Методом рентгеновской дифрактометрии на синхротронном излучении проведено прецизионное исследование микроструктуры сплава Zr-1%Nb, деформированного одноосным растяжением. Обнаружен немонотонный характер зависимости ширины дифракционных линий, согласующийся с флуктуациями интенсивности отражений и упругих микроискажений, связанных с дефектностью структуры, от локальной деформациии действующего напряжения. наблюдается корреляция полученных результатов с данными просвечивающей электронной микроскопии о цикличности дислокационных превращений в процессе образования шейки разрушения.

Обнаружена цикличность дислокационных превращений в очаге макролокализации деформации в процессе растяжения сплава Zr-1%Nb , которая сопровождается периодической релаксацией внутренних напряжений в результате распада субграниц и перераспределения дислокаций. Установлена взаимосвязь колебательной неустойчивости локализации деформации в режиме "упрочнение-разупрочнение" на параболической стадии кривой пластического течения сплавов циркония, с цикличностью дислокационных превращений в очаге макролокализации в процессе его трансформации в шейку.

Методом дифракции обратно рассеянных электронов проведен анализ эволюции микротекстуры и факторов Шмидта при растяжении в условиях формирования шейки. Установлена взаимосвязь колебательной неустойчивости пластического течения в очаге деформации в режиме "упрочнение- разупрочнение" с геометрическим упрочнением (разупрочнением) в процессе переориентации плоскостей легкого скольжения в зернах относительно оси нагружения. Выявлена связь активности различных систем скольжения с закономерностями эволюции количественных параметров микроструктуры.

Исследована микроструктура сплава в очаге макролокализации деформации в процессе его трансформации в шейку. Обнаружена цикличность дислокационных превращений, сопровождающаяся колебательным изменением объемов, занимаемых различными дислокационными субструктурами, значений скалярной плотности дислокаций и плотности субграниц, а также периодической релаксацией внутренних напряжений в результате распада субграниц и перераспределения дислокаций.

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.

Рассмотрены стадийность кривых пластического течения и формы локализации пластической деформации при растяжении образцов из сплава Zr-1%Nb. Установлена и обсуждена связь картин локализации с законом деформационного упрочнения при пластическом течении. Приведены данные о дислокационной структуре деформированного сплава в областях локализации деформации.

В книге подробно изложены результаты экспериментального изучения закономерностей высокотемпературной деформации при растяжении и сжатии промышленных алюминиевых сплавов в широком скоростном диапазоне, включая интервалы проявления сверхпластических свойств. Показано, что сверхпластичность имеет место в термомеханических режимах динамической рекристаллизации, в процесс которой исходная деформированная или литая структура становится равноосной ультрамелкозернистой. Установленные данные позволили рассмотреть эффект с позиций самоорганизации диссипативных структур и привлечь для математического моделирования методы нелинейной динамики, в частности аппарат теории катастроф. В рамках сформулированных определяющих соотношений дано аналитическое решение задач управления технологическими процессами прессования кругового прутка в конической матрице и изготовления листа прессопрокаткой с целью получения конечного продукта с качественной ультрамелкозернистой структурой. Выявлены закономерности реализации устойчивой сверхпластической деформации при одноосном растяжении. Приведены примеры конкретных технологических операций объемного формоизменения с использованием сверхпластичности. Изложенные в монографии экспериментальный подход и математические модели могут быть привлечены для решения задач оптимизации энергосиловых и кинематических параметров формообразования наноструктурированных материалов. Для студентов, аспирантов, научных работников высших учебных заведений, институтов РАН, НИИ а также для инженерно-технических работников промышленных предприятий.

