В работе представлены результаты исследования микроструктуры, механических свойств и фазового состава низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe-1,12Mn-0,08V-0,07Ti-0,1C) до и после равноканального углового прессования. Установлено, что равноканальное угловое прессование стали 10Г2ФТ в двух исходных состояниях: феррито-перлитном и мартенситном, приводит к формированию преимущественно субмикрокристаллической структуры со средним размером структурных элементов 0,3 мкм, вызывает рост прочностных свойств и частичное растворение карбидов.

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%.

The paper studies the mechanical properties and configuration of plastic zones in notched high-strength structural steel under tension. Quantitative analysis of the plastic zones is made by constructing strain intensity distribution patterns with the use of the television-optical measuring complex TOMSC. Fracture associated with plastic flow is analyzed by comparing fractographs and distributions of strain characteristics. It is found that the fracture originates in a region with maximum strain intensity. It is shown that the mechanisms of plastic flow in high-strength steel specimens with P 1.58 and P 4.65, where P is the index of initial stress stiffness, differ considerably. It is demonstrated that the high-strength steel specimens are fractured by quasibrittle mechanisms; however, ductile micromechanisms through pore nucleation and growth remain operative at all stages of fracture.

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

Изучено влияние исходной структуры быстрорежущей стали Р6М5 на характер формирования зерна в процессе закалки и термоциклирования.

Исследованы закономерности абразивного изнашивания высоколегированных сталей и диффузионных покрытий. Показано влияние структуры и свойств поверхности на механизмы изнашивания и особенности разрушения материала.

С помощью трехмерного бесконтактного профилометра Micro Measure 3D Station исследован микрорельеф поверхности углеродистой стали после у.з. финишной обработки. Рассмотрено влияние на микрорельеф получаемой поверхности исходных параметров поверхности. Описаны особенности формирования микрорельефа в режиме упрочняющей и отделочно-упрочняющей обработки. Для устранения перенаклепа поверхностного слоя предложено вводить в зону обработки геоактивирующий материал.

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.

Проведено сравнение возможностей оптической и атомно-силовой микроскопии при исследовании микроструктуры сталей. Методами оптической и атомно-силовой микроскопии получены изображения структуры перлитной и ферритной сталей. Показаны возможности и преимущества метода атомно-силовой микроскопии для исследования структуры сталей по сравнению с традиционно используемыми оптическими методами.

Изучены теплофизические свойства (удельная теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность, термический коэффициент линейного расширения, плотность) и структурно-фазовые превращения при нагреве и охлаждении 12%-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 (RUSFER-EK-181) и ЧС-139 в интервале температур от 20 до 1100°С. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии определены температуры начала и конца (альфа — гамма)- и (гамма — альфа)-превращений в этих сталях и температура Кюри. В области (альфа — гамма)-превращения наблюдаются пики на кривых температурной зависимости удельной теплоемкости, скачкообразное изменение температурного коэффициента линейного расширения и плотности, минимум температуропроводности. Пики удельной теплоемкости, минимумы теплопроводности и перегибы на кривых температуропроводности наблюдаются также в окрестности точки Кюри.

Представлены результаты структурных исследований и механических испытаний образцов 12%-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 (RUSFER-EK-181, малоактивируемая) и ЧС-139 после длительного (13500h) старения при температурах 450 и 620°С. Высокая термическая стабильность микроструктуры этих сталей при старении обеспечивает сохранение их исходных кратковременных механических свойств при исследованных температурах.

Методами электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследована азотистая сталь 07Х17АГ18 с аустенитной структурой после поверхностной деформационной обработки — ультразвуковой ковки (УЗК). В процессе УЗК аустенитная структура трансформируется в новую, содержащую повышенную концентрацию деформационных дефектов упаковки, множество деформационных микродвойников, кристаллы эпсилон-мартенсита. В поверхностном слое отмечено уменьшение параметра решетки аустенита. Азотистая сталь после УЗК обладает повышенными прочностными свойствами при сохранении высокой пластичности.

Исследована эволюция очагов локализации пластической деформации трехслойного металлического материала на основе соединения конструкционной углеродистой стали и нержавеющей хромоникелевой стали. Методом корреляции цифровых спекл-изображений получены картины локализации пластической деформации в процессе одноосного растяжения. Проведен анализ стадийности кривых пластического течения и определены количественные параметры распределений локальных деформаций.

