Дана современная трактовка физического и технического смысла важнейших механических свойств. Рассмотрены методы проведения механических испытаний. С использованием теории дефектов кристаллической решетки проанализированы процессы деформации и разрушения при различных температурах и условиях приложения нагрузки. Изложены закономерности влияния состава и структуры на механические свойства металлов и сплавов. Для студентов вузов, обучающихся по специальности "Металловедение. оборудование и технология термической обработки металлов". Может быть полезен студентам других металлургических специальностей.

Представлены статьи, посвященные изучению структуры и свойства конструкционных и специальных сталей, а также сплавов титана. Рассмотрены вопросы упрочнения и разрушения сталей и сплавов, влияние на их свойства химического состава, фазовых превращений, термической и термомеханической обработок. Сборник предназначен для научных работников и инженеров-металлофизиков и термистов, а также студентов и аспирантов, специализирующихся в области термической обработки и физики металлов.

Изучено влияние термической обработки и элементного состава матрицы твердых сплавов WC-(Fe-Mn-C) на их механические свойства. Показано, что термообработка существенно улучшает механические свойства твердых сплавов, при этом оптимальная температура нагрева под закалку составляет 1150 гр. С. При деформации твердого сплава WC-сталь 110Г13 выявлено четыре стадии, при которых происходят кардинальные изменения в микроструктуре твердого сплава. Изменение температуры закалки приводит к изменению интервалов проявления различных стадий упрочнения вследствие изменения релаксационной способности связующей фазы. Установлено, что механические свойства твердых сплавов определяются фазовым составом связки, зависящим от содержания марганца. Показано, что прочностные свойства определяются совместным действием двух механизмов, обеспечивающих релаксацию концентраторов напряжений - субструктурного и фазового превращения, по-разному изменяющихся с изменением содержания марганца.

Изложены основы металловедения черных и цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены фундаментальные положения теории и технологии термической обработки сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов. Приведены основные закономерности формирования структуры и свойств всех групп промышленных сталей и сплавов, аморфных и радиационно-стойких сплавов, неметаллических материалов на основе полимеров, керамических и композиционных материалов. Даны рекомендации по их применению. Отдельный раздел посвящен металлическим и неметаллическим покрытиям в машиностроении. Описаны процессы коррозии, формирования и изменения строения и свойств сплавов при нормальных температурах и в условиях климатического холода, рассмотрена оценка конструкционной прочности металлов и пути ее повышения, изложены методология и принципы выбора материалов для конкретных деталей и изделий. В четвертом издании ( 10е изд. - 1999 г., 2-е изд. - 2002 г., 3-е изд. - 2004 г.) в главу "Стали и сплавы со специальными свойствами" введен дополнительный параграф 18.7 "Наноструктурированные материалы", полностью переработаны параграф 14.9 "Судостроительные стали" и раздел XI "Проблема выбора и применения материалов". Рекомендован в качестве учебника для студентов металлургических, машиностроительных и общетехнических вузов. Может быть полезен студентам вузов, обучающимся по смежным специальностям, а также преподавателям, инженерно-техническим работникам заводов, НИИ и проектно-конструкторских организаций.

Настоящая монография является третьим изданием того же названия. Она переработана, включая собственные результаты авторов, в соответствии с современными представлениями о рекристаллизации и сопутствующих ей процессах возврата и полигонизации. Показано, что процессы, протекающие при нагреве металлов и сплавов, содержащих после различных воздействий разного типа структурные несовершенства, являются самыми распространенными. Важнейшей характерной особенностью процессов является их зависимость от большого числа факторов, затрудняющих установление количественных закономерностей. Монография предназначена для работников научно-исследовательских институтов и заводских лабораторий, а также для технологов, занимающихся вопросами физического металловедения, пластической деформации, термической обработки и других видов воздействия, влияющих на структуру и структурно-чувствительные свойства металлов и сплавов. Будет полезна аспирантам и студентам старших курсов.

В книге приведены сведения о первичном алюминии, способах получения алюминия различной чистоты, структурных особенностях и свойствах алюминия в твердом и жидком состоянии. Описаны многокомпонентные диаграммы состояния, на базе которых созданы промышленные алюминиевые сплавы. Изложены теоретические основы термической (в основном упрочняющей) обработки алюминиевых сплавов. Большое внимание уделено особенностям структуры алюминиевых сплавов, определяющим уровень механических, коррозионных свойств и характеристик разрушения. Предназначена для инженерно-технических и научных работников металлургической и машиностроительной промышленности. Может быть полезна студентам вузов.

