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.

На основе разработки импульсных технологических процессов сварки предложен комплексный подход к решению задач повышения качества сварных соединений, продления срока службы магистральных трубопроводов и емкостных сооружений, повышения эффективности монтажных и ремонтных технологических операций в условиях отсутствия стационарной электрической сети.

Проведено систематическое экспериментальное исследование влияния толщины поверхностного упрочненного слоя плоских образцов стали 65Х13 на геометрические параметры квазипериодической мезосубструктуры, формирующейся в поверхностном слое и объеме образца в процессе его пластического растяжения. Обнаруженная зависимость фрагментов мезосубструктуры от толщины поверхностного упрочненного слоя хорошо коррелирует с теоретическими расчетами механических или термических напряжений на границе раздела двух сред во внешнем поле.

Представлены результаты экспериментального исследования структурно-фазовых состояний, формирующихся при высокодозной ионной имплантации в поверхностном и приповерхностном слоях разупорядоченного поликристаллического сплава NisFe. В качестве методов исследования были применены оже-электронная спектроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгено-структурный анализ и измерение микротвердости. Ионная имплантация осуществлялась на вакуумно-дуговом источнике «Радуга» с многокомпонентным катодом состава Zr (89,5 вec.%)+C+N-rO при ускоряющем напряжении 50 кВ. Установлено, что в поверхностном легируемом при ионной имплантации слое происходит аморфизация с одновременным образованием мелкодисперсных частиц Zr02 , размеры которых увеличиваются с увеличением дозы внедренных ионов, что сопровождается увеличением внутренних механических напряжений. За пределами ионно-имплантированного слоя формируется подслой толщиной около 10 мкм с высокой плотностью дислокаций («эффект дальнодействия»). Результаты измерения микротвердости коррелируют с дан¬ными структурных исследований.

Исследована ползучесть никеля и меди в субмикрокристаллическом (СМК) состоянии в вакууме и при наличии диффузного контакта с примесью (Cu и Al соответственно). Установлено, что эффект уменьшения сопротивления при наличии диффузионного контакта с примесью в СМК-материалах наблюдается в интервале температур 398-473 К. Это на 200-400 градусов ниже, чем соответствующий для крупнозернистых. Показано, что в данном интервале температур коэффициенты зернограничной диффузии меди в СМК-никеле на 5-6 порядков выше, чем в крупнозернистом. Предполагается, что снижение температуры проявления эффекта активации ползучести при наличии диффузного контакта с примесью в СМК-материалах обусловлено наличием диффузионной проницаемости границ субмикрокристаллических зерен.

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.

Исследована ползучесть и обратное последействие при испытаниях на трехточечный изгиб теплостойкой стали 12Х1МФ в интервале температур 500-625 градусов. Показано, что в данном температурном интервале имеет место эффект Горского по углероду, определяющий скорость ползучести на ее начальной стадии. Методом вычитания кривых обратного последействия из кривых ползучести произведено разделение диффузионной ползучести, связанной с эффектом Горского, и дислокационной ползучести.

С использованием элементов релаксации определено плосконапряженное состояние сплошной среду с трещиной при растяжении. Проведен анализ напряженного состояния у вершины трещины, окруженной пластически деформированным материалом в виде полосы локализованной пластической деформации (ЛПД) в форме вытянутого эллипс. Пластическая деформация существенно уменьшает концентрацию напряжений в вершине трещины. По мере увеличения локализации пластической деформации напряжения у берегов трещины уменьшаются до нуля. Падение напряжений у вершины трещины сопровождается увеличением концентрации и градиентов напряжений на конце полосы ЛПД. Там область возмущения поля напряжений соизмерима с шириной полосы.

Изучено влияние крупномасштабных границ раздела в виде протяженных поперечных локализованных областей переплава на механизм пластической деформации поликристаллов низкоуглеродистой стали. Теоретически и экспериментально показано, что в зоне таких границ раздела возникают осциллирующие мезоконцентраторы напряжений, релаксация которых обусловливает формирование в деформируемых поликристаллах периодических полосовых структур мезомасштабного уровня.

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.

