Исследовано влияние электролитического наводораживания на закономерности пластической деформации и разрушения монокристаллов стали Гадфильда, ориентированных для растяжения вдоль направлений (111) и (144), в которых основным механизмом деформации выступает механическое двойникование. Электролитическое наводораживание в течение 5 ч при плотности тока 100 А/м2 слабо влияет на стадийность пластического течения, механизм деформации и величину однородного удлинения (111)- и (144)-монокристаллов. Насыщение водородом вызывает микролокализацию сдвига и уменьшение коэффициента деформационного упрочнения при развитии двойникования в одной системе, при этом слабо влияет на характеристики деформационного упрочнения при множественном двойниковании. Наводораживание способствует увеличению доли хрупкой составляющей на поверхностях излома и вызывает формирование микро- и макротрещин вблизи зоны разрушения на боковых поверхностях деформированных образцов. Экспериментально установлено уменьшение скорости релаксации напряжений в нагруженных (111)-монокристаллах после насыщения водородом и предложены механизмы для описания этого явления.

Методами спекл-интерферометрии, электронной. оптической и атомно-силовой микроскопии исследованы структура и закономерности деформирования поверхностных слоев металлов и сплавов при трении. Проанализированы причины локализации деформации. Предлагается объяснение высокой износостойкости стали Гадфильда на основе данных об эволюции структуры поверхностного слоя.

Исследована эволюция локальных деформаций при растяжении монокристаллов высокомарганцовистого аустенита с углеродом. Показано, что типы упорядоченных картин локализации находятся в тесной связи со стадиями деформационной кривой. Полученные резулттаты сравниваются с аналогичными данными исследований полей деформации монокристаллов хромо-никелевого аустенита с азотом. Установлена зависимость скорости самосогласованного движения очагов неоднородностей пластической деформации при растяжении монокристаллов Fe от коэффициента деформационного упрочнения и механизма деформации.

Представлены результаты измерения нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение. Обнаружено явление восстановления формы поверхности после индентирования, которое сохраняется в течение нескольких дней после испытаний. Высказано предположение о существовании в деформированном материале эффекта, подобного нелинейной упругости.

Показано влияние легирования алюминием на прочностные свойства и механизм деформации (скольжение, двойникование) при растяжении <123> монокристаллов стали Гадфильда при Т=300 К. Установлено, что легирование алюминием подавляет развитие деформации двойникованием <123> монокристаллов, приводит к изменению типа дислокационной структуры при скольжении от однородного распределения дислокаций к планарной дислокационной структуре.

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.

Проведены исследования деформационного поведения высокохромистой стали 40Ч13 с мартенситной (после закалки) и сорбитной (после высокого отпуска) структурой. Обнаружено, что каждое состояние демонстрирует свой вид кривой нагружения. В мартенситном состоянии диаграмма деформации стали содержит только стадию линейного упрочнения, тогда как в сорбитном она является трехстадийной. Установлен локализованный характер пластического течения исследуемого материала в обоих состояниях Эволюция распределений очагов локализованной деформации определяется законом пластического течения, то есть стадийностью соответствующей диаграммы нагружения. Показано, чт процесс разрушения задается кинетикой очагов локализованной деформации на заключительной стадии кривой 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.

Исследована эволюция зоны пластичности вблизи конца трещины нормального отрыва в малоуглеродистой стали. Построены распределения компонент тензора пластической дисторсии для разных стадий развития трещины.

Изучено влияние крупномасштабных границ раздела в виде протяженных поперечных локализованных областей переплава на механизм пластической деформации поликристаллов низкоуглеродистой стали. Теоретически и экспериментально показано, что в зоне таких границ раздела возникают осциллирующие мезоконцентраторы напряжений, релаксация которых обусловливает формирование в деформируемых поликристаллах периодических полосовых структур мезомасштабного уровня.

Приведены результаты исследований механизмов фрагментации на мезоуровне при пластической деформации поверхностно упрочненной хромистой стали. Показано существование в пределах мезоуровня иерархии подуровней, связанных с образованием фрагментов различного масштаба и деформационных доменов. Самоорганизация механизмов деформации в иерархии мезоскопических подуровней подчиняется закону подобия.

