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

Исследовано влияние температуры старения на микроструктуру и механические свойства ферритно-мартенситной стали ЭК-181, подвергнутой закалке и последующей ультразвуковой обработке. Показано, что после высокотемпературного старения при 720С в поверхностных слоях стали образуется нанокристаллическая структура а-фазы с карбидами ванадия по границам зерен.

Проведен анализ диаграмм динамического деформирования, картин деформационного рельефа и поверхностей разрушения образцов стали 25Х1М1Ф при испытании ударным нагружением при температурах 293, 648, 873 K. Показано, что меньшая релаксационная способность стали 25Х1М1Ф при комнатной температуре (T = 293 K) приводит при ударе к изгибу образца и возникновению зоны сжимающих напряжений, что в условиях хрупкого разрушения сопровождается возникновением локального продольного расслоения материала перед вершиной распространяющейся трещины. Для повышенных температур (T = 648 K) характерна максимальная пластичность образцов, что сопровождается увеличением энергоемкости разрушения при зарождении и распространении трещины. При испытании при T = 873 K максимальное разупрочнение материала приводит к усложнению механизмов разрушения, а также развитию микротрещин расслоения в образце в процессе роста трещины, что снижает энергию ее зарождения при высокой температуре испытаний. На основании полученных результатов предлагается выявленные различия интерпретировать с позиции выделения ведущего масштабного уровня деформации и разрушения, а также стадийности развивающихся процессов. Полученные результаты о влиянии температуры на характер разрушения обсуждаются в рамках концепции жесткости напряженного состояния, а также масштабных уровней действия поворотных мод деформации.

В работе изучены структура и механические свойства низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe -1.12Mn- 0.08V- 0.07Ti- 0.1C, мас. %) после интенсивной пластической деформации и последующих высокотемпературных отжигов. Сталь в феррито-перлитном состоянии подвергали равноканальному угловому прессованию при Т = 200 °C (режим Вc, 4 прохода) и кручению под квазигидростатическим давлением при комнатной температуре (5 оборотов при давлении 6 ГПа). Показано, что интенсивная пластическая деформация по выбранным режимам приводит к формированию фрагментированной структуры со средним размером элементов 260 нм после равноканального углового прессования и 90 нм после кручения под давлением. Квазигидростатическое давление приводит к росту микротвердости до 6.4 ГПа, что существенным образом превышает значения микротвердости в исходном состоянии и после равноканального углового прессования (1.6 и 2.9 ГПa соответственно). Сформированные структуры обладают высокой термической стабильностью: до 500 °C после равноканального углового прессования и до 400 °C после кручения под давлением. Обсуждаются вклады дисперсионного и субструктурного упрочнения в формирование высоких прочностных свойств стали 10Г2ФТ при интенсивной пластической деформации и в стабилизацию полученных субмикрокристаллической и нанокристаллической структур до высоких температур отжига.

Исследована возможность получения термически стабильных наноструктурных поверхностных слоев в стали ЭК-181 (16Х12В2ФТаР) за счет ультразвуковой обработки и ионно-плазменного азотирования. Показано, что сочетание ультразвуковой обработки и азотирования не позволяет создать нанокристаллическую структуру а-фазы в поверхностных слоях стали ЭК-181. Изменение механических характеристик определяется составом и объемной долей нитридных фаз.

Исследованы цилиндрические образцы из инструментальных сталей У9 и У8 термическая обработка которых проведена при разных температурах закалки, отпуска и отжига. Измерены скорость распространения ультразвуковой продольной волны в образцах, резонансная частота. твердость, плотность, остаточный аустенит, искажения кристаллической решетки и структура сталей. Установлено, что скорость ультразвука после закалки уменьшается, затем растет с увеличением температуры отпуска. Обсуждается взаимосвязь между акустическими другими свойствами и характеристиками сталей. Изменения скорости звука в сталях после термообработки с различными режимами связывают с искажением кристаллической решетки.

Изучена возможность использования метода измерения скорости ультразвука для оценки ударной вязкости листовой малоуглеродистой стали. Обнаружен экстремальный характер зависимости скорости ультразвука от температуры закалки. связанный с эффектом перераспределения примесей внедрения, преимущественно кислорода, между дефектной внутризеренной структурой и границами зерен, образующимися в процесс фазовой перекристаллизации. Наличие линейной зависимости между скоростью ультразвука и ударной вязкостью указывает на возможность разработки метода неразрушающего контроля ударной вязкости.

