В модели погруженного атома проведены расчеты вибрационных мод на поверхностях Pd (100), Pd (110), Pd (111). Найдено, что в случае поверхности Pd (111) наблюдается отличное согласие рассчитанной и экспериментальной частот релеевской моды в точке К. Несколько худшее согласие с имеющимися экспериментальными данными получено для поверхностей (110) и (100).

Изложены основные идеи метода редукции размерности, показана его эффективность для моделирования трения эластомеров с произвольной линейной реологией и жесткой шероховатой поверхностью, имеющей фрактальный рельеф. Изучено влияние времени фиксации эластомера на жесткой поверхности перед началом тангенциального движения на статический коэффициент трения. Исследовано влияние гармонических осцилляций прижимающей нормальной силы на коэффициент трения при стационарном режиме скольжения.

Рассмотрены алгоритмы автоматической идентификации вихревых структур, возникающих в деформируемом твердом теле. Исходные векторные поля смешений, характеризующие формоизменение твердого тела, регистрируются методом корреляции цифровых изображений. В качестве критериев идентификации вихрей предложено использовать циркуляцию и функционал, связанный с ортогональностью вектора и его радиус-вектора. Рассмотрено их применение на примере модельных векторных полей с вихрями ротационного и безротационного типов. Работа алгоритмов показана на примере поля смещений, характеризующего течение материала сварного соединения стали 10Г2С. Продемонстрирована роль конечных размеров скользящего окна. Предложены дополнительные критерии, помогающие выделить вихревые структуры.

Изучены особенности формирования и развития динамических вихревых структур в материалах на различных структурных уровнях. Показано, что генерация таких структур может быть основным механизмом аккомодации материалов к внешнему механическому нагружению. На микроскопическом уровне формирование и эволюция вихревых динамических структур в процессе нагружения могут обеспечивать межзеренное проскальзывание, миграцию границ зерен с аномально высокими скоростями. на более высоких структурных уровнях вихревые динамические дефекты могут быть основным механизмом зарождения и распространения трещин, фрагментации материала, формирования "квазижидкого слоя" в парах трения и т.д. Результаты и выводы работы подтверждены численными расчетами, проведенными в рамках молекулярно-динамического подхода и подвижных клеточных автоматов, применительно к различным видам материалов.

С помощью метода молекулярной динамики в работе проведено исследование поведения материала в условиях нагружения, идентичных процессу сварки трением с перемешиванием. Нагружение моделировалось путем задания для выбранной части образца («инструменту») постоянных значений угловой и поступательной скоростей движения. Рассматривались различные варианты сопряжения: два исходно бездефектных кристаллита меди, кристаллы меди и железа и два кристаллита твердых растворов, соответствующих сплаву Д16. Обнаружено, что движение вращающегося инструмента приводит к разрушению кристаллической структуры образца и последующему перемешиванию поверхностных атомов сопряженных кристаллитов. При определенных режимах нагружения кристаллическая решетка после прохождения инструмента восстанавливает регулярный порядок. В работе исследовано влияние дополнительного осциллирующего воздействия, приложенного к движущемуся инструменту. Полученные результаты могут быть использованы для исследования процессов, протекающих в условиях механоактивируемой диффузии.

На примере алюминиевых сплавов рассмотрено применение проекционных методов многомерного анализа данных к обработке измерений, получаемых при многочастотном вихретоковом контроле. Полученные результаты показали, что предложенный подход позволил разделить влияние различных факторов и тем самым обеспечить надежную классификацию материалов по их физико-механическим характеристикам для задач входного контроля.

Для исследования структуры и динамики полей температуры разного пространственного и временного масштаба был применен метод выделения структур и привлечены средние месячные температуры воздуха 249 станций на территории северной части Евразии за период 1955-2010 гг. Проведена классификация поля средней месячной температуры в годовом ходе. Выделены структуры с большими площадями, внутри которых формируются очаги воздушных масс различного происхождения. Уточные очаги зарождения воздушных масс, однородные поля температуры и переходные контрастные зоны между ними.

