The structure and properties of 12Cr1MoV steel irradiated with a zirconium ion beam 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.

Методом импульсного магнетронного распыления получено твердосмазочное композитное покрытие системы Cu-Mo-S. Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии изучена морфология поверхности и микроструктура полученных покрытий. Элементный состав покрытий изучен методами микрорентгеноспектрального анализа. Проведено исследование влияния композитных покрытий системы Cu-Mo-S на триботехнические свойства пары трения «медь - медь» при работе в атмосфере инертного газа и на воздухе. Установлено, что применение этих покрытий повышает износостойкость пары трения в атмосфере аргона примерно в 72 раза, при этом коэффициент трения на воздухе снижается примерно в 2.2 раза.

В работе показана возможность изучения закономерностей поведения и диагностики структуры и свойств поверхностных слоев и покрытий на основе спектрального анализа акустических колебаний и силы сопротивления при трении. Исследования проведены на наноскопическом масштабе с использованием численного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Развита методика анализа упругих волн на основе обработки зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений, регистрируемых в определенной точке поверхности контртела. Идентифицированы основные пики на спектрах регистрируемых данных, обусловленные собственными частотами системы, геометрическими и адгезионными параметрами модели, а также шероховатостью взаимодействующих поверхностей. Показано, что спектры изменения давления в модели качественно подобны акустическим спектрам записи звука в реальном эксперименте. Теоретически обосновывается возможность применения трибоспектрального анализа на основе вычисления силы трения для диагностики неоднородностей и несплошностей наноскопического масштаба в поверхностном слое толщиной до 100 нм. Результаты изучения показали возможность оценки ряда параметров наноскопических несплошностей, таких как характерный пространственный период их расположения и линейные размеры. Обсуждаются области применения предложенного подхода как перспективного неразрушающего метода исследования поведения и диагностики структуры и поврежденности покрытий и поверхностных слоев наноскопической толщины.

Исследовано влияние равноканального углового прессования на структуру, фазовый состав и проявление сверхпластичных свойств алюминиевого сплава 1421. Обсуждаются физические причины наблюдаемого после обработки вышеуказанным методом смещения температурного интервала проявления сверхпластичности в область более низких температур деформации и значительного уменьшения энергии активации истинного зернограничного проскальзывания, выявляемого методом внутреннего трения.

В работе представлены результаты исследования структуры и свойств композиционных покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки из смеси термореагирующих порошков FeB–FeTi. Показана зависимость фазо- и структурообразования покрытий от гранулометрического состава исходных компонентов наплавляемой шихты. Исследованы абразивная износостойкость, коэффициенты трения и интенсивность изнашивания в парах трения. Показана взаимосвязь полученных характеристик со структурой и морфологическими особенностями структурных составляющих покрытий.

Проведено исследование влияния высокодозной ионной имплантации на деформационные процессы, происходящие в приповерхностных областях alfa-железа и стали 45 при трении. Показано, что ионная имплантация может в десятки раз снижать величину износа на стадии приработки. Экспериментально установлено, что, демпфируя распространение акустических колебаний, генерируемых трибологической парой, можно существенно уменьшать износ образцов на первой стадии. Предложено объяснение кинетических кривых изнашивания, учитывающее влияние акустических колебаний, генерируемых в трибосистеме.????.

На основании исследований зернограничного внутреннего трения установлено, что холодная пластическая деформация субмикрокристаллического и крупнозернистого титана приводит к понижению температур начала и интенсивного развития истинного зернограничного проскальзывания и к уменьшению энергии активации этого процесса. При последующем отжиге при температурах вплоть до 573 K энергия активации не изменяется, а затем возрастает с ростом температуры отжига. Обоснован диффузионный механизм истинного зернограничного проскальзывания.??.

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик двух композиционных материалов WC-(Fe-Mn-C), отличающихся структурно-фазовым состоянием связки, после скольжения по стальному диску в диапазоне скоростей от 1 до 4 м/с при контактном давлении 5 МПа. Показано, что при низких скоростях (1м/с) интенсивность изнашивания материала с гетерофазным строением связки, содержащей мелкокристалличные зерна аустенита и значительную долю мартенсита закалки в исходном состоянии, в 3,5 раза выше, чем интенсивность изнашивания композита с аустенитной связкой. С ростом скорости до 4 м/с износостойкости этих двух материалов становятся близкими, а затем приблизительно равными. В процессе трения при всех скоростях скольжения связка обоих композитов претерпевает y-a превращение, степень и глубина которого растут с увеличением скорости.

