С помощью наноиндентирования показано, что электролитическое наводороживание технического титана ВТ1-0 и его сплава ВТ6, находящихся в различных структурных состояниях, приводит к образованию упрочненного поверхностного слоя. при малой продолжительности наводороживания можно одновременно увеличить как прочность, так и пластичность материала.

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.

Представлены результаты исследования микроструктуры и механических свойств наноструктурного титана, полученного методом многоступенчатого всестороннего прессования с последующей прокаткой. Многоступенчатое всестороннее прессование в интервале температур 1023–623 K со сменой оси деформации формирует в заготовке титана субмикрокристаллическую зеренно-субзереную структуру с характерным размером 200 нм. Последующая пластическая деформация прокаткой заготовок субмикрокристаллического титана обеспечивает формирование наноструктурного состояния с размером зерна до 100 нм по всему объему заготовки и повышает механические свойств титана до свойств высокопрочных титановых сплавов (ВТ-6).??.

Исследовано проявление неупругих эффектов (эффект памяти формы и сверхэластичность) в сплаве Ti50Ni47,3Fe2,7 (ат.%) с ультрамелкозернистой микроструктурой, полчуенной при РКУ-прессовании. Показано, что внешние напряжения способны инициировать формирование деформационного мартенсита В19 (моноклинная фаза). Результаты исследований показали, что ультрамелкозернистый сплав Ti50Ni47,3Fe2,7 (ат.%), не испытывающий в ненагруженном состоянии мартенситное превращение в фазе В19 при охлаждении до 77 К, обладает практически значимой величиной эффекта сверхэластичности при 296 К.

На основе совместных подходов неравновесной термодинамики и физической мезомеханики предложен термодинамический критерий существования особого класса предпереходных двухфазных наноструктурных состояний в твердых телах вблизи нуля их термодинамического потенциала Гиббса. Такие состояния определяют высокую структурную неустойчивость наноструктур в полях внешних воздействий и лежат в основе различных нанотехнологий по схеме "сборка снизу". Материалы, характеризуемые наноструктурными состояниями, предлагается именовать наноструктурными. Сдвигоустойчивые материалы, далекие от нуля их термодинамического потенциала Гиббса целесообразно классифицировать как наноразмерные.

Исследованы объемные изменения при спекании порошковых смесей Ti-Cu в концентрационном интервале 0-12 ат.% Cu. Установлен экстремальный характер концентрационной зависимости усадки прессовок. Методами металлографии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов изучены фазовый состав, микроструктура спеченных материалов и элементный состав структурных составляющих. Обсуждена роль процессов, ответственных за формирование структуры при спекании, а также рассмотрено влияние на эти процессы дисперсности порошков, однородности распределения меди в порошковой смеси и длительности изотермической выдержки при спекании.

В рамках метода погруженного атома проведены расчеты релаксации, поверхностной энергии и колебательных состояний для поверхностей (100) и (110) лития и натрия. Сравнение с результатами других работ показывает, что в отличие от последних метод погруженного атома приводит к увеличению первого межслоевого расстояния. Полученные величины поверхностной энергии согласуются с известными экспериментальными данными и результатами других расчетов. Показано, что величина поверхностной энергии слабо зависит от релаксации поверхности. Истинные и резонансные поверхностные состояния обнаружены на всех рассматриваемых поверхностях. Установлено, что в случае поверхности типа (110) релаксация практически не влияет на колебательную структуру поверхности. Более заметное влияние релаксации наблюдается для поверхности типа (100). Показано, что колебательные структуры однотипных поверхностей лития и натрия подобны.

Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведены исследования микроструктуры и фазового состава титанового става ВТ1-0, имплантированного ионами алюминия. Исследования выполнены на зернах двух типов; 1) крупные зерна (dcp = 1.4 мкм) и 2) мелкие зерна (dcp = 0.5 мкм). Рассчитана величина упрочнения для разного типа зерен по глубине ионно-легированного слоя.

