Рассмотрены условия формирования автоволн локализованного пластического течения в деформируемых металлах при распространении полос Людерса, эффекте Портевена—Ле Шателье и формировании шейки с учетом различия микроскопических механизмов пластической деформации для этих явлений. Исследованы закономерности развития локализованного пластического течения металлов и их роль в развитии этих эффектов. Установлено, что особенности деформации, характерные для обсуждаемых явлений, определяются различием свойств активных сред, формирующихся в исследованных материалах при пластической деформации. Рассмотрены механизмы генерации различных автоволновых мод локализованного пластического течения при деформации Людерса, эффекте Портевена—Ле Шателье и формировании шейки в деформируемых активных средах разной природы.

Представлены результаты теоретического исследования электронной структуры и топологических свойств семейства соединений A"Mg2Bi2 (А" = Mg, Са, Sr, Ва) с использованием точного обмена. Установлено, что в равновесном состоянии соединение Mg3Bi2 является полуметаллом, а три других - полупроводниками с прямой фундаментальной энергетической щелью. Предсказывается, что одноосная деформация трехкомпонентных соединений приводит к переходам в топологически нетривиальные фазы: топологический изолятор, топологический и дираковский полуметаллы. Благодаря такому богатому спектру топологически нетривиальных фаз рассмотренные соединения могут представлять интерес для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.

Впервые зарегистрированы спектры пропускания нанопористого SiО2 / А12О3 - ксерогеля в ближнем ИК-диапазоне при заполнении нанопор молекулами аммиака и ацетона. Обнаружено, что физическая адсорбция данных газов вызывает увеличение пропускания образцов ксерогеля на частотах колебаний поверхностных ОН-групп, носящее обратимый характер.

Методами оже-электронной спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии исследованы состав и структура имплантированных Si-слоев монокристаллов никелида титана, различно ориентированных относительно направления ионно-пучкового воздействия. Выявлена роль „мягкой“ [111]В2 и „жесткой" [001]В2 ориентаций NiTi в формировании структуры ионно-модифицированного поверхностного слоя, а также дефектной структуры приповерхностных слоев монокристаллов. Обнаружены ориентационные эффекты селективного распыления и каналирования ионов, контролирующие состав и толщину формирующихся оксидного и аморфного слоев, глубину проникновения ионов и примесей, а также концентрационный профиль распределения Ni на поверхности.

Изучено поведение при сжатии керамики AI2О3 с объемом порового пространства от 35 до 60% с иерархической поровой структурой трех видов: крупной пористости размером 80—100мю m, мелкой пористости размером 14— 15мю m и промежуточной межблочной пористости, включающей протяженные (110—120мю m) поровые микроканалы, образованные в результате зонального обособления при спекании. Показано, что полученная иерархическая поровая структура обусловливает формирование иерархической деформационной структуры в объеме керамики и приводит к понижению масштаба процессов разрушения от макроскопического в случае унимодальной керамики до микромасштабного разрушения, сравнимого с размерами сформировавшихся при спекании блоков.

Атомная и электронная структура трех поверхностей — (0001), (1100) и (1120) — сплава Ti3Аl рассчитана методом проекционных присоединенных волн в рамках теории функционала электронной плотности. Проведена оценка поверхностных энергий в зависимости от химического потенциала алюминия, что позволило построить диаграмму стабильности рассмотренных поверхностей. Изучена адсорбция кислорода на разно ориентированных поверхностях сплава. Установлено, что наиболее предпочтительными позициями для адсорбции кислорода являются ямочные позиции на поверхностях (0001) и (1120)Ti-Al и мостиковые позиции на поверхности (1100)Ti-Al-1. Обсуждаются структурные и электронные факторы, обусловливающие их энергетическую предпочтительность. Показано, что независимо от ориентации поверхности кислород "предпочитает" обогащенные титаном позиции. Обсуждается влияние кислорода на атомную и электронную структуру низкоиндсксных поверхностей. Установлено, что при низких концентрациях кислорода формирование его химической связи с атомами титана и/или алюминия поверхностных и подповерхностных слоев приводит к появлению низколежащих состояний, отщепленных от дна валентных зон металлов, что сопровождается образованием псевдощели и ослаблением металлических связей Ti—Аl в поверхностных слоях.