На поликристаллических образцах малоуглеродистой стали 08пс проведены исследования картин локализации пластического течения при электролитическом насыщении водородом в трехэлектродной электрохимической ячейке при постоянном контролируемом катодном потенциале. Насыщение водородом образцов стали привело к уменьшению пределов текучести, прочности на пластичности на 9%. С помощью метода двухэкспозиционной спекл-фотографии определены основные типы и параметры локализации пластического течения на разных стадиях деформационного упрочнения образцов в исходном состоянии без водорода и после насыщения водородом. Установлено, что наводороживание образцов усиливает локализацию деформации, приводит к значительным перестройкам зон локализованной деформации.

По данным испытаний малоразмерных образцов с шевронным надрезом определены характеристики трещиностойкости технического титана ВТ1-0, титанового сплава ВТ6, трубной стали 12ГБА и сплава Fe-Ni с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой, полученной методами интенсивной пластической деформации (ИПД). В качестве основной характеристики трещиностойкости определена удельная энергия разрушения. Предложена новая характеристика вязкости разрушения при испытании малоразмерных образцов с шевронным надрезом — относительная величина смещений точек приложения нагрузки, не связанная с изменением податливости образца в результате распространения трещины. Исследовано изменение удельной энергии разрушения в процессе нагружения образцов с шевронным надрезом.

Обобщены результаты исследования новых механизмов деформации и переориентации кристаллической решетки - механизмов прямых плюс обратных (по альтернативным системам) превращений мартенситного типа в металлических материалах (чистые металлы, аустенитные стали, сплавы на основе Ni3Al) с ГЦК-решеткой. Дан краткий обзор экспериментальных результатов, лежащих в основе разработки этих механизмов. Представлены атомные модели этих превращений. В рамках предложенных механизмов можно с единых позиций описать такие явления пластической деформации, как зарождение дислокаций, механическое двойникование и образование полос локализации деформации с высокоугловыми границами разориентации.

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.

Проведено исследование процессов пластической деформации на мезо- и макромасштабном уровнях при трении и изнашивании конструкционной стали с композиционным упрочняющим покрытием. Показано, что характер пластической деформации на мезомасштабном уровне в композициях с покрытиями характеризуется рядом существенных особенностей, связанных с возникновением иерархии концентраторов напряжений на двух границах раздела: "контртело-покрытие" и "покрытие-основа". Анализ изображений поверхности трения с помощью оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC позволил установить, что под действием поперечных составляющих сдвигов, развивающихся в результате релаксации мезоконцентраторов напряжений на границе раздела "контртело-покрытие", создается периодическое чередование зон растяжения и сжатия. Это обусловливает поперечное перераспредление твердых частиц в тонком поверхностном слое и возникновение в нем "строчечной" структуры.

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.

Сравниваются особенности локализации пластической деформации в низкоуглеродистой листовой стали 08пс (0,07% мас. С) на площадке текучести при отсутствии деформационного упрочнения, на стадии линейного деформационного упрочнения с постоянным коэффициентом деформационного упрочнения и на стадии параболического деформационного упрочнения. С помощью метода двухэкспозиционной спекл-фотографии определены основные типы и параметры локализации пластического течения на разных стадиях деформационного упрочнения стали в трёх состояниях: после горячей прокатки, после размотки горячекатаного рулона и травления для удаления окалины, в результате электролитического насыщения водородом в трёхэлектродной электрохимической ячейке при постоянном контролируемом катодном потенциале образцов после горячей прокатки.

Исследованы процессы локализации пластической деформации и разрушения в материале с пористым покрытием. Решается краевая динамическая задача в постановке плоской деформации. Проводится численное моделирование методом конечных разностей. Структура композита соответствует экспериментально наблюдаемой и задается в расчетах явно. Разработана методика генерации начальной конечно-разностной сетки для описания структуры покрытия с регулируемой пористостью и геометрией границы раздела «покрытие - подложка». Определяющие уравнения для стальной основы включают упругопластическую модель изотропно упрочняющегося материала. Для керамического покрытия используется модель хрупкого разрушения на основе критерия Губера, которая учитывает зарождение трещин в областях объемного растяжения. Показано, что специфика деформирования и разрушения исследуемого композита связана с наличием вблизи пор и вдоль границы раздела «покрытие - подложка» локальных областей растяжения как при растяжении, так и при сжатии материала с покрытием. Изучена взаимосвязь процессов неоднородного пластического течения в стальной подложке и распространения трещин в покрытии.

