Исследовали рельеф, образующийся на фольгах монокристалла алюминия {100}<001> наклеенных на массивные образцы алюминиевого сплава, которые деформировали в режиме малоцикловой усталости. Показано, что образование специфических поверхностных структур на фольгах алюминия связано с интерфейсом «фольга – образец» и «алюминиевая фольга – ее поверхностный слой». В частности, образование продольных макроскопических полос на алюминиевой фольге объясняется периодическим распределением сжимающих напряжений, возникающих на интерфейсе «фольга – образец». На границе макроскопических полос и твидовой структуры с периодом ~2.8 мкм обнаружена тонкая твидовая субструктура субмикронного диапазона. Показано, что периодические двухмерные решетки различного масштаба, образующиеся на фольгах, характеризуются эффектом самоподобия в интервале линейных размеров от долей до сотен микрометров.

Показано влияние легирования алюминием на прочностные свойства и механизм деформации (скольжение, двойникование) при растяжении <123> монокристаллов стали Гадфильда при Т=300 К. Установлено, что легирование алюминием подавляет развитие деформации двойникованием <123> монокристаллов, приводит к изменению типа дислокационной структуры при скольжении от однородного распределения дислокаций к планарной дислокационной структуре.

Исследовали структурно-механические особенности пластической деформации фольг монокристалла алюминия {100}<001>, наклеенных на плоские образцы алюминиевого сплава, которые деформировали в режиме малоцикловой усталости. Установлено, что пластическая деформация начинается после латентного периода на лицевой поверхности и с ростом числа циклов нагружения распространяется через толщину фольги. Специфический поверхностный рельеф, образующийся на обратной стороне фольг алюминия, подобен рельефу, наблюдающемуся на лицевой поверхности фольг. Показано, что наиболее важной причиной зарождения пластической деформации на лицевой поверхности и распространения ее через всю толщину фольги является действие моментных напряжений, которые возникают в поперечном сечении фольги в результате внецентренного приложения нагрузки к фольге. Сделан вывод, что влияние моментных напряжений необходимо учитывать при нанесении на фольги защитных и функциональных покрытий, особенно при их значительной толщине и работе в условиях циклического растяжения.

На основе анализа собственных результатов и литературных данных показано, что образование твидовой структуры, наблюдаемой на поверхности кристаллов алюминия при циклическом растяжении, происходит в условиях нестабильности Гринфельда при напряжениях выше предела текучести. Экспериментально измеренный период твидовой структуры и высота шаровидных выступов удовлетворительно согласуются с теоретическими оценками на основе модели Гринфельда в линейном приближении. Изменение формы профиля поперечных сечений твидовой структуры с ростом числа циклов нагружения качественно согласуется с результатами численного моделирования эволюции нестабильности Гринфельда в нелинейном приближении. Принимается во внимание, что при циклическом растяжении кристаллов алюминия в приповерхностных слоях под окисной пленкой формируется высокодефектная сдвигонеустойчивая область, которая может рассматриваться как дефектная фаза, находящаяся в равновесии с кристаллической фазой алюминия. В этой дефектной области в условиях периодической модуляции плотности упругой энергии возникает градиент химического потенциала, в поле которого происходит перераспределение материала и образование твидовой структуры, что обеспечивает дополнительный и альтернативный дислокационному скольжению канал снижения упругой энергии нагруженного кристалла. Обсуждаются особенности структуры кристаллов алюминия, обеспечивающие возникновение нестабильности Гринфельда при циклическом растяжении, и возможные механизмы массопереноса в приповерхностных слоях. Сделан вывод, что нестабильность Гринфельда является прямым свидетельством особой роли поверхностного слоя как самостоятельного структурного уровня пластической деформации и разрушения материалов, которая обосновывается в рамках подхода физической мезомеханики.

