В книге изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований по основам формирования заданной структуры и свойств измененного слоя на металлах и сплавах при низковольтной электроискровой обработке. На основе результатов исследования физики низковольтного электроискрового процесса предложена принципиально новая схема построения автоматизированных электроискровых установок с регулированием параметров обработки в режиме реального времени. Приведена технология получения и примеры использования новых анодных материалов из доэвтектических, эвтектических и заэвтектических комплексно-легированных белых чугунов, покрытия которыми позволяют повысить эксплуатационные характеристики стальных и чугунных изделий. Представлены примеры практической реализации структурного анализа измененных электроискровым воздействием структур материалов для получения покрытий на контактной поверхности зажимов, разработки методики неразрушающего контроля мест с локальным разупрочнением контактного провода и угольной вставки. Книга предназначена для инженеров и специалистов в области низковольтной электроискровой обработки, а также может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам вузов соответствующего профиля.

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 работе представлены результаты эксперимента по снижению вязкостно-температурных свойств высокопарафинистой нефти после виброструйной магнитной обработки. Полевые испытания показали, что для наилучшего эффекта нефть необходимо обрабатывать при температурах ниже температуры застывания на 5 ÷ 7 °С.

Очередной том серии справочных изданий "МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ" посвящен методам анализа элементного состава материалов черной и цветной металлургии. Приведена информация, полезная для инженерно-технических работников современных центральных заводских лабораторий предприятий черной и цветной металлургии, машино- и приборостроения, аналитических лабораторий отраслевых научно-исследовательских институтов и др. Обобщены и кратко изложены сведения о состоянии базы данных по стандартным методикам анализа (ГОСТ, ОСТ, РД и т. п.), получившим широкое применение в России и странах СНГ, во взаимосвязи с требованиями нормативных документов к составу соответствующих материалов черной и цветной металлургии. Справочник дополнен также описанием новых методов и методик анализа, пока еще не получивших широкого применения, но заслуживающих, по мнению авторов, самого серьезного внимания и изучения. Книга предназначена для научного и инженерно=технического персонала аналитических лабораторий, химиков-материаловедов, преподавателей и студентов университетов, химико-технологических и химико-металлургических вузов, а также для специалистов смежных профессий.

В работе предложен комплексный подход к созданию многоуровневой структуры в поверхностных слоях металлокерамических материалов на основе импульсного электронно-лучевого воздействия. Данный подход включает в себя построение моделей неравновесных процессов формирования многоуровневых структурно-фазовых состояний в поверхностном слое композита, теоретическое изучение влияния сформировавшейся в результате электронно-лучевой обработки структуры на прочностные и деформационные характеристики, а также характер разрушения поверхностного слоя, и экспериментальную верификацию результатов теоретических исследований. Предварительные результаты применения комплексного подхода продемонстрировали важную роль формирования многомасштабной структуры в поверхностных слоях металлокерамических сплавов в повышении служебных характеристик образцов, в частности их износостойкости. Обсуждаются преимущества использования импульсного электронно-пучкового облучения с высокой плотностью мощности и достаточно большим числом импульсов для формирования многомасштабных структур в твердых сплавах.

Книга посвящена одному из современных методов исследований в материаловедении - моделированию атомной структуры дефектов. Включает в себя методически последовательное изложение взаимосвязанных разделов в физике реальных кристаллов, таких как структура и энергия точечных и планарных дефектов, структура ядра дислокаций, компьютерное моделирование взаимодействия дефектов, динамические процессы радиационных повреждений в металлах и сплавах; атомистические расчеты структуры основного состояния микрокластеров и кинетики их превращений и др. Перечисленные разделы являются достаточно устоявшимися направлениями в физике реальных кристаллов и ведены в курсы лекций для студентов физико-технического и металлургического факультетов УрФУ. Большое внимание уделяется связи результатов атомистических расчетов с особенностями поведения реальных металлов и сплавов при деформации, разрушении, радиационном повреждении, фазово-структурных превращениях. Систематизирован богатый литературный материал и результаты работы авторов по изучению дислокационной структуры, особенностей деформации и разрушения монокристаллического Ti3Al. Книга адресована научным работникам, магистрам, аспирантам и студентам старших курсов физико-технических специальностей, а также изучающим дефекты и их влияние на свойства твердых тел.

Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных о характере структурно-фазовых состояний, формирующихся в поверхностном слое твердого сплава с высоким содержанием керамической компоненты (более 90 %) при импульсном облучении электронным пучком в плазмах инертных газов с различными значениями энергии ионизации и атомной массы и влияния формирующихся структурно-фазовых состояний на стойкость поверхностного слоя твердого сплава при резании металла. Показано, что эффективность импульсного электронно-ионно-плазменного облучения как метода наноструктурирования керамической компоненты в поверхностных слоях твердых сплавов зависит от значений энергии ионизации и атомной массы плазмообразующего газа — с понижением энергии ионизации и повышением атомной массы плазмообразующего газа происходит ускорение процессов растворения в расплаве металлического связующего частиц керамической компоненты, проявляется ускоренное диспергирование керамических частиц до наноразмерной масштабности. В результате наноструктурирования керамической компоненты в поверхностном слое в 1,5 раза повышается стойкость пластин из твердого сплава при резании металла.

Исследованы структура, фазовый состав наносистем на основе диоксида циркония, полученных методом денитрации водных растворов солей в плазме высокочастотного разряда. Изучено изменение морфологии нанокристаллического порошка при механической активации, прессовании, отжиге. Показано, что в процессе мехактивации порошок разделяется на две подсистемы с отличающимися на два порядка средним размером структурных элементов, при это возрастает доля квазиаморфной (рентгеноаморфной) фазы, что позволяет направленно изменять характеристики спеченных материалов.

Предложен алгоритм численного решения задачи неизотермической диффузии, учитывающий различие пространственных и временных масштабов процессов переноса в твердой фазе. Применимость алгоритма продемонстрирована на примере задачи остывания нанесенного покрытия, содержащего легирующие элементы. Показано, что учет зависимости теплопроводности от температуры сказывается на перераспределении элементов в диффузионной зоне. Модель имеет приложение к процессам поверхностной обработки материалов с использованием высокоэнергетических источников.

Проведены электронно-микроскопические исследования структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния материала из горячекованых заготовок. Обнаружено, что скалярная плотность дислокаций в ферритных зернах и в ферритных прослойках перлита стали из поковки, растрескавшейся после проведения технологических операций, в полтора раза больше, чем в кондиционном материале. Металл в этом состоянии имеет повышенное содержание сульфидов пластинчатой морфологии. В нем в 1,5 - 2 раза выше допустимого объемна доля перлита, превалирует пластинчатый перлит, а локальные дальнодействующие напряжения соизмеримы с пределом текучести. Установлено, что причиной формирования неблагоприятного структурно-фазового состояния является повышенное содержание углерода. что привело к перегреву метала, как при обработке давлением, так и при финишной термической обработке.

Предложена математическая модель импульсной электронно-лучевой обработки гетерогенного материала с позиции механики гетерогенных сред. Каждая фаза (частицы и матрица) характеризуется своей концентрацией диффундирующего углерода и температурой. Учитываются процессы переноса тепла и массы в частицах и матрице и обменные процессы между фазами. Проиллюстрировано влияние внешнего теплового потока на поля температуры и концентрации диффундирующего углерода.

Исследованы закономерности влияния интенсивной пластической деформации (ИПД) при ультразвуковой обработке (УЗО) на эволюцию дефектов кристаллического строения в поверхностных слоях никелида титана со структурой моноклинного мартенсита В19'. Установлено, сто при возрастании величины ИПД резко увеличивается концентрация как вакансионных, так и плотность дислокационных дефектов и одновременно происходит сильная фрагментация зеренно-субзеренной структуры. В наноструктурном состоянии преимущественно наблюдаются дефекты вакансионного типа на границах зерен, средний объем которых меньше объема равновесных вакансий в TiNi и сравним с величиной свободных объемов в аморфизированных сплавах на основе никелида титана. Обсуждается роль дефектов кристаллического строения в механизмах формирования наноструктурного состояния при ИПД.

Представлен обзор работ авторов по моделированию физико-химических превращений в ванне расплава, сопровождающих формирование фазовой и химической структуры покрытия в процессе электронно-лучевой наплавки. Выделены типы подмоделей, анализ которых позволяет установить качественные закономерности, присущие системам различных типов. Указано на аналогию критических явлений, наблюдаемых в моделях отдельных стадий сложных технологических процессов (электронно-лучевая наплавка с модифицирующими частицами и электронно-лучевая наплавка с использованием синтеза в конденсированной фазе), и критических явлений, известных из тепловой теории горения.

Исследовано изменение структурно-фазового состояния и распределения элементов в поверхностном слое стали 38ХН3МФА при имплантации пучками ионов Al + B, а также изменение износостойкости и твердости при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА – полиамид ПА-66». Обнаружено повышение трибомеханических свойств стали при модификации поверхностного слоя композиционным ионным пучком, которое связывается с изменением структурно-фазового состояния этого слоя.

