Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведено исследование изменений фазового состава, возникающих в стали 34X1М при электролитно-плазменной нитроцементации. Установлено, что нитроцементация приводит к существенным изменениям в структуре стали, а именно к изменению фазового состава и списка присутствующих фаз, а также их морфологии.

Исследованы структурно-фазовые состояния поверхностны слоев никелида титана с покрытиями из молибдена толщиной 200 и 500 нм, сформированных методом магнетронного напыления. Обсуждаются особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и прилежащих к нему слоях подложки. определен характер микродеформации кристаллической решетки молибдена, изучены закономерности ее изменения по толщине покрытия. установлено, что кристаллическая решетка молибдена в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения по нормали к ней. Кристаллическая структура В2-фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки.

Исследованы изменения структуры и фазового состава ультрамелкозернистого алюминиевого сплава, полученного интенсивной пластической деформацией, при растяжении в условиях сверхпластичности. Показано, что обусловленные распадом твердого раствора фазовые превращения ускоряются в поверхностном слое в условиях сверхпластической деформации вследствие интенсивного развития в нем зернограничного проскальзывания. Методом скользящего пучка установлено, что наибольшие изменения в структурно-фазовом состоянии указанного сплава происходят в приповерхностном слое толщиной ~ 10 мкм.

Методом рентгеноструктурного анализа исследованы структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях никелида титана с покрытиями из Мо толщиной 200 нм и 500 нм, сформированными методом магнетронного напыления. Материал в покрытии имеет однокомпонентный химический состав и однофазную ОЦК-кристаллическую структуру Мо. Исследованы особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и в слоях подложки, прилежащих к нему. Установлено, что кристаллическая ОЦК решетка Мо в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения перпендикулярно к ней. Кристаллическая структура В2 фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки. измеренный в направлении нормали к поверхности.

Методом рентгеноструктурного анализа исследовано влияние электронно-пучковых воздействий на структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях образцов никелида титана с покрытиями и молибдена. Показано, что электронно-лучевая обработка (потоки электронов низких энергий) образцов никелида титана с покрытиями из молибдена в случае высоких плотностей энергии в электронном пучке (Е=30Дж/см2) приводит к формированию на их поверхности слоя, легированного молибденом, с увеличенным параметром элементарной ячейки В2-фазы TiNi, в то время как внутренние объемы не претерпевают существенных изменений. В случае малых плотностей энергии (Е=15Дж/см2) покрытие только частично растворяется в подложке, параметры элементарных ячеек В2-фазы TiNi и ОЦК-Мо покрытия уменьшается относительно исходных значений. Выявлено, что размеры D областей когерентного рассеяния в фазе В2 подложки и ОЦК-Мо-покрытий образцов после электронно-лучевых обработок ни изменились относительно значений в исходных образцах.

Представлены результаты количественных расчетов глубины проникновения и содержания азота в поверхностном слое металлокерамического сплава Tic-(Ni-Cr) за время одиночного импульса электронно-пучкового облучения поверхности металлокерамического сплава в камере с азотсодержащей атмосферой и экспериментального исследования влияния азота на микроструктуру и микротвердость поверхности металлокерамического сплава при импульсном электронно-пучковом облучении.

Работа посвящена исследованию влияния ультразвукового поверхностного пластического деформирования сварных соединений стали ВКС-12 на их структурно-фазовое состояние и механические характеристики. Показано, что материал приповерхностного слоя толщиной около 40 мкм после обработки приобретает трехслойное строение с образованием наноструктуры на глубине до 3...4 мкм. На большей глубине регистрируются субзеренная структура с большеугловой разориентацией субзерен и фрагментированная структура. Установлена связь наноструктурирования поверхностного слоя с повышением циклической долговечности сварных соединений.