Приведено краткое исследование изменения фазового состава при спекании композитов на основе подшипниковой стали с добавками карбидов кремния и бора в шихте. Обнаружено полное растворение карбида бора при спекании с образование боридов железа, что привело к исчезновению фрикционных свойств спеченного материала. В композитах, содержащих карбид кремния, эффект растворения фрикционной составляющей частично уменьшается за счет введения крупнодисперсного порошка, что вызывает повышение коэффициента трения.

В работе представлены результаты комплексных исследований структурно-фазового состояния, физико-механических и трибологических свойств наноструктурированных титана и циркония при ионно-лучевой и микродуговой обработках. Показано, что низкотемпературное ионно-лучевое азотирование титана и циркония существенно (в 25-35 раз) увеличивает износостойкость его поверхностного слоя и на 40% понижает коэффициент трения при фрикционном сопряжении. Микродуговое оксидирование титана в растворе ортофосфорной кислоты, гидроксилапатита и карбоната кальция позволяет создавать кальций-фосфатные покрытия с высокими физико-механическими свойствами. Трибологические испытания в режиме сухого трения и в изотоническом растворе хлорида натрия показали, что биокомпозиционный материал на основе наноструктурированного титана и кальций-фосфатного покрытия демонстрирует достаточно высокий коэффициент трения 0,4-1,0 в процессе фрикционного взаимодействия с сверхвысокомолекуляярным полиэтиленом и костной тканью. Существенное повышение триботехнических свойств наноструктурированных циркония и титана с модифицированными поверхностными слоями делает эти материалы весьма перспективными для применения в медицине и технике.

исследована взаимосвязь между параметрами акустической эмиссии в характером трения и изнашивания твердых нанокристаллических покрытий системы Ti-Al-N, полученных при различных напряжениях отрицательного смещения на образце. Установлена корреляция между параметрами сигналов акустической эмиссии, процессами разрушения покрытий и коэффициентом трения.

Получены зависимости электропроводности контакта и интенсивности изнашивания металлических материалов от плотности электрического тока в условиях трения скольжения. Установлено, что легирование основы материала приводит к ускорению разрушения поверхности трения. Методом оже-спектрометрии определено присутствие кислорода около 40 ат. % в поверхностном слое. Методом рентгенографии показано, что в поверхностном слое формируется оксид FeO, который способствует увеличению электропроводности контакта.

A series of full-scale experiments was performed to study the influence of impact loads on the parameters of seismic vibrations initiated in variable friction. The study was conducted on a test setup Tribo which is a movable concrete slab modeling an allochthon on a rough plane of the Angara fault segment in Baikal region. Contact interactions of asperities in the slip zone were recorded using strain and load measuring equipment and four seismic stations Baykal-7HR widely used for recording earthquakes. The proposed physical modeling method and obtained results can be of interest for the development of new physical models of differently scaled sources of seismic energy dissipation in tectonic faults and can be useful for seismological studies, related data interpretation, and improvement of extended forecast of rock bursts and earthquakes.

We investigate the coefficient of friction between a rigid cone and an elastomer with account of local heating due to frictional dissipation. The elastomer is modeled as a simple Kelvin body and an exponential dependency of viscosity on temperature is assumed. We show that the coefficient of friction is a function of only two di-mensionless variables depending on the normal force, sliding velocity, the parameter characterizing the temperature dependence as well as shear modulus, viscosity at the ambient temperature and the indenter slope. One of the mentioned dimensionless variables does not depend on velocity and determines uniquely the form of the dependence of the coefficient of friction on velocity. Depending on the value of this controlling variable, the cases of weak and strong influence of temperature effects can be distinguished. In the case of strong dependence, a generalization of the classical “master curve” procedure introduced by Grosch is suggested by using both horizontal and vertical shift factors.

Проведено системное структурное исследование механизмов деформации и формирования частиц износа на поверхностях трения металлических материалов. Выявлена иерархия структурно-масштабных уровней пластической деформации и разрушения при изнашивании материалов. Ведущим в иерархической самоорганизации многоуровневых процессов формирования частиц износа является наномасштабный уровень, где в зонах локальной кривизны кристаллической решетки возникают межузельные бифуркационные структурные состояния, развиваются пластическая дисторсия и механизмы движения неравновесных точечных дефектов, определяющие нелинейную динамику структурообразования и процесса изнашивания поверхностных слоев. Неравновесные вакансии в узлах решетки в условиях пластической дисторсии формируют механизмом коалесценции микропористость, которая является прекурсором пластических сдвигов мезо- и макромасштабов, определяющих образование частиц износа.

