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.

Сборник научных трудов содержит статьи, посвященные современным проблемам химии полимеров, созданию новых полимерных материалов со специальными свойствами, новым направлениям переработки пластмасс. Публикуемые материалы представлены на международную научную конференцию "Пластмассы со специальными свойствам", посвященную 90-летию доктора химических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР Анатолия Федоровича Николаева. Материалы сборника будут интересны научным работникам и аспирантам, проводящим исследования в области радикальной и ионной полимеризации и сополимеризации, модификации полимеров, изучающим кинетику полимеризационных процессов, создающим полимеры со специальными свойствами, занимающимся переработкой полимерных материалов. Сборник может быть использован в учебном процессе в высших учебных заведениях как дополнительное пособие при изучении специальных дисциплин, предусмотренных программой подготовки специалистов по полимерным специальностям, в частности, по специальности 24.05.01 "Химическая технология высокомолекулярных соединений". Он будет полезен также при изучении дисциплин "Химия и физика полимеров", "Высокомолекулярные соединения", "Технология пластмасс", "Пластмассы со специальными свойствами" и др., при подготовке бакалавров и магистров по направлениям 240100 "Химическая технология" и 010100 "Химия", при написании студентами выпускных квалификационных работ.

В работе представлены результаты исследования структуры и свойств композиционных покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки из смеси термореагирующих порошков FeB–FeTi. Показана зависимость фазо- и структурообразования покрытий от гранулометрического состава исходных компонентов наплавляемой шихты. Исследованы абразивная износостойкость, коэффициенты трения и интенсивность изнашивания в парах трения. Показана взаимосвязь полученных характеристик со структурой и морфологическими особенностями структурных составляющих покрытий.

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.

Исследованы возможность получения наноструктурных дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе меди и титана с применением методов интенсивной пластической деформации, их структура, физические и механические свойства.

В рамках междисциплинарного исследования процессов деформации и разрушения композиций покрытие — подложка при их контактном взаимодействии выполнен теоретический и экспериментальный анализ влияния дисперсного переходного слоя между сопряженными слоями на процесс формирования деформационных структур вблизи границы раздела. С помощью метода возбудимых клеточных автоматов проведено моделирование переноса упругой энергии от индентора с учетом процессов самоорганизации сдвигов и поворотов структуры вблизи интерфейса. С использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC экспериментально исследовано влияние переходного слоя между покрытием и подложкой на формирование деформационных структур в условиях контактного взаимодействия с индентором при трехточечном изгибе.

В работе исследован процесс формирования рельефа на изначально плоской поверхности материала с покрытием при растяжении. Краевая динамическая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Криволинейная граница раздела «покрытие - подложка» задается в расчетах явно. Для описания механической реакции стальной основы и покрытий используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упругохрупкого разрушения. Установлена зависимость формы и амплитуды деформационного рельефа на поверхности композиции от толщины упругого и прочного пластичного покрытий с синусоидальной границей раздела «покрытие — подложка».

Проведено исследование закономерностей ударного разрушения на разных масштабных уровнях образцов эпоксидных композиционных материалов, армированных дисперсным наполнителем (микрочастицами карбида кремния) в различной концентрации. Показано, что высокая степень структурной неоднородности эпоксидных композиционных материалов на различных структурных уровнях является одним из факторов, определяющих их физико-механические свойства. При динамическом деформировании в материале действует развитая иерархия структурных уровней деформации, которая обуславливает самосогласованное деформирование и разрушение всего объема материала при ведущей роли поворотных мод деформации. По этой причине развитие микротрещин (микроскол) обусловлено малой величиной сдвиговой деформации, дополнительно ограниченной наличием частиц упрочняющей фазы. При старте магистральной трещины определяющим является микроуровень, в то время как продвижение фронта трещины определяется макромеханизмами разрушения.

