Изучены химический, фазовый состав и структура слоев, полученных электронно-лучевой наплавкой на воздухе смесей порошков хрома и карбида хрома на низкоуглеродистую сталь. Определена микротвердость слоев по их толщине. Проведены испытания на изгиб, коррозионную стойкость, абразивный износ стали с наплавкой. Рассмотрен предположительный механизм формирования свойства покрытий: твердости, износостойкости, трещиностойкости и прочности на изгиб.

Методами оже-спектроскопии электронов, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости исследованы особенности взаимосвязи состава, тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Al-Si-N с высоким содержанием кислорода и углерода. Показано, что в данных покрытиях может быть сформирована фаза на основе TiN с нанокристаллической или двухуровневой зеренной структурой, распределенная в рентгеноаморфной фазе, объемна доля которой составляет 20-5-%. Характер зеренной структуры можно целенаправленно изменять легированием покрытий алюминием и кремнием. Установлено, что независимо от структурного состояния и состава покрытий в них наблюдается высокая термическая стабильность сверхтвердости и микроструктуры. Снижение твердости наблюдается в результате дислокационного возврата, релаксации напряжений и развития начальных стадий рекристаллизации. Высказано предположение, что высокие прочностные свойства покрытий обусловлены наличием дислокационной субструктуры и высоким сопротивлением сдвигу рентгеноаморфных фаз по границам нанокристаллитов.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Si-B-N с высоким содержанием примесей кислорода и углерода. Показано, что в условиях низкотемпературного (Т=200С) нанесения покрытий формируется двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0,1-0,3 мкм на субзерна размером 15-20 нм. С увеличением содержания кремния и бора формируются бестекстурные покрытия с размером зерна кристаллической фазы менее 15 нм и высокой объемной долей рентгено-аморфной составляющей структуры. При температурах нанесения покрытий 400-450С наблюдается нанокомпозитная структура с отсутствием текстуры. Для всех изученных составов и условий получения обнаруживается кристаллическая фаза с параметром решетки а=(0,416-0,420). При оптимальных составах и условиях синтеза значения твердости превышают 40-50ГПа. Высказано предположение о возможности достижения сверхтвердости при многофазных зернограничных прослойках толщиной более 1 нм.

Рассмотрены методы оценки адгезионной прочности, изучена морфология поверхности, проведен послойный элементный анализ в приповерхностном объеме никелида титана с покрытиями из молибдена и тантала различной толщины. Показано, что механическая и адгезионная прочность покрытий зависит от его толщины, а также от химического состава пленки и подложки.

В настоящей работе проведено моделирование механического поведения металлокерамического композита Al/Al2O3 в условиях растяжения, с явным учетом внутренней структуры. С помощью ранее предложенного алгоритма генерации трехмерных структур построена модель трехмерного композита с включениями нерегулярной формы. Задача о механическом поведении мезообъема композита в условиях растяжения решается конечно-разностным методом. Исследовано напряженно-деформированное состояние в различных сечениях мезообъема и эволюция пластической деформации в матрице на начальных стадиях пластического течения. Проведен сравнительный анализ с результатами двумерных расчетов в постановке плоской деформации и плоского напряженного состояния.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой субструктуры с изменением прочностных свойств однофазных (TiN) и нанокомпозитных покрытий (TiN/Cu, AlN/Cu, Ti–Si–B–N) вблизи поверхности сопряжения с подложкой и на поверхности покрытия. Показано, что в покрытиях TiN, TiN/Cu, Ti–Si–B–N обнаруживается двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0.1...0.3 мкм на субзерна размером 0.15...0.25 нм с малоугловыми (delta)(phi) = 4x10(3) ч и релаксация внутренних напряжений, измеренных по кривизне-кручению решетки. В покрытиях Ti–Si–B–N с примесями кислорода и углерода наблюдаются стабильные значения H(mu) ~ 55...60 ГПа в структурных состояниях, отвечающих двухуровневой зеренной структуре легированного кремнием нитрида титана и аморфных зернограничных фаз. В покрытиях AlN/Cu при однородном распределении нанозерен нитрида алюминия (d 20...25 нм) низкие значения твердости H(mu).

Выполнено исследование влияния дорекристаллизационных отжигов на микроструктуру и механические характеристики наноструктурного титана, полученного методом многократного одноосного прессования и последующей прокатки. Показано, что сформированная микроструктура обеспечивает высокие механические характеристики наноструктурного титана (предел прочности при растяжении составил 1160 МПа, предел текучести — 1100 МПа), соответствующие титановым высокопрочным сплавам. Отжиг при 250 °С не меняет наноструктурное состояние титана и его прочностные характеристики и увеличивает пластичность до 6 % при растяжении.

В работе проведена первая серия систематических экспериментов по наноструктурированию поверхностных слоев ряда авиационных материалов и их сварных соединений с целью повышения прочностных характеристик обработанных материалов. В основе предложенного подхода лежит концепция клеточного распределения напряжений и деформаций на интерфейсе «наноструктурированный поверхностный слой – подложка» в виде «шахматной доски».

