Вашему вниманию предлагаются материалы симпозиума EURASTRENCOLD-2008, посвященного 70-лтию академика В. П. Ларионова и 50-летию образования отдела энергетики. Рассматриваются вопросы, связанные с решением проблем прочности материалов и машин в условиях низких климатических температур, вязко-хрупкого перехода, физикохимии и механики процессов разрушения, повышения качества металлоизделий с использованием нанотехнологий. Значительное место уделено решению проблем, связанных с разработкой теоретических основ создания новых материалов - металлов и сплавов с высокими хладо- и износостойкими свойствами, композиционных и полимерных материалов, сталей нового поколения, в том числе для энергетики Севера. Обсуждены проблемы транспортно-энергетической инфраструктуры азиатской части России, ресурсного потенциала РС(Я) и стратегические приоритеты в формировании энергетических центов Востока России, концепция обеспечения экологической безопасности нефтегазового комплекса и трубопроводного транспора на основе ГИС-технологий и интегрированной системы моделирования и прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций на территории Северо-Востока России. Сборник предназначен для широкого круга научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами прочности металлоконструкций, безопасности промышленных объектов, разработкой новых материалов и обеспечением надежности энергетических систем и комплексов.

Проведено исследование влияния продолжительности времени электростимуляции на процесс эволюции ряда свойств сталей 40 и 45 и выяснена природа такого воздействия. С помощью методов неразрушающего контроля и оптической микроскопии установлено распределение макронапряжений, размера областей когерентного рассеяния и металлографической структуры от продолжительности электростимуляции. Установлен диапазон продолжительности токового воздействия, приводящий к оптимальному пластифицирующему эффекту и, как следствие, к увеличению ресурса выносливости до 28%.

С использованием макроскопической модели автоколебаний исследован температурный режим в пятне контакта при трении в условиях схватывания. Получены оценки температуры "вспышки" на поверхности трения и толщины слоя материала вблизи поверхности, в котором имеют место колебания температуры для различных нагрузок, скоростей скольжения и коэффициентов трения. Изучено влияние размера пятна контакта на величину температуры "вспышки". Проведено сравнение результатов моделирования для образцов из стали и меди.

Исследованы микроструктура и фазовый состав ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в зависимости от режима термической обработки, а именно температуры и времени старения после закалки от 1080 гр. Установлено, что фазы Лавеса образуются только по границам ферритных зерен, тогда как карбиды Ме23С6 и V2С - как в ферритной, таки в мартенситной составляющих структуры.

В издании изложены и обобщены рекомендации по подготовке шлифов для макро- и микроструктурного анализа, рассмотрены основные группы металлических материалов, включая стали на основе системы железо-углерод, стали и сплавы с особыми химическими свойствами, жаропрочные, тугоплавкие металлы и сплавы, даны основные сведения о строении и свойствах сплавов на основе титана, алюминия, меди и цинка. Изложены способы термической обработки сталей и сплавов и влияние различных структурных составляющих на свойства материалов, уделено внимание поверхностному упрочнению металлов и сплавов, и нанесению покрытий с особыми свойствами и их последующей обработке, приведены макро- и микроструктуры сварных соединений. Представлены атласы структур и изломов.

Изучено влияние режимов термической обработки на микроструктуру и фазовый состав малоактивируемой жаропрочной ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-2Cr-2W-V-Ta-Ba). Дополнительное термоциклирование вблизи точки фазового перехода "аустенит-мартенсит", между закалкой и отпуском затрудняет образование высокодисперсных фаз внедрения, снижает интенсивность фазового наклепа, препятнствует формированию субструктуры с непрерывными разориентировками и снижает температуру хрупковязкого перехода.

В книге изложены основные положения теории раскисления железоникелевых сплавов. На основании новейших данных определены растворимость кислорода в жидких железоникелевых расплавах и состав оксидной фазы над расплавами этой системы. Проведен термодинамический анализ и экспериментально изучены растворы кислорода в железоникелевых и железоникельхромовых сплавах. Исследовано влияние на растворимость и термодинамическую активность кислорода элементов, наиболее часто употребляемых для раскисления и легирования: хрома, марганца, ванадия, кремния, углерода, титана и алюминия. Рассмотрены принципиальные особенности комплексного раскисления данных расплавов и изучены экспериментально различные варианты раскисления. Для научных и инженерно-технических работников в области металлургии стали и сплавов, а также для студентов старших курсов и аспирантов металлургических вузов.