Приводится сравнение основных характеристик арктического полярного вихря, полученных по данным GSFC NASA ( средняя скорость зонального ветра на 60 град с.ш., средняя температура в области 60-90 град с.ш.) и методом оконтуривания вихрей с помощью геопотенциала ( средняя скорость ветра по границе вихря, средняя температура внутри вихря), на примере трех крупнейших арктических озоновых аномалий и в среднем за 1979-2021 гг. Средняя скорость ветра по границе вихря согласно методу оконтуривания в среднем в два раза выше средней скорости зонального ветра на 60 град с.ш. и составляет в январе 37,3+- 5,6 и 58,9 +- 13,1 м/с на уровнях 50 и 10 гПа соответственно. Средняя температура внутри вихря, согласно методу оконтуривания, в целом на 5 град.С ниже средней температуры в области 60-90 град. с.ш. в нижней стратосфере. Полученные количественные характеристики расширяют представление о динамике арктического полярного вихря в нижней стратосфере.

Пространственная разнонаправленность климатических изменений обусловливает необходимость создания прогнозных моделей состояния растительного покрова. Предлагаемое нами решение для пространственного моделирования биопродуктивности природных экосистем создает основу для дальнейшей количественной оценки потенциального поглощения СО2, что в настоящее время считается одной из наиболее актуальных экологических задач. В предлагаемой работе с помощью методов геоанализа условий произрастания отработана оригинальная технология моделирования потенциального распространения биоценозов и их продуктивности, отражающая внутренний аттрактор развития биоценозов под влиянием локальных гидролого-климатических условий их произрастания. Методика реализована для территории юго-востока Западной Сибири в рамках общедоступной ГИС Saga на основе цифровой модели рельефа и данных климатического реанализа WoldClim 2.0. Для прогноза данных на период третьего десятилетия ХХI в. использовался региональный климатический прогноз В.В. Паромонова на основе адаптивной модели-метола экспоненциального сглаживания. Верификация результатов моделирования выполнялась на основе базы данных "Продуктивность экосистем Северной Евразии ". В результате получены пространственнораспределенные данные в виде растров с высоким пространственным разрешением для среднемноголетней потенциальной биопродуктивности по данным реанализа за 1970-2000 гг. и спрогнозированным данным на период 2021-2030 гг. Выявлена как положительная, так и отрицательная тенденция потенциальной биопродуктивности для различных природных зон юго-востока Западной Сибири, обусловленная пространственной разнонапрвленностью изменения теплоэнергетических ресурсов и атмосферных осадков по территории. В целом наблюдаемое потепление на достаточно дренированных территориях способствует увеличению биологической продуктивности агро- и биоценозов, а на переувлажненных - к ее уменьшению.

Работа посвящена исследованию структурно-фазового состояния и механических характеристик сварных соединений высокопрочной стали ВКС-12, подвергнутых поверхностному пластическому деформированию путем ударного ультразвукового воздействия. Показано, что в приповерхностном слое материала толщиной до 40 мкм при этом протекают процессы фрагментации кристаллов и образования субзеренной структуры с большеугловой разориентацией субзерен. Установлена связь наноструктурирования поверхностного слоя материала шва и зоны термического влияния с повышением сопротивления усталостному разрушению сварных соединений.

Предложена математическая модель импульсной электронно-лучевой обработки гетерогенного материала с позиции механики гетерогенных сред. Каждая фаза (частицы и матрица) характеризуется своей концентрацией диффундирующего углерода и температурой. Учитываются процессы переноса тепла и массы в частицах и матрице и обменные процессы между фазами. Проиллюстрировано влияние внешнего теплового потока на поля температуры и концентрации диффундирующего углерода.

В работе на основе математической модели нестационарного многомерного процесса теплопереноса и металлографических исследований рассмотрены особенности термических условий формирования структуры и свойств стали 45 при электронно-лучевом воздействии. Проведены численные расчеты температурных полей и средних скоростей охлаждения в зоне оплавления и в зоне термического влияния. Показано, что температурно-временные условия нагрева и охлаждения материала, зависящие от плотности мощности электронного луча, определяют характер протекающих структурных превращений.

Методами оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии исследована перлито-ферритная сталь 60. Обнаружено, что в процессе воздействия ультразвуковой финишной обработки в приповерхностном слое толщиной 2...3 мкм образуется нанокристаллическая структура. В результате структурно-фазовых изменений и внесенных сжимающих напряжений микротвердость приповерхностного слоя стали возрастает.

