В работе проведено сравнение результатов количественной оценки остаточных напряжений в поверхностных слоях образцов никелида титана после электронно-пучкового воздействия при использовании различных рентгеновских методик измерения этих напряжений из картин рентгеновской дифракции, полученных в симметричной и асимметричной геометрии съемок. В работе представлен подход, демонстрирующий возможности эффективного использования рентгеновских методов для количественной оценки величины остаточных напряжений в материалах с градиентным изменением микроструктуры и физических свойств, в том числе модуля упругости.

Дан анализ стадийности деформационных кривых и эволюции полей локальных деформаций в дефектных и бездефектных образцах сварных соединений из стали ВСтЗсп, изготовленных ручной дуговой и ручной импульсно-дуговой сваркой. Рассмотрены стадии упругости, микропластичности, зарождение и движение полос Чернова—Людерса, параболического деформационного упрочнения. Проанализированы параметры сигналов акустической эмиссии при растяжении образцов со сварным швом.

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.

Методом квазидинамического прессования получен мезоструктурный композит — материал, представляющий собой матрицу-каркас из основы материала, заполненную включениями. Размер включений соизмерим с размером зерна основы материала. Основой мезоструктурного композита являлась медь или внутреннеокисленная медь в форме порошковой фракции, которая подвергалась механолегированию нанокомпозитом. Нанокомпозит представлял собой смесь 60 % меди и 40 % наноразмерных частиц TiB2. Метод изготовления материала, характеризуемый большими деформациями, определил самоорганизацию микроструктуры при сохранении размера упрочняющих частиц TiB2 в сформировавшейся структуре включений. Механические свойства мезоструктурного композита существенно превосходят свойства основы композита. Показано также, что механические свойства сплавов с основой из внутреннеокисленной меди с 6–9 об. % наночастиц TiB2 близки свойствам сплава с основой из меди с 18 об. % наночастиц TiB2. Электросопротивление мезоструктурного композита с основой из внутреннеокисленной меди (6–9 об. % наночастиц TiB2) на 2–4 % выше электросопротивления внутреннеокисленной меди, а у сплава с основой из меди (18 об. % наночастиц TiB2) оно выше на 8 %.

Исследованы микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев ферритно-мартенситной 12%-й хромистой стали ЭК-181, формирующиеся при различных сочетаниях ультразвуковой и термической обработок. Показано, что нанокристаллическая структура alfa-фазы, по границам зерен которой выделяются частицы карбидов ванадия, образуется только в случае ультразвуковой обработки, выполняемой между закалкой и старением. Промежуточная ультразвуковая обработка обусловливает максимальное увеличение предела текучести исследуемых образцов при одноосном растяжении. Установлена корреляция между микроструктурой, механическими характеристиками и типом излома. Ключевые слова: микроструктура, фазовый состав, наноструктурирование поверхностных слоев, механические свойства, фрактография излома.

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.

Исследовано влияние температуры старения на микроструктуру и механические свойства ферритно-мартенситной стали ЭК-181, подвергнутой закалке и последующей ультразвуковой обработке. Показано, что после высокотемпературного старения при 720С в поверхностных слоях стали образуется нанокристаллическая структура а-фазы с карбидами ванадия по границам зерен.

Исследована возможность получения термически стабильных наноструктурных поверхностных слоев в стали ЭК-181 (16Х12В2ФТаР) за счет ультразвуковой обработки и ионно-плазменного азотирования. Показано, что сочетание ультразвуковой обработки и азотирования не позволяет создать нанокристаллическую структуру а-фазы в поверхностных слоях стали ЭК-181. Изменение механических характеристик определяется составом и объемной долей нитридных фаз.

С помощью сканирующей туннельной микроскопии проведена прямая оценка относительной энергии внутренних границ раздела в ультрамелкозернистой меди, полученной методом равноканального углового прессования с последующей прокаткой. Оценки энергии границ для свежеприготовленных и отожженных при различных температурах образцов показывают, что границы в ультрамелкозернистой меди являются неравновесными, и их энергия значительно превосходит энергию границ в крупнокристаллической меди. Интегральные функции распределения относительной энергии границ в зеренно-субзеренной структуре позволяют качественно оценить перераспределение избыточной энергии между границами разного типа в процессе эволюции структуры при отжиге. Выявлены отличия в характере интегральных функций распределения энергии границ в ультрамелкозернистых меди и никеле, полученных по одинаковой технологии. Предполагается, что эти отличия связаны с особенностями формирования структуры двух металлов при интенсивной пластической деформации и последующей ее эволюции при отжиге, которые обусловлены разной энергией дефекта упаковки и температурой плавления меди и никеля.

