Исследовано влияние интенсивной пластической деформации на микроструктуру и свойства металлических материалов на примере алюминиевого сплава А85, подвергнутого равноканальному угловому прессованию и циркониевого сплава Г110, подвергнутого ковке с переменой осей осаживания. Установлено, что при деформациях в сплавах формируется промежуточная мелкозернистая структура с бимодальным распределением зерен по размерам. При растяжении образцов из материалов с такой структурой происходит быстрая локализация деформации и образование шейки, способной к значительному утонению.

По данным испытаний малоразмерных образцов с шевронным надрезом определены характеристики трещиностойкости технического титана ВТ1-0, титанового сплава ВТ6, трубной стали 12ГБА и сплава Fe-Ni с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой, полученной методами интенсивной пластической деформации (ИПД). В качестве основной характеристики трещиностойкости определена удельная энергия разрушения. Предложена новая характеристика вязкости разрушения при испытании малоразмерных образцов с шевронным надрезом — относительная величина смещений точек приложения нагрузки, не связанная с изменением податливости образца в результате распространения трещины. Исследовано изменение удельной энергии разрушения в процессе нагружения образцов с шевронным надрезом.

На основе результатов экспериментальных исследований температурной зависимости предела текучести монокристаллов TiNi сплавов и механизма механического двойникования В2-фазы как локального обратимого фазового превращения мартенситного типа проведено исследование асимметрии механического поведения при растяжении и сжатии указанных мматериалов в направлении [001], показано, что особенностью этого механизма является то, что критической модой дисторсии, определяющей напряжения механического двойникования, является однородная деформация превращения типа деформации Бейна. Для анализа асимметрии этих напряжений при растяжении и сжатии введено понятие фактора нормальных напряжений. приведенных к главным осям тензора однородной деформации превращения. Показана возможность использования этого фактора для анализа асимметрии механического поведения монокристаллов сплавов TiNi.

Исследованы механические свойства керамики ZrO2-3 вес. % MgO в зависимости от количественного фазового состава. Показано, что. уровень механических свойств керамики обусловлен количеством моноклинной фазы, содержащейся в материале. Обнаружено, что помимо, механизма трансформационного превращения, полученная керамика упрочнена микротрещинами. Также изучены триботехнические свойства керамик ZrO2=3 вес.% MgO, упрочненной микротрещинами и мартенситным превращением в условиях сухого трения по стали. Обсуждаются факторы, влияющие на поведение такой керамики при трении и износе.

В модели пластического течения как прямого плюс обратного (по альтернативной системе) мартенситного ГЦК - ОЦК - ГЦК-превращения на примере полос локализации деформации с 60<110> переориентацией кристаллической решетки, формирующихся в результате такого превращения при прокатке аустенитных сталей, в приближении малых деформаций проведено теоретическое исследование дисторсии указанного превращения. проведен анализ относительного вклада различных мод деформации и переориентации кристалла в общую дисторсию превращения.

Показана возможность осуществления твердофазных механохимических реакций в торфах, приводящих к уменьшению размера частиц и образованию микрокомпозитов. Механическое воздействие в виброцентробежной мельнице в присутствии щелочи и целлюлозолитического фермента изменяет количественное содержание, физические, химические свойства и реакционную активность основных компонентов торфов.

Предложена и исследована математическая модель процесса спекания порошковых катодов. Учитывается, что химические превращения происходят с изменением объема и сопровождаются появлением механических напряжений и деформаций дополнительно к напряжениям и деформациям вследствие высоких градиентов температур. В модели полагается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. В работе проведена оценка параметров модели. Определены распределения температуры, концентраций элементов и соединений, относительного объема образца и объемных деформаций.

Исследовано влияние механохимического воздействия в планетарной мельнице в присутствии целлюлозолитического фермента и щелочи на состав водорастворимой полисахаридной фракции верхового сфагнового торфа. В результате механохимических превращений полисахаридов меняются их выдох, степень полидисперсности, молекулярная масса и оптическая плотность. Механохимическая обработка влияет на моносахаридный состав водорастворимых фракций торфа.