Предложена модель процесса распространения твердофазной экзотермической реакции в слое между инертными материалами с различными теплофизическими свойствами. Модель реализована численно. Исследованы зависимости времени зажигания от параметров модели, а также поведение во времени некоторых энергетических характеристик в разных условиях (запаса тепла в прогретом слое, избытка энтальпии). Продемонстрировано влияние теплофизических свойств инертных материалов на распределение температуры в образце в стационарных и нестационарных режимах.

Проведены исследования элементного и фазового состава, макро- и микроструктуры, твердости и абразивной износостойкости покрытий, полученных плазменным напылением порошком быстрорежущей стали Р6М5 и СВС порошком TiC+50 об.% Р6М5. Рассмотрено структурное состояние примесей кислорода и азота и их влияние на свойства покрытий. Установлено, что металломатричная структура композиционного порошка сохраняется в неизменном виде в напыленном покрытии, что обеспечивает повышение твердости и износостойкости композиционного покрытия в 2,0 и 7,6 раз соответственно по сравнению с покрытием, напыленным стальным порошком.

Исследована морфология и структура цинк- и медьсодержащих кальцийфосфатных покрытий, нанесенных методом микродугового оксидирования при различном напряжении на подложки из чистого титана и низкомодульного сплава Ti-40 масс.% Nb. Морфология микродуговых покрытий на обеих подложках представлена сфероидальными образованиями размером 8-42 мкм и порами размером 1-15 мкм. С повышением напряжения при осаждении покрытий от 200 до 300 В эти структурные элементы увеличиваются в размерах и частично разрушаются. Обнаружено, что при повышении напряжения поверхностная пористость микродуговых покрытий линейно возрастает от 14 до 24%. Установлено, что эффективные коэффициенты диффузии модельной биологической жидкости в пористых покрытиях изменяются от 0,85*10 в степени -10 до 9,0*10 в степени -10 м2/с. С увеличением размеров структурных элементов эффективный коэффициент диффузии модельной биологической жидкости в микродуговых покрытиях на титане увеличивается, а на сплаве Ti-40 масс.% Nb — уменьшается, что связано с увеличением доли кристаллической фазы.

Методом интенсивной пластической деформации, реализованной по схеме многократного равноканального углового прессования, получены образцы алюминий-магниевого сплава 1560 с ультрамелкозернистой структурой. Проведены исследования влияния изменения структуры на физико-механические свойства обработанного материала и характер разрушения образцов. Испытания на растяжение показали повышение условного предела текучести и прочности при уменьшении предельных деформаций. Полученные образцы имеют повышенные значения микротвердости по сравнению с исходными. Установлено, что последний цикл прессования определяет ориентацию структуры и макроскопических полос сдвига, возникающих под углом продольной оси образца при прохождении через сопряжения каналов. Это влияет на механические свойства материала и характер разрушения. Контроль качества полученных образцов методом ультразвуковой дефектоскопии и рентгеновской томографии подтвердил отсутствие макро- и микродефектов при соблюдении подобранного оптимального режима обработки.

Выполнены сравнительные исследования покрытий из быстрорежущей стали и керметного порошка на ее основе с содержанием 50 об.% упрочняющей карбидной фазы TiC. Покрытия формировали Ar-N2 плазмой с местной защитой из порошков с размерами частиц от 25 до 55 мкм. Показано, что содержание фазы TiC в покрытии сохраняется, однако период решетки этой фазы снижается с 0,43212 нм для порошка до 0,43035 нм в покрытии из-за изменения содержания углерода, кислорода и азота, В результате плазменного напыления порошка 50 об. % TiC - Р6М5 среднее содержание углерода в покрытии уменьшается с 7,83 до 6,74 масс. %. Содержание кислорода в керметном покрытии увеличивается до 2,8 масс. % по сравнению с 0,8 масс. % в исходном порошке. Содержание азота также увеличивается с 0,05 до 0,89 масс. %. Микротвердость частиц исходных порошков быстрорежущей стали составляет 8,91 ГПа, а картмета 50 об. % TiC - Р6М5 — 9,5 ГПа. Значение микротвердости керметного покрытия, 11,0 ГПа, соответствует расчетному значению, полученному по правилу смесей, при микротвердости покрытия из стали Р6М5 6,64 ГПа.