С использованием метода рентгеноструктурного анализа исследованы величина и характер распределения макроискажений кристаллической решетки, возникающих в результате электронно-лучевой наплавки износостойкого покрытия со структурой азотистого аустенита на сталь 65Г. Показано, что модифицирование наплавочного порошка тугоплавкими частицами V(CN) снижает величину макродеформаций в покрытии, но не влияет на характер их распределения в двухфазной аустенитно-мартенситной зоне сплавления.

Проведены сравнительные исследования влияния легирования водородом в количестве 0,002-0,24 масс. % на структуру, фазовый состав, деформационное поведение и характер разрушения при растяжении сплава Ti-6Al-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях. Установлено, что формирование субмикрокристаллической структуры повышает устойчивость сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне и сопротивление водородному охрупчиванию при комнатной температуре. Обсуждаются возможные причины повышения устойчивости сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне в присутствии водорода.

Приведены результаты теоретического исследования влияния физико-механических свойств поверхностных слоев интерфейсно контролируемых материалов на характер распределения деформаций в объеме образцов, находящихся в сложных условиях нагружения, и на величину их предельной деформации. Показано, что модификация поверхности, связанная с уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела структурных элементов в поверхностных слоях материала, способствует более равномерному распределению необратимых деформаций в объеме образца. Это приводит к росту его предельной деформации.

В работе проводили исследования деформационного поведения при одноосном статическом сжатии керамических образцов из диоксида циркония, обладающих различной поровой структурой. Показано, что в образцах с крупными порами последние являются активным структурным промежуточным уровнем деформации, вовлечение которого в сопротивление пластическому деформированию обусловливает существенное (в 3 раза) повышение степени деформации при разрушении при сопоставимом уровне предела прочности в образцах обоих типов. Предложена методика установления стадийности деформационных процессов на мезомасштабном уровне, основанная на построении и последующем анализе зависимости внешнего деформирующего напряжения от логарифма интенсивности деформации сдвига. На основании полученных данных предложена схема структурных уровней деформации исследуемых материалов, в основу которой положен анализ стадийности зависимости sigma–gamma.

При растяжении в широкой области температур поликристаллов свинцовых сплавов, существенно различающихся состоянием объемов и границ зерен, показано, что на характер зависимости сопротивления деформированию от величины зерна значительное влияние оказывает развитие поворотных мод деформации на различных масштабных уровнях. Полученный результат необходимо учитывать при интерпретации параметров уравнения Холла-Петча в представлениях многоуровневого подхода физической мезомеханики.

Проведены исследования деформационного поведения высокохромистой стали 40Ч13 с мартенситной (после закалки) и сорбитной (после высокого отпуска) структурой. Обнаружено, что каждое состояние демонстрирует свой вид кривой нагружения. В мартенситном состоянии диаграмма деформации стали содержит только стадию линейного упрочнения, тогда как в сорбитном она является трехстадийной. Установлен локализованный характер пластического течения исследуемого материала в обоих состояниях Эволюция распределений очагов локализованной деформации определяется законом пластического течения, то есть стадийностью соответствующей диаграммы нагружения. Показано, чт процесс разрушения задается кинетикой очагов локализованной деформации на заключительной стадии кривой деформации.

Исследована температурная зависимость напряжений предела текучести/мартенситного сдвига, кривых сжатия s(e) и механизмов пластической деформации в монокристаллах сплава TiNi(Fe, Mo), ориентированных вдоль направления [001]. Показано, что инициированное напряжением мартенситное В2 ® В19¢ превращение и механическое двойникование в В2-фазе являются основными микромеханизмами деформации во всем исследованном интервале температур (300-773 K). Переход к локальному действию этих механизмов на мезоуровне деформации при Т > Мd приводит к изменению наклона кривых s0.1(Т) при сжатии.

В работе с использованием компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов исследованы некоторые закономерности отклика, включая разрушение, образцов блочных геологических сред, находящихся в условиях неравноосного сжатия, при сдвиговом деформировании. В качестве характеристики степени неравноосности авторами предложен безразмерный параметр, который, как свидетельствуют результаты расчетов, может быть эффективно использован для определения режима деформирования среды в условиях стесненного сдвига. Показано, что увеличение сжимающих напряжений в направлении сдвигового деформирования приводит к снижению продолжительности стадии квазипластического деформирования геосреды и величины ее сдвиговой прочности. Это связано с тем, что при увеличении степени стеснения основную роль в процессах деформации и разрушения блочной среды начинают играть механизмы мезомасштабного уровня, связанные с нарушением сплошности межблочных интерфейсных областей. Одним из проявлений данного эффекта является возрастание эффективной скорости расширения сдвиговой зоны, вызванное замещением деформационных механизмов низких масштабных уровней механизмами более высокого структурного ранга.