Рассмотрено влияние механической обработки на сложные системы, содержащие твердую фазу и компоненты попутного нефтяного газа. Процесс осуществляется в планетарных шаровых мельницах при ускорении мелющих тел (стальных шаров) до 600 м/с2. Интенсивное механическое воздействие на материал шаров и стенок мельницы приводит к образованию активных центров, инициирующих реакции превращения компонентов газовой фазы. Показана возможность получения водорода и метана из углеводородных газов путем их механохимически инициированной деструкции. Проведение процесса в присутствии твердой фазы кристаллического кварца, активно генерирующей активные центры радикальной природы при механической обработке, повышает степень превращения исходных компонентов.

Изучено влияние вибрационного воздействия на реологические свойства высокоструктурированных нефтяных дисперсных систем. Максимальное снижение значений реологических характеристик высокопарафинистой высокосмолистых нефтей было получено при 20 мин, а мазута - при 5 мин виброобработки. Отмечено, что вибровоздействие оказывается наиболее эффективным для нефтей с повышенным содержанием парафинов. Показано, что магнитная обработка способствует снижению температуры застывания нефти.

Представлено описание автоматизированного лазерного комплекса с квантовым генератором мощностью 8 кВт, качество пучка которого не хуже, чем у одномодового лазера. Показана возможность использования такого комплекса в заготовительном производстве для резки листовых углеродистых и нержавеющих сталей. Контроль качества материала заготовок показал, что его свойства соответствуют стандартам.

Исследована структура и проведено испытание механических свойств магниевого сплава АМ60, подвергнутого ротационной ковке и последующему равно-канальному угловому прессованию (РКУП) при 350С. Установлено. что РКУП после ротационной ковки мало влияет на достигнутые механические свойства сплава, несмотря на то, что структура его из субзеренной превращается в зеренную. Кроме того, РКУП при указанной температуре инициирует интенсивное выделение частиц второй фазы и их коагуляцию.

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.

Изучены изменения в составе органической составляющей битумонасыщенного песчаника, возникающие при его механической обработке на установке АГО-2 в среде аргона и водорода. Показано, что при механической обработке в среде аргона снижается выход битумоида (органической составляющей), уменьшается содержание асфальтенов, масел, насыщенных углеводородов и триаренов, резко возрастает доля смол. При обработке песчаника в среде водорода существенных изменений вещественного состава битумоида по сравнению с исходным образцом не происходит, однако в групповом углеводородном составе этого битумоида содержание насыщенных, би- и триароматических углеводородов значительно меньше по сравнению с таковым для битумоида исходного песчаника.

Показано, что для ультрадисперсной порошковой системы на основе ZrO2, подвергаемой механической обработке, существует критическое состояние, с достижением которого происходит ее разделение на две подсистемы, отличающиеся по размерам частиц на несколько порядков.

Приводятся результаты по исследованию влияния ультразвуковой обработки на рельеф, микроструктуру и фазовое состояние поверхности никелида титана. Показано, что ультразвуковое воздействие приводит к сильному упрочнению поверхностного слоя, его нанофрагентации и к изменению фазового состава.

Теоретически и экспериментально изучен характер структурно-фазовых превращений в поверхностном слое инструментальной металлокерамики "карбид титана-никель-хромовая связка" при электронном облучении. Математически проанализировано термическое влияние электронного облучения на структуру приповерхностного слоя композиционного материала дисперсного строения, проведены количественные оценки глубины зоны структурно-фазовых превращений. Экспериментально исследованы микроструктура и концентрационный профиль распределения титана в металлическом связующем после импульсного электронного облучения.

В работе обсуждаются возможности использования методов теории оптимального управления в области термической обработки материалов и их поверхностей. Для анализа физико-математических моделей технологических процессов, учитывающих разнообразные физико-химические процессы и потому являющихся многопараметрическими, предлагается подход, основанный на сочетании анализа размерностей и теории управления для динамических систем с распределенными параметрами. В качестве примера проанализирована модель термической обработки плоского слоя материала с использованием ТВЧ-нагрева.

Исследовано влияние ультразвукового ударного воздействия на изменение структуры и свойства перлита в поверхностном слое цементированной стали. Показано, что в результате пластической деформации происходит перераспределение углерода с образованием новых фаз.