Образцы порошковой стали ШХ15, восстановленной из шлифовального шлама подшипникового производства, были спечены в графитовом контейнере на воздухе после предварительного прессования при давлениях 1-N300 МПа. Показано, что пористость и удельное электрическое сопротивление спечённых продуктов уменьшались при увеличении давления предварительного прессования. Спечённые продукты имели заданную пористость более 50%. Механические свойства спечённых образцов (твердость и предел прочности при изгибе) увеличивались при увеличении давления предварительного прессования. Было обнаружено, что образцы имели низкую пластичность и высокую твердость (до 0,9 ГПа). Предположено, что высокая твердость при высокой пористости обусловлена образованием цементита и оксидов железа в пористом стальном каркасе в процессе спекания. Это предположение подтверждается также высоким удельным электросопротивлением (выше 100 мкОм*м) спечённых образцов. Сухое скольжение спечённой стали не вызывало заметного разрушения поверхности трения медного контртела, т.к. изнашивалась сама сталь. Интенсивность сухого изнашивания спечённых образцов увеличивалась до очень высоких значений (до 50 мкм/км) при увеличении контактной плотности тока до 30 А/см2. Отмечено, что интенсивность сухого изнашивания незначительно уменьшалась при увеличении давления предварительного прессования. Пропитка стального каркаса маслом И-20 позволяла осуществлять граничное трение аналогично самосмазывающемуся подшипнику. Интенсивность изнашивания образцов после пропитки заметно ниже интенсивности изнашивания этих же образцов до пропитки. Кроме того, наблюдалось увеличение допустимой контактной плотности тока до значений 100 А/см2. Увеличение давления предварительного прессования приводило к некоторому уменьшению интенсивности изнашивания. Изменение вязкости смазки не приводило к заметному изменению интенсивности изнашивания. Но увеличение вязкости смазки вызывало уменьшение электропроводности контакта. Характеристики такого скользящего контакта под воздействием электрического тока контактной плотности более 50 А/см2 сравнимы с характеристиками известного токосъёмного композита марки ИЛГТ. Отмечена необходимость корректировать предложенный способ спекания и находить технологические приемы, улучшающие свойства токосъёмного материала типа самосмазывающийся подшипник.

Представлены результаты исследования наноструктурных алмазных материалов, полученных спеканием детонационного наноалмаза в условиях высоких давлений и температур. Детонационный наноалмаз - это продукт детонации углеродсодержащих взрывчатых веществ, прошедший стадию очистки. Наноалмаз обладает уникальными физикомеханическими свойствами, которые связаны с особенностью его кристаллической решетки. К наиболее значимым свойствам наноалмаза можно отнести высокую твердость и износостойкость. Показано, что консолидация наноалмаз-ных частиц в условия термобарического спекания позволяет получить прочные поликристаллические наноалмазные агрегаты. Среднее значение микротвердости полученных образцов достигает 8,9 ГПа. Однако микротвердость распределена по поверхности образцов неравномерно. В центре микротвердость достигает 14 ГПа, на периферии - микротвердость 3-4 ГПа. В условиях термобарического спекания при давлении 5 ГПа и температуре 1100 и 1200 °С наблюдается рост нанокристаллов алмаза в структуре спеченных композиционных материалов с 4,5 нм до 4,9 и 5,2 нм соответственно.????Показано, что в результате термобарического спекания происходит снижение концентрации примесных атомов детонационного наноалмаза. Возможно, что этот эффект связан с увеличением диффузионной подвижности атомов примеси за счет активирующего действия высокого давления, и сопровождается образованием областей избыточной концентрации примесных атомов. Образование таких областей снижает концентрацию этих элементов по границам алмазных ядер. По фрагментам частично очищенных границ возможно образование ковалентных связей между смежными кристаллами наноалмаза.

Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии на фольгах и репликах исследованы дислокационная структура, дефектная структура границ зерен и их параметры в сплаве Ni3Fe с ближним (БП) и дальним (ДП) атомным порядком на разных стадиях пластической деформации. Обнаружено, что атомное упорядочение приводит к уменьшению пластифицирующего эффекта от двойников сигма3, увеличению плотности зернограничных дефектов, ослаблению их аннигиляции в процессе деформации и, соответственно, к увеличению микронапряжений в тройных стыках границ зерен.

Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведено исследование изменений фазового состава, возникающих в стали 34X1М при электролитно-плазменной нитроцементации. Установлено, что нитроцементация приводит к существенным изменениям в структуре стали, а именно к изменению фазового состава и списка присутствующих фаз, а также их морфологии.

Экспериментально обнаружено, что в сплавах Ni3Mn и Pd3Fe со сверхструктурой L1 2, упорядочивающихся через двухфазную область А1 + L1 2, увеличение интегральной степени дальнего атомного порядка сопровождается уменьшением углов отклонения специальных и двойниковых границ от специальных границ в модели РСУ, изменением спектра специальных границ и их средней энергии. Зависимость доли двойниковых границ сигма 3 в спектре специальных границ и средней энергии специальных границ от степени дальнего атомного порядка определяется зависимостью этих параметров от среднеквадратичного смещения атомов, от вероятности наложения зернограничной антифазной границы на плоскость границы, а также от наличия на специальных границах частиц вторых фаз.

Разработан дискретно-континуальный метод возбудимых клеточных автоматов для моделирования напряженно-деформированного состояния в вершинах трещин и надрезах с учетом кривизны кристаллической решетки и эффектов пластической дисторсии ионов из узлов решетки в междоузлия ее кривизны. Показано, что данный нелинейный подход определяет тип трещины и характер разрушения, предсказывает возможность развития на фрактограммах динамических ротаций и структурной турбулентности, позволяет описывать нелинейные волновые процессы структурных трансформаций в полосах локализованной деформации, где возникает микропористость и развиваются трещины продольного сдвига.

Предложена микромеханическая модель, описывающая формирование и эволюцию деформационного рельефа на поверхности поликристаллических материалов. Для учета деформационных процессов на микро- и мезоуровнях трехмерная поликристаллическая структура моделируется в явном виде с учетом кристаллографической ориентации зерен. Определяющие соотношения для описания отклика зерен построены на основе физической теории пластичности кристаллов, учитывающей анизотропию упругопластических свойств, обусловленную особенностями кристаллического строения. С использованием предложенной микромеханической модели численно исследованы процессы эволюции деформационного рельефа в микрообьемах поликристаллического алюминия и титана в условиях одноосного растяжения. Показано, что в обоих случаях можно выделить два характерных масштаба рельефных образований. На микроуровне нормальные смещения относительно свободной поверхности обусловлены появлением дислокационных ступенек в зернах, выходящих на поверхность, и относительным смещением соседних зерен друг относительно друга. Более развитый микрорельеф наблюдается в титане, что обусловлено высоким уровнем упругопластической анизотропии, характерной для ГПУ-кристаллов. Рельефные образования на мезоуровне представляют собой складки и кластерообразные структуры, в формирование которых вовлекаются целые группы зерен. Для количественной оценки рельефных образований использован безразмерный параметр — интенсивность деформационного рельефа, отражающий степень отклонения формы поверхности от плоскости. Получена экспоненциальная зависимость интенсивности деформационного рельефа от степени деформации.

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.

We numerically calculated the coefficient of friction between a rigid cone and a viscoelastic Kelvin body under step-wise change of the velocity of sliding. The time dependence of the coefficient of friction has been empirically approximated. We show that the transition process has different character for the cases of increasing and decreasing of the sliding velocity.Проведен численный расчет коэффициента трения между жестким коническим индентором и основанием Кельвина при скачкообразном изменении скорости скольжения. Построена эмпирическая оценка, аппроксимирующая зависимость коэффициента трения от времени. Показан различный характер протекания переходного процесса в случае увеличения и уменьшения скорости скольжения.