В настоящем сборнике освещаются вопросы прочности металлов и сварных конструкций при низких температурах. Показано влияние металлургических факторов на величину разрушающих напряжений и сопротивляемость металлов хрупкому разрушению. Рассмотрены некоторые новые виды термической обработки металлов и вопросы влияния микропластических деформаций на склонность металлов и сплавов к хрупкому разрушению Сборник предназначен для аспирантов, инженерно-технических и научных работников, занимающихся проблемой хрупкого разрушения материалов и конструкций.

Справочник, включающий все известные к настоящему времени диаграммы, издается впервые. В нем обобщены литературные, а также собственных данные авторов о строении многокомпонентных систем на основе легких металлов, В справочнике также приведены сведения об основных типах взаимодействия в двойных системах и свойства металлических соединений. В приложении приводятся составы и свойства наиболее часто употребляемых сплавов, а также данные о реактивах для выявления микроструктуры алюминиевых и магниевых сплавов и образующихся в них металлических фаз. Справочник предназначен для широкого круга научных и инженерно-технических работников, занятых физико-химическими исследованиями в области легких сплавов, а также разработкой новых сплавов, технологии литья, термической обработки и пластической деформации. Может быть полезен для преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений, специализирующихся в области физико-химического анализа, физики и химии металлических сплавов, металловедов и металлургов, работающих в области цветных металлов и сплавов.

Исследованы закономерности макролокализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения циркониевых сплавов Э635 и циркалой-2. Обнаружена неустойчивость пластического течения, которая проявляется в периодическом изменении пространственно-временной картины распределения локальных деформаций, наблюдаемой с использованием метода спеклинтерферометрии. Полученные результаты обсуждаются в рамках синергетической модели эволюции пластического течения на его завершающей стадии.

Представлены результаты исследования влияния импульсного электронно-пучкового облучения поверхности металлокерамического сплава на основе карбида титана с никельхромовой связкой на фазовый состав, дефектную субструктру, морфологию поверхности разрушения и трибологические свойства приповерхностного слоя. Установлено, что электронно-пучковое облучение металлокерамического сплава формирует в его приповерхностном слое структурно-неравновесные состояния компонентов металлокерамической композиции. Переход металлического связующего в наноструктурное состояние наряду с другими факторами модификации микроструктуры металлокерамического сплава определяет существенное улучшение его трибологических свойств.

Сборник объединяем статьи по результатам основных работ института в области металловедения цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены особенности формирования структуры и свойств материалов, полученных методом испарения и конденсации в вакууме. Представлены статьи, посвященные исследованию поведения стареющих сплавов при термической и термомеханической обработке и принципам выбора пружинных и дисперсноупрочненных материалов на основе меди, а также исследованию структуры и свойств сплавов на основе серебра и алюминия, применяемых для электрических контактов и эмиттеров вторичных электронов. Рассчитан на широкий круг научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области металловедения и использования сплавов на основе меди, серебра и алюминия.

Методами лазерной спеклинтерферометрии и профилирования поверхности исследованы закономерности макролокализации пластической деформации при одноосном растяжении циркониевых сплаво с гексагональной плотноупакованной структурой. Установлено, что возникновение колебательной неуйстойчивости на параболической стадии пластического течения сплавов циркония обусловлено локальным неоднородным изменением формы деформируемого образца. Показано, что кинетика процесса определяется колебательным изменением деформаций сужения и удлинения в очаге макролокализации в режиме упрочнения-разупрочнения.

В работе рассмотрены физически обоснованные модели пластической деформации и разрушения. Иерархическое моделирование подразумевает явный учет внутренней структуры композита как возможности введения масштабного фактора, введение различных моделей механического поведения пластичных матриц и подложек, хрупких и квазихрупких включений и т.д. для описания разных физических процессов и их взаимовлияния. Проведена серия численных экспериментов по нагружению металлов и сплавов, которые используются в качестве подложки и матрицы при разработке материалов с покрытиями и композитов на металлической основе, в широком диапазоне температур и скоростей деформирования. Предложен критерий разрушения типа Хубера, который учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний: растяжение и сжатие. Исследованы процессы разрушения мезообъемов композита Al–Al2O3 и материалов, поверхностно упрочненных методами электронно-лучевой наплавки и диффузионного борирования, в том числе с градиентным подслоем. Показано, что комплексное механическое поведение композиции как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице/подложке и растрескивания включений/покрытий.