В рамках проводимых исследований отрабатывались составы исходных порошковых смесей и режимы их мехактивации для электронно-лучевой наплавки покрытий на медную подложку. В качестве матрицы покрытий на основе диборида титана использовали порошки ПХ20Н80 и ПГ-10Н-01, а также их смеси между собой. Изучены структура и механические свойства композиции «подложка – покрытие» в условиях сжатия и трения. Показано, что наплавка механически активированной в шаровой мельнице порошковой шихты, содержащей наноразмерные частицы TiB2, обеспечивает существенное повышение прочности и износостойкости покрытий.

В работе рассмотрено влияние анизотропии упругих и прочностных характеристик материала преграды на результаты численного моделирования ударного нагружения стальным деформируемым ударником. Расчеты выполнены методом конечных элементов в трехмерной постановке. Проведено сравнение результатов расчетов деформирования и разрушения ортотропных материалов и изотропного материала с изотропными свойствами при различных скоростях ударного нагружения. Показано, что усреднение упругих и прочностных свойств анизотропного композиционного материала приводит к уменьшению объема разрушенного материала при растяжении и сжатии по сравнению с объемами разрушения при учете анизотропных свойств.

Изучено влияние технологических параметров горячего прессования порошкового молибдена на его структуру и прочность. Показано, что в интервале температур рекристаллизации молибдена наблюдается активизация диффузных процессов, приводящая к интенсивному уплотнению прессовок и формированию мелкого зерна, сохраняющегося до температуры 1500 гр.Цельсия. Это позволяет получить на образцах молибдена высокие прочностные свойства.

На основе обзора работ авторов с сотрудниками сформулированы концептуальные положения физической мезомеханики наноструктурных материалов. Низкая пластичность наноматериалов обусловлена подавлением в них дислокационной деформации на микромасштабном уровне и развитием полос локализованной деформации на мезо- и макромасштабном уровнях. При оптимальном сочетании деформации на микро- и мезоуровнях создание нанокристаллической структуры обеспечивает высокие характеристики как прочности, так и пластичности материала. макролокализация деформации всегда снижает прочность и пластичность наноматериалов.

Изучены структура, фазовый состав и износостойкость аустенитных покрытий с карбидным упрочнением. Установлено, что в процессе наплавки и старения в объеме упрочненного слоя формируется однородная дисперсно-упрочненная структура с мультимодальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам, позволяющая увеличить микротвердость и износостойкость покрытия в 1,5-2 раза.

На примере поликристаллов алюминиевого сплава АВТ-1 предложен метод оценки эффективности поверхностно упрочняющей обработки материалов с целью повышения их усталостной прочности по результатам испытания образцов активным растяжением. Метод основан на фрактальном анализе оптических изображений деформационной структуры, возникающей на поверхности образцов при активном растяжении, и сопоставлении полученных характеристик с результатами усталостных испытаний образцов. Получены зависимости двух пар характеристик, которые характеризуют самоорганизацию структуры материала при активном растяжении на двух масштабных уровнях, от степени пластической деформации образцов. Обосновано применение компактной, наглядной и информативной формы представления указанных зависимостей. Эти зависимости выражают изменение числа блоков, формирующих самоподобный поверхностный фрактал с ростом степени деформации на втором масштабном уровне. Результаты поведенных исследований показали, что предложенный параметр имеет высокую чувствительность к режимам поверхностно упрочняющей обработки и может быть использован для оценки эффективности обработки для повышения усталостной прочности образцов.

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

Для материалов, поверхностно упрочненных с целью повышения их усталостной прочности, предложен метод оценки эффективности упрочнения по результатам испытания образцов активным растяжением. Метод основан на характеристике самоорганизации структуры материала образцов с помощью параметров, которые выражают рост числа блоков, формирующих поверхностный фрактал на двух масштабных уровнях при активном растяжении, и сопоставлении полученных характеристик с результатами усталостных испытаний образцов. Характеристику самоорганизации структуры материала осуществляли с помощью фрактального анализа оптических изображений его поверхности. Показано, что параметр мезомасштабного уровня DeltaL2 имеет высокую чувствительность к режимам поверхностно упрочняющей обработки и может быть использован для оценки эффективности упрочнения.??.

В работе на основе метода подвижных клеточных автоматов проведено изучение влияния конструкционных изменений эндопротеза тазобедренного сустава человека на деформационные и прочностные свойства, а также динамику генерации и развития повреждений в системе «сустав – эндопротез – бедренная кость». Структура протеза модифицировалась введением в шейку демпфирующих включений и нанесением покрытия на ножку имплантата. Рассматривался материал включения с различными диссипативными характеристиками. Показано, что наличие таких включений практически не изменяет прочность системы, но при этом ведет к заметному увеличению предельной деформации структуры «кость – протез», а также оказывает влияние на динамику зарождения и развития повреждений в костной ткани.??.