Для материалов, поверхностно упрочненных с целью повышения их усталостной прочности, предложен метод оценки эффективности упрочнения по результатам испытания образцов активным растяжением. Метод основан на характеристике самоорганизации структуры материала образцов с помощью параметров, которые выражают рост числа блоков, формирующих поверхностный фрактал на двух масштабных уровнях при активном растяжении, и сопоставлении полученных характеристик с результатами усталостных испытаний образцов. Характеристику самоорганизации структуры материала осуществляли с помощью фрактального анализа оптических изображений его поверхности. Показано, что параметр мезомасштабного уровня DeltaL2 имеет высокую чувствительность к режимам поверхностно упрочняющей обработки и может быть использован для оценки эффективности упрочнения.??.

Исследована зависимость длины волны локализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения от размера зерна в поликристаллическом алюминии. Определен характер такой зависимости. Изучено влияние размера зерна на характер кривой пластического течения.

На основе анализа собственных результатов и литературных данных показано, что образование самоподобных твидовых структур на фольгах монокристалла алюминия (100)[001] при несвободном циклическом растяжении происходит в условиях нестабильности Гринфельда. Об этом свидетельствует хорошее согласие теоретических оценок периода твидовых структур на основе модели нестабильности Гринфельда с экспериментально измеренными значениями. Показано, что нестабильность Гринфельда проявляется в разных граничных условиях, связанных с особенностями упруго-пластической деформации двухслойной системы фольга алюминия/образец, что обусловливает самоподобие твидовых структур. Предполагается, что перераспределение материала на поверхности фольг происходит за счет миграции точечных дефектов, образующихся при циклическом растяжении и обладающих достаточной подвижностью при комнатной температуре.

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.

Методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и анализа картин дифракции обратно рассеянных электронов исследовано влияние скорости равноканального углового прессования при комнатной температуре на формирование ультрамелкозернистой структуры в чистом алюминии. Установлено, что в результате 8 проходов РКУП при скорости прессования 3.3х10-2 мм/с в алюминии формируется существенно неоднородная зеренная структура с размером зерна в интервале 1-27 мкм (средний размер 3.0 мкм). При увеличении скорости прессования на порядок в алюминии возрастает уровень внутренних напряжений и плотность дислокаций, увеличивается значение верхней границы интервала распределения зерен по размерам и средний размер зерна (3.4 мкм) и уменьшается число границ с большеугловыми разориентировками. Предполагается, что указанные изменения связаны с тем, что в последнем случае за время РКУП не успевают пройти процессы релаксации дислокационных структур.

Методом спектроскопии 1Н ЯМР исследовано комплексообразование алкоксидов В. Al и Li в растворах CCl4 и C6Н12-D12 при различных мольных соотношениях в температурном интервале от 80 до 355 К. После взаимодействия алкоксидов В и Al в растворе при мольных соотношениях 1:1, 1:3 и 3:1 образуется равновесная смесь комплексов двух типов, содержащих в качестве катиона атомы В и Al. Нагревание смесей алкоксидов в растворе до 340 К способствует образованию преимущественно B[Al(OR)4]3.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации при растяжении металлов и сплавов. Показано, что эффект макролокализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационное скольжение, двойникование). Установлен волновой характер локализации деформации. Обсуждаются такие характеристики волн локализованной деформации, как скорость распространения, длина волны и дисперсия.

Рассмотрена локализация пластического течения в моно- и поликристаллических образцах из кремнистого железа при одинаковых условиях деформирования растяжением. Картины локализации деформации проанализированы на стадиях линейного и параболического деформационного упрочнения, а также при переходе к образованию шейки и стадии вязкого разрушения. Проведено сравнение картин локализации деформации для моно- и поликристаллического состояний сплава.

На примере поликристаллов алюминиевого сплава АВТ-1 предложен метод оценки эффективности поверхностно упрочняющей обработки материалов с целью повышения их усталостной прочности по результатам испытания образцов активным растяжением. Метод основан на фрактальном анализе оптических изображений деформационной структуры, возникающей на поверхности образцов при активном растяжении, и сопоставлении полученных характеристик с результатами усталостных испытаний образцов. Получены зависимости двух пар характеристик, которые характеризуют самоорганизацию структуры материала при активном растяжении на двух масштабных уровнях, от степени пластической деформации образцов. Обосновано применение компактной, наглядной и информативной формы представления указанных зависимостей. Эти зависимости выражают изменение числа блоков, формирующих самоподобный поверхностный фрактал с ростом степени деформации на втором масштабном уровне. Результаты поведенных исследований показали, что предложенный параметр имеет высокую чувствительность к режимам поверхностно упрочняющей обработки и может быть использован для оценки эффективности обработки для повышения усталостной прочности образцов.