Рассмотрены вопросы работоспособности при пониженных температурах сварных труб большого диаметра. Показано влияние упругопластических деформаций, структуры, примесей. величины зерна, локальной термомеханической и термической обработки на склонность сварных соединений к хрупкому разрушению. Освещены вопросы усталостной прочности и долговечности материалов и конструкций при отрицательных температурах. рассмотрены расчетные характеристики и критерии оценки прочности сварных соединений.

Справочное издание состоит из двух томов (четырех книг). Во второй книге т. 1 приведены сведения о физических и химических свойствах железа и его сплавов, отражены закономерности, существующие между составом, структурой и свойствами сплавов. Описаны такие характеристики сплавов, как пригодность к сварке, способность к горячей и холодной деформации, к обработке резанием, износостойкость. Рассмотрены способы нанесения металлических, органических и неорганических покрытий. Для инженерно-технических работников и специалистов, занятых в области металлургии, всех видов машиностроения и приборостроения, а также для студентов и преподавателей, специализирующихся в области материаловедения.

Исследована деформационная кривая поликристаллического дуралюмина марки Д1 и установлено, что она содержит три основные стадии: линейного упрочнения, параболического упрочнения (n=1/2) и стадию предразрушения (n<1/2). Представлены результаты исследования характера макролокализации пластического течения данного сплава. Картины распределения очагов локализованной пластичности эволюционируют в соответствии со стадиями упрочнения. на стадии предразрушения отмечается самосогласованное движение очагов локализации к месту будущего разрушения. Анализ кинетики очагов локализации показал. что на этой стадии в образце сосуществуют как упрочняющиеся, так и разупрочняющиеся домены, движущиеся с постоянной для каждого из них скорость, величина которой линейно зависит от координаты места зарождения.

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.

Учебное руководство создано известными специалистами из Кембриджского университета. Подробно рассмотрены механические свойства и микроструктуры металлов и сплавов, полимеров, керамик и композитов. Особое внимание уделено характеристикам прочности для различных режимов нагружения, коррозионной стойкости и процессам обработки. На многочисленных примерах дается обоснование инженерных расчетов, необходимых для конструирования в самом широком спектре применений. Учебник является незаменимым источником для инженеров-проектировщиков в промышленности и строительстве по всем направлениям материаловедения и не имеет аналогов в мировой литературе. Для студентов и преподавателей материаловедческих, машиностроительных и общетехнических факультетов, разработчиков, конструкторов и технологов.

Во втором томе рассмотрены структурные превращения при нагреве и охлаждении стали, теория закалки и отпуска, влияние деформации, возврата, полигонизации и рекристаллизации на структуру и свойства стали и др. Приведены данные о легировании и термической обработке сталей основных классов (конструкционных, пружинных, жаропрочных и др.) Для инженерно-технических и научных работников предприятий, лабораторий и научно-исследовательских организаций различных отраслей промышленности.

Методами физического материаловедения проведены исследования рельефа поверхности, фазового состава и дефектной субструктуры твердого сплава TiC-50% NiCr, обработанного импульсным низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком субмиллисекундной длительности воздействия (энергия электронов U = 5...20 кэВ, ток пучка I = 50...200 А, длительность импульса воздействия пучка = 50...200 мкс, плотность энергии пучка = 10...45 Дж/см2, число импульсов облучения N = 1...15, частота следования импульсов = 0.5...1Гц). Выявлены закономерности эволюции фазового состава и дефектной субструктуры, вскрыты механизмы диспергирования кристаллитов карбидной фазы, установлены интервалы изменения параметров пучка электронов, в пределах которых преобладает тот или иной механизм диспергирования кристаллитов карбидной фазы.

Представлены результаты сравнительного исследования поведения при трении и износе образцов титанового сплава ВТ6, подвергнутых наноструктурированию поверхностного слоя и последующей химико-термической обработке. Показано, что подобная комплексная обработка позволяет увеличить микротвердость приповерхностного слоя с 3.8 до 4.8...5.6 ГПа, а также существенно повысить износостойкость. Влияние предварительного наноструктурирования поверхностного слоя приводит при последующей химико-термической обработке к увеличению толщины поверхностно упрочненного слоя с повышенной микротвердостью до 50...150 мкм по сравнению с образцами, не подвергавшимися предварительной обработке.