Методами оже-спектроскопии электронов, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости исследованы особенности взаимосвязи состава, тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Al-Si-N с высоким содержанием кислорода и углерода. Показано, что в данных покрытиях может быть сформирована фаза на основе TiN с нанокристаллической или двухуровневой зеренной структурой, распределенная в рентгеноаморфной фазе, объемна доля которой составляет 20-5-%. Характер зеренной структуры можно целенаправленно изменять легированием покрытий алюминием и кремнием. Установлено, что независимо от структурного состояния и состава покрытий в них наблюдается высокая термическая стабильность сверхтвердости и микроструктуры. Снижение твердости наблюдается в результате дислокационного возврата, релаксации напряжений и развития начальных стадий рекристаллизации. Высказано предположение, что высокие прочностные свойства покрытий обусловлены наличием дислокационной субструктуры и высоким сопротивлением сдвигу рентгеноаморфных фаз по границам нанокристаллитов.

Зарождение большеугловых границ зерен в поликристаллах рассматривается как кинетическое структурное превращение, связанное с увеличением объемной доли структуры, характерной для переохлажденной жидкости. Распределение атомов в межзеренном пространстве описывается двумя параметрами порядка. В локальном приближении неравновесной термодинамики получены уравнения эволюции для параметров порядка. Рассмотрены решения, описывающие расслоение однородного состояния с образованием пространственно неоднородного распределения параметров порядка на границе зерен. Ключевые слова: большеугловые границы, структурное превращение, параметры порядка, неравновесная термодинамика, неустойчивость, расслоение.

Приведено концептуальное обоснование необходимости рассмотрения в физике пластичности и прочности твердых тел наномасштабного структурного уровня пластической деформации. Делается заключение, что в качестве основополагающего механизма пластической деформации следует рассматривать локальные структурные превращения (по типцу перестроения атомных кластеров различных конфигураций), которые происходят в нагруженном твердом теле в локальных зонах растягивающих нормальных напряжений. Данный механизм определяет общность природы всех возможных видов пластической деформации твердых тел.

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 радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.

Проведены исследования превращений ацетилена при механоактивационной обработке в присутствии кварца. При разрушении кварца образуются радикалы на поверхности, инициирующие превращения ацетилена в газовой фазе. Показано, что помимо деструкции ацетилена, протекающей с образованием водорода, метана и этана, происходит полимеризация ацетилена с образованием бензола. Установлено, что выход продуктов химических превращений ацетилена зависит от длительности механического воздействия.

С учетом связанного характера процессов теплопереноса и деформирования, а также возможного изменения скорости реакции под действием внутренних напряжений в отсутствие внешнего механического нагружения исследуется устойчивость плоского фронта реакции в твердой фазе к малым возмущениям в условиях обобщенного плоского напряженного состояния. Задача решается аналитически с использованием метода малых возмущений. Исследованы условия потери устойчивости различных режимов превращения в зависимости от технологических и физических параметров в некоторых предельных случаях.

Предложена двумерная модель синтеза покрытия в условиях электронно-лучевой обработки. Представлены результаты численного исследования модели, иллюстрирующие роль технологических параметров в режимах превращения. Показано, что степень превращения и состав покрытия существенно зависят от режима обработки.

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.

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.

С использованием известных автомодельных решений теории температурных напряжений и тепловой теории горения на основе связанных моделей твердофазного горения, предложенных для описания различных физико-химических превращений, показано, что режим быстрого (сверхзвукового) твердофазного превращения (твердофазная детонация) характерен для реагирующей среды, так же как режим медленного горения. Частичное интегрирование (точное0 и преобразование переменных позволяют свести системы уравнений, описывающие различные твердофазные процессы. к ударно-волновым уравнениям, имеющим непрерывные решения типа бегущей волны.

