Предложен новый подход к проблеме пластического течения кристаллических твердых тел, основанный на изучении картин макролокализации пластической деформации, которые могут рассматриваться как различные типы автоволновых процессов самоорганизации дефектов. Установлено однозначное соответствие между картинами локализации и стадиями пластического течения моно- и поликристаллов. Для автоволн локализованной пластичности скорость распространения обратно пропорциональна коэффициенту деформационного упрочнения я, а дисперсионное соотношение имеет квадратичный характер. Предложена новая модель развития локализации пластического течения.

При экспериментальном исследовании поведения макродоменов локализованной пластичности на заключительной стадии процесса пластического течения при переходе к образованию макроскопической шейки и вязкого разрушения, проведенном на материалах с ГЦК, ОЦК и ГПУ кристаллическими решетками, установлены общие закономерности развития процесса локализации на стадии предразрушения. Они состоят в пространстве скорости каждого из доменов и их стремлении согласованно двигаться к центру пучка прямых на диаграммах координата-время. Установлена связь характера разрушения с кинетикой рождения и движения доменов локализованной пластичности.

Методом уравнений движения рассмотрены диссоциация молекулы газа и образование новой химической связи на поверхности переходного металла при адсорбции. Показано, что оба процесса реализуются из смешанного состояния, возникающего при взаимодействии адсорбат-поверхность. Диссоциация происходит вследствие резонансного увеличения колебательной моды молекулы. При этом барьер диссоциации определяется энергией гибридизации и частотой перехода между электронами молекулы и d-электронами металла в смешанном состоянии. Установлены условия резонанса, при которых образуются новые структуры на поверхности.

Исследованы параметры процесса и описано оборудование для получения нанопорошков металлов электрическим взрывом проводников. Из результатов исследований следует, что наряду с плотностью энергии, введенной в проводник, и давлением газовой среды, размер наночастиц определяется диаметром проводника, температурами рабочего газа и плавления металла, условиями пассивации нанопорошков, а частицы дисперсной фазы формируются в результате объединения кластеров, образующихся на ранних стадиях процесса. Изучены зависимость степени агломерации нанопорошков от плотности энергии, введенной в проводник, и критерии их пожароопасности. Представлены некоторые области применения электровзрывных нанопорошков: модифицирование смазочных и высокоэнергетических материалов; синтез интерметаллических и высокотемпературных соединений; синтез нановолокон оксигидроксида алюминия, их применение для улучшения характеристик клеев и создания фильтров для удаления микробиологических загрязнений из воды.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации в металлах и сплавах. 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 величины таких характеристик волн локализованной деформации, как скорость распространения, дисперсия и длина волны.

В работе представлен обзор континуальных моделей, применяющихся при численном моделировании на мезоуровне. Особое внимание уделено микрополярным моделям как представителям двухуровневых моделей механики обобщенных сред для описания материалов со сложной изменяющейся в ходе деформации структурой. Дано изложение модели Коссера и обсуждается ее применение для моделирования пластической деформации металлических материалов на мезоуровне. Приведены некоторые результаты численных расчетов, показывающие возможности микрополярных моделей.

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 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.

Экспериментально исследовано влияние электрического потенциала на сопротивление микроиндентированию образцов из алюминия и циркония. Сравнивается влияние собственно электрического потенциала, подаваемого на образец, и потенциала, возникающего из-за контактной разности потенциалов при соединении металлов с разной работой выхода электрона. Обнаружена качественная эквивалентность этих двух типов электрического воздействия. Установлена возможность заметного (свыше 10%) изменения микротвердости металлов за счет указанных воздействий.

Проведено исследование процесса диспергирования металлических образцов на микроскопическом уровне при высокоскоростном нагреве. Расчеты проводились в рамках метода молекулярной динамики с использованием многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия. Показано, что процесс электротеплового импульсного диспергирования имеет выраженную стадийность. Отмечено, что интенсивность процессов, ответственных за испарение и столкновение кластеров, существенно выше процессов осаждения. Исследование влияния интенсивности теплового нагружения на динамику диспергирования показало, что с увеличением температуры нагрева средний размер кластеров уменьшается, а их число увеличивается.