Рассмотрены физические и технологические основы азотирования конструкционных материалов на основе металлов, сплавов и керамических материалов с применением ионных пучков и плазменных потоков. Приведена краткая характеристика используемого оборудования. Изложены результаты исследований структурно-фазовых превращений и изменения физико-механических свойств поверхностных слоев широкой гаммы конструкционных материалов под действием ионных пучков и плазменных потоков азота. На основании проведенных исследований предложены практические рекомендации использования полученных результатов для повышения эксплуатационных свойств конструкционных материалов. Монография рассчитана на специалистов научно-исследовательских институтов, объединений и предприятий, занимающихся вопросами упрочняющей обработки металлов. сплавов и керамических материалов. Может быть полезна студентам высших учебных заведений и аспирантам соответствующих специальностей.

Проведены исследования элементного состава и микротвердости поверхностного слоя образцов инструментальных сталей с карбидным упрочнением после восстановительной термообработки и последующей имплантации ионов Ti в различных режимах. Исследования износостойкости выполнены на пуансонах, служащих для холодного выдавливания корпусов веловтулок. Установлена корреляция между характером изменения элементного состава и служебными характеристиками изделий в зависимости от режимов имплантации.

В работе представлены результаты исследований элементного состава, структурно-фазовых состояний, свойств пластичности и прочности тонких поверхностных слоев, сформированных в сплавах на основе TiNi при облучении направленными пучками заряженных частиц — ионов и электронов. На примере сплава Ti49.5Ni50.5 продемонстрирована связь между выявленными в работе микроструктурными свойствами поверхностных слоев, исходных и модифицированных облучением, и закономерностями распространения в таких сплавах деформационного процесса.??.

Пособие содержит 6 заданий, состоящих из теоретической части, контрольных вопросов и задач по механике жидкостей и газов, термодинамике и молекулярной физике. После каждого задания приведены ответы на контрольные вопросы и решения задач.

Изложены представления о структурно-фазовых превращениях, протекающих в алюминиевых сплавах, полученных диспергированием расплавов и суспензий при различных видах термообработки. Рассмотрены механизмы формирования метастабильных фаз в условиях сверхбыстрого охлаждения расплава. Описаны механизмы кристаллизации расплавов алюминия в крайне неравновесных условиях, основанные на представлениях о структурной неоднородности расплавов. Процессы зародышеобразования рассмотрены как межкластерные взаимодействия, а кристаллизация расплава в крайне неравновесных условиях - как многостадийный процесс, включающий стадию структурно-фазовых превращений в расплаве. Предназначено для научных и инженерно-технических работников в области материаловедения, рекомендуется для преподавателей и аспирантов технических вузов.

Теоретически и экспериментально изучен характер структурно-фазовых превращений в поверхностном слое инструментальной металлокерамики "карбид титана-никель-хромовая связка" при электронном облучении. Математически проанализировано термическое влияние электронного облучения на структуру приповерхностного слоя композиционного материала дисперсного строения, проведены количественные оценки глубины зоны структурно-фазовых превращений. Экспериментально исследованы микроструктура и концентрационный профиль распределения титана в металлическом связующем после импульсного электронного облучения.

Исследовано влияние равноканального углового прессования на структуру, фазовый состав и проявление сверхпластичных свойств алюминиевого сплава 1421. Обсуждаются физические причины наблюдаемого после обработки вышеуказанным методом смещения температурного интервала проявления сверхпластичности в область более низких температур деформации и значительного уменьшения энергии активации истинного зернограничного проскальзывания, выявляемого методом внутреннего трения.

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.????.

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».

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик двух композиционных материалов WC-(Fe-Mn-C), отличающихся структурно-фазовым состоянием связки, после скольжения по стальному диску в диапазоне скоростей от 1 до 4 м/с при контактном давлении 5 МПа. Показано, что при низких скоростях (1м/с) интенсивность изнашивания материала с гетерофазным строением связки, содержащей мелкокристалличные зерна аустенита и значительную долю мартенсита закалки в исходном состоянии, в 3,5 раза выше, чем интенсивность изнашивания композита с аустенитной связкой. С ростом скорости до 4 м/с износостойкости этих двух материалов становятся близкими, а затем приблизительно равными. В процессе трения при всех скоростях скольжения связка обоих композитов претерпевает y-a превращение, степень и глубина которого растут с увеличением скорости.