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

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

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

Приведены данные о химическом составе, режимах термической обработки и механических свойствах при различных температурах конструкционных и нержавеющих сталей, получивших широкое распространение и разработанных вновь. Рассмотрены свойства сталей с малым содержанием никеля и без никеля, рекомендуемых взамен сталей с большим содержанием никеля. Приводятся химические составы и свойства нержавеющих сталей переходного (аустенитно-мартенситного) класса: указаны режимы азотирования и цементации нержавеющих сталей, а также их свойства при различных температурах. Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников различных отраслей машиностроения, в которых применяются теплостойкие конструкционные и нержавеющие стали.

Методами рентгеноструктурного анализа исследовано изменение микроструктурных параметров твердых сплавов на основе карбида вольфрама в исходном и деформированном состояниях в зависимости от химического состава матрицы. Определены параметры решетки, размеры областей когерентного рассеяния, микроискажения кристаллической решетки, плотность дислокаций структурных составляющих твердых сплавов до и после деформации. Установлено, что механические свойства всего композита определяются величинами изменения определенных параметров внутренней структуры компонентов: пластичность сплава - величиной изменения размера областей когерентного рассеяния в матрице, а его прочность - величиной изменения микроискажений кристаллической решетки упрочнителя.

Обобщены и систематизированы обширные данные, полученные при электронно-микроскопических исследованиях различных сталей и сплавов. В теоретической части изложены методы подготовки реплик и фольг для исследования микроструктуры, неметаллических включений, изломов и защитных покрытий на ПЭМ. Изложены особенности и возможности растровой электронной микроскопии (РЭМ). Даны методические указания по расчету электронограмм. Иллюстративный материал включает электронные микрофотографии структуры сталей и сплавов различного класса и назначения (более 50 марок), неметаллических включений, защитных покрытий и микрофрактограммы с изломов литого и деформированного метала после разрушения при различных температурах с расшифровкой фазового состава и указанием свойств. Для инженерно-технических работников металлургической, машиностроительной, судостроительной и других отраслей промышленности, занимающихся исследованиями качества металла.

В работе на основе математической модели нестационарного многомерного процесса теплопереноса и металлографических исследований рассмотрены особенности термических условий формирования структуры и свойств стали 45 при электронно-лучевом воздействии. Проведены численные расчеты температурных полей и средних скоростей охлаждения в зоне оплавления и в зоне термического влияния. Показано, что температурно-временные условия нагрева и охлаждения материала, зависящие от плотности мощности электронного луча, определяют характер протекающих структурных превращений.

Методами атомной силовой и акустической микроскопии и оже-спектроскопии исследованы вторичные структуры (механически смешанные слои), образованные на поверхностях износа стали 45 в присутствии нанопорошков пластичных металлов.??.

Авторами исследовано влияние ультразвуковой финишной обработки на структуру и свойства поверхностных слоев углеродистых сталей. При ультразвуковой финишной обработке на поверхности изделия формируются слои с градиентной структурой. Такое строение поверхности обеспечивает улучшение прочностных свойств композиции «градиентный слой – основа» для всех типов стали. Повышение дефектности кристаллического строения поверхностного слоя после ультразвуковой финишной обработки позволило предложить данный метод как способ предварительной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой. Исследования показали, что предварительная ультразвуковая обработка изменяет глубину упрочненного слоя и соотношение фаз при азотировании.

Предложена математическая модель электронно-лучевой закалки углеродистых сталей при облучении в пучке релятивистских электронов с учетом изменения условий кристаллизации в результате попадания в расплав инертных частиц. Модель основана на аналогии с теорией двухфазной зоны. Задача решается численно.

Рассмотрены закономерности упрочнения и особенности структурных и фазовых превращений в углеродистой (0,7% С) стали, закаленной из расплава электронным пучком с энергией электронов 130-180 кэВ, длительностью импульса 10-200 мкс. Обнаружено, что максимальное упрочнение достигается при длительности импульса = 40 мкс. немонотонный характер зависимости степени упрочнения от длительности импульса связан с существенным влиянием параметров пучка на фазовый состав и морфологию быстрозакаленных структур.

Исследованы микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев ферритно-мартенситной 12%-й хромистой стали ЭК-181, формирующиеся при различных сочетаниях ультразвуковой и термической обработок. Показано, что нанокристаллическая структура alfa-фазы, по границам зерен которой выделяются частицы карбидов ванадия, образуется только в случае ультразвуковой обработки, выполняемой между закалкой и старением. Промежуточная ультразвуковая обработка обусловливает максимальное увеличение предела текучести исследуемых образцов при одноосном растяжении. Установлена корреляция между микроструктурой, механическими характеристиками и типом излома. Ключевые слова: микроструктура, фазовый состав, наноструктурирование поверхностных слоев, механические свойства, фрактография излома.