Представлены результаты экспериментальных исследований локализации пластической деформации при одноосном растяжении образцов стали 40X13 в исходном состоянии и после электролитического насыщения водородом в электрохимической ячейке в течение 6 ч. Методом двухэкспозиционной спекл-фотографии получены эволюционные картины распределения очагов локализации макродеформации, которые на стадии линейного упрочнения реализуются в виде автоволн локализованной пластичности. Проведен сравнительный анализ характерных автоволновых параметров до и после наводороживания.

Исследовали влияние многоходовой прокатки, комбинированной с обратимым легированием водородом на структуру, фазовый состав и механические свойства метастабильной аустенитной стали 08X18Н9Т. Пластическая деформация приводит к фрагментации структуры и фазовым превращениям, что сопровождается повышением прочностных и снижением пластических свойств стали по сравнению с исходным состоянием. Легирование водородом вызывает увеличение объемной доли альфа'-фазы в структуре стали 08X18Н9Т при прокатке, способствует росту пластичности, но слабо влияет на прочностные свойства по сравнению с состоянием после прокатки без наводороживания.

Исследовались механические свойства и механизм разрушения аустенитной нержавеющей стали 01X17H13M3 после термомеханической обработки по разным режимам и последующего низкотемпературного ионного азотирования. Независимо от исходной термообработки стали и режима насыщения азотом, ионное азотирование слабо влияет на стадийность пластического течения и скорость деформационного упрочнения, способствует поверхностному упрочнению и снижает пластические свойства стали, что обусловлено образованием хрупкого поверхностного слоя на образцах. Формирование высокодефектной зеренно-субзеренной структуры с высокой плотностью дислокаций способствует формированию более толстого упрочненного слоя и упрочнению образцов стали при ионном азотировании по сравнению с мелко- и крупнокристаллическими образцами.

Исследованы особенности структуры, механические и триботехнические свойства аустенитной азотистой стали (Cr16.5, Mn18.8, С0.07, N0.53, Si0.52 маc. %, ост. Fe) после фрикционной обработки. Показано, что наряду с двойникованием азотистый аустенит при фрикционной обработке испытывает превращение гамма — ДУ — эпсилон. Упрочнение стали фрикционной обработкой проявляется в задержке начала пластического течения. В структуре поверхностного слоя толщиной 5 мкм отмечена высокая концентрация дефектов упаковки. Механические свойства зависят от ориентации действующих напряжений по отношению к направлению фрикционной обработки. При трении скольжения шарика из твердого сплава (94%WC + 6%Со) по упрочненной поверхности наблюдается аномально низкий коэффициент трения 0.13. В присутствии абразивных частиц в виде продуктов изнашивания коэффициент трения повышается до 0.50, однако интенсивность изнашивания почти в 2 раза меньше в сравнении с аналогичным показателем для не упрочненной поверхности азотистой стали, испытанной в тех же условиях.

В учебно-справочном руководстве изложены основы материаловедения машиностроительных материалов: металлов, полимеров, керамики, древесины и композитов на их основе. Приведены сведения о физико-химических процессах формирования структуры материалов при различных видах энергетических воздействий. Для всех типов материалов дан анализ взаимосвязи их структуры и свойств. Рассмотрены технико-экономические аспекты выбора материалов для различных узлов машин и механизмов. В издании впервые изложена ведущая тенденция современного материаловедения: эволюция материалов от обычных к многофункциональным, далее к активным. а затем к "умным", уделено внимание специальным материалам с особыми физическими свойствами (магнитные, высокоомные материалы, сверхпроводники, сплавы с "эффектом памяти" и др.), а также методам инженерии поверхности и высокоэнергетическим технологиям модифицирования поверхностных слоев машиностроительных изделий, высокоскоростной кристаллизации материалов, нанесению покрытий и др. Для студентов машиностроительных и технологических специальностей. Книга будет полезна магистрантам и аспирантам, а также слушателям системы послевузовской подготовки, конструкторам и технологам промышленных предприятий.