В работе с помощью современных методов профилометрического анализа, оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии показаны морфологические и структурные превращения, происходящие в поверхностном слое малоуглеродистой стали при точении и последующих операциях шлифования и ультразвуковой финишной обработки (УФО). Показано. что при соблюдении оптимальных режимов УФО технологическая наследственность, создаваемая точением, устраняется. Поверхностный слой стали имеет однородную модифицированную структуру.

Методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов исследованы особенности эволюции структурно-фазового состояния наноструктурного сплава Ti-6Al-4V-H в процессе вакуумного отжига и облучения пучком электронов. Показано, что сочетание предварительного легирования водородом, горячего прессования и изотермического отжига в вакууме позволяет сформировать в сплава Ti-6Al-4V субмикрокристаллическую структуру со средним размером зерен менее 0,3 мкм. Установлено, что использование для дегазации по водороду облучения электронным пучком снижает не только температуру выхода водорода. но также и температуру рекристаллизации СМК структуры.

Представлены результаты исследований эволюции дефектной субструктуры и фазовых превращений в процессе деформации прокаткой и кручением под давлением хромоникелевой стали 17Cr-14Ni-2Mo. показано, что формирование наноструктурных состояний осуществляется в процессе взаимодействия полос локализации деформации с микрополосовыми двойниковыми структурами. Обсуждаются механизмы деформации и переориентации кристаллической решетки при формировании указанных выше состояний и возможные механизмы фазовых превращений в процессе больших пластических деформаций исследуемой стали.

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.

Методом рентгеноструктурного анализа (РСА) исследованы структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях никелида титана с покрытиями из молибдена, полученными методом магнетронного осаждения, а также особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материалов покрытия, переходных слоев и прилежащих к ним слоев никелида титана. Выявлено, что композиционные слои, которые возникают в результате осаждения покрытия из молибдена, можно описать в виде градиентной субмикрокристаллической структуры из фаз с ОЦК-кристаллической решеткой. Переход от одного слоя к другому, нижележащему слою, сопровождается изменением параметра решетки той фазы, которая является его основой, что обеспечивает сопряжение структур и сплошность композиций "покрытие/основа из TiNi".

Представлены результаты экспериментального исследования структурно-фазовых состояний, формирующихся при высокодозной ионной имплантации в поверхностном и приповерхностном слоях разупорядоченного поликристаллического сплава NisFe. В качестве методов исследования были применены оже-электронная спектроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгено-структурный анализ и измерение микротвердости. Ионная имплантация осуществлялась на вакуумно-дуговом источнике «Радуга» с многокомпонентным катодом состава Zr (89,5 вec.%)+C+N-rO при ускоряющем напряжении 50 кВ. Установлено, что в поверхностном легируемом при ионной имплантации слое происходит аморфизация с одновременным образованием мелкодисперсных частиц Zr02 , размеры которых увеличиваются с увеличением дозы внедренных ионов, что сопровождается увеличением внутренних механических напряжений. За пределами ионно-имплантированного слоя формируется подслой толщиной около 10 мкм с высокой плотностью дислокаций («эффект дальнодействия»). Результаты измерения микротвердости коррелируют с дан¬ными структурных исследований.

Представлены результаты количественного исследования структурно-фазового состояния титана в мелкозернистом состоянии до и после имплантации ионами алюминия. В материале выделено два типа зерен а-Ti, различающихся по фазовому составу, дефектной структуре и размерам: мелкие зерна в интервале 0.1-0.5 мкм и крупные зерна в интервале 0.5-5 мкм. Установлено присутствие в материале двух типов частиц TiO2: частицы округлой формы, расположенные на дислокациях в объеме зерен а-Ti, и частицы пластинчатой формы, расположенные только внутри крупных зерен а-Ti. Формирование фазы Ti3Al наблюдается в виде пластинчатых выделений по границам зерен и округлых частиц в тройных стыках. Обнаружено, что частицы фазы TiAl3 выделяются с меньшей объемной долей, по сравнению с фазой Ti3Al, и локализуются по границам крупных зерен титановой матрицы. Установлено, что в результате ионного облучения изменяются существенно зеренное состояние и дефектная структура материала: происходит значительное увеличение плотности дислокаций и внутренних напряжений в мелких зернах относительно исходного состояния титана.