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.

Рассмотрен общий характер локализации пластической деформации на стадии линейного деформационного упрочнения ГЦК-, ОЦК- и ГПУ-моно- и поликристаллов чистых металлов и сплавов. Подтверждена универсальность ранее установленного линейного закона, связывающего скорость распространения автоволны локализованной деформации и обратное значение коэффициента деформационного упрочнения. Установлен квадратичный закон дисперсии волн локализации пластического течения. Обсуждена возможность введения гипотетической квазичастицы, соответствующей автоволне локализованной деформации, и определены ее характеристики.

В работе для анализа свойств изношенных поверхностей различных металлов использованы представления теории фракталов. Определены фрактальные свойства поверхностей после абразивного изнашивания. Показано, что для анализа морфологической структуры изношенных поверхностей применимы как моно- так и мультифрактальные представления; установлено, что фрактальная размерность, рассчитанная в рамках монофрактального подхода, существенно отличается от целого значения, а рассчитанная в рамках мультифрактального подхода также существенно отличается от целого, и ее величина определяется масштабным уровнем, на котором проведены исследования.

Исследована температурная зависимость зернограничного внутреннего трения у крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана. Показано, что у ультрамелкозернистого титана, как и у крупнозернистых металлов, зернограничное внутреннее трение является следствием истинного зернограничного проскальзывания. Установлено, что при переходе от крупнозернистой структуры с совершенными границами зерен к ультрамелкозернистой структуре с несовершенными границами зерен понижаются температуры начала и интенсивного развития истинного зернограничного проскальзывания и уменьшается энергия активации этого процесса. обоснован диффузионный механизм истинного зернограничного проскальзывания при обоих структурных состояниях.

С помощью метода погруженного атома проведены расчеты колебательных спектров для поверхности Al (111). В работе обсуждаются релаксация поверхности, дисперсия поверхностных фононов, локальная плотность поверхностных состояний, а также поляризация колебательных мод адатомов и атомов подложки. Полученные теоретические результаты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными и могут быть использованы для их интерпретации.

Представлены результаты экспериментального исследования микроструктуры и фазового состава поверхностных ионно-легированных слоев никеля, титана и железа, сформированных в условиях высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия. Установлено, что ионная имплантация алюминия в высокоинтенсивном режиме позволяет формировать в поверхностных слоях толщиной до 2000 нм мелкодисперсные интерметаллидные фазы Me3Al (Me=Ni, Ti, Fe) и MeAl (Ni, Ti), а также твердые растворы переменного по глубине состава. Показано, что средний размер зерен интерметаллидных фаз, образующихся в ионно-легированных поверхностных слоях, составляет 20+80 нм. Установлены области локализации сформированных фаз по глубине имплантированных слоев.

Исследовано влияние термосиловых воздействий на локализацию пластической деформации на макромасштабном уровне для титана и сплава TiNi с субмикрокристаллической структурой, сформированной при равноканальном угловом прессовании.??.

Приведены результаты систематических исследований фрактальной размерности рельефа поверхности материалов при усталости. Показано, что фрактальная размерность является эффективной количественной характеристикой процесса самоорганизации структуры материала при усталости. Она зависит от исходной структуры материала, состояния его поверхностных слоев и числа циклов нагружения и может быть использована при разработке новых критериев предразрушения материалов. Из полученных данных сделан вывод, что по результатам фрактального анализа изменений поверхностного рельефа при активном растяжении может быть развита методика оценки эффективности поверхностной упрочняющей технологии материалов с целью повышения их усталостной прочности.