The paper studies the localization of plastic deformation and fracture in a material with a porous coating. A dynamic boundary value problem in the plane strain formulation is solved. The numerical simulation is performed by the finite difference method. The composite structure corresponds to the experimentally observed one and is specified explicitly in the calculation. A generation procedure of the initial finite-difference grid is developed to describe the coating structure with adjustable porosity and geometry of the substrate-coating interface. Constitutive equations for the steel substrate include an elastic-plastic model of an isotropically hardening material. The ceramic coating is described by a brittle fracture model on the basis of the Huber criterion which accounts for crack nucleation in triaxial tension zones. It is shown that the specific character of deformation and fracture of the studied composite results from the presence of local tensile regions in the vicinity of pores and along the coating-substrate interface, in both tension and compression of the coated material. The interrelation between inhomogeneous plastic flow in the steel substrate and crack propagation in the coating is studied.

В книге рассмотрены общие принципы исследования текстурообразования металлов и сплавов, управления кристаллической текстурой и формирование текстуры на переделах производства металлических материалов. Приведен кристаллический анализ пластического течения при прокатке текстурованных материалов, дана физико-механическая модель формирования и преобразования текстуры деформации. Представлена экпериментальная оценка влияния текстуры и напряженно-деформированного состояния на сопротивление деформации и повороты кристаллографической решетки при прокате. Книга предназначена для специалистов, работающих в области технологии и исследования материалов.

Исследовали структурно-механические особенности пластической деформации фольг монокристалла алюминия {100}<001>, наклеенных на плоские образцы алюминиевого сплава, которые деформировали в режиме малоцикловой усталости. Установлено, что пластическая деформация начинается после латентного периода на лицевой поверхности и с ростом числа циклов нагружения распространяется через толщину фольги. Специфический поверхностный рельеф, образующийся на обратной стороне фольг алюминия, подобен рельефу, наблюдающемуся на лицевой поверхности фольг. Показано, что наиболее важной причиной зарождения пластической деформации на лицевой поверхности и распространения ее через всю толщину фольги является действие моментных напряжений, которые возникают в поперечном сечении фольги в результате внецентренного приложения нагрузки к фольге. Сделан вывод, что влияние моментных напряжений необходимо учитывать при нанесении на фольги защитных и функциональных покрытий, особенно при их значительной толщине и работе в условиях циклического растяжения.

Рассмотрены закономерности, определяющие развитие локализованной пластической деформации твёрдых тел. При анализе характеристик локализованного пластического течения металлов, неметаллов и горных пород обнаружена корреляция произведений масштабов и скоростей процессов упругой и пластической деформаций. На этом основании высказана гипотеза о причинной взаимосвязи упругой и пластической составляющих деформации и введён упругопластический инвариант деформации, играющий роль основного уравнения развиваемой автоволновой модели пластичности. Предложены автоволновой и квазичастичный варианты описания явления локализованной пластичности.

Исследованы структуры поверхностей трения образцов твердого сплава (композита) WC-сталь Гадфильда после их трибологических испытаний в паре со стальным диском. Установлен факт присутствия на поверхности трения композита после скоростей скольжения 10 м/с белого нетравящегося слоя. Методами оптической и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа показано, что "белый слой" имеет сильнодеформированную нанокристаллическую структуру с повышенной твердостью и составом, близким к составу объема композита.

Методам просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведены экспериментальные исследования механизма деформации монокристаллов стали Гадфильда, ориентированных для растяжения вдоль [111], [144], [011] направлений. Установлено, что при Т=23С с ранних степеней деформации пластическое течение в монокристаллах этих ориентаций связано с развитием преимущественно механического двойникования. Показано влияние числа действующих систем сдвига на скорость деформационного упрочнения.