Приведены новые прогрессивные и перспективные конструкции режущих инструментов различных типов и технологические процессы их изготовления. Даны рекомендации по дроблению стружки при работе на токарных станках и области применения инструментальных материалов. Режимы резания по каждому виду обработки изложены в виде матричных таблиц для каждой группы обрабатываемых материалов и поправочных коэффициентов на скорость резания и подачу для различных условий обработки. Такое изложение режимов резания позволяет выполнять их расчет на ЭВМ при разработке технологических процессов с использованием САПР. Для инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, научно-исследовательских институтов, отраслевых лабораторий: может быть полезен для студентов втузов.

Определены вольт-амперная характеристика и интенсивность изнашивания скользящих электроконтактов из композитов на основе сталей Г13, а также на основе стали ШХ15, переработанной из шлифовального шлама. Показано, что сталь ШХ15 имеет высокую износостойкость вследствие формирования наноструктур при деформации поверхностных слоев в зоне трения. Установлено, что при скольжении с плотностью тока более 100 А/см2 окисляется поверхность трения контртела из закаленной стали, поэтому сталь не может применяться в качестве контртела.

В настоящей работе была изучена структура и свойства композитов ZrO2-Y2O3-Al2O3, полученного методом разложения растворов солей в плазме ВЧ разряда. Показано, что после спекания при температуре 1350С и давлении 100МПа получается плотный композит в структуре которого наряду с частицами субмикронного размера порядка 0,1-0,3 мкм, присутствуют круглые образования - агломерат, соизмеримые со сферами, наблюдаемыми в исходной смеси. Такой материал имел предел прочности на изгиб порядка 600 МПа, твердость HV=12,6ГПа и вязкость разрушения (К1с=15-19 Мпахм1/2).

Исследована удельная поверхность ультрадисперсных порошков и влияние на нее таких видов предварительной обработки как температура отжига и механическая обработка в шаровой мельнице. Показано, что увеличение содержания окиси алюминия в композиционной смеси ZrO2-Y2O3-Al2O3 приводит к значительному повышению удельной поверхности порошка в исходном состоянии, что обусловлено изменением формы частиц порошка. Последовательные операции отжига и механической обработки отожженных порошков сложным образом влияют на изменение удельной поверхности. Отжиг порошка приводит сначала к увеличению удельной поверхности, обусловленному частичным переходом рентгеноаморфной части материала в нанокристаллическое состояние, а также разрушением частиц "пенообразного" вида, а затем к значительному ее уменьшению, связанному с рекристаллизацией. Механическая обработка в течение первых пяти часов приводит к снижению удельной поверхности всех отожженных порошков, а с дальнейшим увеличением времени механической активации порошков удельная поверхность монотонно возрастает.

Исследованы особенности наноструктурирования поверхности образцов при трении в условиях сдвиговой неустойчивости подповерхностных слоев материала в результате сильной локализации деформации. Показано, что существуют три стадии локализации деформации в подповерхностных слоях. Изучена структура зоны локализации и показано, что деформация сосредоточена в полосах деформации. Формирование нанокристаллической структуры на поверхности в результате сдвиговой неустойчивости рассматривается аналогично формированию полосы локализованного сдвига. Образование нанокристаллической структуры может являться причиной перехода от нормального к адгезионному типу изнашивания в отсутствие механизмов структурной приспосабливаемости.

Представлены результаты измерения нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение. Обнаружено явление восстановления формы поверхности после индентирования, которое сохраняется в течение нескольких дней после испытаний. Высказано предположение о существовании в деформированном материале эффекта, подобного нелинейной упругости.

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда (Г13), образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования материала под поверхностью трения в зависимости от условий испытания - низкой скорости скольжения и малом давлении, значение которого много меньше предела текучести стали Г13. Методами оптической сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследован фазовый состав и дефектная субструктура на поверхности трения. Показано, что вблизи поверхности трения образуется тонкий, сильно деформированный слой нанокристаллического строения, переходящий в слой с поликристаллической структурой, содержащей двойники деформации и дислокации. Нанокристаллическая структура и присутствие оксидов в поверхностном слое и зоне трения свидетельствуют о высокой температуре и больших пластических деформациях, ответственных за формирование данного слоя. Сделано предположение о том, что деформирование материала, наблюдающееся на большой глубине от поверхности, обусловлен генерированием упругих волн при трении.