В книге изложены расчетные модели, описывающие особенности деформирования и разрушения стали и сплавов при переменных нагрузках и повышенных температурах. Деформирование конструкционных материалов рассмотрено на основе теории пластического течения и ползучести с анизотропным упрочнением, а также теории упругого нелинейно-вязкого тела с независимыми (параллельными) механизмами деформирования. Проанализирована специфика разрушения металла при однократном и циклическом нагружениях, а также в условиях ползучести. Модифицированы критерии сопротивления малоцикловой усталости и длительной циклической прочности. Проведено подробное экспериментальное обоснование предлагаемых расчетных моделей. Дано обобщение моделей на случай сложного напряженного состояния и изложена методика их применения в расчетах конструкций. Книга предназначена для специалистов по проектированию и техническому диагностированию энергетического и нефтехимического оборудования. а также для исследователей, занимающихся вопросами высокотемпературного деформирования и разрушения материалов. Она может быть использована при разработке компьютерных программ для расчета на прочность современных конструкций.

Исследована эволюция мезоструктуры в многослойной диффузионной зоне азотированного TiNi на разных стадиях изотермического (300 K) растяжения. Основные результаты заключаются в следующем. Присутствие при 300 K в составе диффузионной зоны В2-фазы, способной испытывать при нагружении деформационные мартенситные превращения, обеспечивает эффективную релаксацию внутренних напряжений вблизи микротрещин и в объеме диффузионной зоны. Формирование деформационного мартенсита В19` блокирует рост микротрещин во внутренние слои диффузионной зоны. Процессы пластической деформации развиваются тогда, когда ресурсы релаксации внутренних напряжений формированием деформационных мартенситных фаз исчерпаны.??.

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации на микроструктуру и свойства металлических материалов на примере алюминиевого сплава А85, подвергнутого равноканальному угловому прессованию и циркониевого сплава Г110, подвергнутого ковке с переменой осей осаживания. Установлено, что при деформациях в сплавах формируется промежуточная мелкозернистая структура с бимодальным распределением зерен по размерам. При растяжении образцов из материалов с такой структурой происходит быстрая локализация деформации и образование шейки, способной к значительному утонению.

Исследована эволюция дислокационной структуры при растяжении ГПУ-сплавов циркония систем Zr-Nb и Zr-Sn. Показано, что для сплавов Zr-Nb с преимущественно дисперсным упрочнением характерно активное формирование полосовых и фрагментированных структур. В сплавах Zr-Sn с преимущественно твердорастворным упрочнением кислородом обнаружено формирование полос локализации деформации, способствующих эффективной релаксации напряжений около границ зерен.

Установлена взаимосвязь колебательной неустойчивости локализации деформации в режиме "упрочнение-разупрочнение", обнаруженной на параболической стадии кривой деформационного упрочнения сплавов циркония, с цикличностью дислокационных превращений в очаге макролокализации в процессе его трансформирования в шейку.

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 основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации при растяжении металлов и сплавов. 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 такие характеристики волн локализованной деформации, как скорость распространения, длина волны и дисперсия.

Для материалов, поверхностно упрочненных с целью повышения их усталостной прочности, предложен метод оценки эффективности упрочнения по результатам испытания образцов активным растяжением. Метод основан на характеристике самоорганизации структуры материала образцов с помощью параметров, которые выражают рост числа блоков, формирующих поверхностный фрактал на двух масштабных уровнях при активном растяжении, и сопоставлении полученных характеристик с результатами усталостных испытаний образцов. Характеристику самоорганизации структуры материала осуществляли с помощью фрактального анализа оптических изображений его поверхности. Показано, что параметр мезомасштабного уровня DeltaL2 имеет высокую чувствительность к режимам поверхностно упрочняющей обработки и может быть использован для оценки эффективности упрочнения.??.

Предложен новый метод получения термостойкого оксида циркония в слоистом композиционном покрытии на сплаве меди. Метод заключается в высоковольтном импульсном воздействии на образец, помещенный в раствор электролита, в результате которого происходит модификация поверхностного слоя циркония без участия нижних слоев подложки с последующим образованием оксида. характеризующегося повышенной термостойкостью. Подобные покрытия могут быть использованы, например, на внутренней обшивке сопла в двигателях для аэрокосмической промышленности.

Установлено, что неустойчивость пластического течения в режиме "упрочнение-разупрочнение", обнаруженная на параболической стадии кривой деформационного упорчнения сплава Zr-1%Nb, независимо от дислокационного, сопровождается геометрическим упрочнением (разупрочнением) в результате переориентации плоскостей скольжения относительно оси нагружения, обусловливающей периодическое изменение факторов Шмида для призматической и сопряженной базисной системы скольжения.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации при растяжении металлов и сплавов. 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 такие характеристики волн локализованной деформации, как скорость распространения, длина волны и дисперсия.