В монографии представлены результаты экспериментальных исследований, посвященных выявлению на различных структурных и масштабных уровнях закономерностей влияния слабых электрических воздействий на металлы и сплавы, подвергающиеся пластической деформации. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния, металловедения и термической обработки металлов и сплавов и может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

Представлена математическая модель для описания напряженно-деформированного состояния конструкций, изготовленных из ортотропных материалов. На ее основе численно моделируется динамическое нагружение конструкций, по траекториям малой кривизны (по классификации А. А. Ильюшина теории упругопластических процессов). Пластическое деформирвание материала описывется в рамках теории течения. Данная модель описывает упругопластическое деформирование ортотропных материалов, имеющих при разрушении остаточные деформации, не более 6%. К таким материалам относятся: бетоны, углеродистые стал в определенном диапазоне низких температур, серые чугуны, а также многие сплавы. Представлены результаты численного моделирования нагружения преграды из транстропного слава Д16Т стальным ударником в диапазоне скоростей ударного нагружения (400-1200) м/с.

Исследованы поведение кривых пластического течения и особенности форм локализации пластической деформации при растяжении образцов из сплавов Zr - 1% Nb ( Э110) Zr - 1% Nb - 1,3% Sn - 0,4% Fe (Э635). Установлена связь кинетики развития локализации с законом деформационного упрочнения при пластическом течении и переходе к разрушению. Исследована дислокационная микроструктура сплавов в очагах локализации деформации и предразрушения.

Исследовано влияние режимов термической обработки и одноосного растяжения на механические свойства, внутренние напряжения, магнитные характеристики и удельное электросопротивление порошковой стали 50Н2М. Показано, что при термообработке и механическом нагружении в упругой области и в слабых магнитных полях наблюдается аномальное поведение таких магнитных характеристик, как коэрцитивная сила, максимальная магнитная проницаемость и остаточная индукция. Наблюдаемые аномалии анализируются в рамках физической мезомеханики и связываются с пористостью порошкового материала. Показывается перспективность использования подходов физической мезомеханики и измерения магнитных характеристик при изучении поведения пористых ферромагнитных материалов в различных полях внешних воздействий. Исследованные магнитные характеристики позволяют эффективно контролировать режимы термообработки порошковой стали 50Н2М.

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.

С использованием комплекса TOMSC в работе исследовали закономерности развития локализованной пластической деформации при трехточечном изгибе образцов малоуглеродистой стали с газотермическим покрытием, оплавленным в условиях подвода мощных ультразвуковых колебаний и без такового. Показано, что при приложении нагрузки со стороны подложки пластичность оплавленного с приложением ультразвука покрытия повышается примерно в два раза, что сопровождается увеличением предела прочности примерно на 200 МПа. Данный результат связан со значительным снижением роли локализации деформации при растрескивании покрытия, в связи с тем что оплавленные в условиях подвода ультразвуковых колебаний покрытия растрескиваются, образуя мелкие фрагменты. Это вызвано диспергированием макроконцентраторов напряжений на захватах вследствие возникновения большого количества менее мощных мезоконцентраторов на локальных затеканиях материала покрытия в подложку.????.

Исследовано влияние ионно-модифицированного поверхностного слоя на пластичность, эффект памяти формы и мезоструктуру поверхности разрушения сплава Ni50Ti40Zr10. Установлено, что ионная имплантация приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя и к общей пластификации сплава. Мезоструктуры поверхностей излома исходных и имплантированных образцов имеют принципиальные различия. В имплантированных образцах непосредственно под облученной поверхностью формируется слой толщиной, кратной размеру зерна В2-фазы, с характерным мезорельефом, отличным от рельефа неимплантированных образцов, и иными пластическими свойствами. В результате данной поверхностной обработки параметры эффекта памяти формы в образцах не ухудшаются, циклическая термостойкость возрастает.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа исследована микроструктура шейки образцов ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-12Cr-2W-V-Ta-B) после одноосного растяжения при комнатной температуре. Образцы подвергались стандартной термообработке (закалка + старение), а также промежуточной ультразвуковой обработке между закалкой и старением. Показано, что в шейке образца после стандартной термообработки в рейках мартенсита образуются субмикрокристаллические зерна а-фазы и изотропные дислокационные фрагменты. В образцах после ультразвуковой обработки в зоне локализованной деформации отсутствуют границы мартенситных кристаллов и также наблюдаются субмикрокристаллические зерна. Изучено влияние ультразвуковой обработки на характер разрушения образцов стали при одноосном растяжении.