Рассмотрены возможности контроля накопления повреждений при усталостном нагружении с помощью измерения скорости распространения ультразвука. Показано, что зависимость скорости ультразвука от числа циклов нагружения является трехстадийной кривой, на каждой стадии которой скорость ультразвука снижается. Наиболее быстрый спад наблюдается на последней стадии испытания непосредственно перед разрушением. Показано, что переход в критическое состояние может быть обнаружен при измерениях скорости ультразвука. Предложен способ повышения ресурса работы образца, приблизившегося к критическому состоянию, за счет обработки серией мощных импульсов электрического тока, при этом ресурс работы повышается на 30...40% по сравнению с исходным.

Показана возможность существенного упрочнения стали легированием поверхностного слоя, расплавленного с использованием энергии релятивистских электронов. Изучено влияние различных параметров обработки (ускоряющего напряжения, тока пучка, скорости перемещения образца, его температуры и др.) на структуру, глубину, твердость и износостойкость легированного слоя. Разработано несколько типов легирующих смесей на основе карбидов вольфрама, хрома и бора, включающих дополнительные присадки и модификаторы. Подобрано оптимальное соотношение в них компонентов. Проведено сравнение технологии легирования в пучке релятивистских электронов с технологией вакуумного электронно-лучевого легирования. Для дополнительного улучшения структуры слоев использована термическая обработка.

В монографии рассмотрены вопросы металловедения сварки титана со сталью. Большое внимание уделено анализу физико-химических процессов, протекающих в зоне соединения при сварке без расплавления. Описаны процессы образования физического контакта, активации контактных поверхностей объемного взаимодействия. Приведены данные по кинетике очистки свариваемых поверхностей от оксидов в условиях вакуумного нагрева. Предложены модели процессов автовакуумирования и роста диффузионных слоев. Рассмотрены вопросы технологии сварки титана со сталью. Издание предназначено для научных и инженерно-технических работников, занимающихся решением проблемы сварки титана со сталью, может быть полезно также студентам, обучающимся по специальности "Сварочное производство".

Рассмотрены закономерности упрочнения и особенности структурных и фазовых превращений в углеродистой (0,7% С) стали, закаленной из расплава электронным пучком с энергией электронов 130-180 кэВ, длительностью импульса 10-200 мкс. Обнаружено, что максимальное упрочнение достигается при длительности импульса = 40 мкс. немонотонный характер зависимости степени упрочнения от длительности импульса связан с существенным влиянием параметров пучка на фазовый состав и морфологию быстрозакаленных структур.

Обобщены и систематизированы обширные данные, полученные при электронно-микроскопических исследованиях различных сталей и сплавов. В теоретической части изложены методы подготовки реплик и фольг для исследования микроструктуры, неметаллических включений, изломов и защитных покрытий на ПЭМ. Изложены особенности и возможности растровой электронной микроскопии (РЭМ). Даны методические указания по расчету электронограмм. Иллюстративный материал включает электронные микрофотографии структуры сталей и сплавов различного класса и назначения (более 50 марок), неметаллических включений, защитных покрытий и микрофрактограммы с изломов литого и деформированного метала после разрушения при различных температурах с расшифровкой фазового состава и указанием свойств. Для инженерно-технических работников металлургической, машиностроительной, судостроительной и других отраслей промышленности, занимающихся исследованиями качества металла.

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.

Представлены токовые зависимости электропроводности и интенсивности изнашивания электроконтакта сталь/сталь 45 в условиях скольжения без смазки при плотности тока более 100 А/см2. Установлено, что увеличение содержания легирующих элементов или упрочняющих фаз в первичной структуре стали приводит к низкой прочности поверхностного слоя, что проявляется в высокой интенсивности изнашивания контакта и в катастрофическом изнашивании при низкой плотности тока.