Рассмотрены особенности макролокализации пластической деформации на стадии параболического закона деформационного упрочнения в образцах из промышленных сплавов на основе циркония. Установлено, что в предварительно деформированных заготовках образуются зоны с разным характером локализации пластической деформации. Показано, что макрокартина локализации деформации может быть использована как характеристика способности материала к дальнейшему пластическому формоизменению, например при прокатке труб. Выявлен признак разрушения сплавов при пластической деформации. Обнаружен и исследован масштабный эффект при образовании локализованных зон пластического течения.

Магниевый сплав АМ60 был подвергнут ротационной молотковой ковке при 350С с целью измельчения его зерен. В результате многоступенчатой ковки средний размер зерен сплава уменьшился до 10-15 мкм. Кратковременный отжиг откованного сплава при 250С привел к незначительному повышению его прочности и существенному улучшению пластичности. Дополнительное равноканальное угловое прессование образцов при 350С привело к незначительному уменьшению размера зерен, но механические характеристики сплава при этом не изменились.

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.

Электронно-микроскопическим и рентгенодифракционным методами исследованы микроструктура и фазовый состав сплава Ni50Ti40Zr10, изучены особенности его атомно-кристаллической и тонкой структур, сформировавшихся после применения двух термообработок, различающихся только скоростями охлаждения образцов после отжига при одинаковой температуре. Сделан вывод и о сильном влиянии скорости охлаждения на полноту мартенситного превращения (МП). Учитывая, что в сплавах на основе никелида титана изменение химического соотношения компонентов Ni и Ti является главным рычагом в управлении МП, можно предполагать, что неполное МП в закаленном сплаве и, напротив, почти полное МП в медленно охлажденном сплаве являются следствием различия химического состава исходной фазы В2, установившегося после образования вторичных фаз.

На примере металлокерамического сплава карбида титана (TiC) с никельхромовым (Ni-Cr) связующим впервые выполнен сравнительный анализ влияния различных высокоэнергетических воздействий на дисперсность внутренней структуры и фазовый состав синтезированной металлокерамики 70vol.%TiC + 30vol.%(Ni-Cr)-сплав (самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) под давлением, предварительная механическая активация (МА) металлических компонентов исходной порошковой смеси титан-углерод-никельхромовая связка; последующая МА порошковой смеси в целом; интенсивная пластическая деформация продукта синтеза). Показано, что в условиях интенсивной пластической деформации с экструзией продукта высокотемпературного синтеза формируется металлокерамическая структура, содержащая частицы карбидной фазы стехиометрического состава наномасштабной размерности.

Исследованы закономерности макролокализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения циркониевых сплавов Э635 и циркалой-2. Обнаружена неустойчивость пластического течения, которая проявляется в периодическом изменении пространственно-временной картины распределения локальных деформаций, наблюдаемой с использованием метода спеклинтерферометрии. Полученные результаты обсуждаются в рамках синергетической модели эволюции пластического течения на его завершающей стадии.

Методами дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгеновской дифрактометрии, а также про¬свечивающей и растровой электронной микроскопии исследованы фазовые превращения и стабильность струк¬туры легированного цирконием ультрамелкозернистого сплава системы Al-Mg-Li при нагреве. Установлено, что при повышении температуры в сплаве формируются частицы S-фазы двух типов, отличающиеся структурой кри¬сталлической решетки. Показана важная роль S-фазы в обеспечении высокой термической стабильности ультрамелкозернистой структуры, полученной методами интенсивной пластической деформации.

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.

Исследована эволюция локальных деформаций при растяжении образцов мелкозернистого циркониевого сплава. Установлено, что картины распределений деформации имеют упорядоченный характер, причем типы упорядоченности находятся в тесной связи со стадиями деформационной кривой. Полученные результаты сравниваются с аналогичными данными исследований полей деформации моно- и поликристаллических материалов с другими типами кристаллических структур и микромеханизмов деформации. Отмечается, что вся совокупность подобных результатов, включая и данные настоящей работы, может быть интерпретирована в рамках автоволновых представлений.