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда, образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования поверхностного слоя в зависимости от условий испытания — низкая скорость скольжения и малое давление, когда нормальные напряжения на поверхности трения значительно меньше напряжения текучести стали Г13. Методами оптической, сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследована дефектная субструктура в поверхностном слое. Показано, что высокая твердость поверхностного слоя обусловлена сочетанием разномасштабных дефектов. Области металла внутри зерна, разделенные дефектами мезоскопического уровня — плоскостями сдвига и двойниками, характеризуются высокой плотностью дефектов микроскопического уровня — дислокациями и микродвойниками.

Предложена методика оценки параметров упругих волн при моделировании контактного взаимодействия твердых тел. Анализ спектров Фурье зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений позволил выявить частоты, характерные как для численной модели и геометрии задачи, так и непосредственно для процессов, протекающих в области контакта при трении.

Исследовано изменение структурно-фазового состояния и распределения элементов в поверхностном слое стали 38ХН3МФА при имплантации пучками ионов Al + B, а также изменение износостойкости и твердости при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА – полиамид ПА-66». Обнаружено повышение трибомеханических свойств стали при модификации поверхностного слоя композиционным ионным пучком, которое связывается с изменением структурно-фазового состояния этого слоя.

Определены вольт-амперная характеристика и линейная интенсивность изнашивания модельных спеченных композитов на основе стали в условиях сухого скользящего электрического контакта со стальным контртелом. Установлено, что композит на основе переработанной подшипниковой стали имеет высокие электропроводность и износостойкость при плотности тока выше 200 А/см2. Рассмотрено предположение, что этот эффект является следствием ультрадисперсной структуры этой стали, позволяющей формировать вторичные структуры с высокой пластичностью.

На примере сплава Al+10%Al2O3 при растяжении с использованием оптико-телевизионной системы TOMSC исследовано влияние искусственных концентраторов напряжений на локализацию деформации в сплавах с хорошо выраженным эффектом Портевена - Ле Шателье. Установлено, сто малое число нарезов (1 - 3) обусловливает пластическую деформацию в небольшом объеме материала; дальнейшее увеличение числа надрезов приводит к повышению напряжения течения и пластичности образца.

Процесс изнашивания рассматривается как стохастический процесс, протекающий в поверхностных слоях контактирующих тел и включающий выкрашивание микрочастиц, их стохастический транспорт, а также процессы наносварки. Результаты исследования позволяют идентифицировать параметры макроскопической модели на основе моделирования процессов на наноуровне и тем самым осуществить переход от нано- к макроуровню.

Упругие волны, генерируемые при контактном взаимодействии, рассматриваются как источник информации о процессе деформации и разрушения в зоне контакта. Развита методика численного анализа упругих волн на основе обработки зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений, регистрируемых в определенной точке тела. Показано, что вследствие динамической природы процесса трения для анализа регистрируемых сигналов даже в установившемся режиме, помимо преобразования Фурье, необходимо применять средства частотно-временнуго анализа.

В работе исследуются процессы деформации и разрушения материалов с покрытиями различной толщины. Краевая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Для описания механического отклика стальной подложки и боридного покрытия используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упруго-хрупкого разрушения соответственно. Геометрия границы раздела «покрытие - подложка» соответствует экспериментально наблюдаемой и учитывается в расчетах явно. Проведены серии численных экспериментов при варьировании толщины покрытия. Показано, что в пределах тонкого поверхностного слоя (около 80 мкм) концентрация напряжений вблизи границы раздела «покрытие - подложка» увеличивается при уменьшении толщины покрытия, т.е. по мере приближения данной границы к свободной поверхности образца. Установлено, что данный эффект проявляется уже на упругой стадии и усиливается по мере развития пластической деформации в подложке.

Проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала на металлической основе. Иерархическое моделирование подразумевает 1) явный учет внутренней структуры композита, как возможности введения масштабного фактора, 2) введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений, дающих возможность описания различных физических процессов и их взаимовлияния, а именно: пластического течения с учетом деформационного упрочнения и разрушения. Критерий разрушения типа Губера учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний - растяжения и сжатия. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Установлено, что даже в условиях одноосного внешнего сжатия в композиционном материале могут возникать локальные области растяжения, величина напряжений в которых имеет существенное значение: порядка 30% от величины сжимающих нагрузок для исследуемого типа структуры. Показано, что незначительная модификация критерия наибольшей интенсивности касательных напряжений применительно к структурно-неоднородной среде позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).