When the Ti-6Al-4V alloy is overaged at 500-600 °C, nanometer-sized alfa2 (Ti3Al) particles can be homogeneously precipitated inside alfa phases, thereby leading to strength improvement. Widmanstatten and equiaxed microstructures containing fine alfa2 (Ti3Al) particles were obtained by overaging the Ti-6A1-4V alloy. Precipitation of alfa2 (Ti3Al) particles was monitored using thermoelectric power measurements for different aging conditions in the Ti-6A1-4V alloy. Overaging heat treatments were conducted at 515, 545 and 575 °C for different aging times. In addition, overaging samples were examined by optical microscopy, scanning electron microscopy and hardness measurements. It was found that the thermoelectric power is very sensitive to the aging process in the two studied Ti-6Al-4V structures.Перестаривание сплава Ti-6Al-4V при 500-600 °C обеспечивает однородное осаждение наночастиц альфа2 (Ti3Al) внутри альфа-фаз, что приводит к повышению прочности. Видманштеттовы и равноосные микроструктуры, содержащие мелкие частицы aльфа2 (Ti3Al), были получены путем перестаривания сплава Ti-6Al-4V. Осаждение частиц альфа2 (Ti3Al) отслеживали с помощью измерений термоЭДС для различных условий старения в сплаве Ti-6Al-4V. Перестаривание проводили путем термической обработки при температуре 515, 545 и 575 °С для различного времени старения. Перестаренные образцы исследовали методами оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и методом измерения твердости. Обнаружена высокая чувствительность термоЭДС к процессу старения в двух исследованных структурах Ti-6Al-4V.

Путем анализа полных волновых профилей в работе установлена связь между динамическими прочностными свойствами и плотностью дислокаций в материалах с ГЦК кристаллической решеткой — аустенитной нержавеющей стали 03X17H14M3 и меди M1 — при ударно-волновом нагружении. При постоянном размере зерна в исследуемых материалах динамический предел текучести и откольная прочность возрастают с увеличением плотности дислокаций. Зависимость динамического предела упругости от плотности дислокаций для исследуемых материалов удовлетворительно описывается соотношением Тейлора сигмаHEL = aMGb ро1/2. На основе экспериментальных данных рассчитаны значения геометрического фактора а: а = 0.21 для стали, а = 0.30 и 0.44 для меди М1 с размером зерна 110 и 20 мкм соответственно. Для поликристаллов меди с размером зерна 110 и 20 мкм экспериментально показано, что при близкой плотности дислокаций динамический предел текучести возрастает с уменьшением размера зерна. Установлено, что для аустенитной нержавеющей стали с увеличением динамического предела упругости (плотности дислокаций) возрастает ширина пластической ударной волны, т.е. увеличивается вязкость материала. В поликристаллах меди ширина пластической зоны не зависит от плотности дислокаций и размера зерна. С увеличением плотности дислокаций откольная прочность стали возрастает на величину, близкую к величине прироста динамического предела текучести.

Моделируется потеря устойчивости термобарьерного покрытия на упругом основании под действием теплового удара. Термобарьерное покрытие моделируется ортотропной пластинкой, для упругого основания (подложки) используется модель Винклера. Задача устойчивости решается в рамках концепции Эйлера. Делается предположение, что размеры пластинки при тепловом ударе увеличились, а подложка остается холодной и не меняет своих размеров, поэтому в покрытии возникают сжимающие напряжения. Пластинка теряет устойчивость, причем амплитуды прогибов определяются из условия, что в деформированном состоянии размеры пластинки отвечают нагретому состоянию. После этого находятся напряжения в пластинке. Отмечается, что после потери устойчивости на контакте покрытия и подложки возникают как сжимающие, так и растягивающие напряжения. Для нахождения напряженно-деформированного состояния подложки после потери устойчивости решается плоская задача теории упругости. Граничные условия задаются в перемещениях. Отмечается, что в упругом основании возникают области экструзии и интрузии, в двумерном представлении расположенные в виде шахматной доски.