Предложена модель вязкохрупкого перехода при разрушении металлов и сплавов, основанная на конкуренции процессов развития микротрещин и рождения дислокаций. В качестве дефектов того и другого типа рассматриваются микропоры, возникающие в области концентрации напряжений при коагуляции вакансий. Проведены количественные оценки кинетики развития микропоры и генерации ею микротрещин или дислокационных призматических петель. Рассмотрена температурная зависимость охрупчивания металлов и сплавов, а также влияние скорости нагружения и легирования на температуру охрупчивания.

Проведена сравнительная оценка двух компатибилизаторов - винилтриметоксисилана (VTMS) и малеинового ангидрида (SMA) - по влиянию на механические и триботехнические характеристики композитов на основе химически модифицированного СВМПЭ. Методами ИК-спектроскопии, сканирующей дифференциальной калориметрии и электронной микроскопии исследована надмолекулярная структура нанокомпозитов на основе блок-сополимера UHMWPE +10% HDPE- g- VTMS и проведено сравнение их механических и триботехнических характристик с характеристикаминанокомпозитов на основе UHMWPE +10% HDPE- g- SMA. Показано, что нанокомпозиты на основе блок-сополимеров с указанными компатибилизаторами имеют подобную (сферолитную) структуру и примерно равную износостойкость, которая близка к износостойкости нанокомпозитов на основе немодифицированного полимера. Установлено, что износостойкость нанокомпозитов на основе СВМПЭ определяется наличием и равномерностью распределения наполнителей в матрице, определяющих условия кристаллизации и, как следствие, тип формирующейся надмолекулярной структуры.

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.

Исследована эволюция локальных деформаций при растяжении образцов мелкозернистого циркониевого сплава. Установлено, что картины распределений деформации имеют упорядоченный характер, причем типы упорядоченности находятся в тесной связи со стадиями деформационной кривой. Полученные результаты сравниваются с аналогичными данными исследований полей деформации моно- и поликристаллических материалов с другими типами кристаллических структур и микромеханизмов деформации. Отмечается, что вся совокупность подобных результатов, включая и данные настоящей работы, может быть интерпретирована в рамках автоволновых представлений.

Проанализированы особенности взаимодействия уединенных импульсов (солитонообразных волн), возникающих при высокоскоростном нагружении, с дефектами структуры в кристаллите Al. расчеты проводились на основе метода молекулярной динамики. Показано, что при сдвиговом нагружении и при сжатии материала формируются различные типы уединенных импульсов, которые по-разному взаимодействуют с областями, содержащими дефекты структуры. Волны, образующиеся при сжатии, обладают более высокой скоростью распространения в материале, и их форма достаточно быстро восстанавливается после прохождения дефектных областей. Изученные явления представляют интерес для развития методов неразрушающего контроля.

На основе метода частиц предлагается модель шероховатой поверхности твердого тела. Несмотря на то, что в работе размер частиц выбран произвольно, эволюция фактической площади касания и изменение напряжения в пятнах контактов достаточно хорошо согласуется с представлениями, которые вытекают из экспериментальных исследований. Эксперименты показывают, что при сближении двух поверхностей давление на контактах значительно выше номинального, это приводит к пластической деформации поверхностных слоев, которая оказывается много больше объемной деформации. В данной модели наглядно показывается, от чего зависит и как формируется напряженное состояние поверхностного слоя. Модель позволяет рассматривать взаимодействие поверхностей не только в стационарном случае, но и при их относительном перемещении.

Поляризация диэлектриков, не обладающих электрострикцией, под действием механической нагрузки связывается с возникновением в нагруженном кристалле динамических конфигурационных возбуждений. Среди них выделен динамический параметр порядка, определяемый из решения нелинейного уравнения реакционно-диффузионного типа. Сравнительно малое время возрастания заряда под нагрузкой обусловлено формированием и распространением волны переключения.

Исследована переходная зона, формирующаяся в металлокерамическом биокомпозите, между NiTi и ZrO2 в результате высокотемпературного диффузионного отжига. Обнаружено изменение концентрации элементов Ni, Ti, Zr в приповерхностных слоях элементов композиционного материала, появление на границе раздела интерметаллид - керамика области нового фазового состава. Изучены кинетика роста переходной зоны и механизмы диффузии, приводящие к образованию в области контакта новых химических соединений.

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.