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации, обеспечивающей формирование субмикрокристаллической структуры, на зернограничную неупругость в титане и сплавах на его основе. Установлено, что при субмикрокристаллической структуре с несовершенными границами зерен неупругая зернограничная деформация начинается и интенсивно развивается при более низких температурах, чем при крупнозернистой структуре с совершенными границами зерен. При этом сильно уменьшается энергия активации микромеханизма, обеспечивающего неупругую зернограничную деформацию.??.

Исследованы поля дисторсий при формоизменении аморфных, объемно- и гранецентрированных металлов и сплавов при различных условиях нагружения. Показано, что при стационарном режиме деформирования развитие пластического течения носит волновой характер.

На широком круге металлов и сплавов исследованы возникновение и временная эволюция упорядоченных в пространстве картин локализации пластической деформации - волн. Установлены основные характеристики этих волн: зависимость скорости распространения от коэффициента деформационного упрочнения, закон дисперсии, зависимости длины волны от размеров зерен и размер образцов. Рассмотрена возможность описания локализации пластического течения как процесса самоорганизации в деформируемой среде. Получены уравнения, необходимые для описания эволюции очагов локализации пластического течения. Проанализирован переход между картинами локализации деформации на разных стадиях пластического течения. Предложена модель для объяснения крупномасштабной периодичности в распределении очагов локализации деформации.

Представлена математическая модель процесса индукционного нагрева детали, построенная на основе метода классических клеточных автоматов. Создана компьютерная программа, реализующая данную модель. Приводятся результаты сравнения картины тепловых полей, наблюдаемых в эксперименте, и модельных данных. Рассматривается возможность использования модели для решения задачи синтеза алгоритмов управления оборудованием и конфигурации индуктора.

Рассмотрено влияние электрического потенциала на ползучесть и микротвердость ряда металлов и сплавов. Показано, что скорость ползучести и микротвердость меняются при создании на поверхности избытка электрического заряда непосредственной подачей потенциала от источника напряжения или за счет контактной разности потенциалов. Наблюдаемые эффекты немонотонны и обратимы. Высказаны соображения об их природе.

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик двухфазной керамики Y-TZP (97 мол.% ZrO2 + 3 мол.% Y2O3) и сплавов TiC-NiTi после трения по стальному диску в широких диапазонах скоростей (0,9+9,4 м/с для композитов с металлической матрицей и 0,2+11,1м/с с керамической матрицей) при давлении 5МПа. При трении при малых скоростях износостойкость Y-TZP и TiC-NiTi напрямую зависят от способности матрицы испытывать мартенситное превращение, а при высоких не зависят от нее. В случае керамики Y-TZP, формирующийся на поверхности трения сплошной слой переноса служит в качестве "мягкого" защитного покрытия, снижающего интенсивность изнашивания при высоких скоросях трения. В случае TiC-NiTi поведение материалов при скоростях 4 м/с контролируется процессами экструзии связки в размягченном/расплавенном состоянии из межкарбидного пространства в зону трибоконтакта.

Получены первые результаты по разработке новых металлокермических материалов из диэлектриков и металлической связки при соотношении объемов компонентов в композитах 1:1. Проведены исследования поведения порошковых смесей при прессовании и спекании. Изучены микроструктуры композитов разных составов и зависимости их объемных изменений от температуры спекания.

Представлены результаты первопринципных расчетов методами теории функционала электронной плотности атомной и электронной структуры Pd с симметричными границами наклона. Обсуждается сорбция водорода на границах зерен и соответствующих свободных поверхностях. Анализируется влияние примесей d-металлов на сорбцию водорода на границах зерен. Установлено, что на поверхности (210) предпочтительной является сегрегация примесей d-металлов на террасах, тогда как на поверхности (310) более энергетически выгодной является сегрегация металлов на ступенях поверхности. Сравнительное исследование влияния водорода на подвижность дефектов к границам наклона и соответствующим им свободным поверхностям показало существенное увеличение сегрегации примесей. В присутствии водорода становится возможной сегрегация примесей как на узлы ступени, так и на террасные узлы поверхностей.