Приведены результаты измерения трещиностойкости титанового сплава ВТ6 после измельчения крупнокристаллической (КК) структуры до ультрамелкозернистого (УМЗ) состояния с использованием метода всесторонней ковки. Определена удельная энергия разрушения гамма с, которую рассчитали согласно новой методике, до малоразмерных образцов с шевронным надрезом. Показано, что интенсивная пластическая деформация существенно уменьшает гамма с при комнатной температуре. Структура поверхностей разрушения УМЗ-сплава ВТ6 содержит локальные зоны сильно деформированного материала с высокой концентрацией пор. Подобная структура не может быть организована с помощью лишь кристаллографических сдвигов по плоскостям плотной упаковки решётки. Это свидетельствует о существенной роли поворотных мод деформации в иерархии различных масштабных уровней при зарождении и формировании трещины.

Методом проекционных присоединенных волн (PAW) в рамках теории функционала электронной плотности (DFT) изучена энергетика связи водорода с металлами IVB группы, а также взаимодействие водорода с примесями Зd-переходных и простых металлов (Al, Ga, Si, Ge). Установлено, что растворимость водорода в Ti, Zr и Hf увеличивается при их легировании металлами середины Зd-периода. Анализируется взаимосвязь между энергией взаимодействия водорода с примесью, искажениями решетки и электронной структурой исследуемых систем. Показано, что примеси не влияют на предпочтительность позиций сорбции водорода в титане, но могут изменять ее в цирконии и гафнии. Анализируется влияние примеси и водорода на электронную структуру металлов. Полученные результаты показали, что в изученных металлах взаимодействие водорода с примесями переходных и простых металлов определяются разными механизмами: притяжение водорода примесями переходных металлов обусловлено размерным эффектом, тогда как отталкивание водорода простыми металлами может быть связано с электронными факторами.

Исследованы объемные изменения, эволюция микроструктуры и фазового состава при твердофазном спекании прессовок из порошковых смесей титана и интерметаллида TiAl3. На основе результатов металлографии, рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализов обоснована последовательность структурных превращений в процессе изотермической выдержки при спекании. Сильный объемный рост образцов при спекании смесей с большим содержанием порошкового интерметаллида TiAl3 объясняет возникновением пор на месте диссоциировавших частиц интерметаллида и эффектом взаимного раздвигания растущих частиц моноалюминида титана.

Исследовано влияние термического отжига на структуру, характер локализации пластического течения и механические свойства образцов ВТ1-0, подвергнутых предварительной ультразвуковой обработке или равноканальному угловому прессованию. Показано, что разрушение в процессе отжига субмикрокристаллической структуры обусловливает размытие полос локализованной деформации различных масштабов. Отжиг при 450 oС в течение 1 ч позволяет добиться увеличения пластичности субмикрокристаллического титана при одновременном сохранении высоких прочностных свойств материала.

Выполнено исследование влияния дорекристаллизационных отжигов на микроструктуру и механические характеристики наноструктурного титана, полученного методом многократного одноосного прессования и последующей прокатки. Показано, что сформированная микроструктура обеспечивает высокие механические характеристики наноструктурного титана (предел прочности при растяжении составил 1160 МПа, предел текучести — 1100 МПа), соответствующие титановым высокопрочным сплавам. Отжиг при 250 °С не меняет наноструктурное состояние титана и его прочностные характеристики и увеличивает пластичность до 6 % при растяжении.

Рассматриваются поля с импульсной мощностью 1 МВт и длительностью импульса 1нс. Изложены результаты исследований влияния продолжительности облучения жидкой фазы НЭМИ на строение, кристаллизацию и структурообразование, физико-механические (плотность, электро- и теплопроводность, твердость, микротвердость структурных составляющих и др.) и эксплуатационные (жаростойкость, коррозионостойкость, износостойкость), свойства медных, алюминиевых, магниевых сплавов и чугунов (серых, высокопрочных и комплексно-легированных). На основе проведенных исследований предложены новые технологии выплавки металлических сплавов путем кратковременного облучения их жидкой фазы НЭМИ для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников. специализирующихся в области металлургии и литейного производства, может быть также полезна студентам, аспирантам, докторантам и преподавателями вузов соответствующего профиля.