Plastic flow localization in commercially pure titanium (VT1-0 according to the Russian classification) with the surface modified by low-energy high current electron beams has been numerically studied. The structure and mechanical properties of the modified surface layer and titanium substrate correspond to the experimentally observed ones and are taken into account explicitly as initial data of a dynamic boundary value problem. The tension of titanium structures with a modified surface layer is simulated by the finite difference method in a plane strain formulation. The dependence of the plastic strain localization parameters on the mechanical properties of structural elements in the titanium substrate has been determined.Численно исследованы процессы локализации пластического течения в технически чистом титане ВТ1-0, поверхностно модифицированном низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками. Структура и механические свойства модифицированного поверхностного слоя и титановой подложки соответствуют экспериментально наблюдаемым и учитываются в расчетах явно в качестве начальных данных краевой динамической задачи. Растяжение структур титана с модифицированным поверхностным слоем моделируется методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Установлена зависимость характеристик локализации пластической деформации от механических свойств элементов структуры титановой подложки.

A multilevel approach is used to numerically investigate physical and mechanical properties of titanium-based bcc alloys and their behavior under conditions identical to selective laser sintering. Elastic properties of beta-Ti-Nb alloy are calculated within the first principles approach. An algorithm is proposed and tested to optimize the calculations and reduce their number by more than 5 times. A molecular dynamics method is employed to study structural changes of titanium and niobium powder particles during sintering and to calculate adhesion characteristics of nanoparticles of the produced alloy depending on the external action. The simulation results are in good agreement with the known experimental data and can be used as input data both for numerical models of a higher spatial scale and for the optimization of production parameters of titanium alloys by additive technologies.В работе с использованием многоуровневого подхода проведено численное исследование физико-механических свойств ОЦК-сплавов на основе титана и изучено их поведение в условиях идентичных селективному лазерному спеканию. В рамках первопринципного подхода вычислены упругие свойства бета-сплава Ti-Nb. Предложен и апробирован алгоритм оптимизации расчетов, позволивший сократить объем вычислений более чем в 5 раз. С использованием метода молекулярной динамики исследовано изменение структуры частиц порошка титана и ниобия в процессе плавления и рассчитаны адгезионные характеристики наночастиц образовавшегося сплава в зависимости от условий внешнего воздействия. Результаты моделирования хорошо коррелируют с известными экспериментальными данными и могут быть использованы в качестве входных данных для численных моделей большего пространственного масштаба, а также для оптимизации параметров процесса получения титановых сплавов с использованием аддитивных технологий.

The theory of structural transformations in the planar sybsystem (surface layers and internal interfaces) of solids under plastic deformation is developed. The theory is based on a consideration for local curvature of the crystal lattice, with new structural states arising in its interstices, responsible for plastic distortion. To satisfy the superplastic condition, such high-rate mechanisms should develop in both planar and 3D crystal subsystems. In a translation-invariant crystal, this condition is met by concentration fluctuations. The multiscale criterion of superplasticity is formulated based on the scale invariance of plastic deformation of the planar and crystal subsystems in a deformable solid. Beyond the criterion, superplasticity passes to the creep mode with restricted plasticity of the material.

The molecular investigation of the interaction of charged and neutral biomolecules with 2D-nanostructures of aluminum oxyhydroxide characterized by curvature and defects is performed. Steered molecular dynamics and the potential of mean force analysis are used for quantitative assessment of adsorption properties of the aluminum oxyhydroxide (AlOOH) nanosheet surface for typical representatives of anionic, cationic and uncharged biomolecules-amino acid residues. The results are analyzed and compared with the literature data and own previous results. Unbiased molecular dynamics is employed to estimate radial distribution functions of different atom pairs of the AlOOH nanosheet surface and adsorbate surface as well as to study how curvature and surface defects in the form of vacancies of hydroxyl groups influence the interaction of the nanomaterial with monovalent ions. The combined molecular dynamics and quantum mechanical calculation reveals characteristic structural elements with different curvature of the AlOOH nanosheet and enables an estimation of the effect of edge zones in the form of folds on local electrostatic properties of the nanomaterial. The role of these factors in the selective adsorption of nanomaterials and future directions of numerical and experimental studies are discussed. The work is a further investigation into the synthesis, characterization, and application of low-dimensional nanostructures with complex morphology based on layered aluminum (oxy)hydroxide in biomedicine and materials science.