Методом холодного прессования и последующего вакуумного спекания смесей порошков алюминия и железа получены алюминиевые сплавы, которые представляют собой алюминиевую матрицу, содержащую от 40 до 80 об.% интерметаллидов FtAl3. Высокотвердая вторая фаза в зависимости от ее содержания находится в матрице в виде отдельных включений или образует непрерывный каркас. Определены пористость, прочностные свойства, коэффициент трения и несущая нагрузка сплавов при различных режимах трения в контакте с закаленной сталью.

В работе методом рентгеноструктурного анализа исследованы изменения фазового состава и тонкой кристаллической структуры ультрадисперсного плазмохимического порошка ZrO2+3 моль.% Y2O3. Установлено, что после ударного сжатия наблюдается рост микроискажений в тетрагональной фазе, при этом увеличиваетя количество моноклинной фазы. Величина микроискажений и количество моноклинной фазы максимальны при давлениях 10 и 26 ГПа, а в интервале 10-26 ГПа наблюдается их уменьшение. Показано, что увеличение количества моноклинной модификации после нагружения связано с понижением величины критического размера кристаллитов тетрагональной фазы за счет повышения уровня микроискажений. Показано, что немонотонная зависимость микроискажений Т-фазы и количества М-фазы обусловлены влиянием промежуточных фазовых превращений в процессе нагружения.

Проведено исследование прочностных и триботехнических свойств порошковых композитов с матрицей из подшипниковой стали и разным содержанием карбида кремния. рассмотрено влияние химического состава на параметр решетки матрицы и микроструктуру спеченного материала. на основании экспериментальных данных установлены зависимости механических и фрикционных свойств от состава и температуры спекания. Показана перспективность использования данных композитов в качестве фрикционных материалов.

Исследованы параметры трения никелида титана - коэффициент трения, температура и скорость износа - в зависимости от величины нагрузки и скорости скольжения. триботехнические испытания проводили по схеме диск-палец; контртелом являлась термообработанная сталь 9ХС. показано, что мартенситное превращение способствует снижению коэффициента трения сплава; материал выдерживает значительные нагрузки и скорости без катастрофического изнашивания и деградации свойств и может быть использован в качестве триботехнического материала.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии исследован ультрадисперсный порошок состава ZrO2+3 мол.% Y2O3, полученный плазмохимическим способом. Установлено, что порошок состоит преимущественно из пустотелых поликристаллических сфер и пленок со средним размером кристаллитов 20 нм. Частицы порошка представляют собой двухфазные поликристаллы, состоящие преимущественно из кристаллитов тетрагональной фазы: содержание моноклинной модификации составляет приблизительно 3%. Показано, что формирование моноклинной фазы связано с превышением критического размера частью крупных кристаллитов. Величина критического размера в таких порошках контролируется как поверхностной энергией кристаллитов, так и их напряженным состоянием. Показано, что тетрагональная фаза в исследуемом порошке характеризуется пониженной, по сравнению с крупнокристаллическим состоянием, тетрагональностью, что связано с высокой дисперсностью кристаллитов и особенностями их напряженного состояния. Понижение тетрагональности при уменьшении размера зерна можно рассматривать как размерный фазовый переход, из тетрагональной в кубическую структуру, близкий к переходу второго ряда.

Методом остаточной прочности исследована термостойкость спеченных металлокерамических композиционных материалов на основе TiC. Обнаружена сильная зависимость термостойкости и коэффициента вариации остаточной прочности от химического состава металлической связки и объемной доли карбидной фазы в материале. Сделан вывод об определяющем значении для термостойкости композиционных материалов величины сжимающих напряжений в объеме материала, которая, в свою очередь, определяется разностью коэффициентов термического расширения карбидной и металлической фазы.

Предложена модель инициирования реакции разложения жидкого углеводорода в окрестности одиночной частицы, нагреваемой СВЧ-излучением. На основе проведенных численных экспериментов получена аналитическая зависимость критического размера частиц от плотности мощности, времени действия импульса СВЧ-генератора и соотношения теплоемкостей и плотностей частиц и реагента.

Способы управления деформационно-прочностными характеристиками полимерных композитных материалов на основе рецептурных методов известны давно и широко применяются. В работе обсуждается новое направление формирования таких характеристик с помощью внесения в полимерную матрицу серии микродефектов ("мезодефектов"), позволяющих заменить всплески напряжений вокруг жестких включений, являющихся концентраторами, совокупностью осциллирующих с относительно небольшой амплитудой напряжений, что в итоге значительно улучшает деформационные характеристики композиции.