Исследована эволюция мезоструктуры в многослойной диффузионной зоне азотированного TiNi на разных стадиях изотермического (300 K) растяжения. Основные результаты заключаются в следующем. Присутствие при 300 K в составе диффузионной зоны В2-фазы, способной испытывать при нагружении деформационные мартенситные превращения, обеспечивает эффективную релаксацию внутренних напряжений вблизи микротрещин и в объеме диффузионной зоны. Формирование деформационного мартенсита В19` блокирует рост микротрещин во внутренние слои диффузионной зоны. Процессы пластической деформации развиваются тогда, когда ресурсы релаксации внутренних напряжений формированием деформационных мартенситных фаз исчерпаны.??.

Исследованы механические и триботехнические свойства композиционных покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбонитридами титана. Проведенные испытания на растяжение образцов с покрытиями показали, что с увеличением объемной доли упрочняющей фазы материал покрытия эффективнее сопротивляется пластической деформации. Твердость (HRC) покрытий увеличивается с ростом содержания упрочняющей фазы. Испытания образцов с покрытиями на абразивную износостойкость и износ пары трения по схеме «вал – две плоские колодки» показали, что с увеличением в покрытиях доли карбонитридов титана улучшаются их триботехнические характеристики.??.

Приведены результаты исследования механизмов пластического течения и разрушения поликристаллов дуралюмина Д16АТ при статическом и повторно-статическом воздействии внешней нагрузки. Показано, что закономерности накопления больших пластических деформаций на мезомасштабном уровне для данных схем нагружения существенно различаются. Обсуждается возможность прогнозирования остаточного ресурса и диагностики состояния предразрушения элементов конструкций на основе анализа эволюции деформационных мезоструктур.

Предложена двумерная математическая модель распространения химического превращения в пластине в условиях механического нагружения. Проведено численное исследование задачи для трех вариантов условий для напряжений и перемещений на поверхностях пластины: жесткой заделки, одноосного растяжения, сдвига. Установлено, что вследствие связанности полей температур, концентраций и напряжений режимы превращения в разных условиях нагружения различны. В результате параметрического исследования модели показано, что величина внутренних напряжений может существенно превышать внешнюю нагрузку.

Исследованы картины локализации пластического течения в ГЦК-монокристаллах Cu и Ni, ориентированных для легкого скольжения. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на стадиях легкого скольжения и линейного упрочнения в таких монокристаллах. прослежена связь ориентировки очагов локализованной деформации с кристаллографией систем скольжения исследуемых образцов. Определена скорость движения очагов локализованной деформации при растяжении.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации при растяжении металлов и сплавов. Показано, что эффект макролокализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационное скольжение, двойникование). Установлен волновой характер локализации деформации. Обсуждаются такие характеристики волн локализованной деформации, как скорость распространения, длина волны и дисперсия.

Исследована эволюция локальных деформаций при растяжении монокристаллов высокомарганцовистого аустенита с углеродом. Показано, что типы упорядоченных картин локализации находятся в тесной связи со стадиями деформационной кривой. Полученные резулттаты сравниваются с аналогичными данными исследований полей деформации монокристаллов хромо-никелевого аустенита с азотом. Установлена зависимость скорости самосогласованного движения очагов неоднородностей пластической деформации при растяжении монокристаллов Fe от коэффициента деформационного упрочнения и механизма деформации.

проведено численное исследование формирования деформационного рельефа на свободной поверхности трехмерных поликристаллов с периодической структурой в условиях одноосного растяжения. Проанализировано влияние условий нагружения мезообъемов и размера зерна на характеристики рельефных образований. С целью последующей оптимизации численного анализа исследовано влияние толщины трехмерного модельного образца на формирующиеся деформационные складки. Показано, что основное влияние на деформационный рельеф оказывает микроструктура приповерхностных слоев, лежащая в пределах 3-4 зеренных диаметров.