Исследовано влияние режимов термообработки (ТО) на структурно-фазовое состояние жаропрочной ферритно-мартенситной стали ЭК-181. Показано, что применение промежуточных (между закалкой и отпуском) отжигов при пониженных температурах приводит к увеличению дисперсности наночастиц карбонитрида ванадия по сравнению с традиционной термической обработкой. Найдены режимы ТО, обеспечивающие высокую плотность наночастиц при одновременном снижении иненсивности отпуска мартенсита.

Проведены исследования эволюции структурно-фазового состояния титанового сплава переходного класса ВТ22 после радиально-сдвиговой прокатки и последующего старения. Показано, что в результате прокатки в интервале температур 1123-1023 К наблюдается формирование ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структуры с размером элементов около 0.5 мкм с повышенным (более чем в 2 раза по сравнению с исходным состоянием) содержанием бетта-фазы и мелкодисперсными частицами альфа-фазы размером около 0.3 мкм. Последующий отжиг (старение) при температуре 723 К приводит к распаду деформированной в процессе прокатки бетта-фазы с уменьшением ее объемной доли и формированию наноразмерных пластинок пересыщенного молибденом твердого раствора бетта1-фазы и мартенситной альфа"-фазы.

Представлены результаты влияния электронно-ионно-плазменной обработки поверхности инструментальных твердых сплавов в плазмообразующих газах с различной энергией ионизации при различной атомной массе на структурно-фазовое состояние поверхностного слоя, его стойкость к абразивному износу и стойкость при резании металла.

Представлены результаты исследований фазового состава и механических свойств покрытий системы Al-Si-N, полученных методом импульсного магнетронного напыления на подложках кварцевого стекла марки КВ. Методом ренгеноструктурного анализа обнаружено, что полученные покрытия системы Al-Si-N различной толщины содержат фазу AIN (ГПУ). Нанесение покрытий системы Al-Si-N позволяет не только увеличить нанотвердость поверхностного слоя образцов кварцевого стекла до 29 ГПа, но и сохранить высокий уровень упругих свойств (We >0.70). Также проведены лабораторные испытания по воздействию потоков высокоскоростных частиц железа на защитные покрытия системы Al-Si-N различной толщины, полученных методом импульсного магнетронного напыления. При воздействии потока высокоскоростных частиц железа на исследуемые образцы установлено, что увеличение толщины формируемых защитных покрытий системы Al-Si-N от 1 до 10мкм приводит к уменьшению поверхностной плотности кратеров в 4 раза.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры аустенитной стали 02Х17Н14М2 после больших пластических деформаций прокаткой и кручением под давлением в наковальнях Бриджмена. Показано, что основными механизмами формирования дефектной структуры являются механическое двойникование и формирование полос локализации деформации. Обнаружено явление механического двойникования в нанокристаллическом состоянии. Обсуждаются механизмы деформации и формирования наноструктурных состояний.

В монографии обобщены результаты многолетних исследований автора в области алюминиевых сплавов (прежде всего их фазового состава), выполненных в МИСиС. В первых девяти главах уделено внимание анализу фазового состава марочных алюминиевых сплавов, как российских, так и американских. Две последние главы посвящены сплавам нового поколения: высокопрочным николинам и термостойким сплавам, легированным цирконием и скандием. Количественный анализ фазового состава выполнен с использованием современной программы Thermo-Calc. Книга рассчитана на широкий круг специалистов: работники промышленных предприятий, ответственные за качество продукции, профессорско-преподавательский состав вузов, научные работники отраслевых и академических институтов, которые занимаются исследованиями в данной области. Полезна при выполнении диссертационных работ, связанных с алюминиевыми сплавами.