The scale-invariant mechanical behavior of a nanostructured solid is associated with plastic distortion as a major mechanism of nano- and microscale structural transformations. Active grain boundary sliding in a deformed material (microscale) within its highly developed planar subsystem (nanograin boundaries) causes a progressive increase in lattice curvature and plastic distortion of atoms which produces nonequilibrium vacant sites in the nanostructure. The motion of nonequilibrium point defects in nanostructure curvature zones provides conditions for noncrystallographic plastic flow, dissolution or dispersion of initial phases, and formation of nonequilibrium phases in a deformed material. The possibility of reversible structural phase transformations in the presence of high lattice curvature opens the way to greatly increase the fatigue life of surface nanostructured polycrystalline materials.

A comprehensive structural study has been performed to explore deformation and wear debris formation on friction surfaces of metallic materials. A hierarchy of structural scales of plastic deformation and failure during wear has been established. The nanoscale plays the major role in the hierarchical self-organization of multiscale debris formation processes. On this scale, bifurcational interstitial states arise in zones of local lattice curvature, with plastic distortion and motion of nonequilibrium point defects which determine the nonlinear dynamics of structure formation and wear of surface layers. Nonequilibrium vacancies on lattice sites form microporosity through the coalescence mechanism under plastic distortion. The microporosity is a precursor of meso- and macroscale plastic shearing that defines wear debris formation.

The paper considers the physics of cold brittleness of structural bcc steels and methods of reducing the ductile-brittle fracture temperature. A complex study was performed to examine the degradation of structural phase state of pipe steel 09Mn2Si from the main gas pipeline of Yakutia after long-term (over 30 years) operation. Important regularities of degradation of pearlite colonies with carbide precipitation on ferrite grain boundaries were revealed. This phenomenon is associated with brittle fracture of gas pipelines. It is shown that the low-temperature kinetic processes in main pipelines which define the degradation of their structure and properties are related to interstitial athermal structural states in the zones of local crystal structure curvature. This is a fundamentally new, as yet unknown, mechanism. Pipe steels in warm rolling acquire a longitudinal textured band structure with alternating bands of initial ferrite grains and bands of fine grains with carbide precipitates formed during lamellar pearlite degradation. This type of structure allows for a shift of ductile-brittle transition temperature down to -80C and ductility сигма = 22% at this temperature. The production of high-curvature vortex structure in pipe steel surface layers results in a 3.5-fold increase in their service life.

The effect of the nonequilibrium structure of 2D aluminum hydroxide-based objects on the macroscopic response (adsorption properties) is studied in the physical mesomechanics framework. Molecular dynamics simulation is performed to examine the nature of selective adsorption of the considered low-dimensional structures. The role of defects and structural elements, such as polar functional groups, is analyzed. Model ions and endotoxin are used to illustrate the selective character of adsorption. Prospects for biomedical applications of the obtained results are discussed.

Scratch tests were performed to study failure mechanisms in TiAlN coatings deposited on substrates from steel 12Cr18Ni9Ti. It is shown that coating failure begins with crack generation at the apices of pile-ups formed along the scratch due to plastic ploughing of the substrate material. With further increase in indentation load the failure process is governed by the competition between tensile stresses behind the indenter arising due to friction force and stresses at the contact area periphery due to coating bending under normal load. Substrate pretreatment by Ti ion beams is shown to simultaneously increase the hardness and crack resistance of TiAlN coatings.

Here we provide a review of research on slow motions and strain waves in the Earth and propose a substantiated hypothesis that all stress-strain perturbations in the form of slow waves propagating in solids and geomedia, including plastic waves in metals and waves in faults of different scales, are of common physical nature. Loaded solids and geomedia are active hierarchically organized multiscale systems that display nonlinear dynamics and lose their stability when disturbed by any dynamic processes at block boundaries, e.g., displacements in fault zones. Such a medium cooperatively responds to parametric excitation by generating slow strain waves (autowaves) as a way of its self-organization. In support of the proposed concept, a consistent mathematical model is suggested for describing the evolution of stress-strain states and slow strain autowaves in an unstable elastoplastic medium, and examples of simulations are presented for strain autowaves in ductile materials under tension and quasi-brittle materials and geomedia with a fault zone under compression.