На монокристаллах аустенитной нержавеющей стали Fe-18Cr-12Ni-2Mo, ориентированных вдоль направления [111], с низкой энергией дефекта упаковки проведены исследования влияния атомов внедрения водорода на механические свойства и картины локализации пластического течения при растяжении. С помощью метода двухэкспозиционной спекл-фотографии определены основные параметры локализации пластического течения на разных стадиях деформационного упрочнения монокристаллов в результате электролитического насыщения в трехэлектродной электрохимической ячейке при постоянном контролируемом катодном потенциале.

С использованием элементов релаксации определено плосконапряженное состояние сплошной среду с трещиной при растяжении. Проведен анализ напряженного состояния у вершины трещины, окруженной пластически деформированным материалом в виде полосы локализованной пластической деформации (ЛПД) в форме вытянутого эллипс. Пластическая деформация существенно уменьшает концентрацию напряжений в вершине трещины. По мере увеличения локализации пластической деформации напряжения у берегов трещины уменьшаются до нуля. Падение напряжений у вершины трещины сопровождается увеличением концентрации и градиентов напряжений на конце полосы ЛПД. Там область возмущения поля напряжений соизмерима с шириной полосы.

Методом рентгеновской дифрактометрии на синхротронном излучении проведено прецизионное исследование микроструктуры сплава Zr-1%Nb, деформированного одноосным растяжением. Обнаружен немонотонный характер зависимости ширины дифракционных линий, согласующийся с флуктуациями интенсивности отражений и упругих микроискажений, связанных с дефектностью структуры, от локальной деформациии действующего напряжения. наблюдается корреляция полученных результатов с данными просвечивающей электронной микроскопии о цикличности дислокационных превращений в процессе образования шейки разрушения.

Исследовано влияние наноструктурирования поверхностных слоев подложки Cu на микроструктуру, механические свойства и механизмы разрушения теплозащитных покрытий Si-Al-N при одноосном растяжении. Установлено, что в зависимости от состояния подложки в процессе механического нагружения действуют различные механизмы скалывания покрытий Si-Al-N. Показано, что наиболее высокая сдвиговая прочность границы раздела покрытие - подложка достигается в результате ионной обработки подложки.

С использованием спекл-интерферометрического метода исследована деформация никелида титана. Установлено, что начальная стадия процесса осуществляется в форме движения фронта деформации, разделяющего объемы с разными состояниями среды. наблюдаемые закономерности описываются как проявления автоволнового процесса в активной среде при внешнем механическом воздействии.

Изучено взаимодействие зон макролокализованной деформации, определяющее разный характер пластического течения и разрушения при растяжении плоских образцов стали 65Х13 с азотированными лицевыми или боковыми гранями. Зоны локализованной деформации, инициированные трещинами в упрочненом поверхностном слое, количественно аттестованы величиной интенсивности скорости деформации. Изменение формы зон оценивали по изменению конфигураций линий равного уровня интенсивности скорости деформации и по металлографическим картинам деформационного рельефа. Определен механизм влияния экстремальных величин интенсивности деформации на макроориентированность поверхности разрушения азотированных образцов и сформулирован критерий предразрушения материалов с упрочненным поверхностным слоем.

Методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности разрушения покрытий SiAIN на подложках Cu при одноосном растяжении. Показано, что скалывание покрытий происходит в зонах локальной кривизны границы раздела «SiAIN - Cu», образующихся в результате скольжения дислокаций в подложке. Предварительная ионная бомбардировка подложки позволяет подавить выход дислокаций на границу раздела «покрытие - подложка», а также повысить адгезионную прочность покрытий и предотвратить их краевое отслоение. В то же время возникающая в результате ионной бомбардировки волнистая граница раздела «покрытие - подложка» приводит к появлению нормальных к ней напряжений, которые обусловливают коробление и скалывание покрытий в областях положительной локальной кривизны границы раздела.