Предложена математическая модель неизотермической диффузии азота в поверхностном слое металлокерамического сплава на основе карбида титана с Ni-Cr связующим за время действия одиночного импульса облучения мощным электронным пучком. Показано, что в результате такой обработки образуется диффузионная зона с концентрацией азота 1,5-2,0 ат.%.

На основании количественных расчетов температурных полей в интерметаллическом соединении Ni3Al при импульсной электронно-пучковой обработке определены параметры облучения, обеспечивающие нагрев поверхностного слоя на глубину до 50 мкм до температур, превышающих температуру плавления. Показано, что при определенных режимах импульсного электронного облучения в условиях направленной кристаллизации происходит формирование субмикро- и нанокристаллической структуры поверхностного слоя. Продемонстрирована возможность контролируемого изменения фазового состава поверхностного слоя интерметаллида методом электронно-пучковой обработки.

Предложен способ увеличения ресурса при усталостном нагружении за счет обработки мощными импульсами электрического тока. Показано, что подобная обработка способствует восстановлению усталостной прочности. Проанализированы причины указанного возрастания долговечности на примере образцов из углеродистой стали.

Изучено изменение состава и свойства водорастворимых компонентов торфа при механохимической обработке. Установлено, что механохимическая обработка влияет на состав, количественное содержание и биологическую активность водорастворимых компонентов торфа. Механохимическая обработка верхового торфа с целловиридином и щелочью приводит к увеличению выхода водорастворимых кислородсодержащих соединений, в том числе гуминовых кислот. Минеральный состав торфа после обработки практически не изменяется. Показано, что водорастворимые компоненты, полученные механохимическим методом, стимулируют прорастание семян и развитие проростков пшеницы на ранних стадиях вегетации.

Изучено влияние электрохимической обработки с помощью переменного асимметричного тока на физико-химические свойства тяжелой высокосмолистой нефти. Предположено, что при электродиализе в переменном асимметричном токе происходит разрушение связи органической матрицы нефтяных компонентов, агломерация смол и асфальтенов с образованием крупных ассоциативных комплексов, выпадающих в осадок. В жидкой фазе снижается количество соединений ванадия и никеля. Изменение соотношения компонентов дисперсионной среды и дисперсной фазы приводит к изменению структурно-реологических свойств нефти.

Исследовано влияние магнитной обработки на антиоксидантные и парамагнитные свойства северо-покурской нефти и выделенных из нее смолисто-асфальтеновых компонентов. Показано, что после магнитной обработки в нефти и нейтральных смолах количество антиоксидантов и парамагнитных центров снижается. Отмечена высокая стабильность в магнитном поле фракции кислых смол: антиоксидантные и парамагнитные характеристики фракции после магнитной обработки изменяются незначительно. Через 4 часа наблюдается частичное восстановление исходных параметров нефти и смолисто-асфальтеновых компонентов.

Исследованы изменения в составе липидов разных видов торфов и их антиоксидантные свойства после механохимической обработки. Показано, что механическое воздействие на торф приводит к увеличению общего количества антиоксидантных групп с различной реакционной способностью, что связано с изменением структуры липидов. Процесс хранения липидов также усиливает их антиоксидантные свойства за счет образования новых ассоциативных центров ингибирования.

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.

Проведен совместный крекинг механообработанного бурого угля и мазута, изучен состав полученных продуктов. Установлено, что механообработка угля позволяет увеличить выход жидких продуктов пиролиза и улучшить их качество.

Исследованы среднеуглеродистые стали после фрикционной обработки методом трения с перемешиванием с использованием двух типоразмеров твердосплавного инструмента. Показана перспективность использования инструмента малого диаметра для формирования мелкозернистой структуры стали. Дано объяснение причин формирования слоистой структуры. Приведены результаты испытаний на износостойкость стали с фрикционно-обработанной структурой.

Показано влияние механоактивации бурого и окисленного углей в присутстви щелочного реагента и абразивного материала в различных концентрациях. Проведены твердофазные механохимические реакции взаимодействия гуминовых кислот с солями тяжелых металлов. Выявлены особенности структурных преобразований гуминовых кислот в процессе механоактивации.