Shock fracture mechanisms of different scales were investigated on epoxy composite materials reinforced with silicon carbide microparticles of different concentrations. It is shown that the high heterogeneity of the epoxy composites at different structural scales is one of the factors responsible for their physical and mechanical properties. Under dynamic loading, the material reveals a developed structural scale hierarchy which provides self-consistent deformation and fracture of the material bulk with the lead of rotational deformation modes. As a result, microcracks develop due to low shear strain limited in addition by reinforcing particles. At the start of a main crack, microscale mechanisms dominate, whereas the propagation of its front is governed by macroscale fracture mechanisms.

The paper studies the formation of strain-induced roughness on an initially flat surface of materials with a modified surface layer in tension. The dynamic boundary value problem of mechanics is solved numerically by the finite difference method for plane strain. The curvilinear surface layer substrate interface is specified explicitly in the calculations. The mechanical response of the steel substrate and surface layer is described by elastoplastic models with isotropic hardening and elastic-brittle fracture models, respectively. The surface roughness shape and amplitude are found to depend on the thickness of both elastic and high-strength plastic layers with sinusoidal geometry of the hardened layer-substrate interface.

Свойствами композиций на полимерных матрицах можно управлять различными способами. Одним из наиболее распространенных способов является структурная модификация, когда за счет армирующих включений изменяются различные эффективные характеристики материала, при этом химическая природа матрицы и включений не меняются. Предложен подход к определению управляющих параметров (фазовый состав, свойства фаз, внутренняя геометрия, характер межфазного взаимодействия), придающих материалу заданные эффективные свойства или попадание их в заранее заданные интервалы. В соответствии с этим подходом на основе решения ограниченного числа прямых задач (задач моделирования), в которых определяют эффективные характеристики по значениям управляющих параметров, в пространстве состояний строят соответствующие поверхности отклика электрических, теплофизических и деформационно-прочностных характеристик на значения управляющих параметров. Анализ поверхностей позволяет определить, существует ли решение для выбранного диапазона заданных эффективных характеристик, и при его наличии конкретизировать область значений управляющих параметров. При необходимости обеспечить одновременное получение для материала как эффективных теплофизических, электрических так и деформационно-прочностных характеристик значения управляющих параметров находятся пересечением соответствующих областей. Предлагаемый метод очевидным образом можно распространить на многофазные материалы.

При разработке полимерных конструкционных материалов триботехнического назначения, в том числе на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), неоднократно показано, что износостойкость, как правило, оказывается выше в случае композиций с большей степенью кристалличности. Экспериментально установлено, что степень кристалличности полимерной матрицы практически не влияет на деформационно-прочностные характеристики соответствующих композиций. Для объяснения эффекта повышения износостойкости в условиях триботехнического нагружения в работе моделируется надмолекулярная структура СВМПЭ. Оценивается влияние степени кристалличности на напряженно-деформированное состояние материала в соответствующем масштабе. Показано, что повышение степени кристалличности приводит к улучшению прочностных свойств матрицы в условиях нагрева, типичных для узлов триботехники. Кристаллитные структуры играют роль силового каркаса при действии нагрузки. Повышение температуры приводит к более быстрой деградации прочностных свойств аморфной фазы матрицы. Этим можно объяснить улучшение эксплуатационных свойств. Рассмотрен пример моделирования композиции, содержащей частицы наполнителя AlO3 микронных размеров с учетом сферолитной структуры; приведено сравнение с экспериментом.

Проведены испытания на газоабразивный износ струей кварцевого песка спеченных и наплавленных композитов карбид титана – металлическая матрица. Исследована микроструктура испытанных материалов и вид поверхностей износа. Обсуждена зависимость механизма изнашивания и износостойкости от таких характеристик структуры, как объемное содержание и дисперсность упрочняющей карбидной фазы, микроструктура и физико-механические свойства металлической связки.????.