Изучено влияние вибрационного воздействия на реологические свойства высокоструктурированных нефтяных дисперсных систем. Максимальное снижение значений реологических характеристик высокопарафинистой высокосмолистых нефтей было получено при 20 мин, а мазута - при 5 мин виброобработки. Отмечено, что вибровоздействие оказывается наиболее эффективным для нефтей с повышенным содержанием парафинов. Показано, что магнитная обработка способствует снижению температуры застывания нефти.

Исследовано влияние механохимического воздействия в планетарной мельнице в присутствии целлюлозолитического фермента и щелочи на состав водорастворимой полисахаридной фракции верхового сфагнового торфа. В результате механохимических превращений полисахаридов меняются их выдох, степень полидисперсности, молекулярная масса и оптическая плотность. Механохимическая обработка влияет на моносахаридный состав водорастворимых фракций торфа.

Предложена двумерная модель синтеза покрытия в условиях электронно-лучевой обработки. Представлены результаты численного исследования модели, иллюстрирующие роль технологических параметров в режимах превращения. Показано, что степень превращения и состав покрытия существенно зависят от режима обработки.

Иллюстрируются возможности применения идей теории горения к моделированию высокотемпературных технологических процессов. В качестве примеров рассмотрены модель процесса кислородной резки, в которой учитываются кинетические особенности реакции окисления; модель электронно-лучевой обработки материала с покрытием, в котором может протекать экзотермическая реакция, приводящая к изменению свойств покрытия. Обсуждаются проблемы механической устойчивости, возникающие в некоторых технологических процессах.??.

Авторами исследовано влияние ультразвуковой финишной обработки на структуру и свойства поверхностных слоев углеродистых сталей. При ультразвуковой финишной обработке на поверхности изделия формируются слои с градиентной структурой. Такое строение поверхности обеспечивает улучшение прочностных свойств композиции «градиентный слой – основа» для всех типов стали. Повышение дефектности кристаллического строения поверхностного слоя после ультразвуковой финишной обработки позволило предложить данный метод как способ предварительной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой. Исследования показали, что предварительная ультразвуковая обработка изменяет глубину упрочненного слоя и соотношение фаз при азотировании.

Показано, что в поверхностном слое цементированной стали 15Н3МА после обработки импульсным низкоэнергетическим электронным пучком формируется сложное структурно-фазовое состояние, которое характеризуется наличием феррита, аустенита и цементита. Образование мартенсита зависит от длительности импульсов и их количества. Ультразвуковая ударная обработка цементированной стали, предшествующая электронной, кардинально изменяет фазовый состав поверхностного слоя, в котором остается лишь феррит.??.

Исследовано влияние ультразвукового ударного воздействия на изменение структуры и свойства перлита в поверхностном слое цементированной стали. Показано, что в результате пластической деформации происходит перераспределение углерода с образованием новых фаз.

Предложена математическая модель электронно-лучевой закалки углеродистых сталей при облучении в пучке релятивистских электронов с учетом изменения условий кристаллизации в результате попадания в расплав инертных частиц. Модель основана на аналогии с теорией двухфазной зоны. Задача решается численно.

Изучено влияние механической обработки в мельнице на морфологию частиц и свойства ультрадисперсного порошка ZrO2 + MgO (3 мас.%), структуру, и свойства получаемой из него керамики. Показано, что низкоэнергетическая механическая обработка тонкодисперсного порошка позволяет существенно сократить в нем долю агрегатов, что в свою очередь приводит к уменьшению размеров зерна в получаемой керамике, увеличению ее плотности и прочности.

Представлены результаты электронномикроскопического исследования эволюции микроструктуры субмикрокристаллического сплава Mo-47%Re-0,2%Zr (вес%) после кручения под давлением до больших степеней деформации. Количественно определены параметры зеренной и дефектной структуры и проведено их сопоставление с соответствующими для данных состояний значениями микротвердости. При больших степенях деформации обнаружено формирование двухуровневых структурных состояний. Представлен дисклинационный механизм фрагментации и переориентации кристаллической решетки как основной механизм формирования обнаруженных высокодефектных состояний в условиях подавленной диффузионной и дислокационной активности.

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.

Рассмотрена принципиальная возможность использования метода микродугового оксидирования для получения кальций-фосфатных покрытий на поверхности циркониевого сплава. Выполнено сравнение технологических параметров режимов формирования покрытий. Приведены результаты исследования морфологии полученных покрытий, их механических свойств (адгезионная прочность покрытия к подложке, шероховатость) и элементного состава.