Методами электронной микроскопии и измерения микротвердости исследовано влияние ионного азотирования в газовом разряде на структурно-фазовое состояние и механические свойства поверхностных слоев феррито-перлитной стали 40Х и аустенитной стали 12Х18Н10Т. Показано, что повышение твердости азотированного слоя в аустенитной стали вызвано образованием высокодисперсных нитридов хрома в нитриде железа. Скорость азотирования стали 40Х оказалась ниже, а стали 12Х18Н10Т - существенно выше ожидаемой исходя из значений коэффициента диффузии азота в аустените и азотистом феррите, что связано с влиянием на скорость диффузии азота поверхностного слоя оксида и нитрида железа (сталь 40Х) или фазового превращения в полях упругих напряжений азотированного слоя (сталь 12Х18Н10Т). Максимальное упорчнение поверхностного слоя достигается при температуре азотированя 773-873 К.

Представлены результаты исследования структуры, фазового состава, триботехнических свойств и механики пластического деформирования при трении имплантированной по различным режимам ионами азота стали 40Х. Показано, что предварительная закалка стали интенсифицирует диффузионный перенос модифицирующей примеси в подповерхностные слои при температурах имплантации 620-670 К. Иаксимальная износостойкость при адгезионном изнашивании модифицированной стали достигается после ее обработки при температурах 670-720 К на стадиях образования высокоазотистых нитридных фаз. Выделение в модифицированном слое низкоазотистых нитридных частиц вызывает снижение адгезионной стойкости слоя. Предложена модель, объясняющая пониженную износостойкость таких слоев диссоциацией в местах тепловых вспышек. Формирование на поверхности упрочненного слоя достаточной толщины подавляет ротационный характер развития пластического деформирования в подповерхностных слоях и, тем самым, существенно снижает интенсивность изнашивания.

С использованием GW-приближения, моделирующего собственную энергию квазичастиц произведением функции Грина и динамически экранированного кулоновского потенциала, рассчитана зависимость собственной ширины линии Г электронных и дырочных состояний, обусловленной неупругим рассеянием, от волнового вектора K как в занятом поверхностном состоянии, так и в первом состоянии потенциала изображения на поверхностях Cu(111)и Ag(111). Проанализированы различные вклады в затухание электронного и дырочного возбуждений. Показано, что для обеих поверхностей основным каналом для затухания дырок в занятых поверхностных состояниях является внутризонное рассеяние, а для электронов в состояниях потенциала изображения определяющими являются межзонные переходы. При росте К резкое уменьшение ширины линии дырочного состояния обусловлено уменьшением числа конечных состояний, тогда как рост Г состояния потенциала изображения в основном определяется увеличением его перекрывания с объемными состояниями.

Представлены результаты исследования микроструктуры и механических характеристик ультрамелкозернистого титана ВТ1-0, полученного комбинированным методом многократного одноосного прессования (abc-прессования) и последующей прокатки при различных технологических режимах. Формирующаяся ультрамелкозернистая структура с характерным размером элементов 0.1-0.25 мкм обеспечивает максимальные прочностные характеристики титана, сопоставимые с характеристиками титановых сплавов. Технически чистый титан ВТ1-0 с объемно ультрамелкозернистой структурой может служить эффективной заменой титановых сплавов медицинского назначения как ВТ6, ВТ16.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования неравновесных структурных состояний с высокими значениями кривизны и градиентов кривизны кристаллической решетки. формирующихся в объемных наноструктурных металлических материалах, полученных методами интенсивной пластической деформации. Изложена методика их электронно-микроскопической аттестации, исследования внутренних напряжений и градиентов (моментов) этих напряжений, локализованных на субмикронном масштабном уровне. Предложена структурная модель этих состояний как состояний с высокой континуальной плотностью дефектов (дислокаций и дисклинаций) в объеме и на границах зерен.