Экспериментально исследовано движение очагов локализованной деформации в моно- и поликристаллитах металлов и сплавов на стадиях легкого скольжения и линейного деформационного упрочнения. Установлен волновой характер локализации деформации на этих этапах пластического течения, определены скорость распространения волн и закон их дисперсии. Исследованы масштабный эффект и зависимость длины волны локализованной деформации от размера зерна. Предложена качественная интерпретация полученных результатов.

Исследовано влияние импульсного процесса сварки на структуру и механические свойства сварных соединений труб большого диаметра (до 1420 мм) из марганцовистых низколегированных сталей, предназначенных для нефте- и газопроводов. Показано, что импульсный режим сварки позволяет повысить однородность структуры и уменьшить размер зерна металла сварного шва и зоны термического влияния. Структурные изменения приводят к повышению на 20% пластичности зон сварного соединения и его ударной вязкости при положительной температуре (20С) на 8-27% и отрицательной (-60С) на 15-24%, усталостной прочности металла ЗТВ на 20-40% и сварного шва на 70%.

In the work, the dispersion of metal specimens on high-rate heating was studied at the microlevel. The calculations were performed in the framework of the molecular dynamics method with the use of many-body interatomic potentials. It is shown that the electrothermal pulse dispersion has a pronounced stage character. It is pointed out that the processes responsible for evaporation and collision of clusters are much more intense than those of precipitation. Study into the effect of the thermal loading intensity on the dispersion dynamics shows that increasing the heating temperature causes a decrease in the average size of clusters and an increase in their number.

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 зависимость скорости распространения ультразвуковых волн от действующего напряжения в пластически деформируемых поликристаллических металлах и сплавах. Установлено, что связь между действующим напряжением и скоростью ультразвука линейна, причем эта закономерность характерна для всех исследованных материалов. Предложен способ определения временного сопротивления отрыву материалов (предела прочности) при деформировании в области малых пластических деформаций без разрушения образцов.

Скорость распространения ультразвуковых волн в металлах и сплавах измерена во время пластической деформации. Установлено что зависимость скорости ультразвука от действующего напряжения пластического течения имеет форму многостадийной кривой; ее участки могут иметь как положительный, так и отрицательный наклон. Обсуждена взаимосвязь полученных зависимостей со стадийностью кривых пластического течения.

Исследована эволюция зоны пластичности вблизи конца трещины нормального отрыва в малоуглеродистой стали. Построены распределения компонент тензора пластической дисторсии для разных стадий развития трещины.

Представлено детальное описание метода теоретического расчета электрон-фононного рассеяния электронных и дырочных возбуждений на поверхности (110) благородных металлов. Метод основан на описании электронной структуры поверхности с помощью двумерного модельного псевдопотенциала.

Представлено теоретическое обоснование исследования адсорбции 3d-металлов, в ряду от Ti до Cu на поверхности a-Al2O3(0001). Рассмотрено влияние адсорбатов на атомную и электронную структуру поверхности оксида алюминия. Рассчитаны значения энергии адсорбции и определены равновесные положения адатомов на поверхности. Проведен сравнительный анализ свойств и механизмов взаимодействия 3d-металлов с атомами подложки.

Скорость распространения, дисперсия автоволн локализованной пластической деформации рассмотрены для стадий легкого скольжения и линейного деформационного упрочнения в ряде чистых металлов и сплавов. Найдены и объяснены квадратичная форма дисперсионного соотношения и зависимости фазовой и групповой скоростей автоволн от волнового числа. Установлена взаимосвязь характеристик автоволн локализованного пластического течения и параметров упругих волн в материалах. Найдена инвариантная для процессов упругой и пластической деформации величина. Оценено изменение энтропии системы при генерации автоволн локализации пластического течения.

Предложена простая модель расчета микротвердости ионно-имплантированных металлов. Экспериментальные результаты по измерению микротвердости ионно-имплантированного а-Fe сравниваются с результатами расчета. Расхождение между измеренной и рассчитанной микротвердостью не превышает 30 %.