Исследована коррозионная стойкость композиционных оксид-фторопластовых покрытий в условиях химической коррозии во фторсодержащих средах. Показано, что фторопластовые покрытия, нанесенные на керамический подслой, обладают высокой адгезионной прочностью химико-термического взаимодействия. Установлено, что полученные фторопластовые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью во фторсодержащих средах.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование особенностей структурных состояний, формирующихся в сплаве V-4%Ti-4%Cr, в зависимости от режимов его термомеханической обработки с применением метода многократного всестороннего прессования. Показано, что использование этого метода позволяет модифицировать гетерофазную и зеренную (субзеренную) структуру сплава и существенно повысить характеристики его прочности и пластичности.

Представлены результаты исследования микроструктуры и механических характеристик ультрамелкозернистого титана ВТ1-0, полученного комбинированным методом многократного одноосного прессования (abc-прессования) и последующей прокатки при различных технологических режимах. Формирующаяся ультрамелкозернистая структура с характерным размером элементов 0.1-0.25 мкм обеспечивает максимальные прочностные характеристики титана, сопоставимые с характеристиками титановых сплавов. Технически чистый титан ВТ1-0 с объемно ультрамелкозернистой структурой может служить эффективной заменой титановых сплавов медицинского назначения как ВТ6, ВТ16.

Изучено влияние механической обработки в мельнице на морфологию частиц и свойства ультрадисперсного порошка ZrO2 + MgO (3 мас.%), структуру, и свойства получаемой из него керамики. Показано, что низкоэнергетическая механическая обработка тонкодисперсного порошка позволяет существенно сократить в нем долю агрегатов, что в свою очередь приводит к уменьшению размеров зерна в получаемой керамике, увеличению ее плотности и прочности.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование особенностей структурных состояний, формирующихся в сплава V-4%Ti-4%Cr в зависимости от режимов его термомеханической обработки с применением метода многократного всестороннего прессования. Показано, что использование этого метода позволяет модифицировать гетерофазную и зеренную (субзеренную) структуру сплава и существенно повысить характеристики его прочности и пластичности.

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.

Рассмотрена принципиальная возможность использования метода микродугового оксидирования для получения кальций-фосфатных покрытий на поверхности циркониевого сплава. Выполнено сравнение технологических параметров режимов формирования покрытий. Приведены результаты исследования морфологии полученных покрытий, их механических свойств (адгезионная прочность покрытия к подложке, шероховатость) и элементного состава.

Представлены результаты рентгенофазового анализа и механических испытаний на сжатие горячепрессованных композитов Ai-Al43 при двух содержаниях углерода, вводимого в исходную порошковую смесь. Показано, что образующийся при горячем прессовании карбид алюминия приводит к увеличению предела текучести и эффективного модуля упругости тем больше, чем выше его содержание в композите.

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

Исследованы эволюция микроструктуры и механические свойства нового высокопрочного мезоструктурного композита (МК), полученного методом квазидинамического компактирования из смеси порошков. МК состоит из медной матрицы и упрочняющей компоненты в виде включений-агломератов. Включения получают методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Они состоят из 28 об.% и 72 об.% наноразмерных частиц диборида титана (TiB2). Исследованы прочностные характеристики при одноосном статическом нагружении, микротвердость и износостойкость изготовленного материала. Механические свойства МК сравнили со свойствами внутреннеокисленной меди. Проведено рентгеноструктурное исследование материала и анализ эволюции микроструктуры при деформировании при помощи сканирующего электронного микроскопа. На основе анализа микроструктурных и механических свойств предложен оптимальный состав МК.

Установлены температурно-деформационные режимы теплой прокатки в ручьевых валках, обеспечивающие получение титана с субмикрокристаллической структурой. Определены режимы отжига полученного субмикрокристаллического титана, приводящие к уменьшению внутренних напряжений и повышению пластичности с сохранением субмикрокристаллической структуры высокой прочности. Приведены данные о микроструктуре, деформационном поведении, упругопластических свойствах и типе разрушения прутков с субмикрокристаллической структурой.

Приведены основные результаты выполненных под руководством авторов статьи исследований по некоторым актуальным вопросам физики пластичности моно- и поликристаллов металлических сплавов. Рассмотрены закономерности микродеформации и формирования предела текучести в поликристаллах; характерные особенности механизма деформации, деформационного упрочнения и дефектных субструктур в высокопрочных металлических сплавах. Выполнен анализ явлений, связанных с активацией границ зерен зернограничными потоками атомов примеси, экспериментально обоснованы особенности деформации на различных структурных уровнях в условиях активного растяжения, ползучести и знакопеременного нагружения. особое внимание уделено развитию коллективных мод деформации. Представлены и обсуждены некоторые структурные аспекты реализации мезоуровня пластического течения при различных условиях деформации.

