В учебно-справочном руководстве изложены основы материаловедения машиностроительных материалов: металлов, полимеров, керамики, древесины и композитов на их основе. Приведены сведения о физико-химических процессах формирования структуры материалов при различных видах энергетических воздействий. Для всех типов материалов дан анализ взаимосвязи их структуры и свойств. Рассмотрены технико-экономические аспекты выбора материалов для различных узлов машин и механизмов. В издании впервые изложена ведущая тенденция современного материаловедения: эволюция материалов от обычных к многофункциональным, далее к активным. а затем к "умным", уделено внимание специальным материалам с особыми физическими свойствами (магнитные, высокоомные материалы, сверхпроводники, сплавы с "эффектом памяти" и др.), а также методам инженерии поверхности и высокоэнергетическим технологиям модифицирования поверхностных слоев машиностроительных изделий, высокоскоростной кристаллизации материалов, нанесению покрытий и др. Для студентов машиностроительных и технологических специальностей. Книга будет полезна магистрантам и аспирантам, а также слушателям системы послевузовской подготовки, конструкторам и технологам промышленных предприятий.

В монографии отражены результаты многолетних исследований авторов и других ученых в области трибофизики, трибоматериаловедения и триботехнологий. Дана характеристика трибологических систем и трибологических процессов, рассмотрены процессы структурной модификации и самоорганизации полимерной матрицы в условиях деформации и терния. Отдельно рассмотрены методы поверхностного упрочнения и структурной модификации металлических материалов, применяемых в металлополимерных узлах трения. Рекомендуется научным и инженерно-техничеким работникам, специализирующимся в области надежности и долговечности машин и технологического оборудования.

Излагаются особенности термодинамических свойств, химической кинетики и термодинамики поверхностных явлений наночастиц и наноструктурированных материалов, обобщены современные представления об электрических, механических, оптических и химических свойствах различных композиционных материалов. Большое внимание уделяется относительной роли химических связей и взаимодействия применительно к нанообъектам. Проводится сравнительный анализ кристаллических структур микро- и наноматериалов. Предлагаются методики оценок влияния структурных особенностей нанообъектов на их свойства. Излагается инновационный подход к описанию особых физических и химических свойств наночастиц и наноструктурированных материалов. Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по магистерской программе "Физика нанотехнолоий и наноразмерных структур" направления подготовки магистров "Техническая физика" при изучении дисциплин "Физик0-химические аспекты наноструктурированных материалов", "Специальные вопросы физики твердого тела". Пособие может быть также использовано при обучении в системах повышения квалификации, в учреждениях дополнительного профессионального образования и пр.

Работа посвящена исследованию возможностей метода механических воздействий на твердые тела для создания новых материалов и материалов с улучшенными характеристиками. Основная цель работы - установление закономерностей протекания физико-химических процессов в твердых неорганических веществах, возникающих при механохимических воздействиях, а также исследование влияния механической обработки на реакционную способность твердых тел с последующим использованием этих знаний для создания технологий синтеза керамических и композиционных материалов с улучшенными свойствами. В работе предложены методы оценки эффективности механического воздействия на обрабатываемое вещество аппаратов, используемых в качестве химических реакторов, На основе обнаруженных закономерностей разрушения и агрегации твердых тел под влиянием механических воздействий разработаны методы выделения мельчайших частиц твердых веществ и их агрегатов для создания материалов с новыми свойствами.

Представлены результаты научно-исследовательских работ в области получения, исследования и применения нанодисперсных нитридов и оксидов металлов. Приведены физико-химические и технологические характеристики нанодисперсных нитридов и оксидов, синтезированных в плазме дугового разряда низкого давления. Большое внимание уделено применению нанодисперсных порошков в качестве наполнителей полимерных композиционных материалов, позволяющих разрабатывать нанокомпозиционные полимерные материалы с высокими эксплуатационными характеристиками для перспективных отраслей машиностроения. Предназначено специалистам, инженерам, научным работникам, аспирантам, магистрантам, студентам старших курсов, занимающихся созданием, исследованием и внедрением новых перспективных материалов и нанотехнологий.

В монографии подробно рассмотрена область применения композиционных материалов, проанализированы их и физико-механические свойства. Показаны процессы, происходящие в теле стек лопластиковых конструкций при их использовании в нефтедобыче, при креплении и строительстве скважин.??Приведены и проанализированы основные теории расчета композиционных материалов. Предложена комплексная расчетная методика композиционных оболочек вращения, работающих под давлением.??Рассмотрен комплекс технологических мероприятий для крепления скважин стеклопластиковыми обсадными трубами с указанием технологий спуска и цементирования. Рекомендован комплекс ГИС для проведения мониторинговых исследований месторождений на скважинах, обсаженных стеклопластиковыми обсадными трубами в интервале продуктивного пласта.??Может быть использована студентами по специальности «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов», «Бурение скважин», «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».??Книга может быть полезна для инженерно-технических работников нефтедобывающих и буровых предприятий.??.