Представлены результаты экспериментального исследования и теоретического анализа нового механизма деформации и переориентации кристалла, развивающегося в зонах локализации деформации и механического двойникования металлических сплавов и интерметаллидов - механизма динамических фазовых (прямых плюс обратных мартенситных) превращений в полях высоких локальных напряжений. Обобщены данные электронно-микроскопического исследования особенностей переориентации и дефектной субструктуры в этих зонах. Сиспользованием моделей мартенситных превращений, основанных на концепции кооперативных тепловых колебаний протяженных когерентных объектов в кристаллах, проведен анализ атомных механизмов прямых плюс обратных превращений, расчет матриц (векторов) переориентации и тензоров дисторсии для различных (ГЦК-ОЦК-ГЦК, ОЦК-ГПУ-ОЦК) вариантов этих превращений. Обсуждаются носители, природа и основные физические факторы реализации указанного выше механизма деформации.

Методом лазерной двухэкспозиционной спекл-фотографии регистрировались пространственно-временные распределения локальных компонент тензора дисторсии при активной деформации сжатием квазипластичных материалов - соляных горных пород. Получены картины локализации деформации, рассмотрены особенности макроскопической неоднородности деформации при неупругом поведении материала. Произведено сравнение полученных результатов медленных волновых процессов при деформировании соляных пород и ионных кристаллов.

Приводятся экспериментальные данные о развитии в поверхностных слоях поликристаллов при их циклическом нагружении каналированных локальных структурных превращений вдоль направлений максимальных касательных напряжений. Данный процесс развивается стадийно. На первой стадии нагружения происходит каналированная экструзия островков материала поверхностного слоя, на второй стадии - их коагуляция во фрагментированные складчатые структуры. Геометрические параметры складчатых структур коррелируют с энергией дефекта упаковки материала. Полученные результаты подтверждают концепцию физической мезомеханики о «шахматном» распределении растягивающих и сжимающих нормальных напряжений на интерфейсе «ослабленный поверхностный слой - кристаллическая подложка материала».

Монография посвящена химическим взаимодействиям, связанным с влиянием неподеленных электронных пар атомов и ионов на структуру и симметрию молекулярных и ионных кристаллов. Рассматриваются возможности современных экспериментальных методов мультиядерной спектроскопии ЯМР и магнетохимии, а также применения квантово-химических методов Хартри-Фока, Меллера-Плессета, теории функционала плотности (DFT) для анализа особенностей межмолекулярного взаимодействия и тонких структурных особенностей молекулярных соединений гексафторидов, оксидов неполновалентных элементов, мультиядерных кластерных соединений, ионных гексафторкомплексов. Наряду с проблемами концептуального характера, вызванными применением методов теоретической и компьютерной химии, обсуждается связь некоторых фундаментальных свойств координационного взаимодействия с вкладами корреляционных эффектов, переноса электронной и спиновой плотности, а также различных оправок, обусловленных влиянием релятивистских эффектов сжатия s-оболочек, расширения и дестабилизации d- и f-оболочек, спиннорбитального взаимодействия. Книга может быть полезна специалистам в области компьютерной и квантовой химии, материаловедения, разработки материалов микро- и наноэлектроники, студентам и аспирантам.

Исследованы кристаллографические особенности распределения зон локализации деформации при растяжении металлических монокристаллов с различной ориентировкой оси растяжения и с разными механизмами пластического течения (дислокационное скольжение и мартенситное превращение). Показано, что кристаллографическая ориентация зон локализации, трактуемых как картины самоорганизации пластического течения, сохраняется на всем протяжении процесса. Рассмотрены некоторые особенности динамики движения очагов локализации деформации.

В сплаве Zr+1% Nb в двух структурных состояниях прослежено распределение дефектов в зонах локализации пластической деформации. Установлено, что на стадии параболического деформационного упрочнения дислокационная структура развивается неравномерно. Накопление дефектов и развитие дислокационной структуры в зонах локализованной деформации происходят быстрее, чем в зонах с пониженной скоростью течения.