Дан обзор исследований, выполненных за последние 15 лет на стыке физики и механики деформируемого твердого тела на основе новых представлений о пластической деформации и разрушении как эволюции потери сдвиговой устойчивости нагруженного материала на различных масштабных уровнях. Эти исследования привели к созданию нового научного направления — физической мезомеханики материалов, которая рассматривает деформируемое твердое тело как многоуровневую самоорганизующуюся систему. Развитие механизмов и стадийности пластической деформации на различных масштабных уровнях подчиняется принципу масштабной инвариантности. Это качественно изменяет методы описания процессов пластической деформации и разрушения твердых тел. Указаны области исследований, которые являются в настоящее время наиболее актуальными в физической мезомеханике материалов и должны определить основные направления работ в науке о прочности твердых тел в ближайшие десятилетия.

Изучено влияние термической обработки и элементного состава матрицы твердых сплавов WC-(Fe-Mn-C) на их механические свойства. Показано, что термообработка существенно улучшает механические свойства твердых сплавов, при этом оптимальная температура нагрева под закалку составляет 1150 гр. С. При деформации твердого сплава WC-сталь 110Г13 выявлено четыре стадии, при которых происходят кардинальные изменения в микроструктуре твердого сплава. Изменение температуры закалки приводит к изменению интервалов проявления различных стадий упрочнения вследствие изменения релаксационной способности связующей фазы. Установлено, что механические свойства твердых сплавов определяются фазовым составом связки, зависящим от содержания марганца. Показано, что прочностные свойства определяются совместным действием двух механизмов, обеспечивающих релаксацию концентраторов напряжений - субструктурного и фазового превращения, по-разному изменяющихся с изменением содержания марганца.

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

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.

Электронно-пучковая обработка закаленной стали марки Ст20Х13 (0.2% С, 13% Cr) с плотностью энергии пучка 10-30 Дж/см.кв. приводит к увеличению усталостной долговечности в 1.9 раза. Методами растровой электронной микроскопии проведены исследования поверхности облучения, выявлено существенное измельчение зеренной структуры и из менение содержания Cr в поверхностном слое.

Межкафедральный сборник статей содержит результаты научно-исследовательских работ, выполненных сотрудниками четырех факультетов ЛПИ при участии работников промышленности за несколько лет и посвященных различным аспектам решения комплексной проблемы создания прогрессивных конструкций различного назначения и разработки наиболее эффективных технологических процессов их производства с использованием высококачественных сварочных материалов и нового оборудования. Предлагаемые в сборнике статьи предназначены для инженерно-технических работников проектных и производственных организаций, а также для научных работников сварочного производства. Эти материалы могут быть полезны студентам старших курсов сварочной специальности. Рекомендован к изданию головным советом "Металлургия".

Работа посвящена теоретическому исследованию влияния геометрических (ширина) и механических характеристик межфазных границ на прочность, величину предельной деформации и работу разрушения металлокерамических композиционных материалов. Исследование проведено путем компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов с использованием развитой «мезоскопической» структурной модели композита, явным образом учитывающей наличие широких переходных зон «армирующие включения - матрица». Показано, что формирование в материале относительно широких межфазных границ, характеризующихся плавным изменением механических свойств материала при переходе от керамических включений к связующему, позволяет существенно повысить механические характеристики композита. При этом большое значение имеет не только ширина, но и величина градиента изменения механических свойств в переходной зоне. Так, наличие в межфазных областях дефектов и включений наноскопического и атомарного масштабных уровней может приводить к росту внутренних напряжений в интерфейсных зонах, формированию в них резкого градиента механических свойств и, как следствие, снижению деформационных характеристик и работы разрушения композита.

Изменение структурного состояния поверхностных слоев образцов альфа-титана сильно влияет на механизмы их усталостного разрушения и усталостную долговечность. При знакопеременном изгибе образцов альфа-титана развивается усталостная трещина поперечных сдвигов, в которых происходит слабое расслоение материала. Наводораживание поверхностных слоев образцов сохраняет тип трещины поперечных сдвигов, но резко увеличивает в них расслоение материала. Расслоение происходит в наводороженных поверхностных слоях. Наноструктурирование поверхностных слоев вызывает повышение их нанотвердости, модуля упругости и обусловливает развитие усталостной трещины нормального отрыва. Усталостная долговечность уменьшается в три раза при наводораживании поверхностных слоев и возрастает в четыре раза при их наноструктурировании.

С использованием оптической и растровой электронной микроскопии, а также микро- и наноиндентирования исследованы особенности модификации структуры по поперечному сечению, а также свойства стали 12Х1МФ, подвергнутой ионно-лучевой обработке пучком ионов циркония. Показано, что модификация происходит по всему поперечному сечению облученного образца толщиной 1 мм. Данные о структурных изменениях использованы при исследовании изменения механических свойств при статическом и циклическом нагружении образцов после облучения. Особое внимание уделяется анализу результатов оценки деформации методом корреляции цифровых изображений.The peculiarities of structural modification and properties of 12Cr1MoV steel subjected to zirconium ion beam treatment were studied by optical microscopy, scanning electron microscopy, and micro- and nanoindentation. It is shown that the modification covers the entire cross-section of the irradiated specimens to a depth of 1 mm. The data on irradiation-induced structural changes are used to interpret the changes in mechanical properties of the irradiated specimens under static and cyclic loading. Particular attention is given to analysis of strain estimation by the digital image correlation method.