Работа посвящена теоретическому исследованию влияния геометрических (ширина) и механических характеристик межфазных границ на прочность, величину предельной деформации и работу разрушения металлокерамических композиционных материалов. Исследование проведено путем компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов с использованием развитой «мезоскопической» структурной модели композита, явным образом учитывающей наличие широких переходных зон «армирующие включения - матрица». Показано, что формирование в материале относительно широких межфазных границ, характеризующихся плавным изменением механических свойств материала при переходе от керамических включений к связующему, позволяет существенно повысить механические характеристики композита. При этом большое значение имеет не только ширина, но и величина градиента изменения механических свойств в переходной зоне. Так, наличие в межфазных областях дефектов и включений наноскопического и атомарного масштабных уровней может приводить к росту внутренних напряжений в интерфейсных зонах, формированию в них резкого градиента механических свойств и, как следствие, снижению деформационных характеристик и работы разрушения композита.

The paper reports on theoretical study to elucidate the influence of geometric (width) and mechanical characteristics of phase interfaces on strength, ultimate strain, and fracture energy of metal ceramic composites. The study was performed by computer simulation with the movable cellular automaton method and a well-developed mesoscale structural composite model that takes explicit account of wide transition zones between reinforcing inclusions and the matrix. It is shown that the formation of relatively wide “ceramic inclusions-binder” interfaces with gradual variation in mechanical properties allows a considerable increase in the mechanical properties of the composite. Of great significance is not only the interface width but also the gradient of mechanical properties in the transition zone. The presence of defects and inclusions of nano- and atomic scales in interface regions can increase internal stresses in these regions, induce a steep gradient of mechanical properties in them, and hence decrease strain characteristics and fracture energy of the composite.

Методом импульсного магнетронного распыления получено твердосмазочное композитное покрытие системы Cu-Mo-S. Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии изучена морфология поверхности и микроструктура полученных покрытий. Элементный состав покрытий изучен методами микрорентгеноспектрального анализа. Проведено исследование влияния композитных покрытий системы Cu-Mo-S на триботехнические свойства пары трения «медь - медь» при работе в атмосфере инертного газа и на воздухе. Установлено, что применение этих покрытий повышает износостойкость пары трения в атмосфере аргона примерно в 72 раза, при этом коэффициент трения на воздухе снижается примерно в 2.2 раза.

В том 2 Сборника трудов симпозиума включены работы участников симпозиума, доложенные на секциях: "Горение и детонация сложных сред" и "Вычислительные методы механики гетерогенных сред".

В 1 том Сборника трудов симпозиума включены работы участников симпозиума, доложенные на секциях: "Прочность гетерогенных материалов, композитов, адаптивных материалов и конструкций" и "Аэро- и гидромеханика, реология сред с нанонаполнителями".

Проведено рентгенографическое исследование поверхности трансформационно-упрочненной керамики Y-TZP после трения без смазочного материала по стали в широком диапазоне скоростей (0,2-11,1 м/с). Выявлены основные тенденции изменения отношения интенсивностей I(002)/ I(200) линий тетрагональной фазы ZrO2 в зависимости от скорости скольжения и от размера зерна керамики. Обсуждены механизмы, ответственные за переориентацию решетки при разных скоростях скольжения.

В работе приведены экспериментальные и теоретические исследования складчатых структур, формирующихся на свободной поверхности поликристаллических материалов в процессе одноосного растяжения. На примере ферритно-мартенситной стали ЭК-181 продемонстрированы общие закономерности образования и эволюции складчатого деформационного рельефа. Методами численного моделирования показано, что поликристаллическая структура материала может являться условием формирования локальной кривизны изначально плоской поверхности и, следовательно, периодического распределения нормальных растягивающих и сжимающих напряжений.