Известно влияние условий взаимодействия полимерной матрицы и дисперсного или волокнистого наполнителя на макромеханические характеристики полимерного композитного материала (ПКМ). В настоящей работе детально исследовано перераспределение напряжений в окрестности дисперсного включения в зависимости от деформационных свойств межфазного слоя.

Установлена связь между стадийностью кривой пластического течения низкоуглеродистой стали и скоростью распространения ультразвука в ней. Проанализированы изменения параметров микроструктуры стали при движении полосы Чернова - Людерса и их связь с механизмом пластического течения.

Исследовано влияние электрических импульсов, прикладываемых во время волочения стальной проволоки, на температурную зависимость внутреннего трения. Обнаружено повышение величины фона внутреннего трения и высоты зернограничного пика после электростимулированного волочения. Природа эффекта связывается с перераспределением примесей при действии импульсов электрического тока большой плотности.

Рассмотрены основные особенности эффекта дальнодействия в металлах и сплавах при ионной имплантации. В качестве иллюстративного материала приведены результаты электронно-микроскопического исследования дислокационных структур, формирующихся в меди при высокодозовой ионной имплантации. Величина эффекта дальнодействия определяется микроструктурой исходного состояния мишени и структурно-фазовым состоянием, формирующимся в легируемом поверхностном слое. Предложена математическая модель формирования дефектной структуры в подслое, находящемся непосредственно под легируемым поверхностным слоем облучаемой мишени. Результаты проведенных на основе предлагаемой модели вычислений соответствуют экспериментальным данным.

Электронно-микроскопическим и рентгенодифракционным методами исследованы микроструктура и фазовый состав сплава Ni50Ti40Zr10, изучены особенности его атомно-кристаллической и тонкой структур, сформировавшихся после применения двух термообработок, различающихся только скоростями охлаждения образцов после отжига при одинаковой температуре. Сделан вывод и о сильном влиянии скорости охлаждения на полноту мартенситного превращения (МП). Учитывая, что в сплавах на основе никелида титана изменение химического соотношения компонентов Ni и Ti является главным рычагом в управлении МП, можно предполагать, что неполное МП в закаленном сплаве и, напротив, почти полное МП в медленно охлажденном сплаве являются следствием различия химического состава исходной фазы В2, установившегося после образования вторичных фаз.

Исследована кинетика зарождения и роста усталостных трещин путем анализа полей смещений в поликристаллических образцах дуралюмина Д16АМ в условиях малоцикловой усталости. Показано, что на мезомасштабном уровне усталостное разрушение имеет многостадийный характер и связано с трансляционно-ротационным движением объемных мезодефектов и фрагментацией материала. Критерии диагностики разрушения определяются параметрами мезоскопических субструктур, формирующихся на поверхности поликристаллов в процессе их циклического нагружения.

Полная деформация неупругого материала в рамках континуальной теории дефектов может быть представлена в виде суммы обратимой упругой деформации, связанной с внешними нагрузками, совместной упругопластической деформации, обусловленной дефектами материала, и совместной пластической, определяющей необратимое формоизменение материала. Предложенная схема разбиения деформации позволяет определить физическое содержание неупругих свойств материалов и предмет описания калибровочной модели, представляющей динамическое обобщение континуальной теории дефектов.

На основе динамических уравнений калибровочной модели среды получено выражение теоремы живых сил для упругого континуума с дислокациями. данное соотношение показывает, что работа внутренних поверхностных сил напряжений в объеме перераспределяется между работой эффективных напряжений на скоростях эффективных упругих дисторсий и пластических. В феноменологических теориях пластичности последняя величина, представляющая мощность рассеянной энергии, определяет диссипативные процессы Получено выражение, связывающее мощность рассеянной энергии с плотностью собсвтенной энергии поля дефектов и потоком энергии дефектов.

Рассмотрена природа крупномасштабных корреляций в расположении очагов пластического течения при деформации кристаллических твердых тел. Показано, что закономерности рождения и развития таких очагов могут быть описаны как различные типы автоволн, возникающих за счет процессов самоорганизации. приведены примеры экспериментально наблюдаемых при деформации моно- и поликристаллов металлов и сплавов автоволновых процессов типа волн возбуждения и фазовых волн. Оценены некоторые численные параметры автоволновых процессов.