В рамках нелинейного многоуровневого подхода показано, что в основе генерации деформационных дефектов при пластической деформации и трещин при разрушении лежат масштабные уровни локальной кривизны кристаллической структуры твердых тел. Деформационные дефекты генерируются на интерфейсах 2D планарных и 3D кристаллических подсистем механизмом «лазерной накачки». Трещины зарождаются как структурно-фазовый распад кристаллической структуры в зонах локальной кривизны, где неравновесный термодинамический потенциал Гиббса оказывается больше нуля. Нелинейная механика разрушения исключает проблему сингулярности 1/r в уравнении распространяющейся трещины, но должна учитывать локальную кривизну кристаллической решетки в вершине трещины при ее зарождении и распространении.

Численно моделируется взаимодействие стального цилиндрического ударника с элементом ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ). Материал оболочки РДТТ — ортотропный органопластик, жестко скрепленный с твердым топливом. Исследуется влияние геометрических и кинематических параметров ударника и ориентации упругих и прочностных свойств оболочки на параметры волны сжатия, выходящей на твердое топливо. Рассмотрен диапазон скоростей взаимодействия от 400 до 1000 м/с. Задача решается численно, методом конечных элементов в трехмерной постановке. Поведение материала ударника описывается упругопластической моделью, поведение анизотропного материала оболочки описывается в рамках упругохрупкой модели, топливо моделируется упругой средой.

Изучены закономерности деформационного поведения ультрамелкозернистого алюминиевого сплава, полученного интенсивной пластической деформацией. Показано, что в сравнении с ультрамелкозернистым алюминием выделяющиеся в объеме и на границах зерен сплава частицы вторичных фаз препятствуют развитию зернограничного проскальзывания и локализации пластической деформации. Это приводит к увеличению протяженности стадии деформационного упрочнения и соответствующему повышению величины равномерного удлинения в гетерофазном алюминиевом сплаве по сравнению с чистым алюминием.

Методами оптической, просвечивающей и растровой электронной микроскопии, а также рентгеновской дифракции изучена структура поверхностного слоя высокопрочной стали 30ХГСН2А, модифицированной ионно-лучевой обработкой, и структура по всему поперечному сечению образца толщиной 1 мм. Проведены испытания на статическое и циклическое растяжение образцов без и после обработки ионным пучком Zr+, выявившие увеличение усталостной долговечности в результате применения указанного способа модификации. Проанализированы различия в характере деформационного поведения образцов и изменения их механических свойств. Обсуждаются причины повышения усталостной долговечности облученных образцов с учетом произошедших структурных изменений.

Проведены исследования микроструктуры и фазового состава титанового сплава ВТ1-0, имплантированного ионами алюминия, на зернах двух типов: 1.4 и 0.4 мкм. Установлено, что в результате облучения образуется ионно-легированный слой, на основе зерен альфа-Ti. Размеры, форма и места локализации вторичных фаз (Ti3Al, Аl3Ti и ТiО2) зависят от размера зерна титановой матрицы. Рассчитана величина дисперсионного упрочнения.??.

Представлены токовые зависимости электропроводности и интенсивности изнашивания электроконтакта сталь/сталь 45 в условиях скольжения без смазки при плотности тока более 100 А/см2. Установлено, что увеличение содержания легирующих элементов или упрочняющих фаз в первичной структуре стали приводит к низкой прочности поверхностного слоя, что проявляется в высокой интенсивности изнашивания контакта и в катастрофическом изнашивании при низкой плотности тока.

Методами электронной микроскопии и дифракции обратно рассеянных электронов проведены исследования влияния отжигов и небольших деформаций (до 20 %) на структуру и спектр разориентировок границ зерен субмикрокристаллического никеля. Установлено, что увеличение доли большеугловых границ зерен в зернограничном ансамбле субмикрокристаллического никеля в процессе отжигов происходит в основном за счет образования двойников отжига. Показана зависимость эволюции структуры и спектра разориентировок границ зерен никеля в процессе деформации от механизма деформации. В условиях ползучести развитие зернограничного проскальзывания способствует сохранению субмикрокристаллической структуры и увеличению доли большеугловых границ зерен в зернограничном ансамбле никеля.

Исследовано влияние равноканального углового прессования (РКУП) на структуру и механические свойства спеченных композиционных материалов (КМ) AI - Sn с различным содержанием второй фазы. Установлено, что в процессе прессования происходит сильное упрочнение композита за счёт измельчения зеренной структуры алюминиевой матрицы, при этом прочность обработанных КМ определяется по правилу смеси. Частицы олова при РКУП по маршруту С практически полностью возвращаются к исходной форме после каждого четного прессования, и последовательно утоняются с ростом числа прессований по маршруту А. Уменьшение толщины межчастичных прослоек приводит к дополнительному измельчению заключённых в них зёрен алюминиевой матрицы и вызывает более сильное упрочнение МКМ AI - Sn.