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 металлографии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа исследованы индуцированные стационарной вакуумной дугой структурные превращения в поверхностном слое Al-Ti катодов, изготовленных по разным технологиям (литье, спекание и горячее прессование порошковых смесей).

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.

Термоупругие мартенситные превращения в сплавах на основе никелида титана - сложный иерархический процесс, происходящий на разных масштабно-структурных уровнях. Однако возможность протекания и температуры данных превращений во многом обусловлены особенностями электронной структуры данных сплавов. В данном обзоре на основе собственных экспериментальных результатов по исследованию электронной структуры и анализа зонно-структурных расчетов анализируется природа структурной нестабильности высокотемпературной В2-фазы сплавов на основе TiNi и В2-интерметаллидов титана. Показано, что представление о том, что в основе мартенситных превращений в интерметаллидах TiMe лежит склонность титана к полиморфному превращению, которое становится возможным в решетке соединения, позволяет сформулировать критерии, опираясь на которые, можно управлять температурами мартенситных превращений. Анализируются также особенности электронной структуры, обусловливающие прекурсорные эффекты в данных сплавах.

Проведен анализ изменения симметрии при структурном фазовом переходе В2-ПССС2 с последующими мартенситными превращениями в фазы В19 и В19' . Показана взаимосвязь смещений атомов с деформацией решетки. Установлено, что структуры с продольными и поперечными смещениями имеют одинаковую симметрию и могут переходить друг в друга посредством операции двойникования. Получен трансформационный ряд преобразований тензора деформации решетки, согласованный с трансформациями смещений атомов. При этом операции, осуществляющие эти преобразования, являются операциями двойникования.

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.

Пластическая деформация рассматривается как неравновесное структурное превращение, характеризуемое параметрами порядка. Параметры порядка определяют пластическую часть тензора деформации. Получены нелинейные кинетические уравнения реакционно-диффузионного типа для их определения с коэффициентами, зависящими от температуры и напряжений. Проведен расчет указанных коэффициентов в случае, когда пластическая деформация описывается одним параметром порядка.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры метастабильной аустенитной стали Fe-18%Cr-8%Ni (вес. %) после больших пластических деформаций прокаткой. Показано, что большие пластическе деформации приводят к формированию двухфазной субмикрокристаллической структуры. Обнаружены фрагменты разориентации, формирование которых можно объяснить реализацией механизма прямых плюс обратных превращений мартенситного типа. Обсуждаются механизмы фрагментации кристаллической решетки, формирования субмикро- и нанокристаллических структурных состояний.

Представлен краткий обзор связанных моделей твердофазных превращений в деформируемых средах. Сформулирована проблема устойчивости волн горения в твердой фазе для ситуаций, реализуемых при соединении материалов и термической обработке материала с покрытием. Задача об устойчивости фронта горения к двумерным возмущениям для плоской деформации исследована с использованием метода малых возмущений и в приближении узкой реакционной зоны. Представлены итоговые уравнения, позволяющие определять область устойчивых режимов превращения при варьировании физических параметров модели. Проанализированы частные варианты модели, разрешаемые аналитически точно.

Исследованы закономерности высокотемпературной ползучести и эволюции субструктуры в условиях свободного отжига и при ползучести дисперсно-упрочненного сплава Ni-3 об.% HfO2 с предварительно сформированной полигонизованной субструктурой. Проведен анализ структурных превращений на различных структурных уровнях и механизма высокотемпературной ползучести исследованного сплава.

Методом дифракционного кино с использованием синхротронного излучения исследовано in situ деформационное мартенситное превращение в TiNi с различным фазовым составом при комнатной температуре. Показано, что в сплавах с температурным мартенситным превращением возникают апериодические колебания интенсивности рефлексов.