Изучены механохимические превращения высокомолекулярных компонентов нефти в присутствии кварца. Установлено, что деструкция углеводороров нефти при механообработке в присутствии кварца сопровождается образованием газообразных углеводородов. При механической обработке в присутствии кварца содержание асфальтенов в нефти месторождения Зуунбаян снижается, в нефти месторождения Столбовое - увеличивается. Механообработка в присутствии кварца приводит либо к снижению содержания твердых парафинов (нефть месторождения Столбовое), либо увеличению их содержания (нефть месторождения Зуунбаян). При механообработке нефти в присутствии кварца происходит накопление на частицах твердой фазы труднорастворимого органического вещества, состоящего преимущественно из гетероатомных соединений. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологических схем механохимической обработки нефтей.

Проведено исследование локализации пластической деформации и эволюции напряженно-деформированного состояния в образцах технического титана, поверхностно модифицированных ультразвуковой обработкой. Задача мезомеханики в постановке плоской деформации решалась численно методом конечных разностей. Структура и механические свойства композиции задавались в расчетах в соответствии с экспериментами по измерению микротвердости, механическими испытаниями на растяжение и металлографическими исследованиями. Установлены зависимости характеристик локализации пластического течения от геометрии и механических свойств поверхностных слоев, полученных ультразвуковой обработкой.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование поведения незамкнутых наноструктур, полученных самосворачиванием двухслойных наноразмерных пленок Ni-Cu с различной композицией внутренней структуры. В процессе самосворачивания наноразмерных пленок в отсутствие внешних воздействий ее края совершают слабозатухающие гармонические колебания. Установлены особенности влияния внутренней структуры исходной пленки на характеристики колебаний. Показано, что, меняя композицию слоев исходной пленки или насыщая ее дефектами структуры, можно целенаправленно менять амплитуду или частоту колебаний, либо обе эти характеристики одновременно. Изменение композиции слоев производится таким образом, что геометрические размеры моделируемой наноструктуры остаются практически неизменными. Полученные закономерности представляют интерес для исследования и разработок комплектующих узлов наноустройств различного типа и назначения.

В работе исследуется поведение незамкнутых наноструктур в процессе их формирования из двухслойных наноразмерных пленок системы Ni-Cu с кристаллической структурой. Исследования проведены на основе метода молекулярной динамики с использованием многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия. Показано, что края незамкнутой наноструктуры, полученной из двухслойной металлической пленки, могут совершать свободные гармонические колебания. Исследована зависимость амплитуды колебаний наноструктуры от размеров исходной пленки. Определены оптимальные геометрические параметры исходной пленки для получения незамкнутых наноструктур, колеблющихся ч максимальной амплитудой. Полученные результаты представляют интерес для разработки компонентов наноустройств различного функционального назначения.

Представлен новый подход к моделированию поведения гетерогенных сред, в котором исследуемый объект представляется состоящим из областей двух типов, описываемых в рамках дискретного и континуального подходов соответственно. данный подход является перспективным для решения задач численного исследования поведения сложных сред с сильными различиями физико-математических свойств. Возможности такого подхода исследованы на примере задач о распространении упругих волн. Дискретная часть среды моделировалась методом подвижных клеточных автоматов, континуальная - конечно-разностным методом решения системы уравнений механики сплошной среды. результаты расчетов показали, что предложенный подход позволяет адекватно описывать распространение упругих волн в сложных средах, а на границе их совмещения не происходит каких-либо нефизичных искажений.

В работе представлен новый подход к моделированию поведения материалов, в котором исследуемый объект представляется состоящим из областей двух типов, описываемых в рамках дискретного и континуального подходов. Дискретные области среды моделируются методом подвижных клеточных автоматов, континуальные — конечно-разностным методом. Результаты расчетов показали возможность и перспективность применения предложенного подхода для решения задач, связанных с изучением процессов деформации и разрушения в области контактного взаимодействия, а также поведения твердых тел в зонах больших деформаций.??.

Показана возможность моделирования синтеза нанообъектов на основе метода молекулярной динамики. Для описания межатомного взаимодействия использован метод погруженного атома. Исходным материалом для получения наноструктур являлась бислойная наноразмерная кристаллическая пленка, один слой которой был составлен из атомов меди, а другой из атомов алюминия. Исследован процесс синтеза нанотрубок в зависимости от толщины слоев и длины пленки. Изучены механическая устойчивость нанотрубок, их отклик на ударные воздействия, а также поведение полученных нанообъектов при повышении температуры вплоть до плавления. Предложена принципиальная схема конструирования и использования полученных нанообъектов в качестве компонентов интеллектуальных наноустройств, преобразующих тепловую энергию в механическую.??.