In the paper, we use the nonlinear multiscale approach of physical mesomechanics to demonstrate that the scales of local crystal structure curvature in solids play a fundamental role in the generation of strain-induced defects and cracks. It is shown that strain-induced defects arise at the interfaces of 2D planar and 3D crystal subsystems by the mechanism of “laser pumping” and cracks nucleate as structural phase decay in the zones of crystal structure curvature where the nonequilibrium thermodynamic potential or so-called Gibbs energy is higher than zero. Nonlinear fracture mechanics eliminates the problem of singularity Mr in equations of crack growth but requires accounting for local lattice curvature at the crack tip.

Исследовано поведение при деформации сжатием и сдвигом пористых, 10-70 %, образцов из оксида алюминия и диоксида циркония. Анализ кривых «напряжение - деформация» показал, что имеет место переход от типично хрупкого разрушения для относительно плотных образцов обоих составов до псевдопластичного при высоком уровне пористости. Значения предела прочности при сжатии, эффективных модулей упругости и сдвига, а также коэффициента Пуассона уменьшаются с увеличением объёма порового пространства керамических образцов, что коррелирует с появлением в них множественного растрескивания, формирующегося в ходе деформации.

Рассмотрено влияние малых добавок циркониевого концентрата со средним размером частиц 30 нм на физико-механические свойства пеностекла. Установлено, что введение в пенообразующую смесь диоксида циркония приводит к изменению макроструктуры пеностекла и увеличению среднего размера пор до 2,5 мм. Наноразмерный ZrО2уменьшает вязкость расплава при вспенивании. Оптимальной с точки зрения механических свойств является массовое содержание диоксида циркония 0,3 %. Прочность пеностекла увеличивается в присутствии наноразмерных частиц до 1,4 МПа по сравнению с прочностью исходного пеностекла 1,1 МПа. Дальнейшее увеличение массового содержания диоксида циркония до 1,1 % уменьшает прочность до 0,5 МПа.

Методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности разрушения покрытий SiAIN на подложках Cu при одноосном растяжении. Показано, что скалывание покрытий происходит в зонах локальной кривизны границы раздела «SiAIN - Cu», образующихся в результате скольжения дислокаций в подложке. Предварительная ионная бомбардировка подложки позволяет подавить выход дислокаций на границу раздела «покрытие - подложка», а также повысить адгезионную прочность покрытий и предотвратить их краевое отслоение. В то же время возникающая в результате ионной бомбардировки волнистая граница раздела «покрытие - подложка» приводит к появлению нормальных к ней напряжений, которые обусловливают коробление и скалывание покрытий в областях положительной локальной кривизны границы раздела.

Масштабная инвариантность в механическом поведении наноструктурного твердого тела связана с эффектом пластической дисторсии, которая является основным механизмом структурных трансформаций на нано- и микромасштабных уровнях. Интенсивное зернограничное скольжение (микромасштабный уровень) в аномально развитой планарной подсистеме (границы нанозерен) обусловливает прогрессивное возрастание кривизны кристаллической решетки деформируемого материала (наномасштабный уровень) и развитие пластической дисторсии атомов, которая вызывает образование неравновесных вакантных узлов в наноструктуре. Движение неравновесных точечных дефектов в зонах кривизны наноструктуры обусловливает вязкое некристаллографическое пластическое течение, растворение (или диспергирование) исходных фаз и возникновение неравновесных фаз в деформируемом материале. Возможность обратимых структурно-фазовых трансформаций в условиях сильной кривизны кристаллической решетки позволяет получить эффект значительного возрастания усталостной долговечности поликристаллических материалов при наноструктурировании их поверхностных слоев.

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.

При разработке полимерных конструкционных материалов триботехнического назначения, в том числе на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), неоднократно показано, что износостойкость, как правило, оказывается выше в случае композиций с большей степенью кристалличности. Экспериментально установлено, что степень кристалличности полимерной матрицы практически не влияет на деформационно-прочностные характеристики соответствующих композиций. Для объяснения эффекта повышения износостойкости в условиях триботехнического нагружения в работе моделируется надмолекулярная структура СВМПЭ. Оценивается влияние степени кристалличности на напряженно-деформированное состояние материала в соответствующем масштабе. Показано, что повышение степени кристалличности приводит к улучшению прочностных свойств матрицы в условиях нагрева, типичных для узлов триботехники. Кристаллитные структуры играют роль силового каркаса при действии нагрузки. Повышение температуры приводит к более быстрой деградации прочностных свойств аморфной фазы матрицы. Этим можно объяснить улучшение эксплуатационных свойств. Рассмотрен пример моделирования композиции, содержащей частицы наполнителя AlO3 микронных размеров с учетом сферолитной структуры; приведено сравнение с экспериментом.

В монографии обобщен экспериментальный материал по получению, исследованию и применению механокомпозитов как наиболее перспективного продукта механохимического синтеза, который вследствие свих уникальных свойств может использоваться в самых разных отраслях. В монографии рассматриваются также методы исследования структуры и свойств механокомпозитов с учетом специфики их строения - наноразмеров составляющих их компонентов. необычайно высокой контактной поверхности и чрезвычайно большой концентрации дефектов разного рода. Материалы представляют интерес как для исследователей, так и для специалистов-практиков, работающих в области физики и химии металлов, механохимии, механического сплавления, порошковой металлургии и т. д.