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.

Методом активной деформации растяжением при 20-1300С проведено исследование влияния режимов химико-термической обработки (ХТО) на температурную зависимость характеристик кратковременной прочности и пластичности внутреннеокисленных сплавов V-0,45Zr-0,2C и V-5Mo-0,9Zr-0,3C (ат.%). Изучено влияние границ зерен на особенности пластической деформации и разрушение этих сплавов при разных температурах. Показано, что высокая эффективность дисперсного упрочнения внутреннеокисленных сплавов сверхмелкими частицами оксидов ZrO2, формирование в процессе внутреннего окисления структурных состояний с совместным дисперсным и субструктурным упрочнением и высокая термическая стабильность этих состояний способны обеспечить (1,5-2)-кратное повышение кратковременной (в том числе высокотемпературной) прочности ванадиевых сплавов при сохранении высокого запаса пластичности.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe–Cr–Ni–N, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления при разном парциальном давлении азота в условиях ионной бомбардировки и нагрева подложки на износостойкость и нанотвердость металлического компонента при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА –полиамид ПА-66». На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

Современные требования к эксплуатационным характеристикам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) делают актуальной задачу нанесения покрытий с низкой теплопроводностью и высокой термоциклической стойкостью на внутренние полости сопел, в частности, теплозащитных на основе оксидов циркония-иттрия Zr-Y-O. Применяемые до настоящего времени технологии их получения (газоплазменные, вакуумные ионно-плазменные, детонационные, гальванические и др.) не позволяют получить покрытия нужного качества. В данной работе использовался метод получения теплозащитных покрытий на основе Zr-Y-O в наноструктурном состоянии с помощью импульсного магнетронного распыления. Целью работы является изучение влияния химического состава покрытия на его термоциклическую стойкость и исследование структурно-фазового состояния нанокомпозитных покрытий на основе Zr-Y-O.

Изучены теплофизические свойства (удельная теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность, термический коэффициент линейного расширения, плотность) и структурно-фазовые превращения при нагреве и охлаждении 12%-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 (RUSFER-EK-181) и ЧС-139 в интервале температур от 20 до 1100°С. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии определены температуры начала и конца (альфа —> гамма)- и (гамма —> альфа)-превращений в этих сталях и температура Кюри. В области (альфа —> гамма)-превращения наблюдаются пики на кривых температурной зависимости удельной теплоемкости, скачкообразное изменение температурного коэффициента линейного расширения и плотности, минимум температуропроводности. Пики удельной теплоемкости, минимумы теплопроводности и перегибы на кривых температуропроводности наблюдаются также в окрестности точки Кюри.

Рассмотрены двойные и тройные диаграммы состояния металлических систем. Изложена методика построения изотермических и политермических разрезов и анализа фазовых превращений в различных сплавах, приведена их структура. Рассмотрены теоретические основы термодинамики в ее приложении к изучению фазовых равновесий. С использованием метода геометрической термодинамики проведен анализ двойных диаграмм состояния. При анализе трехкомпонентных диаграмм состояния с двойными и тройными промежуточными фазами с несколькими четырехфазными нонвариантными реакциями использованы структурные схемы фазовых равновесий. Для студентов машиностроительных и металлургических вузов, специализирующихся в области материаловедения, термической обработки, порошковых, композиционных материалов и защитных покрытий и других смежных специальностей. Может быть полезно аспирантам и широкому кругу научных работников в области металловедения.

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.

Осуществлен комплекс исследований физико-механических свойств и структуры упрочненного слоя, полученного способом диффузионного легирования углеродистой стали. Выявлены закономерности разрушения поверхностных слоев упрочненной и неупрочненной стали в абразивно-коррозионной среде. Показано, что более высокую стойкость к коррозии и износу имеют карбидные слои, полученные в результате многокомпонентного насыщения.