Проведено системное структурное исследование механизмов деформации и формирования частиц износа на поверхностях трения металлических материалов. Выявлена иерархия структурно-масштабных уровней пластической деформации и разрушения при изнашивании материалов. Ведущим в иерархической самоорганизации многоуровневых процессов формирования частиц износа является наномасштабный уровень, где в зонах локальной кривизны кристаллической решетки возникают межузельные бифуркационные структурные состояния, развиваются пластическая дисторсия и механизмы движения неравновесных точечных дефектов, определяющие нелинейную динамику структурообразования и процесса изнашивания поверхностных слоев. Неравновесные вакансии в узлах решетки в условиях пластической дисторсии формируют механизмом коалесценции микропористость, которая является прекурсором пластических сдвигов мезо- и макромасштабов, определяющих образование частиц износа.

A comprehensive structural study has been performed to explore deformation and wear debris formation on friction surfaces of metallic materials. A hierarchy of structural scales of plastic deformation and failure during wear has been established. The nanoscale plays the major role in the hierarchical self-organization of multiscale debris formation processes. On this scale, bifurcational interstitial states arise in zones of local lattice curvature, with plastic distortion and motion of nonequilibrium point defects which determine the nonlinear dynamics of structure formation and wear of surface layers. Nonequilibrium vacancies on lattice sites form microporosity through the coalescence mechanism under plastic distortion. The microporosity is a precursor of meso- and macroscale plastic shearing that defines wear debris formation.

В работе предлагается подход к определению эффективных теплофизических величин для дисперсно-наполненного композитного материала. Этот подход во многом аналогичен способу определения деформационно-прочностных характеристик для таких материалов. В том и другом случае решается задача о детальном распределении параметров состояния в расчетной области (по неоднородной среде, моделирующей композит). В случае теплофизических характеристик это распределение температуры, в случае деформационно-прочностных — распределение параметров напряженно-деформированного состояния: перемещений, деформаций и напряжений. Далее проводятся процедуры осреднения, которые сами по себе могут быть различными, а сопоставление осредненных по неоднородной расчетной области параметров с аналогичными данными для условно однородной среды позволяет оценить так называемые эффективные характеристики. Отмечается, что вычисление коэффициента теплопроводности по теории смесей приводит к большим погрешностям.

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 в контакте со стальным диском в диапазоне скоростей скольжения от 10 до 40 м/с при давлении 2 МПа, а также структуры поверхностей трения после испытаний. Установлена область скоростей скольжения (23-30 м/с), в которой наблюдается катастрофическое изнашивание материала. При более высоких скоростях протекает установившееся изнашивание. Показано, что резкое увеличение интенсивности изнашивания (в четыре раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 м/с связано со сменой механизмов изнашивания. Установлено, что приповерхностная область материала WC-сталь 110Г13 имеет многослойное строение, причем слои сильно отличаются по структуре и свойствам.

Исследована эволюция структуры композиционных материалов карбид WC - сталь 80Г4 на разных масштабных уровнях при деформации сжатием.

Термографическим и рентгенофазовым методами исследован процесс высокоемпературного синтеза интерметаллических композиционных материаловна основе алюминида никеля Ni3Al, проходящий в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистыхжелментов синертными наполнителем. Исследовано влияние инертного компонента а фазовый состав конечного процукта реакции синтеза. Предполагается, что конечный продукт образуется путем ракционной диффузии на стадииостывания термореагирующей порошковой ситсемы. Проведены оценки термокинетических постоянных процессов формиования фаз NiAl и Ni3Al. Определены области оптимальных режимов высокотемпературного синтеза интерметталлического соединения Ni3Al.

Предложена модель формирования неравновесного поверхностного слоя в процессе электронно-лучевой модификации композиционного материала. Учитываются особенности процессов переноса в матрице и во включениях, а также характер границ раздела между ними. Приведены примеры численного исследования модели для случая идеального контакта между частицами и матрицей. Показан различный характер формирования диффузионных зон в окрестности частиц, расположенных на разном расстоянии от внешней поверхности.