Изучено влияние состояния поверхностного слоя образцов композиционного материала Al + 10 % Al2O3 на локальные характеристики прерывистой текучести и уровень деформирующих напряжений при растяжении. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией физической мезомеханики о важной функциональной роли поверхностного слоя в деформируемом твердом теле как многоуровневой системе.

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 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.

Проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала на металлической основе. Иерархическое моделирование подразумевает 1) явный учет внутренней структуры композита, как возможности введения масштабного фактора, 2) введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений, дающих возможность описания различных физических процессов и их взаимовлияния, а именно: пластического течения с учетом деформационного упрочнения и разрушения. Критерий разрушения типа Губера учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний - растяжения и сжатия. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Установлено, что даже в условиях одноосного внешнего сжатия в композиционном материале могут возникать локальные области растяжения, величина напряжений в которых имеет существенное значение: порядка 30% от величины сжимающих нагрузок для исследуемого типа структуры. Показано, что незначительная модификация критерия наибольшей интенсивности касательных напряжений применительно к структурно-неоднородной среде позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).

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.

Изложены результаты исследования структуры и свойств порошковых сталей, содержащих дисперсные и наноразмерные фазы, синтезированные при механическом легировании и спекании. Показано, что эти стали обладают повышенной активностью к спеканию, образованию дисперсных упрочняющих фаз и малой склонностью к росту зерна, что обеспечивает качественно новый, более высокий уровень их физико-механических свойств. Установлены закономерности фазовых превращений углеродных фаз различных модификаций в порошковых сталях. Монография адресована научным работникам, инженерам-металлургам и машиностроителям, а также студентам. специализирующимся в области порошковой металлургии, композиционных материалов и материаловедения.

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.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2 структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNI с радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.

Приведены результаты исследований физико-математических и триботехнических свойств композиционных микро- и макрогетерогенных материалов матрично-наполненного типа, содержащих в качестве твердой фазы карбид титана. Показано, что создание многоуровневой демпфирующей структуры позволяет регулировать процесс изнашивания материала, заданием наиболее выгодного для данных условий трения структурного уровня деформирования поверхностного слоя.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2-структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNi с градиентной матрицей возрастают при увеличении концентрации железа.????.

Критерий предразрушения, предложенный ранее [1] для композиционного материала «сталь – азотированное покрытие», обобщается для случая двухфазного псевдосплава Cu – 25 % Cr с твердыми частицами.

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.

Получены первые результаты по разработке новых металлокермических материалов из диэлектриков и металлической связки при соотношении объемов компонентов в композитах 1:1. Проведены исследования поведения порошковых смесей при прессовании и спекании. Изучены микроструктуры композитов разных составов и зависимости их объемных изменений от температуры спекания.

В работе представлены результаты комплексных исследований структурно-фазового состояния, физико-механических и трибологических свойств наноструктурированных титана и циркония при ионно-лучевой и микродуговой обработках. Показано, что низкотемпературное ионно-лучевое азотирование титана и циркония существенно (в 25-35 раз) увеличивает износостойкость его поверхностного слоя и на 40% понижает коэффициент трения при фрикционном сопряжении. Микродуговое оксидирование титана в растворе ортофосфорной кислоты, гидроксилапатита и карбоната кальция позволяет создавать кальций-фосфатные покрытия с высокими физико-механическими свойствами. Трибологические испытания в режиме сухого трения и в изотоническом растворе хлорида натрия показали, что биокомпозиционный материал на основе наноструктурированного титана и кальций-фосфатного покрытия демонстрирует достаточно высокий коэффициент трения 0,4-1,0 в процессе фрикционного взаимодействия с сверхвысокомолекуляярным полиэтиленом и костной тканью. Существенное повышение триботехнических свойств наноструктурированных циркония и титана с модифицированными поверхностными слоями делает эти материалы весьма перспективными для применения в медицине и технике.

Создан композиционный материал на основе нановолокнистого оксигидроксида алюминия, активированного наночастицами металлов (Ag, Co, Fe, Cu). Изучены его каталитические свойства в реакции окисления изопропилбензола. Показано, что оксогидроксид алюминия можно использовать в качестве носителя при создании композиционных материалов. Процесс окисления изопропилбензола в присутствии активированного оксогидроксида алюминия проходит селективно с образованием преимущественно гидропероксида изопропилбензола.

В издании на совершенно доступном уровне, но на основании абсолютно точных физических посылок излагаются особенности структуры и свойств трех основных классов материалов, используемых в современной жизни - металлов, полимеров и керамики. Книга прежде всего адресована студентам и преподавателям, однако огромный справочный материал. содержащийся в книге делает ее настольной и для действующего инженера. Издание иллюстрировано прекрасными фотографиями. Оно содержит многочисленные задачи-проблемы, ставящиеся перед студентами, примеры и их решения. В книге содержатся точные определения и описание конкретных современных материалов, а также перспективы создания новых материалов. Авторы говорят о сложных вещах понятным языком, почти не прибегая к математике. что делает учебник доступным при подготовке инженеров любого направления. Книга построена именно как учебник: в ней есть последовательность и логика изложения, контрольные вопросы, выделены основные понятия и термины, приведен обширный фактический цифровой материал.

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.