Представлены результаты исследования влияния толщины упрочненного поверхностного слоя образцов стали 12Х18Н10Т в состоянии поставки и с ионным азотированием на стадийность деформации и разрушения с использованием метода акустической эмиссии, корреляции цифровых изоборажений и тензометрии. Использованы критерии идентификации источников акустической эмиссии, связанных с пластической деформацией и хрупким разрушением, на основе анализа параметров регистрируемых сигналов акустической эмиссии. Построены зависимости энергии сигналов акустической эмиссии от толщины упрочняющего слоя и числа сформированных поверхностных трещин. Проведено сопоставление данных об интенсивности деформации сдвига и активности событий акустической эмиссии в зависимости от толщины азотированного слоя. Показано, что корреляция стадий наблюдается лишь на этапе формирования в упрочненном поверхностном слое трещин, что связано с локализацией деформации на мезомасштабном уровне. В то же время стадийность деформации, определяемая по графику изменения коэффициента деформационного упрочнения от степени деформации, хорошо согласуется с изменением активности акустической эмиссии всех трех идентифицированных типов источников: дислокационной природы, микро- и макротрещин.

Представлены результаты исследования характера локализации макродеформации на стадии перехода от пластического течения к вязкому разрушению широкого круга металлических материалов. Установлено, что закономерности этого процесса имеют единую природу с собственно пластической деформацией и представляют собой смену типов автоволн локализованной деформации в следующей последовательности: фазовая автоволна - стационарная диссипативная структура - коллапс автоволны или ее стягивание в месте будущего разрушения образца. Кинетические характеристики коллапсирующей на стадии предразрушения автоволны, которые могут быть установлены экспериментально, позволяют предсказывать пространственно-временные координаты разрушения объектов задолго до появления внешних признаков такого разрушения.

We investigate some mechanisms of the response, including fracture, of block geomedia to nonequiaxial compression in shear by the movable cellular automaton method. For a characteristic of the degree of nonequiaxiality it is proposed to use a dimensionless parameter which, according to calculations, is efficiently applicable to determine the deformation mode of a medium under constrained shear conditions. It is shown that increasing the compressive stress in the shear direction shortens the stage of quasiplastic deformation of a geomedium and decreases its shear strength. This is because mesoscale mechanisms of interblock discontinuity assume a leading part in the deformation and fracture of the geomedium with increasing the degree of constraint. The effect shows up, among other things, as an increase in effective dilatation rate of the shear zone due to the change of lower-scale deformation mechanisms for mechanisms of higher structural levels.

Исследованы особенности формирования ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в двойном сплаве на основе никелида титана при ступенчатом теплом (673-573 К) abs-прессовании. Установлено, что в результате прессования возникает микроструктура смешанного типа на основе субмикрокристаллической (СМК) и нанозеренной составляющих, причем последняя наблюдается в основном в микрополосах локализации деформации. Изучено изменение фазового состава никелида титана при 295 К после abs-прессования.

Для анализа деформации твердых тел предложено использовать одновременно три in situ метода регистрации данных, включая диаграмму нагружения (макромасштабный уровень), корреляцию цифровых изображений (мезомасштабный уровень) и акустическую эмиссию (микромасштабный уровень). Реализован комплекс in situ исследования процессов деформации и разрушения, принцип действия которого основан на установлении взаимосвязи длительности характерных стадий изменения информативных параметров и их соотношения с лидирующим масштабным уровнем. на примере растяжения образцов алюминиевого сплава Д16 с надрезом различной глубины выделены характерные стадии изменения производной приложенной нагрузки, активности АЭ и интенсивности деформации сдвига от степени деформации. Показано, что характерные стадии, выделяемые на графиках изменения всех информативных параметров от времени, хорошо согласуются между собой и относятся к упругой деформации, параболическому упрочнению и распространению трещины.

Путем комбинированного использования методов акустической эмиссии, картирования деформации на поверхности и тензометрии исследовали развитие деформации и разрушения в образцах стали сплава Д16АТ с центральным отверстием. Выделены три характерные стадии развития деформации. Изменение продолжительности характерных стадий по данным анализа всех информативных параметров свидетельствует о постепенном увеличении удельной длительности для второй стадии и ее постоянстве для третьей. Показано, что стадийный подход при исследовании и контроле процессов деформации и разрушения в случае невысокой концентрации напряжений является достаточно информативным и взаимодополняющим. Однако, длительность стадий, выявленных по данным регистрации информативных параметров, может заметно различаться, что связано с чувствительностью каждого из методов к деформационным дефектам на каждом масштабном уровне, а также чувствительностью/разрешением регистрирующей аппаратуры.

