Исследовано абразивное изнашивание нанокомпозитов на основе СВМПЭ с нанонаполнителями Al2O3, C, Cu, SiO2. Установлено, что нанонаполнители, в отличие от микронаполнителей, в существенно меньшей степени (до 55%) повышают абразивную износостойкость СВМПЭ (при использовании абразива зернистостью Р 240). Методами оптической профилометрии и микроскопии, ИК-спектроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и растровой электронной микроскопии исследованы структура и поверхность изнашивания образцов СВМПЭ и нанокомпозитов на его основе. Показано, что абразивная износостойкость нанокомпозитов слабо зависит от типа наполнителя и определяется структурой (кристалличностью, упорядоченностью) матрицы и зернистостью абразива контртела. Проведен сравнительный анализ механизмов изнашивания нанокомпозитов на основе СВМПЭ при наличии абразива и в условиях сухого трения скольжения.

С помощью профилометрии, оптической и просвечивающей электронной микроскопии исследована микроструктура поверхностных слоев малоуглеродистой ферритно-перлитной стали после точения и ультразвуковой финишной обработки. Показано, что выступы и впадины точения имеют разную микроструктуру, что обусловливает наличие на поверхности детали технологической наследственности. При ультразвуковой финишной обработке происходит интенсивная пластическая деформация поверхностного слоя, в результате чего устраняется технологическая наследственность, сформировавшаяся в процессе точения.

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.

В учебном пособии изложены сведения о строении кристаллической решетки. Рассмотрены ее тепловые и электронные свойства, вопросы диффузии в твердой фазе. Приведены данные о дефектной структуре твердых тел. Освещены основные положения теории дислокаций и описываемые на ее базе представления о пластической деформации и разрушении твердых тел. Объяснена природа высокопрочного состояния. Проанализированы методики испытания металлов и сплавов при активном нагружении, ползучести. релаксации упругих напряжений и повторно-переменном нагружении. Для магистрантов, обучающихся по направлениям подготовки высшего профессионального образования "Прикладная механика" и "Техническая физика", а также аспирантов, специализирующихся в областях, связанных с физикой прочности и физическим металловедением.

Исследованы особенности модификации зеренной и гетерофазной структуры сплава системы V-Zr-C в зависимости от режимов термомеханической обработки (ТМО). Формирование структурных состояний с высокой плотностью однородно распределенных по объему материала высокодисперсных (до 5 нм) частиц второй фазы обеспечивает существенное увеличение прочностных характеристик при комнатной и повышенной (800 гр.С.) температурах с сохранением технологически приемлемых значений пластичности. Рассмотрено влияние различных факторов на прочность сплава V-Zr-C.

Исследовано структурно-фазовое состояние поверхностного слоя медной подложки, обработанного ионами титана. Методом рентгеноструктурного анализа установлено, что после обработки в поверхностном слое образуются интерметаллиды системы Cu—Ti. Методом растровой электронной микроскопии установлено, что в поверхностном слое формируется сетчатая микропористая структура с характерным поперечным размером горизонтальных и вертикальных элементов приблизительно 1—2 мкм.

Методами ренттеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа исследовано изменение фазового состава сплава АМг5 в зоне термического влияния при сварке методом трения с перемешиванием. Проанализированы возможные причины изменения фазового состава.

Исследована конверсия этана в ароматические углеводороды на высококремнеземном цеолите ZSM-5 структурного типа, модифицированном цинком с использованием метода пропитки. Методами термопрограммированной десорбции аммиака, дифференциального термического анализа, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и спектроскопии характеристического рентгеновского излучения изучен процесс дезактивации Zn-содержащего цеолитного катализатора на различных стадиях конверсии этана и установлены природа и распределение активных фаз и коксовых отложений на его поверхности. Показано, что катализатор Zn/ZSM-5 характеризуется относительно высокой активностью и стабильностью в процессе превращения этана в ароматические углеводороды.

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.

Приведены результаты исследования структуры интерметаллического соединения Ni3Al, синтезированного в порошковой смеси исходных элементов под давлением с пластической деформацией интерметаллида. Показано, что пластическая деформация формирует в интерметаллическом соединении бимодальную зеренную структуру, состоящую из зерен микронного диапазона размерности, мультизерен из микрозерен субмикронного диапазона размерности и межзеренных прослоек, содержащих наноразмерные кристаллиты Al2O3, Ni2Al3 и NiAl. С увеличением степени деформации в зеренной структуре интерметаллида увеличивается количество мультизерен, повышаются прочность и пластичность интерметаллического соединения.