Количественный анализ параметров зернограничных ансамблей твердых растворов Cu—Al и Cu—Mn проведен методами оптической металлографии и растровой электронной микроскопии с применением дифракции обратно рассеянных электронов. Обоими методами установлено, что с уменьшением энергии дефекта упаковки в твердых растворах замещения увеличиваются как доля всех специальных границ в зернограничном ансамбле так и доля двойниковых границ сигма3 в спектре специальных границ.

Труды посвящены различным аспектам сварки трудносвариваемых материалов: свариваемости, технологиям, конструированию, эксплуатации и контролю качества получаемых соединений. Материалы сборника могут быть использованы как работниками НИИ КБ, так и производственных подразделений, занимающихся применением сварных узлов разнородных металлов.

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.

Предложена физико-математическая модель, разработан программный комплекс и проведено детальное численное исследование процессов при импульсной электронно-пучковой обработке покрытий различной толщины из металлокерамического сплава TiC-(Ni-Cr) в широком диапазоне плотностей мощности, времени воздействия и частоты следования импульсов. Результаты работы могут представлять интерес для понимания процессов, происходящих при поверхностной обработке покрытий и материалов высококонцентрированными потоками энергии.

Представлены результаты цикла исследований, связанных с изучением влияния на коррозионные свойства и биосовместимость никелида титана in vivo, наличия тонких безникелевых барьерных слоев, сформированных на его поверхности с использованием ионно- и электронно-лучевых воздействий. Элементом легирования выбран титан. Показано, что для достижения положительного эффекта особое значение имеет специальная подготовка поверхностного слоя материала подложки. В случае предварительной электронно-лучевой обработки подложки барьерный слой, сформированный ионно-лучевым воздействием ионами Ti, более однороден п составу и почти не содержит никеля по всей своей глубине. Это приводит к понижению концентрации никеля в биопробах почти в два раза, что повышает биосовместимость имплантатов с модифицированной поверхностью. Обнаружено, что гистопатологические особенности "протеино-подобной" (ПП)- и "коллагено-подобной" (КП)-пленок прямо коррелируют с физико-химическими и морфологическими свойствами поверхностей имплантатов из никелида титана. На основе полученных результатов сделаны рекомендации использования обработок ионными и электронными пучками как финишные обработки поверхностей имплантатов для медицины.

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.

Предложена микроплазменная очистка поверхности стальных деталей от механических и биологических загрязнений в растворах электролитов. Установлено, что многократная обработка стали в микродуговом режиме при напряжениях до 600 В, частоте следования импульсов 50-300 Гц и длительности импульсов 50-400 мкс не приводит к изменению ее структуры, физико-механических характеристик и питтинговому разрушению поверхности.

Показано, что в поверхностном слое цементированной стали 15Н3МА после обработки импульсным низкоэнергетическим электронным пучком формируется сложное структурно-фазовое состояние, которое характеризуется наличием феррита, аустенита и цементита. Образование мартенсита зависит от длительности импульсов и их количества. Ультразвуковая ударная обработка цементированной стали, предшествующая электронной, кардинально изменяет фазовый состав поверхностного слоя, в котором остается лишь феррит.??.

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.

Исследована возможность получения термически стабильных наноструктурных поверхностных слоев в стали ЭК-181 (16Х12В2ФТаР) за счет ультразвуковой обработки и ионно-плазменного азотирования. Показано, что сочетание ультразвуковой обработки и азотирования не позволяет создать нанокристаллическую структуру а-фазы в поверхностных слоях стали ЭК-181. Изменение механических характеристик определяется составом и объемной долей нитридных фаз.

С помощью оптической и электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследована структура и фазовый состав плазменно-напыленного покрытия на основе железа. Обнаружено изменение структуры и фазового состава при обработке покрытия высокоэнергетическими методами: ультразвуком, электронным лучом.

Рассмотрены особенности абразивного изнашивания и обобщены результаты относительной износостойкости стали 45, упрочненной термической и химико-термической обработкой.