Работа посвящена физическим основам проблемы хладноломкости конструкционных сталей с ОЦК-решеткой и методам снижения температуры вязкохрупкого разрушения. Проведено комплексное исследование деградации структурно-фазового состояния трубной стали 09Г2С магистрального газопровода Якутии после длительной (более 30 лет) эксплуатации. Выявлены важные закономерности разрушения перлитных колоний с выделением карбидов на границах зерен феррита. С этим связано хрупкое разрушение газопроводов. Показано, что низкотемпературные кинетические процессы в магистральных трубопроводах, обусловливающие деградацию их структуры и свойств, связаны с межузельными атермическими структурными состояниями в зонах локальной кривизны кристаллической решетки. Это принципиально новый механизм, который ранее не был известен. Теплая прокатка трубных сталей создает в них продольную текстурированную полосовую структуру, в которой чередуются полосы исходных ферритных зерен и полосы мелких зерен с карбидными выделениями, возникающими при деградации пластинчатого перлита. Такая структура позволяет сместить температуру вязкохрупкого перехода до -80 °С и обеспечить при этой температуре пластичность дельта = 22 %. Создание в поверхностных слоях трубной стали наноструктурированной вихревой структуры с развитой кривизной повышает их усталостную долговечность в 3.5 раза.??.

Изучали влияние отжигов на эволюцию ультрамелкозернистой структуры и карбидов в стали 06МБФ (Fe—0.1Mo—0.6Мn—0.8Cr—0.2Ni—0.3Si—0.2Cu—0.1V—0.03Ti—0.06Nb—0.09С, мас. %). Сформированная методом кручения под высоким давлением зеренно-субзеренная структура (d = 102 ± 55 нм), стабилизированная дисперсными (МС, М3С, d = 3—4 нм) и относительно крупными карбидами (М3С, d = 15—20 нм), устойчива до температуры 500°С (1 ч) (d = 112 ± 64 нм). Отжиг при температуре 500°С сопровождается образованием в областях с субзеренной структурой рекристаллизованных зерен, размер которых близок к размеру субзерен, сформированных при кручении под давлением, при этом средний размер и распределение дисперсных частиц изменяются слабо. Дисперсионное твердение и увеличение доли большеугловых границ в структуре обусловливают повышение значений микротвердости до 6.4 ± 0.2 ГПа после отжига при 500°С по сравнению с деформированным состоянием (6.0 ± 0.1 ГПа). После часовых отжигов при 600 и 700°С возрастает размер микрокристаллитов (d = 390 ± 270 нм и 1.7 ± 0.7 мкм соответственно), увеличиваются крупные М3С (=50 нм) и дисперсные карбиды (5 и 8 нм соответственно). Величина энергии активации роста зерна Q = 516 ± 31 кДж/моль при отжигах ультрамелкозернистой стали 06МБФ, полученной методом кручения под давлением, превышает величины, определенные в стали 06МБФ с субмикрокристаллической структурой, сформированной методом равноканального углового прессования, и в нанокристаллическом альфа-железе.

Исследованы структура и ударная вязкость теплостойкой стали 12Х1МФ, подвергнутой поверхностной обработке высокоинтенсивным потоком ионов Zr. В образцах после обработки выявлено формирование слоистой структуры, характеризуемой различными значениями микротвёрдости. Проведен анализ изменения сопротивления ударному нагружению при различных температурах испытаний в свете выявленных структурных изменений.

Исследовано влияния ультразвуковой, термической и комбинированной обработок на структуру и механические свойства теплостойкой стали 12Х1МФ. Выявлено, что ультразвуковая обработка приводит к повышению микротвёрдости в поверхностном слое, а также возрастанию предела прочности и усталостной долговечности. Термическая обработка (закалка) приводит к существенному изменению структуры по всему сечению, что сопровождается двукратным повышением предела прочности и значительным повышением усталостной долговечности. Последовательная термическая и ультразвуковая обработка приводит к формированию упрочнённого поверхностного слоя и дальнейшему кратному повышению усталостной долговечности.