Представлены результаты исследования влияния пластической деформации продукта высокотемпературного синтеза на зеренную структуру, прочность и пластичность синтезированного под давлением интерметаллического соединения Ni3Al.

По данным испытаний малоразмерных образцов с шевронным надрезом определены характеристики трещиностойкости технического титана ВТ1-0, титанового сплава ВТ6, трубной стали 12ГБА и сплава Fe-Ni с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой, полученной методами интенсивной пластической деформации (ИПД). В качестве основной характеристики трещиностойкости определена удельная энергия разрушения. Предложена новая характеристика вязкости разрушения при испытании малоразмерных образцов с шевронным надрезом — относительная величина смещений точек приложения нагрузки, не связанная с изменением податливости образца в результате распространения трещины. Исследовано изменение удельной энергии разрушения в процессе нагружения образцов с шевронным надрезом.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследованы фазовый состав, макро- и микронапряжения, а также микроструктура Ti 1-хAlxN покрытия и подложки. Покрытия наносились методом магнетронного распыления мишени в реакционной смеси газов аргона и азота на подложку из аустенитной стали 12X18Н10Т, которая подвергалась предварительной обработке ионным пучком титана. Установлено, что увеличение длительности предварительной ионной обработки подложки приводит к увеличению сжимающих макронапряжений и измельчению нанокристаллической столбчатой структуры в покрытии.??.

Методам и рентгеноструктурного анализа и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследованы изменения микроструктуры магнетронного покрытия TiAIN после термоциклических испытаний (140 циклов), которые заключались в нагреве до 900°С и охлаждении до комнатной температуры. При магнетронном нанесении покрытия распылялась мишень, изготовленная из сплава Ti (60 ат.%) - Аl (40 ат.%). В качестве подложки для нанесения покрытия использовалась аустенитная сталь в закаленном состоянии. Для исследования были подготовлены образцы с предварительной обработкой подложки пучком ионов титана и образцы без обработки подложки. Установлено, что при термоциклировании на поверхности покрытия образуется слой оксидов титана и алюминия с микрокристаллической структурой. В покрытии TiAIN под оксидным слоем уменьшаются макронапряжения сжатия, усиливается концентрационная неоднородность алюминия в фазе Ti l-x Al x N. Предварительная обработка подложки ионным пучком титана приводит к улучшению термостабильности покрытия, к уменьшению толщины оксидного слоя при одинаковом числе термоциклов и к более значительному расширению концентрационного интервала алюминия в фазе Ti l-x Al x N в поверхностных слоях покрытия.

Методами спекл-интерферометрии, электронной. оптической и атомно-силовой микроскопии исследованы структура и закономерности деформирования поверхностных слоев металлов и сплавов при трении. Проанализированы причины локализации деформации. Предлагается объяснение высокой износостойкости стали Гадфильда на основе данных об эволюции структуры поверхностного слоя.

На основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов изучено влияние напряженного состояния границ раздела структурных элементов в блочных средах на их деформационный отклик при динамических воздействиях. Полученные результаты позволили выделить ряд параметров деформационного отклика, величина которых претерпевает качественное изменение при изменении характера напряженного состояния. В качестве таких параметров выступают величина инициированного воздействием относительного тангенциального смещения блоков и некоторые характеристики частотного спектра скоростей таких смещений. Проведенный анализ позволяет предложить комплексный подход к диагностике напряженного состояния фрагментов активных границ раздела в блочных средах различной природы, в частности в иерархически организованной геологической среде.

С помощью сканирующей туннельной, атомно-силовой и растровой электронной микроскопии исследован характер пластической деформации и разрушения тонких пленок Сu на кремниевой и полипропиленовой подложках при термическом отжиге и одноосном растяжении. Механические характеристики исходных пленок определяли методом наноиндентирования. Показано, что на поверхности пленок Cu при одноосном растяжении возникает мезоструктура в виде переплетающихся мезополос, а при термическом отжиге — ячеистая мезоструктура. Установлена линейная зависимость геометрических параметров поверхностной мезоструктуры от толщины пленки. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией «шахматного» распределения напряжений на границе раздела «пленка – подложка» в многоуровневой модели деформируемого твердого тела.