Рассмотрена возможность привлечения неорганических реагентов для экспрессного определения свойств поверхности нанопорошков меди, полученных в различных условиях электрического взрыва проводника и газового синтеза; выполнена адаптация метода термопрограммированной десорбции аммиака для нанопорошковых объектов; проанализированы особенности формирования активных центров в нанопорошках в зависимости от условий их синтеза.

Исследованы структура, фазовый состав и свойства ультрадисперсных керамических порошков диоксида циркония с изменением концентрации соли в растворе при изготовлении порошков методом плазмохимического синтеза. Установлено, что изменение такого технологического параметра, как концентрация соли в растворе, влияет на структуру и свойства получаемых порошков, а именно повышение концентрации приводит к увеличению среднего размера частиц порошков, а также их удельной поверхности и уменьшению насыпной плотности. Это связано с изменением количественного соотношения полых и наполненных сфер в порошке. На фазовый состав и параметры тонкой кристаллической структуры изменение концентрации влияния не оказывает.

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

Исследована структура ультрадисперсного порошка, полученного методом плазмохимического синтеза.

Предложена модель, описывающая распространение фронта превращения в случае обобщенного плоского напряженного состояния, типичного для технологических условий синтеза покрытий на подложке, с учетом связанного характера процессов теплопереноса и деформирования в отсутствие внешнего механического нагружения. В приближении узкого фронта превращения получено стационарное решение. Выделены области параметров модели, в которых изменения температуры продуктов реакции и компонент тензоров напряжений и деформаций имеют различный характер.

Предложена двумерная модель синтеза покрытия в условиях электронно-лучевой обработки. Представлены результаты численного исследования модели, иллюстрирующие роль технологических параметров в режимах превращения. Показано, что степень превращения и состав покрытия существенно зависят от режима обработки.

По реакции между 1-хлорметилбензотриазолом и 3,5-диметилпиразолом получен несимметричный лиганд ряда бис(азолил)метанов. Нитрование этого соединения смесью азотной и серной кислот приводит к образованию двух продуктов - моно- и динитропроизводного, структура которых была установлена на основании спектров ЯМР и квантовохимических расчетов в рамках теории функционала плотности.

Проведен жидкофазный синтез образцов гидроксилапатита, в том числе модифицированных карбонат-оином. Определены элементный и фазовый состав продуктов синтеза, их растворимость в воде при 20гр. в сравнении с аллогенным (биологическим) гидроксилапатитом. Установлено, что в продукте синтеза с длительным выдерживанием в маточном растворе соотношение Са/Р наиболее близко к требуемому. карбонатмодифицированные образцы по фазовому составу наиболее близки к аллогенному гидроксилапатиту.

Исследовано влияние отжигов и последующей низкоэнергетической механической обработки в шаровой мельнице на морфологическое строение, фазовый состав, площадь удельной поверхности и удельного объема нанопор плазмохимических порошков ZrO2-Al2O3-Y2O3. Показано, что превращения, происходящие в порошке под воздействием температуры и механической обработки, приводят к изменению площади удельной поверхности и удельного объема нанопор.

Исследованы свойства оксигидроксидов алюминия (ОГА), полученных окислением электровзрывного ультрадисперсного (нано-) порошка алюминия водой (55 оС) с последующим прокаливанием исходного образца в температурном интервале 100-1150 оС. Такие материалы нашли применение в качестве высокоэффективных адсорбентов для тонкой комплексной очистки воды. С использование методов рентгеноструктурного, термического анализа и порометрии определены основные структурные характеристики образцов. Установлено, что исходный ОГА содержит две модификации - псевдобемит и байерит. В зависимости от условий термообработки наблюдаются следующие фазовые переходы: байерит -n-Al2O3 -Q-Al2O3 - a-Al2O3 и псевдобемит -y-All2o3 - b-Al2O3 - Q-Al2O3 - a-Al2O3. Оксигидроксиды, полученные при относительно низких температурах прокаливания, характеризуются высокой удельной поверхностью и наличием микропористой структуры. Повышение температуры прокаливания приводит к исчезновению микропор и увеличению объема и размера мезопор.

Исследовано окисление пропилена и изобутилена кислородом в плазме барьерного разряда в присутствии октана. Рассмотрен возможный механизм реакции.

Получен монофазный вольфрамат циркония гидротермальным методом посредством низкотемпературного разложения ZrW2О7(ОH1,5, Сl0,5)2Н2О при 570 °С. Показано, что морфология порошка представлена вытянутыми частицами, имеющими собственную блочную структуру. Определены области стабильности полученного материала. Показано, что вольфрамат циркония имеет отрицательный коэффициент теплового расширения от 25 до 750 °С.