Решение задачи строится в постановке, предполагающей выполнение требований к материалу одновременно по нескольким деформационно-прочностным характеристикам. В качестве управляющих параметров принимаются рецептурные характеристики дисперсно наполненной полимерной композиции: степень наполнения композиции компактными армирующими включениям, средний размер включений, уровень адгезионного взаимодействия. Требования к заданным деформационно-прочностным свойствам задаются в виде некоторого интервала, в который они должны попасть. Решение строится путем построения в пространстве состояний поверхностей отклика, отражающих зависимость каждого из задаваемых свойств от управляющих параметров. заданный для каждой характеристики интервал отражается на поверхности в виде двух линий уровня, отвечающих максимальному и минимальному значению, а их проекции на плоских параметров ограничивают область, в которую должны попасть значения соответствующих параметров. Пересечения таких областей определят набор управляющих параметров, придающих композиции заданные эффективные свойства.

Исследована коррозионная стойкость композиционных оксид-фторопластовых покрытий в условиях химической коррозии во фторсодержащих средах. Показано, что фторопластовые покрытия, нанесенные на керамический подслой, обладают высокой адгезионной прочностью химико-термического взаимодействия. Установлено, что полученные фторопластовые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью во фторсодержащих средах.

Исследованы композиционные покрытия "карбид титана - сплав на основе железа", нанесенные методом электронно-лучевой наплавки. Структура наплавленных покрытий подобна структуре спеченных карбидосталей, причем стальная связка закаливается в процессе нанесения покрытия, что обеспечивает дополнительное повышение его твердости.

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.

Проведено исследование морфологии частиц, удельной поверхности и тонкой кристаллической структуры порошков диоксида циркония и карбида титана, подвергнутых механической активации в шаровой мельнице, и свойств керамических композиционных материалов на их основе. Установлено, что максимальную плотность образцов после спекания позволяет получить не совместная, а раздельная механическая обработка порошков Zr02(Y203) и TiC. При этом добавка 15 % TiC позволяет получить минимальную пористость около 1 % и максимальную твердость 12,5 ГПа. В приграничной области между матрицей и упрочнителем происходит диффузионное взаимодействие с образованием сложного оксикарбида.

В ходе циклических испытаний образцов композиционного материала на основе углеродных волокон проведена оценка их наработки с помощью датчика деформации интегрального типа (ДДИТ). В состав датчика входит полированная алюминиевая фольга (чувствительный элемент), наклеенная на поверхность образца и деформирующаяся совместно с ним. Ее изображения регистрировали с помощью микроскопа МБС-9, дооснащенного цифровой фотокамерой. Для анализа деформационного рельефа ДДИТ рассчитывали комплекс информативных параметров, обсуждали и трактовали характер и типичные стадии их изменения. Полученные данные предложено использовать при создании встроенных датчиков контроля состояния деталей техники ответственного назначения.

Проведен комплекс исследований нанопорошка алюминия, многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) и смеси AI + МУНТ после ультразвуковой деагломерации в жидкой среде, включающий микроструктурный, рентгеноструктурный, термогравиметрический, калориметрический анализы и анализ удельной поверхности. Показаны перспективы выбранного метода деагломерации порошков при подготовке смесей для производства многокомпонентных композиционных материалов.

Развивается подход к проведению акустико-оптического контроля механического состояния композиционных материалов. Его тестирование проведено на примере циклического нагружения плоских образцов листового стеклопластикового композита. По результатам испытаний проводилось сравнение данных, зарегистрированных датчиком перемещений испытательной машины, с таковыми, полученными при помощи предлагаемого акустико-оптического метода. Анализируемыми параметрами акустических сигналов (прошедших вдоль рабочей зоны образца) являются энергия спектра мощности, максимальное значение огибающей сигнала, а также дисперсия разности огибающих двух сигналов. Для оптических изображений рассчитывали среднюю энтропию. Обсуждается характер изменения информативных параметров по мере увеличения циклов наработки, проводимый на основании выделения ключевых стадий разрушения, что позволяет оценить текущее механическое состояние объекта контроля и прогнозировать усталостную долговечность.