Исследована температурная зависимость зернограничного внутреннего трения у крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана. Показано, что у ультрамелкозернистого титана, как и у крупнозернистых металлов, зернограничное внутреннее трение является следствием истинного зернограничного проскальзывания. Установлено, что при переходе от крупнозернистой структуры с совершенными границами зерен к ультрамелкозернистой структуре с несовершенными границами зерен понижаются температуры начала и интенсивного развития истинного зернограничного проскальзывания и уменьшается энергия активации этого процесса. обоснован диффузионный механизм истинного зернограничного проскальзывания при обоих структурных состояниях.

В работе представлены результаты исследований элементного состава, структурно-фазовых состояний, свойств пластичности и прочности тонких поверхностных слоев, сформированных в сплавах на основе TiNi при облучении направленными пучками заряженных частиц — ионов и электронов. На примере сплава Ti49.5Ni50.5 продемонстрирована связь между выявленными в работе микроструктурными свойствами поверхностных слоев, исходных и модифицированных облучением, и закономерностями распространения в таких сплавах деформационного процесса.??.

В работе представлены результаты совместных исследований особенностей развития деформации конструкционных материалов, проведенных с использованием оптико-телевизионного комплекса TOMSC и программно-аппаратного комплекса для регистрации акустической эмиссии. Показано, что комбинированное использование методов исследования структурных изменений, происходящих на поверхности и в объеме материала позволяет на основе выявляемой стадийности изменения информативных сигналов устанавливать соответствие между процессами деформации на микро- и мезомасштабном уровнях.

Изучены механический свойства при растяжении, организация пластического течения и разрушение в образцах с надрезами типа Менаже субмикрокристаллического (СМК) титана. Исследованы два структурных состояния СМК титана, изготовленного равноканальным угловым прессованием (РКУП), отличающиеся размерами областей когерентного рассеяния. уровнем внутренних микронапряжений и текстурой. Выявлена конфигурация зон пластической деформации вблизи концентраторов напряжений и исследовано их развитие с ростом степени макродеформации. Установлено, что разрушение начинается в областях с максимальным значением локальной интенсивности деформации. Изучена стадийность и микромеханизмы процесса разрушения. Обнаружен квазихрупкий характер разрушения СМК титана в более высокопрочном состоянии (тип II).

На основе представлений о сильновозбужденных состояниях в кристаллах получено уравнение, описывающее зависящее от времени распределение примеси в нагруженном кристалле. Показано, что необходимым условием, обеспечивающим высокие скорости массопереноса, является малое количество разности между энергией атома в сильновозбужденном состоянии и энергией поля внутренних напряжений. Наиболее просто указанные условия выполняются при пластической деформации по схеме "сдвиг+давление".

Исследованы изменения структуры и фазового состава ультрамелкозернистого алюминиевого сплава, полученного интенсивной пластической деформацией, при растяжении в условиях сверхпластичности. Показано, что обусловленные распадом твердого раствора фазовые превращения ускоряются в поверхностном слое в условиях сверхпластической деформации вследствие интенсивного развития в нем зернограничного проскальзывания. Методом скользящего пучка установлено, что наибольшие изменения в структурно-фазовом состоянии указанного сплава происходят в приповерхностном слое толщиной ~ 10 мкм.

На примере трубной стали, подвергнутой интенсивной пластической деформации, показана возможность подавления вязкохрупкого перехода в сталях с ОЦК-структурой при низких температурах деформации. Данный эффект связывается с изменением структурного состояния планарной подсистемы (поверхностные слои и границы зерен в поликристаллах) и формированием субструктуры в 3D кристаллической подсистеме.??.

Проведены исследования эволюции структурно-фазового состояния титанового сплава переходного класса ВТ22 после радиально-сдвиговой прокатки и последующего старения. Показано, что в результате прокатки в интервале температур 1123-1023 К наблюдается формирование ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структуры с размером элементов около 0.5 мкм с повышенным (более чем в 2 раза по сравнению с исходным состоянием) содержанием бетта-фазы и мелкодисперсными частицами альфа-фазы размером около 0.3 мкм. Последующий отжиг (старение) при температуре 723 К приводит к распаду деформированной в процессе прокатки бетта-фазы с уменьшением ее объемной доли и формированию наноразмерных пластинок пересыщенного молибденом твердого раствора бетта1-фазы и мартенситной альфа"-фазы.