The paper considers the physics of cold brittleness of structural bcc steels and methods of reducing the ductile-brittle fracture temperature. A complex study was performed to examine the degradation of structural phase state of pipe steel 09Mn2Si from the main gas pipeline of Yakutia after long-term (over 30 years) operation. Important regularities of degradation of pearlite colonies with carbide precipitation on ferrite grain boundaries were revealed. This phenomenon is associated with brittle fracture of gas pipelines. It is shown that the low-temperature kinetic processes in main pipelines which define the degradation of their structure and properties are related to interstitial athermal structural states in the zones of local crystal structure curvature. This is a fundamentally new, as yet unknown, mechanism. Pipe steels in warm rolling acquire a longitudinal textured band structure with alternating bands of initial ferrite grains and bands of fine grains with carbide precipitates formed during lamellar pearlite degradation. This type of structure allows for a shift of ductile-brittle transition temperature down to -80C and ductility сигма = 22% at this temperature. The production of high-curvature vortex structure in pipe steel surface layers results in a 3.5-fold increase in their service life.

В режиме послойного горения синтезированы и исследованы металломатричные композиты “карбид титана - связка из стали Р6М5”. Из продуктов синтеза получены композиционные порошки TiC + Р6М5, которые использовались для электронно-лучевой наплавки покрытий. Установлено, что наплавленное композиционное покрытие содержит разномасштабные упрочняющие элементы в виде гранул композиционного порошка и отдельных карбидных частиц в стальной матрице, которые отличаются дисперсностью и морфологией. Прослежена эволюция микроструктуры гранул композиционного порошка в процессе наплавки, заключающаяся в частичном растворении периферийной части гранул с высвобождением и переходом карбидных включений в расплав наплавочной ванны.

В монографии рассмотрены вопросы материаловедческого обоснования производства изделий из сплавов циркония для нужд ядерной энергетики. Проанализированы принципы совершенствования таких сплавов и технологий производства из них труб. Исследована неоднородность пластической деформации сплавов циркония при холодной деформации. Приведены данные о текстуре труб, возникающей при прокатке и радиальной ковке. Показаны возможности методов современного физического эксперимента при исследованиях структуры сплавов на основе циркония. Обоснована возможность управления механическими свойствами циркониевых сплавов за счет микролегирования кислородом. Книга рассчитана на специалистов в области производства изделий для ядерной энергетики и других отраслей промышленности. на научных работников, занимающихся вопросами металловедения, физики пластичности и обработки металлов давлением, а также будет полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

В монографии изложены результаты, полученные авторами при экспериментальных и теоретических исследованиях процессов формирования и изменения структурно-фазовых состояний и свойств малоуглеродистых и низколегированных сталей при прокатке, волочении, осадке и объемной штамповке. Методами оптической, просвечивающей и растровой микроскопии выполнен анализ тонкой дефектной субструктуры и поверхности разрушения. Проведен теоретический анализ температурно-временных зависимостей и кинетики структурно-фазовых превращений при термоупрочнении арматуры и напряженно-деформированного состояния при изготовлении крепежных изделий. Книга предназначена для специалистов в областях физики конденсированного состояния, обработки металлов давлением, механики деформируемого твердого тела, теории пластичности и может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

Рассмотрены виды термической обработки, структура, свойства и принципы легирования сталей основных классов. Описаны процессы структурообразования при холодной, теплой и горячей деформации сталей и сплавов, а также при их последеформационном отжиге. Описаны фазовые превращения при термомеханической обработке сталей и сплавов. Приведены диаграммы горячей деформации, структура и свойства термомеханически упрочненных сталей, сведения о практике термомеханической обработки. Описаны термическая обработка, структура и свойства металлопродукции в металлургии и машиностроении. Рассмотрены термическая обработка, структура и свойства основных типов чугуна. Предназначен для инженерно-технических работников предприятий металлургии и машиностроения, лабораторий и научно-исследовательских институтов, а также может быть использован аспирантами и студентами высших учебных заведений.