Методами оптической металлографии исследована зеренная структура упорядоченных сплавов Ni3Mn, Ni3Fe и интерметаллида Ni3Al, различающихся величиной энергии дефекта упаковки и энергии антифазных границ. Обнаружено, что в интерметаллиде Ni3Al с наибольшей энергией дефекта упаковки (215 эрг/см2) среднее число специальных границ а зернах, ограниченных границами общего типа, наименьшее и составляет 0,2, тогда как в упорядоченных сплавах Ni3Mn и Ni3Fe среднее число таких границ близко к 1. По тройным стыкам проведены оценки относительной энергии специальных границ. Обнаружено, что доля низкоэнергетических специальных границ (когерентных двойников) от общего числа специальных границ имеет максимальное значение (0,8) в сплавеNi3Mn, энергия дефекта упаковки и энергия антифазных границ которого имеет минимальное значение в ряду исследованных сплавов (57 и 75 эрг/см2 соответственно). При анализе результатов использованы представления о структуре специальных границ в упорядоченных сплавах, согласно которым в границах зерен возникают антифазные границы и энергия границ возрастает на величину, равную энергии антифазных границ, по сравнению с разупорядченным сплавом. В сплаве с более низкой энергией дефекта упаковки (Ni3Mn) возможно существование специальных границ без антифазных границ.

Исследовано влияние ряда полимерных присадок и виброакустического воздействия на структурно-реологические свойства высокопарафинистой нефти. Показано, что комплексная обработка позволяет достичь синергических эффектов улучшения реологических свойств нефти. Депрессорный эффект при этом сохраняетя в течение времени, необходимого для перекачивания нефти из резервуаров и ее транспортирования для дальнейшей переработки.

В работе методом рентгеноструктурного анализа исследованы изменения фазового состава и тонкой кристаллической структуры ультрадисперсного плазмохимического порошка ZrO2+3 моль.% Y2O3. Установлено, что после ударного сжатия наблюдается рост микроискажений в тетрагональной фазе, при этом увеличиваетя количество моноклинной фазы. Величина микроискажений и количество моноклинной фазы максимальны при давлениях 10 и 26 ГПа, а в интервале 10-26 ГПа наблюдается их уменьшение. Показано, что увеличение количества моноклинной модификации после нагружения связано с понижением величины критического размера кристаллитов тетрагональной фазы за счет повышения уровня микроискажений. Показано, что немонотонная зависимость микроискажений Т-фазы и количества М-фазы обусловлены влиянием промежуточных фазовых превращений в процессе нагружения.

Методами рентгеноструктурного анализа, просвечивающей электронной микроскопии и металлографии исследовано влияние высокоамплитудной ультразвуковой ударной обработки на структурные превращения и коррозионные свойства марганцовистой аустенитной стали 45Г17Ю3. Для оценки результатов коррозии использованы весовой и микроскопический методы, а также метод поляризационных кривых. Показано, что ультразвуковая обработка поверхности приводит к субструктурным и фазовым превращениям в стали. Под действием ультразвука происходит образование карбидов Fe3C, Me23C6, выделение углерода из твердого раствора, формирование двойниковой субструктуры. Коррозионная стойкость стали при ультразвуковой обработке повышается вдвое. Обсуждена взаимосвязь субструктуры и коррозионных свойств в аустенитной стали, а также способ повышения коррозионной стойкости в материалах с низкой энергией дефекта упаковки.

С помощью трехмерного бесконтактного профилометра Micro Measure 3D Station исследован микрорельеф поверхности углеродистой стали после у.з. финишной обработки. Рассмотрено влияние на микрорельеф получаемой поверхности исходных параметров поверхности. Описаны особенности формирования микрорельефа в режиме упрочняющей и отделочно-упрочняющей обработки. Для устранения перенаклепа поверхностного слоя предложено вводить в зону обработки геоактивирующий материал.

Исследован эффект упрочнения 12% Cr ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в процессе комплексной обработки, состоящей из закалки, ультразвуковой обработки, ионно-плазменного азотирования и высокотемпературного отпуска. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что температура азотирования оказывает существенное влияние не только на структуру и фазовый состав упрочненных поверхностных слоев, но и на процесс выделения частиц вторых фаз в объеме материала. Упрочнение стали после азотирования при 600 гр.С связано с выделением нитридных частиц в поверхностном слое и карбидных частиц в объеме стали. После азотирования при 700 гр.С. и последующего отпуска в объеме материала образуются игольчатые прослойки аустенита, что приводит к разупрочнению стали.