Исследована эволюция структуры композиционных материалов карбид WC - сталь 80Г4 на разных масштабных уровнях при деформации сжатием.

Исследованы микроструктура и фазовый состав ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в зависимости от режима термической обработки, а именно температуры и времени старения после закалки от 1080 гр. Установлено, что фазы Лавеса образуются только по границам ферритных зерен, тогда как карбиды Ме23С6 и V2С - как в ферритной, таки в мартенситной составляющих структуры.

Изучено влияние режимов термической обработки на микроструктуру и фазовый состав малоактивируемой жаропрочной ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-2Cr-2W-V-Ta-Ba). Дополнительное термоциклирование вблизи точки фазового перехода "аустенит-мартенсит", между закалкой и отпуском затрудняет образование высокодисперсных фаз внедрения, снижает интенсивность фазового наклепа, препятнствует формированию субструктуры с непрерывными разориентировками и снижает температуру хрупковязкого перехода.

Исследовано влияние режимов термообработки (ТО) на структурно-фазовое состояние жаропрочной ферритно-мартенситной стали ЭК-181. Показано, что применение промежуточных (между закалкой и отпуском) отжигов при пониженных температурах приводит к увеличению дисперсности наночастиц карбонитрида ванадия по сравнению с традиционной термической обработкой. Найдены режимы ТО, обеспечивающие высокую плотность наночастиц при одновременном снижении иненсивности отпуска мартенсита.

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

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследованы механизм деформации и характер разрушения 111 монокристаллов аустенитной стали Гадфильда при растяжении в интервале температур 77-63 К. Установлено, что смена механизма разрушения от вязкого к хрупкому по фрактографическому критерию происходит при более высокой температуре. чем температура вязко-хрупкого перехода, определенная по изменению удлинения монокристаллов до разрушения. Показан связь переход вязкость-хрупкость в монокристаллах стали Гадфильда с достижением высокого уровня деформирующих напряжений в результате твердорастворного упрочнения и с механическим двойникованием.

Методами электронной микроскопии и измерения микротвердости исследовано влияние ионного азотирования в газовом разряде на структурно-фазовое состояние и механические свойства поверхностных слоев феррито-перлитной стали 40Х и аустенитной стали 12Х18Н10Т. Показано, что повышение твердости азотированного слоя в аустенитной стали вызвано образованием высокодисперсных нитридов хрома в нитриде железа. Скорость азотирования стали 40Х оказалась ниже, а стали 12Х18Н10Т - существенно выше ожидаемой исходя из значений коэффициента диффузии азота в аустените и азотистом феррите, что связано с влиянием на скорость диффузии азота поверхностного слоя оксида и нитрида железа (сталь 40Х) или фазового превращения в полях упругих напряжений азотированного слоя (сталь 12Х18Н10Т). Максимальное упорчнение поверхностного слоя достигается при температуре азотированя 773-873 К.

В работе с помощью современных методов профилометрического анализа, оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии показаны морфологические и структурные превращения, происходящие в поверхностном слое малоуглеродистой стали при точении и последующих операциях шлифования и ультразвуковой финишной обработки (УФО). Показано. что при соблюдении оптимальных режимов УФО технологическая наследственность, создаваемая точением, устраняется. Поверхностный слой стали имеет однородную модифицированную структуру.

Представлены результаты исследований эволюции дефектной субструктуры и фазовых превращений в процессе деформации прокаткой и кручением под давлением хромоникелевой стали 17Cr-14Ni-2Mo. показано, что формирование наноструктурных состояний осуществляется в процессе взаимодействия полос локализации деформации с микрополосовыми двойниковыми структурами. Обсуждаются механизмы деформации и переориентации кристаллической решетки при формировании указанных выше состояний и возможные механизмы фазовых превращений в процессе больших пластических деформаций исследуемой стали.

В монографии рассмотрены процессы, протекающие в углеродистых и низколегированных сталях при закалке и отпуске, а также механизмы влияния структурных и фазовых превращений при закалке и отпуске на коэрцитивную силу, намагниченность насыщения, релаксационные намагниченность и магнитную восприимчивость, удельное электросопротивление и твердость. Приведены зависимости перечисленных и других физических свойств от температур нагрева при закалке и отпуске для многих углеродистых и низколегированных сталей. Отдельными группами рассмотрены высокохромистые стали с различным содержанием углерода, а также некоторые мартенситно-стареющие стали. Приводятся выражения статистической связи коэрцитивной силы с твердостью углеродистых и низколегированных сталей. Книга может быть полезной работникам центральных лабораторий и технических отделов металлургических, машиностроительных и других металлообрабатывающих заводов, студентам технических университетов в качестве справочного и учебного пособия.

