Представлены результаты теоретического исследования атомной и фононной структуры сверхтонкой пленки Pb на поверхности Al( 100). Обсуждаются поверхностная релаксация, локальная плотность колебательных состояний и поляризация фононных мод адатомов и атомов подложки. Показано, что адсорбция Pb приводит к осциллирующей релаксации поверхности подложки и появлению коробления структуры в подповерхностных слоях. Сравнительный анализ колебательных характеристик чистой поверхности подложки и поверхности в присутствии адатомов показал, что адсорбционное взаимодействие в системе и ее динамическая устойчивость определяются новыми колебательными модами, не свойственными чистым поверхностям Al и Pb.

Исследовано влияние расплава Pb-Sn в контактном пространстве на токопроводящую площадь и электропроводность контакта. Проведена полуэмпирическая оценка электропроводности токопроводящего контакта, содержащего расплав Pb-Sn в контактном пространстве.

В монографии представлены результаты экспериментальных исследований, посвященных выявлению на различных структурных и масштабных уровнях закономерностей влияния воздействий слабыми электрическими потенциалами, магнитными полями, мощными токовыми импульсами, электронно-пучковой обработки на металлы и сплавы, подвергающиеся пластической деформации. Установлены и проанализированы физические механизмы влияния данных видов воздействий на свойства металлов и сплавов. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния, металловедения и термической обработки, механики деформируемого твердого тела, физического материаловедения и может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

В монографии развивается системный подход к описанию деформируемого твердого тела как многоуровневой иерархически организованной системы. Приводится экспериментальное и теоретическое обоснование принципиально важного положения, что поверхностные слои и внутренние границы раздела в деформируемом твердом теле являются самостоятельными подсистемами. Они оказывают существенное влияние на самосогласованное развитие пластического течения и разрушение твердого тела на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях. Развиты новые подходы к моделированию процессов пластической деформации в поверхностных слоях и на интерфейсах в полях внешних воздействий методами молекулярной динамики, подвижных клеточных автоматов, механики структурно-неоднородных тел. Обнаружены и изучены нелинейные волновые процессы локализованного пластического течения на мезоуровне в поверхностных слоях, тонких пленках и интерфейсах. Разработаны новые методы упрочнения материалов путем наноструктурирования их поверхностных слоев, нанесения наноструктурных покрытий, формирования на внутренних границах раздела субмикрокристаллической структуры. Книга предназначена для специалистов в области механики и физики пластичности и прочности твердых тел, физического и прикладного материаловедения.

Определены вольт-амперная характеристика и интенсивность изнашивания скользящих электроконтактов из композитов на основе сталей Г13, а также на основе стали ШХ15, переработанной из шлифовального шлама. Показано, что сталь ШХ15 имеет высокую износостойкость вследствие формирования наноструктур при деформации поверхностных слоев в зоне трения. Установлено, что при скольжении с плотностью тока более 100 А/см2 окисляется поверхность трения контртела из закаленной стали, поэтому сталь не может применяться в качестве контртела.

Исследованы особенности наноструктурирования поверхности образцов при трении в условиях сдвиговой неустойчивости подповерхностных слоев материала в результате сильной локализации деформации. Показано, что существуют три стадии локализации деформации в подповерхностных слоях. Изучена структура зоны локализации и показано, что деформация сосредоточена в полосах деформации. Формирование нанокристаллической структуры на поверхности в результате сдвиговой неустойчивости рассматривается аналогично формированию полосы локализованного сдвига. Образование нанокристаллической структуры может являться причиной перехода от нормального к адгезионному типу изнашивания в отсутствие механизмов структурной приспосабливаемости.

Путем компьютерного моделирования проанализирована возможность изменения величины предельной деформации образцов "интерфейсных" материалов, механическое поведение которых определяется процессами локализации деформаций на границах раздела структурных элементов (блоков, зерен и т. д.), направленной модификацией поверхностных слоев. Показано, что уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела в поверхностном слое можно обиться существенного увеличения деформационной способности образцов при циклическом нагружении. Причиной этого эффекта является вовлечение большего объема материала в процессы накопления необратимых деформаций что приводит к замедлению локализации деформаций вблизи макроконцентраторов напряжений и более позднему зарождению трещин.

Исследована взаимосвязь регистрируемых циклических вольтамперных кривых и свойств оксидно-керамических покрытий, формируемых в процессе микроплазменного оксидирования. Выявлено, что аналитический сигнал активной составляющей тока на вольтамперной кривой является показателем толщины и пористости формируемого покрытия. Показано, что по форме регистрируемых вольтамперных характеристик можно прогнозировать свойства получаемых оксидно-керамических покрытий и управлять процессом микроплазменной обработки.

Рассмотрены особенности локализации пластического течения на стадиях линейного и параболического деформационного упрочнения, а также на стадии предразрушения. Показано, что макроскопическая локализация пластического течения на этих стадиях может рассматриваться как процесс самоорганизации. На стадии линейного упрочнения в образце возникает автоволновой процесс локализации течения, которому в соответствие может быть поставлена квазичастица. На стадии предразрушения автоволновой процесс коллапсирует с формированием макрошейки и последующим зарождением вязкой трещины.