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.

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 оптической и электронной просвечивающей микроскопии, рентгеноструктурного анализа, наноиндентирования, определения величины износа, механических испытаний на одноосное растяжение изучено влияние ультразвуковой ударной поверхностной обработки на тонкую структуру и механические характеристики поверхностных слоев и деформационное поведение объемных образцов монокристалла TiNi(Fe, Мо).

Исследовано влияния ультразвуковой, термической и комбинированной обработок на структуру и механические свойства теплостойкой стали 12Х1МФ. Выявлено, что ультразвуковая обработка приводит к повышению микротвёрдости в поверхностном слое, а также возрастанию предела прочности и усталостной долговечности. Термическая обработка (закалка) приводит к существенному изменению структуры по всему сечению, что сопровождается двукратным повышением предела прочности и значительным повышением усталостной долговечности. Последовательная термическая и ультразвуковая обработка приводит к формированию упрочнённого поверхностного слоя и дальнейшему кратному повышению усталостной долговечности.

Исследовано влияние импульсного процесса сварки на структуру и механические свойства сварных соединений труб большого диаметра (1020 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 усталостной прочности металла зоны термического влияния на 40 % и сварного шва на 70 %.

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%.

Рассмотрен один из важнейших аспектов повышения надежности и ресурса сварных металлоконструкций: магистральных трубопроводов, сосудов, работающих под давлением, мостовых конструкций, при их эксплуатации в климатических условиях Сибири и Крайнего Севера. Концепция управления технологическими параметрами сварочного процесса, используемая в адаптивных импульсно-дуговых методах, в значительной мере позволяет решать поставленные задачи. Разработаны и отработаны технологии и оборудование, позволяющие реализовать преимущества импульсно-дуговой сварки.

В работе построена математическая модель процесса осаждения покрытия. Проведено численное исследование влияния технологических параметров (скорость ионов, концентрация химических компонентов плазмы у подложки и т.д.) на среднеинтегральные концентрации элементов и химических соединений в покрытии.

В монографии впервые обобщаются результаты исследования модификации поверхностных слоев металлических материалов, основанной на импульсном плавлении с помощью широкоапертурных (до 80 см2) низкоэнергетических (10-40 кэВ) сильноточных (до 30 кА) электронных пучков (НСЭП) микросекундной (0,7-5 мкс) длительности. Изложены все практически важные аспекты; получение интенсивных импульсных электронных пучков в вакуумных и плазмонаполненных диодах; тепловые и термомеханические процессы при воздействии НСЭП на металлические материалы; закономерности модификации поверхностных слоев меди, железа, титана, ряда легированных сталей и легких сплавов; закономерности формирования поверхностных сплавов; проблема кратерообразования на облучаемой поверхности и методы её решения; применение НСЭП-обработки для улучшения поверхностно-чувствительных свойств биомедицинских, электрофизических и промышленных материалов и изделий. Для специалистов в области модификации материалов импульсными потоками энергии.

Изучено явление макролокализации деформации для широкого круга материалов (стали, сплавы, чистые металлы, керамика) с различной кристаллической структурой. С помощью акустического комплекса были получены координаты источников сигналов акустической эмиссии. Методом эволюционного распределения полей координат показано, что на всех стадиях пластической деформации наблюдается периодичность координат источников сигналов акустической эмиссии. Измерены скорости перемещения полос макролокализации для некоторых видов сталей. Предложенный метод позволяет экспериментально исследовать кинетику процессов локализации непосредственно в процессе деформации.

В работе анализируются последовательности дефектов различной природы, возникающие в процессе деформации. Традиционно дефект рассматривается только как источник внутренних напряжений, поэтому процесс деформирования описывается фазовой кривой в пространстве двух измерений напряжение – деформация. Необходимо учесть, что дефект как локальная неоднородность обладает собственной энергией. Учет собственной энергии дефектов приводит к увеличению размерности фазового пространства, поскольку необходимо вводить параметры, характеризующие возникающие в процессе деформации дефектные структуры. Анализ потенциальной энергии деформируемой системы позволяет прояснить причину возникновения дефектов различной природы и ввести понятие деформационных уровней в фазовом пространстве. В этом случае в фазовом пространстве можно выделить деформационные уровни, вдоль которых при эволюции природа и количество параметров деформируемой системы не изменяются. Таким образом, переход деформируемой системы с одного деформационного уровня на другой связан с их качественными и количественными изменениями. В рамках развиваемых представлений процесс деформирования от упругости до разрушения описывается кривой в фазовом пространстве, размерность которого определится, помимо параметров напряжение – деформация, еще и параметрами возникающих в ходе деформации дефектных структур. Стандартная кривая напряжение – деформация является проекцией пространственной кривой фазового пространства на плоскость напряжение – деформация.