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.

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.

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

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 в контакте со стальным диском в диапазоне скоростей скольжения от 10 до 40 м/с при давлении 2 МПа, а также структуры поверхностей трения после испытаний. Установлена область скоростей скольжения (23-30 м/с), в которой наблюдается катастрофическое изнашивание материала. При более высоких скоростях протекает установившееся изнашивание. Показано, что резкое увеличение интенсивности изнашивания (в четыре раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 м/с связано со сменой механизмов изнашивания. Установлено, что приповерхностная область материала WC-сталь 110Г13 имеет многослойное строение, причем слои сильно отличаются по структуре и свойствам.

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.

В сплаве Zr+1% Nb в двух структурных состояниях прослежено распределение дефектов в зонах локализации пластической деформации. Установлено, что на стадии параболического деформационного упрочнения дислокационная структура развивается неравномерно. Накопление дефектов и развитие дислокационной структуры в зонах локализованной деформации происходят быстрее, чем в зонах с пониженной скоростью течения.

A comparative analysis has been performed of mesoscale stress and strain distributions in sections of 3D polycrystalline specimens and in their 2D cousins under plane strain and plane stress conditions. For similar macroscale stress-strain curves, the mesoscale plastic strain localization patterns are shown to differ essentially both qualitatively and quantitatively in 2D and 3D models. In other words, the same effective mechanical response of the materials can be provided by different mesoscale stress and strain distributions depending on the loading technique used and geometric features of the specimens (thin plates, thick specimens, etc.).

In the work, the dispersion of metal specimens on high-rate heating was studied at the microlevel. The calculations were performed in the framework of the molecular dynamics method with the use of many-body interatomic potentials. It is shown that the electrothermal pulse dispersion has a pronounced stage character. It is pointed out that the processes responsible for evaporation and collision of clusters are much more intense than those of precipitation. Study into the effect of the thermal loading intensity on the dispersion dynamics shows that increasing the heating temperature causes a decrease in the average size of clusters and an increase in their number.

В работе приведены экспериментальные и теоретические исследования складчатых структур, формирующихся на свободной поверхности поликристаллических материалов в процессе одноосного растяжения. На примере ферритно-мартенситной стали ЭК-181 продемонстрированы общие закономерности образования и эволюции складчатого деформационного рельефа. Методами численного моделирования показано, что поликристаллическая структура материала может являться условием формирования локальной кривизны изначально плоской поверхности и, следовательно, периодического распределения нормальных растягивающих и сжимающих напряжений.

Предлагается физическая и математическая модель, позволяющая конструировать функционально градиентные материалы, в том числе и пористые, исследовать их деформирование и разрушение при интенсивных импульсных нагрузках. На основе развиваемых в работе представлений, базирующихся на теории мезоскопических явлений академика В. Е. Панина, проведено численное исследование особенностей распространения ударных волн и трансформации энергии падающего импульса в материалах с градиентным распределением физико-механических свойств. Проведены тестовые расчеты по оценке достоверности изложенной модели.

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.

Определены интенсивность изнашивания и удельное поверхностное электрическое сопротивление контакта металлических композитов при трении с повышенной плотностью тока без смазочного материала. показано, что в поверхностном слое композитов образуются вторичные структуры. Проведена оценка численного значения удельного электрического сопротивления вторичных структур. Установлено, что они имеют удельное электрическое сопротивление на уровне известных электрографитов и углеграфитов, что создает высокое электросопротивление контакта. Достигнуто уменьшение электросопротивления и интенсивности изнашивания зоны трения путем введения расплава Pb-Sn в зону трения. Отмечена принципиальная возможность создания работоспособного скользящего электроконтакта двух металлических композитов с металлическим расплавом между поверхностями трения.

Представлены вольтамперные характеристики контактов металлических композитов, скользящих по стальному контртелу в присутствии расплава Pb-Sn в контактном пространстве. Показано увеличение электропроводности контакта при введении расплава в зону трения. Предложен расчет электропроводности фактического контакта в присутствии расплава и площади, занимаемой расплавом. Установлено, что электропроводность непосредственного контакта увеличивает электропроводность контакта композит-сталь более эффективно, чем площадь, занимаемая расплавом.