В работе исследуется отклик материала с системой пор различного масштаба на высокоскоростную сдвиговую деформацию. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом частиц. На атомном уровне это метод молекулярной динамики, на мезомасштабном уровне - метод подвижных клеточных автоматов. Показано, что в процессе деформации такого материала формируются динамические дефекты вихревого типа. Этот процесс характеризуется тремя стадиями. Первая стадия связана с преимущественно ламинарным характером смещений атомов или элементов среды в областях, прилегающих к нагруженным слоям. Особенность второй стадии заключается в формировании согласованного вихреподобного движения атомов и элементов среды в области между порами. При этом наблюдается периодичность формирования и распада вихревого движения. Для атомного уровня период такого процесса составляет порядка нескольких пикосекунд. Для бoльшего масштаба длительность второй стадии и особенности ее проявления определяются свойствами модельного материала. Третья стадия на атомном уровне связана с потерей устойчивости атомной структуры и формированием полос локализованной деформации. Это сопровождается рассогласованием вихревого движения атомов в области между нанопорами. На мезомасштабном уровне третья стадия сопровождается разрушением материала. Полученные результаты могут иметь практическое приложение при анализе поведения материалов, подверженных, например, радиационному облучению в условиях динамического воздействия.

Представлены физические основы методологии описания деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. Сделано концептуальное заключение, что базовым механизмом пластической деформации твердых тел является локальное структурное превращение в зонах концентраторов напряжений, испытывающих растягивающие нормальные напряжения, где есть избыточный атомный объем и в пространстве междоузлий возникают виртуальные узлы другой структуры (так называемые атом-вакансионные или сильновозбужденные состояния). Данный механизм определяет общность природы всех возможных механизмов пластической деформации твердых тел. При наличии в деформируемом твердом теле трансляционно-инвариантной кристаллической структуры рассматриваемый механизм определяет зарождение и кристаллографическое движение дислокаций.

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 теории функционала электронной плотности исследованы электронная структура и магнитные свойства возможных типов контактов на границе раздела (001) между сплавами Гейслера составов XYZ и X2YZ (NiMnSb и Co2MnSi) и полупроводниками III-V групп (InP и GaAs). Показано, что в обоих случаях максимальная спиновая поляризация достигается на контактах Ni/P(As) или Co/As. Исследовано влияние структурных дефектов на поверхности и границах раздела на спиновую поляризацию на уровне Ферми. Проведен анализ природы состояний на границе раздела сплав Гейслера-полупроводник и электронных факторов, способствующих потере или сохранению полуметаллического поведения на рассмотренных контактах. Расчеты локальных магнитных моментов показали, что магнитные свойства контактных атомов не изменяются значительно на границах раздела вследствие частичной компенсации их координации за счет атомов полупроводника. Увеличение степени спиновой поляризации может быть достигнуто за счет легирования на подрешетке Х-элемента.

Мы представляем теоретическое исследование, c использованием метода погруженного атома, атомных и колебательных свойств поверхностного сплава Al(001)–c(2x2)–Na, формирующегося на поверхности Al(001) при низко- и высокотемпературной адсорбции 0.5 ML атомов щелочного металла. Обсуждаются результаты расчета поверхностной релаксации и локальная плотность колебательных состояний, которые находятся в хорошем согласии с имеющимися экспериментальными данными и первопринципными расчетами для поверхностного сплава Al(001)–c(2x2)–Na.

Проведены расчеты температурных профилей и градиента температур, возникающих в поверхностном слое металлокерамического сплава (50%(об.) TiC - 50%(об.) сплава Ni - 20% Cr) при электронно-импульсном облучении его поверхности с различными плотностью энергии в электронном пучке, длительностью, количеством и частотой импульсов облучения.

Обобщены результаты экспериментальных исследований о предельных минимальных размерах зерен в наноструктурных металлических материалах, полученных методом кручения под давлением на наковальнях Бриджмена. Показано, что важным фактором способности материала к измельчению зеренной и субзеренной структуры в процессе интенсивной пластической деформации является подвижность элементарных носителей деформации (дислокаций и точечных дефектов), контролирующая пути их пробега в полях напряжений, характерные масштабы переориентирующихся микрообъемов, а следовательно, и размеры субмикро- и нанозерен и субзерен.

Исследованы закономерности макролокализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения сплава циркалой-2, используемого в ядерной энергетике. Обнаружена неустойчивость пластического течения, определяемая колебательным периодическим изменением пространственно-временной картины распределения локальных удлинений, наблюдаемой методом спекл-интерферометрии. Полученные результаты обсуждаются в рамках синергетического подхода, основанного на представлении эволюции пластического течения на завершающей стадии как неустойчивого предельного цикла.

Проведено исследование фазового состава и дефектной структуры стали 02Х17Н14М2 после деформации прокаткой при комнатной температуре. Магнитными методами показано, что при epsilon >= 60 % происходит формирование alfa-фазы. При увеличении степени деформации содержание a-фазы возрастает и при деформации epsilon = 99 % составляет ~0.5 %. Методами просвечивающей электронной микроскопии показано формирование alfa-мартенсита в областях полос локализации и микродвойников деформации. Обсуждаются возможные механизмы формирования alfa-мартенсита.