В рамках концепции физической мезомеханики материалов и механики разрушения рассмотрены закономерности деформирования и разрушения теплостойкой стали 25Х1М1Ф, содержащей сетку трещин термической усталости. Использование оптико-телевизионного способа измерения деформаций позволило охарактеризовать деформационные характеристики стали 25Х1М1Ф на мезомасштабном уровне, для чего использовали параметр-интенсивность деформации сдвига. Выявлены и количественно описаны основные закономерности и характерные стадии процесса деформирования в образцах стали 25Х1М1Ф, объемно поврежденных сеткой трещин в условиях локализации пластической деформации. С применением деформационного и энергетического критериев нелинейной механики разрушения проведена оценка трещиностойкости образцов исследуемой стали с множественными дефектами.

Путем комбинированного использования методов акустической эмиссии, картирования деформации на поверхности и тензометрии проведены исследования развития деформации и разрушения в образцах сплава Д16АТ с боковым надрезом, имитирующим трещину в изделии. Показано, что значительная часть времени нагружения связана с распространением трещины, что сопровождается появлением на диаграмме нагружения участка с отрицательным значением коэффициента деформационного упрочнения. По данным корреляции цифровых изображений на этапе пластической деформации (в пределах стадии 2) выделены две подстадии, первая из которых связана с локализацией деформации непосредственно в вершине надпила, а вторая с разрастанием площади этой области до размеров, сопоставимых с поперечным сечением образца. Выявлено, что стадийный подход при анализе процессов деформации и разрушения имеет лучшую корреляцию между данными, регистрируемыми различными in situ методами в случае значительной локализации деформации.

Проведено исследование напряженно-деформированного состояния циркониевого сплава в очаге холодной прокатки путем рассмотрения процесса эволюции автоволн локализации деформации и изменений скорости распространения ультразвука. Установлено, что на переходе от зоны осадки к зоне редуцирования происходит значительное исчерпание пластичности материала, поэтому в указанном месте наиболее вероятно разрушение. Констатируется, что традиционные способы оценки запаса пластичности по механическим характеристикам выявить такое место не могут, необходим комплексный анализ картин макролокализации пластической деформации и результатов акустических измерений.

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.

Исследованы закономерности накопления усталостных повреждений при циклическом нагружении стали 25Х1М1Ф при частотах 0.1 и 1.0 Гц, в том числе с использованием оптико-телевизионного комплекса TOMSС. Выявлены физические закономерности, определяющие взаимосвязь подходов механики разрушения и физической мезомеханики материалов. Для описания поля макронапряжений в вершине трещины использован силовой критерий механики разрушения - коэффициент интенсивности напряжений. При этом физико-механические закономерности накопления усталостных повреждений отражают органическую взаимосвязь пластической деформации и разрушения материала в зоне макроконцентратора напряжений, представляют собой стадийный процесс и могут быть описаны в рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики. Повышение частоты нагружения от 0.1 до 1.0 Гц обусловливает снижение продолжительности единовременного пребывания образца в нагруженном состоянии, что при значениях коэффициента интенсивности напряжений до 40 МПа × м1/2 практически не влияет на скорость роста усталостной трещины, а при больших его величинах приводит к увеличению скорости ее роста в 2.0-2.5 раза. Данные процессы проявляются также в снижении влияния процессов пластической деформации на мезоуровне, при этом значение интенсивности деформации сдвига gavg для частоты f = 1.0 Гц в 3-6 раз меньше, чем для частоты f = 0.1 Гц.

В книге рассмотрены современные методы расчета межчастичного взаимодействия, электронной структуры и моделирования неупорядоченных структур. Особое внимание уделено методикам моделирования, основанным на методе сильной связи. Обсуждаются методы молекулярной динамики, обратного Монте-Карло, многогранников Вороного, а также Шоммерса и Реатто. Методом многогранников Вороного подробно исследуется структура ближнего порядка построенных моделей. Подробно рассмотрен развиваемый авторами метод моделирования неупорядоченных систем. Он применен для расчета электронной структуры и свойств некристаллических систем различных типов. Объяснено поведение электропроводности и магнитной восприимчивости металлического расплава при переходе металл-неметалл, а также температурная зависимость скорости звука. Рассмотрены развитые авторами аналитические методы расчета электронной структуры и магнитных свойств, основанные на использовании функций Грина в приближении сильной связи.