Методом рентгеноструктурного анализа исследована структура интерметаллида TiNi подвергнутого поверхностной электронно-лучевой модификации. выявлено 3, дифференцированных по микрокристаллической структуре слоя: внешний остротекстурированный слой толщиной 1:3 мкм с текстурой в направлении [100]В2 и уменьшенным на 1% параметром периодичности решетки в направлении нормали к поверхности, промежуточный градиентно-напряженный слой толщиной 10:15 мкм с текстурой исходно слитка и неизмененный материал. Поверхностный слой, как и промежуточный, находится в растянутом вдоль поверхности и сжатом нормально поверхности состоянии. Это искажение решетки максимально в поверхностном слое и убывает вглубь материала.

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.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана в различных структурных состояниях (субмикрокристаллическое, микрокристаллическое и крупнозернистое), модифицированного в условиях имплантации ионами алюминия. Повышение физико-механических свойств титановых материалов основано на формировании модифицированного поверхностного слоя, состоящего из реструктурированной исходной мишени и формируемого твердого раствора. Уменьшение размера зерна исходного материала приводит к внедрению компонентов на большие глубины вследствие диффузии, что, в свою очередь, оказывает положительное влияние на свойства имплантированных материалов.

Обобщены результаты теоретического анализа и экспериментального исследования закономерностей структурно-фазовых превращений в процессе внутреннего окисления Zr-содержащих ванадиевых сплавов и влияния режимов химико-термической обработки (ХТО) на термическую стабильность их микроструктуры. Обоснованы способы формирования высокодисперсного гетерофазного состояния, стабильного до температур, близких к температуре плавления. Показано, что при внутреннем окислении в состояниях с высокой плотностью дефектов разработанные методы являются эффективными методами повышения температуры рекристаллизации сплавов.

Выполнено исследование влияния дорекристаллизационных отжигов на микроструктуру и механические характеристики наноструктурного титана, полученного методом многократного одноосного прессования и последующей прокатки. Показано, что сформированная микроструктура обеспечивает высокие механические характеристики наноструктурного титана (предел прочности при растяжении составил 1160 МПа, предел текучести — 1100 МПа), соответствующие титановым высокопрочным сплавам. Отжиг при 250 °С не меняет наноструктурное состояние титана и его прочностные характеристики и увеличивает пластичность до 6 % при растяжении.

Методом анализа дифракции обратнорассеянных электронов в сочетании с просвечивающей и сканирующей электронной микроскопией, а также рентгеноструктурным анализом проведены комплексные исследования характеристик микроструктуры сплава Ti–6Al–4V Eli, полученного методом равноканального углового прессования. Установлено, что размер элементов зеренно-субзеренной структуры сплава составляет 0.1–0.5 мкм. При этом доля большеугловых границ зерен в спектре разориентировок достигает 90 %.????.

Методами просвечивающей, растровой электронной микроскопии и активного растяжения при разных температурах изучено влияние режимов термомеханической обработки на особенности фазово-структурного состояния и механические свойства сплава V–4Ti–4Cr. Найдены режимы термомеханической обработки, обеспечивающие высокую дисперсность и однородность гетерофазной структуры этого сплава, повышение термической стабильности его дефектной субструктуры и значительное увеличение кратковременной (в том числе высокотемпературной) прочности при сохранении высокой пластичности.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) порошковой смеси состава (Ni+24ат.%Al+0.5ат.%В) при совмещении с пластической деформацией продукта синтеза получен пластичный и прочный сплав. Методами рентгеновской дифрактомерии, оптической металлографии, растровой электронной микроскопии исследована микроструктура сплава. Показано, что увеличение пластичности сплава обусловлено образованием полифазной и разнообразной по типу микроструктуры - крупнокристаллической эвтектики (y+y) вперемежку с нанокристаллической структурой смеси фаз: y, NiAl, Al3Ni, Ni2Al3.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование особенностей структурных состояний, формирующихся в сплава V-4%Ti-4%Cr в зависимости от режимов его термомеханической обработки с применением метода многократного всестороннего прессования. Показано, что использование этого метода позволяет модифицировать гетерофазную и зеренную (субзеренную) структуру сплава и существенно повысить характеристики его прочности и пластичности.