Приведены результаты изучения потребности населения в России при наличии дефектов зубочелюстной системы в ортопедической помощи на зубных имплантатах. Показано, что потребность населения в ортопедической помощи крайне высока во всех возрастных группах. Описана технология получения заготовок титана ВТ1-0 с объемной наноструктурой, обеспечивающей высокие механические свойства. Выполнено сравнение механических свойств наноструктурного титана со свойствами крупнокристаллического аналога и титановых сплавов медицинского назначения. Описаны новые результаты разработки новых конструкций дентальных винтовых внутрикостных имплантатов из высокопрочного наноструктурного титана с резорбируемым кальций-фосфатным покрытием, обеспечивающим высокую степень остеоинтеграции имплантата с костной тканью.

Приведены результаты исследования влияния высокоинтенсивной ионной имплантации азота на усталостные свойства титана в крупнозернистом и ультрамелкозернистом (УМЗ) состояниях. Показано, что ионно-лучевая обработка крупнозернистого титана интенсивными потоками азота существенно (примерно в 20 раз) увеличивает число циклов до разрушения. Ионная имплантация УМЗ титана эффективна при температурах ниже порога термостабильности его структуры и свойств. Для УМЗ титана ионно-лучевая обработка про 350 гр.С. увеличивает циклическую долговечность в 2,5 раза.

Проведено исследование связи между параметрами микроструктуры и механическими свойствами сплавов системы Mo-47%Re (вес. %) после различных степеней интенсивной пластической деформации кручением под давлением. Установлено, что характерной особенностью материалов после такого способа деформационного воздействия является формирование анизотропного структурного состояния. Показано, что в сплавах формируются двухуровневые структурные состояния, обеспечивающие значительное увеличение параметров микротвердости.

Проведено обобщение результатов структурной аттестации и измерения параметров микротвердости металлических материалов после кручения в наковальнях Бриджмена в зависимости от степени пластической деформации и типа кристаллической решетки. Показано, что для высокопрочных материалов на основе ОЦК металлов в процессе кручения под давлением характерно формирование анизотропного субмикрокристаллического структурного состояния с последующей эволюцией в структуру двухуровневого типа.

Обобщены экспериментальные данные о закономерностях формирования структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки в субмикро- и нанокристаллах металлических материалов, формирующихся в различных условиях интенсивного механического воздействия. установлены зависимости количественных параметров этих состояний от способности материала к их релаксации, особенностей его нанокристаллической структуры, величины и способа деформации. Проведен анализ основных факторов, определяющих эти параметры и характеристики упругонапряженного состояния в зонах высокой кривизны кристалла.

Исследованы закономерности накопления микропластической деформации при статическом и циклическом нагружении поликристаллического и субмикрокристаллического титана. Показано, что при переходе от поликристаллической к субмикрокристаллической структуре характер развития микропластической деформации при обоих видах нагружения не изменяется, а циклостокость и предел выносливости возрастают. При обеих структурах получено соответствие между величиной предела выносливости и величиной макроскопического предела упругости.

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

Методами потенциодинамической поляризации, импедансной спектроскопии и анализа кривых травления исследовано электрохимическое поведение крупнокристаллического и наноструктурированного титана в различных средах. Установлено, что в растворе Рингера-Локка при 37 гр.С скорость растворения наноструктурированного титана увеличивается по сравнению с крупнокристаллическим, что обусловлено более дефектной структурой слоя естественного оксида на поверхности наноструктурированного титана и меньшим поляризационным сопротивлением. Показано, при травлении в смеси плавиковой и серной кислот для наноструктурированного титана преимущественно наблюдается механизм локального разрушения, а для крупнокристаллического - общего равномерного стравливания, что существенно проявляется в интервале 40-75 гр.С.