В режиме послойного горения синтезированы и исследованы металломатричные композиты “карбид титана - связка из стали Р6М5”. Из продуктов синтеза получены композиционные порошки TiC + Р6М5, которые использовались для электронно-лучевой наплавки покрытий. Установлено, что наплавленное композиционное покрытие содержит разномасштабные упрочняющие элементы в виде гранул композиционного порошка и отдельных карбидных частиц в стальной матрице, которые отличаются дисперсностью и морфологией. Прослежена эволюция микроструктуры гранул композиционного порошка в процессе наплавки, заключающаяся в частичном растворении периферийной части гранул с высвобождением и переходом карбидных включений в расплав наплавочной ванны.

На основе стеклобоя, глины и органических добавок разработан гранулированный теплоизоляционный стеклокристаллический материал и технология его получения. Проведены исследования влияния основных физических характеристик компонентов шихты на процесс порообразования. По результатам исследований установлены основные параметры, влияющие на устойчивость процесса вспучивания стекломассы. Рациональный состав шихты, теплотехнический и газовый режимы синтеза, подобраны таким образом, что парциальное давление газов ниже силы поверхностного натяжения расплава. Это способствует образованию гранул с мелкими закрытыми порами и с остеклованной поверхностью. Установлены закономерности влияния состава и температуры обжига на свойства гранул. Получен гранулированный теплоизоляционный материал с насыпной плотностью равной 200 - 290 кг/м3, прочностью на сжатие гранул — 0,82 - 2,5 МПа, коэффициентом теплопроводности — 0,067 - 0,087 Вт/(м*°С), водопоглощением — 2,6 - 3,2 масс. %. Исследована зависимость коэффициента теплопроводности и механической прочности гранул от насыпной плотности.

Исследовано влияние теплой прокатки при 750 - 550 °С на структуру и механические свойства низкоуглеродистой стали 12ГБА. Проведен металлографический анализ с использованием световой, электронной растровой и просвечивающей микроскопии. Определены прочностные и пластические свойства стали при испытании на растяжение в интервале температур от 20 °С до - 196 °С. Показано положительное влияние предложенного режима теплой прокатки на структуру и комплекс механических свойств стали 12ГБА.

Получена порошковая сталь, восстановленная из шлифовального шлама подшипникового производства. Осуществлено спекание этой стали в графитовом контейнере на воздухе при температуре менее 1000 °С. Отмечено, что спечённая сталь имеет пористость около 50 - 60 %. Методами оптической металлографии показано, что поры имеют линейные размеры 20 - 50 мкм. Эти большие поры соединены узкими каналами. Последний фактор затрудняет возможность эффективной пропитки порового пространства смазочными маслами. Рентгенограммы спечённых образцов содержат рефлексы оксидов железа и карбида железа в пористом каркасе, которые появляются вследствие несовершенства технологии спекания на воздухе. Установлено, что спечённая сталь быстро изнашивается при сухом скольжении по меди вследствие адгезионного взаимодействия и появления хрупких микротрещин в поверхностном слое, обусловленных присутствием оксидов и карбида железа. Кроме того, эти химические соединения препятствуют достижению высокой электропроводности зоны контакта. Эта же спечённая сталь после пропитки индустриальным маслом проявляет износостойкость, сравнимую с промышленным токосьёмным композитом. Сделан вывод о целесообразности создания спечённого композита на основе порошковой подшипниковой стали путём корректировки параметров технологии его спекания на воздухе с целью исключения образования оксидов и карбида железа.

Методом селективного лазерного сплавления получен сплав Ti — 40 мас.% Nb из композитного порошка Ti и Nb. Сплав Ti-Nb имеет двухфазную микроструктуру. Основная бетта-фаза твердого раствора титана и ниобия образует зерна от мелких, размером около 2 мкм, до средних, размером 20 мкм. Неравновесная альфа"-фаза локализована в виде пластинчатого, глобулярного и пакетного мартенсита по границам и внутри зерен бетта-фазы.

Предложена математическая модель кинетики разложения горючих сланцев при их нагреве. Сланец представляется твердым пористым каркасом, разлагающимся при нагреве с образованием твердых и газообразных продуктов. Модель включает две параллельных реакции и учитывает явление межфазного массообмена. Осуществлено сравнение результатов численного моделирования с данными экспериментов.