Методами рентгеноструктурного анализа исследовано изменение микроструктурных параметров твердых сплавов на основе карбида вольфрама в исходном и деформированном состояниях в зависимости от химического состава матрицы. Определены параметры решетки, размеры областей когерентного рассеяния, микроискажения кристаллической решетки, плотность дислокаций структурных составляющих твердых сплавов до и после деформации. Установлено, что механические свойства всего композита определяются величинами изменения определенных параметров внутренней структуры компонентов: пластичность сплава - величиной изменения размера областей когерентного рассеяния в матрице, а его прочность - величиной изменения микроискажений кристаллической решетки упрочнителя.

Проведено сравнительное исследование кинетики абразивного изнашивания и износостойкости металлокерамических композитов с карбидной упрочняющей фазой и сплавов на основе железа. Результаты обсуждены с привлечением результатов металлографических исследований структуры материалов. Предложен механизм абразивного изнашивания исследованных композитов.

На микро- и мезоуровнях методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии исследована эволюция структуры сверхпроводников на основе сплава NbTi, которые используются в качестве токонесущих элементов в магнитной системе ИТЭР. Исследованы структура, фазовый состав и их влияние на свойства сверхпроводящего сплава ниобий-титан (Nb + 47%Ti) после холодного волочения и промежуточного отжига.

Исследованы особенности модификации зеренной и гетерофазной структуры сплава системы V-Zr-C в зависимости от режимов термомеханической обработки (ТМО). Формирование структурных состояний с высокой плотностью однородно распределенных по объему материала высокодисперсных (до 5 нм) частиц второй фазы обеспечивает существенное увеличение прочностных характеристик при комнатной и повышенной (800 гр.С.) температурах с сохранением технологически приемлемых значений пластичности. Рассмотрено влияние различных факторов на прочность сплава V-Zr-C.

Методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии исследована эволюция структуры сверхпроводящего кабеля на основе сплава Nb+47% Ti на промежуточной стадии волочения. Изучены микроструктура, фазовый состав и свойства сверхпроводящего сплава Nb-Ti после холодного волочения и промежуточного отжига. Выявлены зоны локализации пластической деформации в местах обрыва сверхпроводника, обнаружено изменение формы и химического состава волокон Nb-Ti в бездефектной области и в зоне разрыва кабеля, а также частичное отсутствие диффузионного Nb барьера вокруг волокон Nb-Ti в местах обрыва.

Проведено исследование фазового состава, микроструктуры, механизмов пластической деформации и разрушения при ударном нагружении слоистого материала, полученного сваркой под давлением листов титанового сплава ВТ6. В ходе ударного нагружения при 20 и -196 °С происходит расслоение образца на пакеты листов, которое влияет на скорость их разрушения. На поверхностях разрушения происходит структурно-фазовый распад исходной кристаллической структуры с образованием динамических ротаций. В кристаллических подслоях поверхностей разрушения и расслоя развивается фрагментация материала. Данные эффекты выражены более сильно при T(def)= -196 °С.

Представлены результаты исследований микроструктуры, физико-механических и электрических свойств литых алюминиевых сплавов, упрочнённых наночастицами алмаза. Показано, что введение наночастиц приводит к изменению параметров структуры и увеличению механических свойств сплавов.

The paper studies the phase composition, microstructure, and mechanisms of plastic deformation and fracture under impact load in a laminate obtained by pressure welding of VT6 titanium alloy sheets. Under impact loading at 20 and -196°C, the material is delaminated into sheet piles with attendant changes in their fracture rate. At fracture surfaces, the initial crystal structure experiences structural phase decomposition which results in dynamic rotations. In fracture and delamination sublayers, the material is fragmented. The effects are more pronounced at Tdef =-196°C.