В книге обобщены экспериментальные результаты по влиянию наноразмерных алмазосодержащих добавок на процессы структурообразования и свойства материалов и покрытий, формируемых различными технологическими методами. Приведены сведения об общих закономерностях влияния размерного фактора на некоторые механические и физические свойства материалов, рассмотрены основные методы получения и подготовки наноразмерных алмазосодержащих материалов. Подробно рассмотрены особенности получения консолидированных нанокомпозиционных материалов триботехнического и инструментального назначения, формируемых методами электроимпульсного спекания и термобарического синтеза с их модифицированием наноразмерными алмазосодержащими добавками. Приведены данные о формировании модифицированных наноразмерными алмазосодержащими добавками поверхностных слоев с использованием методов электрохимического осаждения, газотермического напыления, микроплазменной обработки, трибомеханического модифицирования. Рассмотрены вопросы создания макрогетерогенных материалов с бронзовой матрицей, обладающей эффектом наноструктурирования поверхностного слоя в процессе трибовзаимодействия. Изложены принципы создания пластичных смазочных материалов с наноразмерными твердыми компонентами. Предназначена для научных, инженерно-технических работников, аспирантов и студентов, занимающихся вопросами материаловедения, инженерии поверхности, повышения долговечности быстроизнашиваемых деталей машин.

Представлены результаты численного моделирования формирования разломной структуры в слое геосреды при разрывном сдвиге основания. Рассмотрены особенности строения зон локализации деформации на разных этапах развития от зарождения до образования магистрального разлома. Обнаружено, что образование зон локализации от разрыва в основании происходит в виде пары поверхностей, подобных створкам устрицы. Показано, что в зависимости от свойств среды и толщины слоя возможно формирование цветковых структур нарушений с различным типом строения. В первом из них основными являются поверхности R сколов Риделя. В других первичными зонами нарушений оказались поверхности, ориентированные под углом ~40° в горизонтальной плоскости по отношению к оси сдвига. Образование единого магистрального разрыва происходит сверху, после выхода наклонных зон локализации на поверхность.

В настоящей работе методом численного эксперимента исследованы особенности формирования деформационного рельефа на поверхности поликристаллических стальных образцов в основном состоянии и с модифицированными поверхностными слоями. Показано, что в процессе одноосного нагружения на свободной поверхности формируются мезоскопические структуры в виде протяженных переплетающихся складок, ориентированных перпендикулярно оси нагружения. Установлено, что при наличии модифицированного поверхностного слоя с более высокими механическими свойствами по сравнению с основным материалом деформационный рельеф становится более сглаженным за счет исчезновения мелких складок. Исследовано влияние толщины и модифицированного поверхностного слоя на характеристики деформационного рельефа. Проанализировано напряженное состояние на поверхности и в объеме поверхностно модифицированного материала.

Методами просвечивающей электронной микроскопии проведены исследования влияния легирования водородом на рост и распределение по размерам элементов зеренно-субзеренной субмикрокристаллической структуры сплава Ti-6Al-4V в интервале температур 673-973 К. Изучена кинетика и определены значения энергии активации роста элементов зеренно-субзеренной структуры сплава при свободном отжиге и в условиях растяжения. Установлено активизирующее влияние деформации и диффузии водорода на миграцию границ зерен и рост элементов зеренно-субзеренной субмикрокристаллической структуры.

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.

Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии в сплаве V-4Ti-4Cr-(C, N, О) с дисперсным (наноразмерными частицами оксикарбонитридной фазы) упрочнением проведено исследование дефектной субструктуры и особенностей разрушения после деформации методом активного растяжения при температурах 20 и 800 °С. Показано, что важными особенностями деформации при повышенной температуре являются, во-первых, активизация зернограничных механизмов деформации и разрушения, во-вторых, явление локализации деформации с переориентацией кристаллической решетки. Обсуждаются причины этих особенностей.

Анализ рядов температуры приземного слоя атмосферы, полученных на метеостанциях Евразии, выполненный с использованием аналитического сигнала, является предметом данной статьи. Климатические классы выделяются путем сравнения фазы температурного ряда с оценкой типовой фазы в итерационном процессе. данная вычислительная технология впервые применена для изучения климатических процессов. Новы подход является информативным и соответствует известным представлениям о географии климата. Подтверждается, что фазировка и синхронность являются существенными особенностями климатических процессов на Земле.