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.

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.

В книге рассмотрены основные технологические процессы производства железа, чугуна, стали, методы разливки стали, способы внепечной обработки металла. Описываются металлургические способы производства меди, никеля, алюминия, титана, вольфрама и молибдена. Специальные разделы посвящены обработке металлов давлением и термической обработке. Кратко изложены основы литейного производства, сварочной техники и пайки металлов, способы получения изделий из порошкообразных материалов. Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлению Металлургия 651300 по специальностям: 150101, 150102, 150103, 150104, 150105, 150106, 150107, 150108, а также по другим родственным специальностям.

Монография посвящена анализу формирования и изменения структуры, фазового состава и механических свойств толстых сварных соединений из стали 091'2С, выполненных различными способами, в зависимости от условий их получения и сроков эксплуатации. Выполнен анализ зеренной и дефектной субструктур и фазового состава толстых сварных швов и обосновано их деление на три закономерно расположенные зоны, характеризующиеся различной кинетикой и термодинамикой формирования градиентных структурно-фазовых состояний на основании анализа результатов комплексных исследований предложен способ диагностики наиболее напряженных участков шва, в которых могут зарождаться трещины. Полученные результаты исследования являются основой прогнозирования времени безопасной эксплуатации сварных соединений и целенаправленного выбора оптимального типа и способа сварки. Д ля неразрушающего контроля состояния сварных швов крупногабаритных конструкций рекомендовано измерение скорости ультразвука. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния, физического материаловедения, металловедения и термообработки металлов. Может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

Особое внимание уделено анализу современного состояния процессов, основанных на использовании давления, практическом применении давления при отработке новых технологий производства качественных литых заготовок для деталей газотехнического назначения, автомобильных колес, корпусных изделий специального назначения. Для приобретения новых знаний о поведении расплавов под давлением разработан комплекс, оснащенный компьютерной системой управления и информационной поддержки. Одна из глав посвящена автоматизированному проектированию технологической оснастки и специального оборудования. Представляет интерес для широкого круга специалистов в области металловедения и металлообработки, может быть также полезна студентам и аспирантам вузов, обучающимся по специальностям 120100 - технология машиностроения, 110400 - литейное производство черных и цветных металлов, 210200 - автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям).

В научно-популярной форме изложен процесс образования кристаллов различных минералов в природе. Дано представление о кристаллической решетке и связанных с ней формах кристаллов. Подробно рассказано о росте кристаллов в различных условиях, их облике и цвете. Дано определение качества кристаллов в соответствии с ГОСТом. Приводятся советы начинающим коллекционерам. Для широкого круга коллекционеров — любителей минералов.

В коллективной монографии представлен комплекс исследований, который позволяет уже сейчас применять их результаты в актуальных прикладных разработках. Практическое применение принципов нанотехнологии демонстрируется на примерах создания оптических волокон с фотонно-кристаллической структурой, интегральных волноводов на основе субмикронных брэгговских решеток, нелинейно-оптических устройств преобразования частоты оптического излучения, формирования наноразмерных структур на основе высокотемпературных сверхпроводников, реализации датчиков магнитного поля и ИК-излучения, линейных измерений в нанометровом диапазоне. Книга написана ведущими специалистами МИЭТ на основе исследований и разработок последних лет.

Предложен новый подход к объяснению автоволновых процессов локализации пластической деформации металлов и сплавов Подход основан на постулате, согласно которому волновому процессу локализованного течения соответствует квазичастица. Определены ее свойства и рассмотрен ряд следствий и количественных оценок, полученных с использованием указанного постулата. Установлены соотношения, непосредственно связывающие процессы, идущие в деформируемой среде на макро- и микроскопическом масштабных уровнях.

Первое учебное пособие на русском языке, охватывающее всю область принципиально новых приборов для изучения поверхности твердых тел и наноструктур — от туннельных до атомно-силовых и магнитно-силовых микроскопов. Подробно описаны применяемые конструкции и схемные решения аппаратуры, особенности применения. Для студентов и преподавателей физических, приборостроительных и материаловедческих специальностей.