В условиях гидротермального синтеза получены галлоалюмосиликаты с силикатным модулем от 30 до 80, содержащие различное количество оксида галлия ([Ga2O3]=1,2 и 2,2 %(мас.)). Изучена активность и селективность синтезированных катализаторов в процессе превращения природного газа в ароматические углеводороды.

Нейтронографически исследовано влияние изохронного отжига на атомный порядок, предмартенситные явления и мартенситные превращения (МП) закаленного сплава Ti49Ni51. Обнаружено, что в результате отжигов изменяется не только последовательность МП, но и тип предмартенситных структур сдвига. Эволюция предмартенситных явлений, МП и параметров реальной структуры никелида титана обсуждается в тесной связи.

Нейтронографически исследовано в широком температурном интервале кристаллическое состояние закаленного монокристалла Ti49Ni51. В закаленном никелиде титана ниже 180К имеет место мартенситное превращение из кубической в моноклинную фазу. Впервые нейтронографическим методом обнаружено существование в предмартенситной области сверхструктурных максимумов. обсуждается связь предпереходных явлений и мартенситных превращений с параметрами атомного порядка исходной кубической фазы.

Исследован порошок диоксида циркония, находящийся в тетрагональной форме после нагружения его ударной волной до 43 ГПа. Показано, что после подобного воздействия в материале формируется сложная структура, содержащая моноклинную и рентгеноаморфную фазы. Количество образующейся моноклинной фазы максимально при давлении 10 ГПа, а количество рентгеноаморфной монотонно увеличивается с ростом давления. Показано, что формирование рентгеноаморфной фазы обусловлено перемешиванием после прохождения ударной волны различных политипов.

Приведены исследования состава ароматических углеводородов в липидах торфов различной степени преобразования. Показаны химические превращения моно-, би-, три- и тетрациклических ароматических соединений при механохимическом воздействии на торф.

Выявлены основные закономерности формирования двухфазных (аустенит + мартенсит) субмикрокристаллических структурных состояний в процессе больших пластических деформаций прокаткой метастабильной аустенитной стали Fe-18Cr-8Ni-Ti. Изучены особенности разориентированной дефектной субструктуры этих состояний. С привлечением прямых плюс обратных (по альтернативным системам) деформационных мартенситных превращений обсуждаются возможные механизмы деформации и переориентации кристаллической решетки при формировании субмикрокристаллических структурных состояний.

Предложена связанная модель формирования покрытия на поверхности детали цилиндрической формы при осаждении из плазмы, учитывающая явления термодиффузии, диффузионной теплопроводности, переноса массы под действием градиента напряжений и образования химических соединений. Скорость роста покрытия считается заданной функцией скоростей частиц и их концентрации вблизи поверхности растущего покрытия. Задача решается численно. Показано, что в процессе роста перекрестные диффузионные потоки, диффузионная теплопроводность и термодиффузия приводят к уменьшению ширины переходной зоны между подложкой и покрытием. Это влияние становится наиболее существенным в случае, если подложка обладает низкой теплопроводностью. Учет напряжений в системе покрытие — подложка, возникающих в процессе осаждения, приводит к изменению эффективных коэффициентов переноса и оказывает значительное влияние на результат моделирования распределения химических элементов и их соединений в покрытии.

Исследованы структура и фазовый состав порошков ZrO2 - MgO с содержанием MgO от 9 до 43 мол.%, полученных плазмохимическим методом, после отжига при температурах от 700 до 1400 °С. Проведены дифференциальная сканирующая калориметрия и термогравиметрический анализ порошков. Установлено, что в ходе нагрева потеря массы и энергия эндотермических реакций возрастают с увеличением содержания MgO. В исходном состоянии порошки при содержании более 25 мол.% MgO являются пересыщенными твердыми растворами кубического ZrO2. До 420 °С в порошках наблюдаются процессы десорбции воды и разложение остаточных нитратов. Эндотермический пик при высоких температурах обусловлен процессом дегидратации и распадом кубического твердого раствора ZrO2.