В работе анализируются последовательности дефектов различной природы, возникающие в процессе деформации. Традиционно дефект рассматривается только как источник внутренних напряжений, поэтому процесс деформирования описывается фазовой кривой в пространстве двух измерений напряжение – деформация. Необходимо учесть, что дефект как локальная неоднородность обладает собственной энергией. Учет собственной энергии дефектов приводит к увеличению размерности фазового пространства, поскольку необходимо вводить параметры, характеризующие возникающие в процессе деформации дефектные структуры. Анализ потенциальной энергии деформируемой системы позволяет прояснить причину возникновения дефектов различной природы и ввести понятие деформационных уровней в фазовом пространстве. В этом случае в фазовом пространстве можно выделить деформационные уровни, вдоль которых при эволюции природа и количество параметров деформируемой системы не изменяются. Таким образом, переход деформируемой системы с одного деформационного уровня на другой связан с их качественными и количественными изменениями. В рамках развиваемых представлений процесс деформирования от упругости до разрушения описывается кривой в фазовом пространстве, размерность которого определится, помимо параметров напряжение – деформация, еще и параметрами возникающих в ходе деформации дефектных структур. Стандартная кривая напряжение – деформация является проекцией пространственной кривой фазового пространства на плоскость напряжение – деформация.

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.

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.

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.

В статье исследована кинетика процесса макролокализации в материалах, деформационные кривые которых на третьей стадии имеют дискретно изменяющийся показатель параболичности. Установлено, что в таких условиях помимо известных ранее картин локализации: движущегося одиночного фронта деформации, эквидистантнных подвижных очагов локализации, стационарных картин пространственно периодических максимумов деформации и уединенного неподвижного очага локализации в области формирования шейки разрушения, обнаружен новый тип, где все зоны локализации стремятся ассоциироваться в месте предстоящего разрушения. Предложен способ оценки времени и места разрушения по параметрам распределений локальных деформаций названного типа.

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики и неравновесной термодинамики предложен механизм измельчения кристаллической структуры при интенсивной пластической деформации твердых тел. В основе данного механизма при наноструктурировании металлических материалов лежит фрагментация изогнутых полосовых структур, содержащих подполосы основного и дефектного материала. В ходе фрагментации кристаллических подполос подполосы дефектной фазы заполняют границы разориентированных фрагментов. Важную роль в данном процессе играет «шахматное» распределение растягивающих и сжимающих нормальных и касательных напряжений на интерфейсе основного и дефектного материала. Рассмотрен вопрос о нижнем пределе измельчения исходной кристаллической структуры при различных методах интенсивной пластической деформации.

Работа посвящена моделированию процессов зарождения и развития локализованной пластической деформации в образцах низкоуглеродистой стали со сварными соединениями. Для описания распространения полос Людерса используется модель на основе двупредельного критерия пластического течения. Исследовано поведение трехмерных сварных образцов с градиентным и скачкообразным изменением механических свойств в зоне термического влияния. Показано, что характер эволюции пластической деформации в сварных образцах зависит от механических характеристик зоны термического влияния и конкурирующих процессов концентрации напряжений вблизи захватов испытательной машины и границ раздела «шов – зона термического влияния – основной металл».

На основе уравнений полевой теории дефектов с использованием кинематических тождеств для упругого континуума с дефектами и динамических уравнений калибровочной теории рассмотрены закономерности распространения плоских гармонических волн в вязкоупругих и упруговязкопластических средах. Определены скорости распространения волн, показатели преломления и поглощения. Проанализированы структура волн и особенности корреляции волн смещений и волн поля дефектов, определяющих пластическую деформацию.

Исследован характер отслоения покрытия SiAlN, напыленного на подложку Cu в процессе термоциклирования, одноосного растяжения и знакопеременного изгиба. Выявлено многоуровневое распределение напряжений и деформаций на границе раздела покрытие - подложка, обусловленное необходимостью совместности деформации покрытия и подложки, которые характеризуются различными модулями Юнга и коэффициентами теплового расширения.

В рамках полевой теории дефектов получено соотношение, описывающее эволюцию пластической деформации под действием приложенных напряжений, которое использовано для анализа закономерностей деформирования при циклическом знакопеременном нагружении. Исследовано влияние амплитуды приложенных напряжений, частоты нагружения и коэффициента асимметрии цикла на процесс деформирования при одноосном нагружении. Рассмотрены особенности эволюции пластической деформации в случае устойчивого процесса деформирования и определено время до разрушения системы в случае неустойчивого процесса.

Исследована структура и проведено испытание механических свойств магниевого сплава АМ60, подвергнутого ротационной ковке и последующему равно-канальному угловому прессованию (РКУП) при 350С. Установлено. что РКУП после ротационной ковки мало влияет на достигнутые механические свойства сплава, несмотря на то, что структура его из субзеренной превращается в зеренную. Кроме того, РКУП при указанной температуре инициирует интенсивное выделение частиц второй фазы и их коагуляцию.