Исследована генерация звука при трении скольжения стали Гадфильда в отсутствие смазки. Одновременно с параметрами звука измеряли коэффициент трения, изучали структуру подповерхностного слоя и морфологию частиц износа. Установлена корреляция между силой звука, спектром звучания трибоузла и коэффициентом трения. Показано, что устранение упругих колебаний в сопряжении приводит к снижению коэффициента трения. Дается интерпретация взаимосвязи динамического поведения пары трения и триботехнических характеристик.

Приведены результаты триботехнических испытаний твердого сплава WC-сталь Гадфильда при нагрузке 550 Н и скоростях скольжения 0,65-2,8 м/с в паре с контртелом из инструментальной стали, а также исследования микроструктуры поверхностных слоев твердосплавных образцов. Показано, что в зависимости от скорости скольжения в паре трения "палец-диск" происходит изменение фазового состава поверхностных слоев и топографии поверхности трения.

Показано, что при трении композита WC-сталь Гадфильда по стали в диапазоне скоростей скольжения до 37 м/с при давлении 2 МПа происходит изменение структуры приповерхностных областей. При этом при скоростях до 20 м/с состав поверхности трения не отличается от исходного композита, а после скоростей скольжения выше 20 м/с возникающие при трении трибослои обогащены железом и содержат в своем составе оксид Fe3WO4. При давлении 4 МПа в диапазоне скоростей скольжения 15-37 м/с, вследствие разогрева поверхности трения композита, происходит образование "козырьков", состоящих из деформированного композита и трибослоев.

Исследованы механические свойства и структура <001> и <111> монокристаллов стали Гадфильда после прокатки при комнатной температуре до степеней обжатия 5-75 %. Показано, что множественное двойникование выступает основным механизмом, определяющим формирование субмикрокристаллической структуры и высокой прочности при прокатке аустенитной стали Гадфильда.

Проведено исследование карбидостали TiC-сталь Гадфильда при различном содержании TiC (от 30 до 70 %). Изучено влияние структурного состояния стальной связки на прочностные свойства и износостойкость композита. Показано, что наиболее высокой износостойкостью обладают карбидостали, в которых стальная связка находится в метастабильном состоянии.

В монографии рассматриваются основные закономерности процессов деформирования и накопления повреждений в конструкционных материалах (металлах и их сплавах) при различных (квазистатических и динамических) режимах термосилового нагружения и математические модели указанных процессов. Приводится экспериментально-теоретическая методика определения материальных параметров и функций данных математических моделей. Даются результаты численного моделирования процессов деформирования и накопления повреждений металлов и ряда конструкционных сталей при квазистатических и динамических термосиловых воздействиях. Особое внимание уделяется вопросам моделирования процессов упругопластического деформирования и накопления усталостных повреждений для сложных процессов деформирования конструкционных сталей, сопровождающихся вращением главных площадок тензоров напряжений и деформаций. Монография представляет интерес для широкого круга научных работников, инженеров, аспирантов, специалистов в области механики деформируемого твердого тела.

Предложен и обсужден автоволновой механизм локализации пластической деформации. Показано, что эффект локализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационного скольжения, двойникования, деформации за счет фазового превращения). обсуждаются величина и природа таких характеристик автоволн, как скорость распространения, дисперсия и длина волны. Формулируются основные представления о механизме генерации автоволн в системах, расслаивающихся на информационную и динамическую подсистемы.

Рассмотрено изменение энтропии в процессах генерации и распространения волн локализованной пластической деформации. Показано, что при образовании таких волн энтропия уменьшается, что может рассматриваться как основание для отнесения процессов локализации пластической деформации твердых тел к процессам самоорганизации.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации в металлах и сплавах. Показано, что эффект макролокализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационное скольжение, двойникование). Установлен волновой характер локализации деформации. Обсуждаются величины таких характеристик волн локализованной деформации, как скорость распространения, дисперсия и длина волны.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации в ОЦК-сплаве Fe-3%Si на стадии линейного деформационного упрочнения. Установлен волновой характер локализации деформации, определена скорость распространения волн локализации. Получены данные о законе дисперсии волн локализованной пластической деформации для поликристаллов Al и сплавов на основе Fe в моно- и поликристаллическом состояниях.