Проведено исследование процессов формирования твердых растворов семейства BIMEVOX (Me-Fe, Zr) при синтезе через жидкие прекурсоры. Для получения твердых растворов использовали метод гидротермального синтеза, цитратно-нитратный метод и метод пиролиза полимерно-солевых композиций. По результатам рентгенофазового анализа процессы формирования BIMEVOX при синтезе через жидкие прекурсоры в целом аналогичны процессам фазообразования при твердофазном синтезе. Во всех методах в первичном осадке образуется ванадат висмута состава BiVO4. При дальнейшем прокаливании в интервале 500-700С состав реакционной смеси усложняется. В качестве промежуточных продуктов образуются ванадаты висмута, циркония и железа, цирконат и ферриты висмута. Для серии BIFEVOX в интервале концентраций х=0,1-0,4 получена высокотемпературная тетрагональная модификация, для серии BIZRVOX - при малых концентрациях допанта - смесь а-орторомбической и y-тетрагональной модификаций.

Экспериментальными и численными методами исследован процесс высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в режиме теплового взрыва под давлением порошковой смеси никеля с алюминием стехиометрического состава. Проведен анализ расчетных и экспериментальных термограмм СВС интерметаллического соединения и зависимости от температуры предварительного нагрева порошковой смеси и величины внешнего давления.

Представлена математическая модель формирования и эволюции зеренной структуры интерметаллического соединения Ni3Al при высокотемпературном синтезе из порошковой смеси чистых элементов в режиме теплового взрыва под давлением и при экструзии продукта высокотемпературного синтеза.

Исследована поверхностная электронная структура а-Al2O3 (0001) и рассмотрена адсорбция меди и палладия на металлической поверхности базисной грани. рассчитаны значения энергии адсорбции и определены наиболее предпочтительные равновесные положения адсорбатов на поверхности. Обсуждается механизм взаимодействия переходных металлов с подложкой.

Методом высокотемпературного синтеза под давлением с последующей экструзией продукта синтеза получены интерметаллид Ni3Al и сплавы на его основе, легированные бором и хромом. Показано, что интенсивная пластическая деформация интерметаллических сплавов в процессе экструзии на стадии охлаждения приводит к формированию неоднородной зеренной структуры, состоящей из зерен размером 10-20 мкм, микрокристаллов размером 0,5-2 мкм и зерен с двойниками.

В работе исследовано влияние формы упрочняющих частиц и прочностных свойств границы раздела на процессы деформации и разрушения в металлокерамическом композите Al/Al2O3. Проведены трехмерные расчеты деформации и разрушения в условиях одноосного растяжения и сжатия для пяти различных случаев, в которых форма включений варьировалась от идеальной сферической до существенно неправильной. Показано, что вблизи границ раздела «матрица – включение» как при растяжении, так и при сжатии существуют локальные области материала, испытывающие растягивающие нагрузки. Установлено, что в рассмотренном диапазоне нагрузок прочность на сжатие не достигается ни в одной области материала включения, т.е. все трещины распространяются исключительно под действием растягивающих напряжений как при приложенном растяжении, так и при сжатии. Выявлены два основных механизма разрушения упрочняющих частиц — отслаивание по границе раздела и объемное растрескивание. Изучено влияние прочностных свойств границ раздела на механизмы разрушения композита.

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.

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

Изучено влияние порообразующих добавок на формирование поровой структуры, фазового состава и предела прочности при изгибе высокопористого материала в процессе его реакционного спекания. Показано, что введение порообразователя в исходную смесь порошков приводит к формированию бимодальной поровой структуры, а прочность при изгибе изменяется по экспоненциальному закону.

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации методами равноканального углового и всестороннего прессования на структуру и фазовый состав алюминиевого сплава Al–Mg–Li. Изучены механические свойства и деформационное поведение исследуемого сплава при комнатной температуре. Проведен анализ причин существенного повышения прочностных свойств сплава после обработки методом всестороннего прессования по сравнению с материалом, полученным методом равноканального углового прессования.

Изучено формирование нановолокон оксигидроксида алюминия на поверхности микроволокон различной химической природы и размера. Методами сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии установлено, что нановолокна оксигидроксида алюминия могут формироваться в виде слоя из отдельных нановолокон и в виде агломератов нановолокон в зависимости от химического состава и диаметра волокна.

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.