Сформулирован задача об устойчивости фронта превращения в вязкоупругой среде. Исследование устойчивости проведено методом малых возмущений. Найдены нелинейные уравнения для декрементов затухания и комплексной частоты. Проанализированы различные частные случаи. Показано существенное влияние времени релаксации вязких напряжений на верхний и нижний пределы устойчивого горения, как для низкоскоростного, так и для высокоскоростного режимов.

Изучены особенности поведения атомной системы в процессе самосворачивания двухслойных кристаллических пленок, имеющих наноразмеры по толщине. Расчеты проводились на основе метода молекулярной динамики для системы «медь – никель». Межатомное взаимодействие описывалось в рамках метода погруженного атома. Показано, что при самосворачивании в двухслойной кристаллической пленке генерируются вихреобразные упругие смещения атомных групп около ее свободных краев. Генерация таких атомных смещений обусловлена неоднородностью распределения напряжений в пленке, связанной с границей раздела кристаллических слоев из разных химических элементов и с близостью свободных поверхностей на краях моделируемой структуры. Вихревые атомные смещения являются динамическими дефектами. Их генерация является аккомодационным механизмом установления однородного распределения напряжений. В отсутствие сил внешнего сопротивления процесс самосворачивания может представлять слабозатухающие механические колебания краев пленки.

Методом молекулярной динамики изучены кинематические характеристики незамкнутых наноструктур, сформированных из двухслойных наноразмерных кристаллических пленок на примере системы Ni–Cu. Межатомное взаимодействие описывалось в рамках метода погруженного атома. Показано, что при отделении от подложки исходная пленка совершает слабозатухающие колебания, амплитуда которых зависит от величины запасенной упругой энергии, определяемой степенью несоответствия параметров решеток в кристаллических слоях. Собственные частоты колебаний сформированных незамкнутых наноструктур определяются геометрическими размерами и кристаллографической ориентацией исходной пленки. Проанализировано влияние кристаллографической ориентации исходной пленки на параметры колебаний незамкнутых наноструктур. Полученные закономерности представляют интерес при конструировании компонентов наноустройств различного функционального назначения.

На основе дискретно-континуального подхода рассмотрена модель механического взаимодействия в пятне контакта при трении скольжения. Проанализирован частотный спектр возникающих упругих волн, показано наличие частот, зависящих от шероховатости профиля взаимодействующих поверхностей. Анализ, выполненный с помощью Фурье- и вейвлет-преобразований, позволит выявить сложную структуру возникающих при трении упругих волн. Сделан вывод о том. что закономерности процесса изнашивания могут быть изучены на основе анализа соответствующих акустических спектров.

Исследована возможность генерации дефектов структуры в материалах с идеальной кристаллической решеткой в широком температурном интервале при динамическом нагружении. Расчеты проводились в рамках метода молекулярной динамики с применением многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия, полученных в приближении метода погруженного атома. Показано, что тепловые флуктуации могут приводить к скачкообразному зарождению дефектов в материалах с идеальной структурой при высокоскоростной деформации. Исследованы особенности зарождения дефектов структуры в зависимости от температуры для различных условий нагружения.

Исследуется начальная стадия инициации процесса локализации атомных смещений в приповерхностной области на основе анализа особенностей перераспределения избыточного объема. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики. Показано, что избыточный объем концентрируется в тех областях, где в дальнейшем наблюдаются структурные изменения. При этом выявлено, что превышение избыточного объема для этих областей может достигать 5% по сравнению с удельным объемом, приходящимся на атомы, находящиеся вне зоны локализации смещений. Полученные результаты позволяют с новых позиций рассматривать роль избыточного объема в вопросах зарождения и развития пластической деформации на атомном уровне.