Проведены исследования закономерностей сверхпластического течения титанового сплава ВТ6 в субмикрокристаллическом состоянии. На примере указанного сплава показана возможность применения метода атомно-силовой микроскопии для определения высоты ступенек, образующихся на границах в результате проскальзывания зерен друг относительно друга, в субмикрокристаллических металлах.

Третье издание (второе - в 1962 г.) переработано и дополнено материалами, отражающими современные достижения науки. В первом томе изложены методики современного металловедческого анализа: микроскопического, электронно-микроскопического, рентгеноструктурного, микрорентгеноспектрального. Оже-спектрографии, мессбауэровского и других способов исследования строения металлов и сплавов. Приведены основные положения статистической обработки экспериментальных результатов. Для инженерно-технических и научных работников предприятий, лабораторий и научно-исследовательских организаций различных отраслей промышленности.

Четвертое издание, как и третье (1983 г.), состоит из трех томов (каждый из которых - в двух книгах). В книге первой первого тома изложены методики современного металлографического анализа: микроскопического, электронно-микроскопического, рентгеноструктурного, рентгеноспектроскопического, микрорентгеноспектрального, нейтроноструктурного. Даны конкретные рекомендации осуществления этих методик, оценена эффективность их применения. Приведены методы математического планирования, обработки данных и оценки точности результатов. Сообщаются сведения о строении и свойствах элементов. Для инженерно-технических работников и специалистов предприятий и научно-исследовательских организаций металлургической и машиностроительной промышленности.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры аустенитной стали 02Х17Н14М2 после больших пластических деформаций прокаткой и кручением под давлением в наковальнях Бриджмена. Показано, что основными механизмами формирования дефектной структуры являются механическое двойникование и формирование полос локализации деформации. Обнаружено явление механического двойникования в нанокристаллическом состоянии. Обсуждаются механизмы деформации и формирования наноструктурных состояний.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры аустенитной стали 02Х17Н14М2 после больших пластических деформаций прокаткой и кручением в наковальнях Бриджмена при комнатной температуре. Обнаружены эффекты деформационно стимулированных фазовых превращений с образованием частиц второй фазы с кристаллической решеткой а-мартенсита. Обсуждается влияние этих превращений на особенности пластической деформации и переориентации кристаллической решетки.

Представлена математическая модель для описания напряженно-деформированного состояния конструкций, изготовленных из ортотропных материалов. На ее основе численно моделируется динамическое нагружение конструкций, по траекториям малой кривизны (по классификации А. А. Ильюшина теории упругопластических процессов). Пластическое деформирвание материала описывется в рамках теории течения. Данная модель описывает упругопластическое деформирование ортотропных материалов, имеющих при разрушении остаточные деформации, не более 6%. К таким материалам относятся: бетоны, углеродистые стал в определенном диапазоне низких температур, серые чугуны, а также многие сплавы. Представлены результаты численного моделирования нагружения преграды из транстропного слава Д16Т стальным ударником в диапазоне скоростей ударного нагружения (400-1200) м/с.

На основе результатов собственных исследований и многочисленных литературных данных проанализированы: теория образования перлита; структура перлита, образующегося при различных температурах; существование твердорастворного упрочнения ферритной составляющей тонкопластинчатого перлита и последствия его устранения; дробление, коагуляция и сфероидизация цементита, а также полигонизация и рекристаллизация ферритной составляющей перлита. Рассмотрены изменения структуры при холодной и высокотемпературной деформации углеродистых сталей со структурой пластинчатого перлита. Приводятся данные об изменения механических и трибологических свойств углеродистых сталей с перлитной структурой, образовавшейся при различных режимах термической обработки. Большое внимание уделен кристаллографическим и морфологическим характеристикам цементита, а также процессам, происходящим в ферритной составляющей перлита при нагреве и дополнительной выдержке при температурах ниже эвтектоидной. Представлены экспериментальные данных о бездиффузионном образовании аустенита в сталях с перлитной структурой при скоростном лазерном нагреве. Книга адресована специалистам в области материаловедения и физики металлов, может быть полезна студентам старших курсов и аспирантам, специализирующимся в этих областях знания.