации в энергонапряженной планетарной шаровой мельнице. Обнаружено формирование высокодефектных наноструктурных состояний с высокими значениями кривизны кристаллической решетки и высоким уровнем локальных внутренних напряжений. Предполагается, что наблюдаемое состояние является важным каналом аккумулирования энергии деформации в процессе интенсивного деформационного воздействия.

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.