На основе цеолита типа ZSM-5 с использованием различных сособов приготовлены катализаторы, содержащие оксиды лантана и циркония. Изучено влияние промотирующей добавки и способа модификации цеолитов на их каталитические и физико-химические свойства в процессе получения диметилового эфира из синтез-газа. Показано, что введение модификатора методом пропитки приводит к увеличению выхода целевого продукта по сравнению с немодифицированным образцом в 1.7 и 1.8 раза для цирконий- и лантансодержащих катализаторов соответственно. Определены оптимальные условия проведения процесса.

В рамках концепции создания многокомпонентных нанокомпозитных покрытий, предполагающей одновременное зарождение островков различных взаимно нерастворимых или малорастворимых фаз при самоорганизации микроструктуры в процессе синтеза, разработаны и получены покрытия системы Al-Cr-Si-Ti-Cu-N. С применением методов рентгеноструктурного анализа, растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведено комплексное исследование влияния режимов ионно-плазменного синтеза на особенности микроструктуры, микротвердость, элементный и фазовый состав изучаемых покрытий. Обсуждаются пути оптимизации режимов получения многокомпонентных нанокомпозитных покрытий указанной выше системы.

Методом гидротермального синтеза из щелочных алюмокремнегелей получены цеолиты структурного типа ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11 и ZSM-12, которые модифицировались цинком методом пропитки. Изучены их кислотные свойства и установлено, что катализаторы отличаются друг от друга распределением и соотношением кислотных центров разного типа. Показана возможность прямой химической переработки этана в ароматические углеводороды на Zn-содержащих цеолитах различного структурного типа. Установлено влияние структуры высококремнеземных цеолитов на активность и селективность приготовленных на их основе Zn-содержащих катализаторов. Показано, что наиболее эффективным ктализатором процесса превращения этана в ароматические углеводороды является цеолит структурного типа ZSM-5, модифицированный цинком.

Методом магнетронного осаждения получены нанокомпозитные покрытия на основе аморфного углерода, легированного титаном, никелем и хромом. Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследованы особенности микроструктуры и фазового состава указанных покрытий. Показано, что структура покрытий представлена наноразмерными частицами TiC и NiCr, находящимися в аморфной углеродной матрице. Рассматриваемые покрытия на подложке из титанового сплава повышают микротвердость в ~7 раз (до 14 ГПа) и снижают более чем в 2 раза (до мю0.2) коэффициент трения. Обсуждаются физические причины повышения твердости и снижения коэффициента трения, а также перспективы модифицирования фазового состава нанокомпозитных покрытий на основе аморфного углерода и возможности использования полученных покрытий на изделиях из титановых сплавов.

Представлены результаты исследования механических свойств синтезированного композита «оксид циркония - многостенные углеродные нанотрубки». Керамический композит получали на основе гидротермального синтеза из суспензии соли циркония с диспергированными углеродными нанотрубками, закритической сушкой гидрогеля и последующей термообработкой аэрогеля. Спекание фрагментов аэрогеля в объемный образец-таблетку производили методом горячего прессования.??Исследование механических свойств композита осуществлялось на базе системы нано- и микроиндентирования NanoTest. Проведены эксперименты по однократному микроиндентированию синтезированного композита для различных значений максимальной приложенной нагрузки в интервале 100-500 мН. По экспериментальным данным «величина нагрузки - глубина индентирования» на основе стандартной модели Оливера-Фарра оценивали упругий модуль материала и твердость; энергию, диссипированную в материал на стадии индентирования, и энергию упругого восстановления материала на стадии разгрузки определяли по площади под соответствующими участками кривой индентирования.??Показано, что зависимость твердости композита от глубины отпечатка носит степенной характер, тогда как модуль упругости линейным образом уменьшается.

Представлены результаты по твердофазному синтезу массивных катализаторов на основе MoS2 и микроколичеств полярных жидкостей. Обнаружено, что они обеспечивают ультранизкое содержание серы в гидрогенизате.

Фазовый состав, тонкая структура интерметаллических покрытий исследована методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Показано, что интерметаллид Ni3Al является основной фазой покрытия для всех исследованных образцов. Ионная имплантация покрытия ионами алюминия и бора приводит к изменению параметра решетки, параметра дальнего атомного порядка, изменению внутренних упругих напряжений, размеров зерен и типа дислокационной структуры.

Методами просвечивающей дифракционной электронной и растровой микроскопии и методом рентгеноструктурного анализа проведено исследование структуры деформированного при различных температурах (Т) сплава Ni3Al, легированного B и Hf. Сплав был приготовлен методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Исследования выполнены для степени деформации, соответствующей пределу текучести сплава (s0.2). Выбор температуры деформации определялся видом аномальной зависимости s0,2 = f (Т) исследуемого сплава, а именно: 20 и 5900С (до пика предела текучести), 7600С (вблизи пика предела текучести) и 1000°C (за пиком предела текучести). Изучена зеренная структура. Измерены параметр кристаллической решетки и степень дальнего атомного порядка. Определен фазовый состав сплава. Выявлено влияние легирования бором и гафнием на морфологию структуры сплава. Изучена дефектная структура, измерены плотность дислокаций и внутренние напряжения.