Проведены испытания на статическое и циклическое растяжение, а также знакопеременный циклический изгиб образцов стали 12Х1МФ в исходном состоянии и после наноструктурирования поверхности ионным пучком Zr+.Методами оптической и растровой электронной микроскопии, интерференционной профилометрии показаны различия в формировании деформационного рельефа, а также характере растрескивания модифицированного поверхностного слоя. Оценка изменений в последнем проведена путем наноиндентирования, рентгенографических, а также фрактографических исследований. анализ сформировавшейся в результате обработки наноструктуры в приповерхностном слое проведен с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Различие в характере деформационного поведения интерпретируется с использованием концепции множественного растрескивания. эффект существенного повышения усталостной прочности связывается со сдерживанием развития пластической деформации и распространения усталостной трещины в модифицированном поверхностном слое.

Методами оптической, просвечивающей и растровой электронной микроскопии, а также рентгеновской дифракции изучена структура поверхностного слоя высокопрочной стали 30ХГСН2А, модифицированной ионно-лучевой обработкой, и структура по всему поперечному сечению образца толщиной 1 мм. Проведены испытания на статическое и циклическое растяжение образцов без и после обработки ионным пучком Zr+, выявившие увеличение усталостной долговечности в результате применения указанного способа модификации. Проанализированы различия в характере деформационного поведения образцов и изменения их механических свойств. Обсуждаются причины повышения усталостной долговечности облученных образцов с учетом произошедших структурных изменений.

The paper reports on a study of the structure and mechanical properties of 30CrMnSiNi2A high-strength steel irradiated with a Zr+ ion beam. The effect of irradiation on the steel was assessed by optical, transmission, and scanning electron microscopy as well as by X-ray diffraction analysis of its irradiated and non-irradiated specimens 1 mm thick under static and cyclic tension, showing an increase in the fatigue life of the steel after irradiation. The deformation behavior and the mechanical properties of the specimens were compared, and the factors responsible for the increase in fatigue life were analyzed.

Изложены результаты по исследованию влияния ультразвуковой обработки на микро- и мезорельеф, микроструктуру и фазовое состояние поверхности материала с эффектом памяти формы на основе никелида титана. Методами микроиндентирования, оптической профилометрии, рентгеноструктурного анализа, сканирующей туннельной микроскопии и позитронной аннигиляционной спектроскопии показано, что интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев приводит к появлению мезорельефа, сильному (в 2–3 раза) упрочнению поверхностного слоя, его нанофрагментации и изменению фазового состава. В наноструктурном состоянии наблюдается высокая концентрация вакансий на границах зерен.

Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии в сплаве V-4Ti-4Cr-(C, N, О) с дисперсным (наноразмерными частицами оксикарбонитридной фазы) упрочнением проведено исследование дефектной субструктуры и особенностей разрушения после деформации методом активного растяжения при температурах 20 и 800 °С. Показано, что важными особенностями деформации при повышенной температуре являются, во-первых, активизация зернограничных механизмов деформации и разрушения, во-вторых, явление локализации деформации с переориентацией кристаллической решетки. Обсуждаются причины этих особенностей.

В книге приводится краткий анализ использующихся методов оценки термическй усталости и выносливости металлических конструкций материалов, предназначенных для изготовления изделий различного назначения, физической сущности процессов усталостного и термоусталостного разрушения, научно обсновывается зависимость числа циклов до начала и окончательного разрушения от величины упругой и пластической деформации, возникающей за один цикл нагружения, как при постоянной так и изменяющейся по мере приложения многоступенчатой циклической нагрузке. Приводятся справочные данные по характеристикам термической усталости и выносливости широкого круга материалов в различных эксплутационных условиях, описания оригинальных экспериментальых образцов и установок.

В справочнике впервые систематизированы и обобщены сведения о физических, механических и технологических свойствах почти всех марок меди и сплавов на ее основе: латуней, бронз, медно-никелевых сплавов, а также специальных медных сплавов: микролегированных, дисперсно-упрочненных, с эффектом памяти и др. Показано влияние легирующих элементов и примесей на свойства сплавов. Изложены сведения о составе и структуре, особенностях термической обработки, даны двойные и многокомпонентные диаграммы состояния, определяющие фазовый состав. Приведены также сведения о свойствах зарубежных аналогов отечественных медных сплавов. Для инженерно-технических работников машиностроительных, металлургических и металлообрабатывающих предприятий, научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций, также для студентов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений и университетов.