В монографии изложены современные представления о диагностике усталостного разрушения сталей и сплавов, увеличении ресурса нагружаемых изделий путем обработки мощными короткими токовыми и импульсами. Проанализированы возможные механизмы электростимулированной обработки, повышающей на 20-30% выносливость сталей и сплавов при малоцикловом нагружении. Обращено внимание на методическое и аппаратурное обоснование исследования электростимулированной малоцикловой усталости. Книга предназначена для специалистов в области физики твердого тела, механики деформированного твердого тела, физики прочности и пластичности, металловедения.

Рассмотрен вклад академика В. Д. Садовского в современное металловедение, дана характеристика его трудов и научного наследия. Обсуждаются вопросы превращения переохлажденного аустенита, превращения при нагреве стали, явление структурной наследственности в сталях и сплавах с различной исходной структурой, влияние магнитного пол на фазовые превращения, структурные превращения при лазерном нагреве, проблема камневидного излома и отпускной хрупкости, высокотемпературная термомеханическая обработка, фазовые и структурные превращения в сплавах титана и некоторые другие. Сборник адресован научным и научно-техническим работникам в области физики металлов. металловедения и термической обработки.

Настоящий сборник является 68 выпуском серии межвузовских сборников под общим названием "Проблемы прочности и пластичности". Сборник содержит статьи, посвященные разработке и развитию современных методов решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела, включая задачи исследования деформирования и разрушения материалов и конструкций. В статьях отражены вопросы численного моделирования физико-механических процессов, алгоритмизации и автоматизации прочностных расчетов при многофакторных физических воздействиях, методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений, экспериментально-теоретические исследования, создание и использование экспертных систем.

В монографии рассмотрены методики и установки для испытания материалов, применяемых в новой технике в условиях, имитирующих эксплуатационные. Описаны новые методические решения и соответствующие им оригинальные установки и устройства для исследования тугоплавких и композиционных материалов в широких интервалах температур и скоростей деформирования. Рассмотрены вопросы экспериментального исследования твердости характеристик упругости, кратковременной и длительной прочности при растяжении, сжатии, изгибе. Описаны системы обеспечения силовых и температурных режимов нагружения, даны примеры их расчетов. Особое внимание уделено обеспечению точности измерения температур, нагрузок и деформаций при определении механических характеристик материалов в условиях вакуума, инертной и окислительной сред. Рассчитана на научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами исследования механических свойств материалов различных классов.

В монографии рассмотрены физические закономерности микропластической деформации поверхностных слоев твердого тела ниже и выше температурного порога хрупкости. Проведен анализ основных факторов, ответственных за особенности пластического течения в приповерхностных слоях материалов, с позиций учета структурно-энергетических закономерностей зарождения. размножения и динамики движения дислокаций вблизи свободной поверхности твердого тела. Выявлена физическая природа и основные закономерности низкотемпературной микропластической деформации кристаллов с высоким рельефом Пайерлса в области хрупкого разрушения при малых и средних величинах напряжений. Для металлофизиков, металловедов, конструкторов, машиностроителей.

Для упругопластических ортотропных металлов приведена модель поведения при динамическом нагружении, включающая в себя упругую, пластическую стадии деформирования и разрушение. Нагружение ортотропной преграды моделируется в трехмерной постановке, упругопластическое поведение материала преграды и ударника описывается теорией течения. Деформирование изотропного ударника моделируется упругопластической модель Прандтля-Рейса. В качестве численного метода решения используется метод конечных элементов.

Предложена численная модель эволюции локализованной пластической деформации на макроуровне с использованием подходов континуальной механики. Для описания упругопластического перехода в локальных точках матерала предлагается двупредельный критерий пластичности, основанный на экспериментальных представлениях об эволюции дислокационной структуры во фронтах полос Людерса. Показано, что в комбинации с реальной геометрией образцов предложенный критерий позволяет описать поведение стальных лопаток при растяжении. Методом численного эксперимента исследуются основные особенности упругопластического течения на начальном этапе нагружения. Локальные характеристики напряженно-деформированного состояния анализируются в сопоставлении с интегральной кривой течения. Выполнен параметрический анализ модели для исследования влияния ее констант на отклик материала.