Выявлены основные закономерности формирования двухфазных (аустенит + мартенсит) субмикрокристаллических структурных состояний в процессе больших пластических деформаций прокаткой метастабильной аустенитной стали Fe-18Cr-8Ni-Ti. Изучены особенности разориентированной дефектной субструктуры этих состояний. С привлечением прямых плюс обратных (по альтернативным системам) деформационных мартенситных превращений обсуждаются возможные механизмы деформации и переориентации кристаллической решетки при формировании субмикрокристаллических структурных состояний.

Методом проекционных присоединенных волн (PAW) в рамках теории функционала электронной плотности (DFT) изучена энергетика связи водорода с металлами IVB группы, а также взаимодействие водорода с примесями Зd-переходных и простых металлов (Al, Ga, Si, Ge). Установлено, что растворимость водорода в Ti, Zr и Hf увеличивается при их легировании металлами середины Зd-периода. Анализируется взаимосвязь между энергией взаимодействия водорода с примесью, искажениями решетки и электронной структурой исследуемых систем. Показано, что примеси не влияют на предпочтительность позиций сорбции водорода в титане, но могут изменять ее в цирконии и гафнии. Анализируется влияние примеси и водорода на электронную структуру металлов. Полученные результаты показали, что в изученных металлах взаимодействие водорода с примесями переходных и простых металлов определяются разными механизмами: притяжение водорода примесями переходных металлов обусловлено размерным эффектом, тогда как отталкивание водорода простыми металлами может быть связано с электронными факторами.

Изучены теплофизические свойства (удельная теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность, термический коэффициент линейного расширения, плотность) и структурно-фазовые превращения при нагреве и охлаждении 12%-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 (RUSFER-EK-181) и ЧС-139 в интервале температур от 20 до 1100°С. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии определены температуры начала и конца (альфа — гамма)- и (гамма — альфа)-превращений в этих сталях и температура Кюри. В области (альфа — гамма)-превращения наблюдаются пики на кривых температурной зависимости удельной теплоемкости, скачкообразное изменение температурного коэффициента линейного расширения и плотности, минимум температуропроводности. Пики удельной теплоемкости, минимумы теплопроводности и перегибы на кривых температуропроводности наблюдаются также в окрестности точки Кюри.

Показано, что в метастабильной аустенитной стали Fe— 18Cr— 10Ni—Ti в условиях кручения под давлением реализуются локальные обратимые (прямые плюс обратные) (гамма — альфа' — гамма)-мартенситные превращения, которые являются одним из механизмов формирования наноструктурных состояний. Повышение скорости кручения приводит к возрастанию температуры деформации, что способствует обратному (альфа' — гамма)-превращению. Эволюция структурно-фазовых состояний представлена последовательностью: 1) механическое двойникование; 2) зарождение мартенситных пластин в микродвойниковой структуре аустенита с формированием двухфазных (гамма + альфа')-структур, пакетного альфа'-мартенсита, структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки; 3) обратные (альфа' — гамма)-превращения; 4) фрагментация наноразмерных кристаллов формированием нанодвойниковой структуры в аустените и наноразмерной полосовой структуры эпсилон-мартенсита в альфа'-мартенсите.

Методами оптической и электронной просвечивающей микроскопии, рентгеноструктурного анализа, наноиндентирования, определения величины износа, механических испытаний на одноосное растяжение изучено влияние ультразвуковой ударной поверхностной обработки на тонкую структуру и механические характеристики поверхностных слоев и деформационное поведение объемных образцов монокристалла TiNi(Fe, Мо).

Полно-потенциальным линейным методом присоединенных плоских волн исследована электронная структура сплавов Гейслера состава XYZ. Анализируются изменения в магнитных свойствах при возрастании концентрации Ni или Co в сплавах Ni(2–x)MnGa и Co(2–x)ZrSn. Показано, что полученные значения равновесных параметров решетки и магнитных моментов удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

Методами оптической металлографии исследована зеренная структура упорядоченных сплавов Ni3Mn, Ni3Fe и интерметаллида Ni3Al, различающихся величиной энергии дефекта упаковки и энергии антифазных границ. Обнаружено, что в интерметаллиде Ni3Al с наибольшей энергией дефекта упаковки (215 эрг/см2) среднее число специальных границ а зернах, ограниченных границами общего типа, наименьшее и составляет 0,2, тогда как в упорядоченных сплавах Ni3Mn и Ni3Fe среднее число таких границ близко к 1. По тройным стыкам проведены оценки относительной энергии специальных границ. Обнаружено, что доля низкоэнергетических специальных границ (когерентных двойников) от общего числа специальных границ имеет максимальное значение (0,8) в сплавеNi3Mn, энергия дефекта упаковки и энергия антифазных границ которого имеет минимальное значение в ряду исследованных сплавов (57 и 75 эрг/см2 соответственно). При анализе результатов использованы представления о структуре специальных границ в упорядоченных сплавах, согласно которым в границах зерен возникают антифазные границы и энергия границ возрастает на величину, равную энергии антифазных границ, по сравнению с разупорядченным сплавом. В сплаве с более низкой энергией дефекта упаковки (Ni3Mn) возможно существование специальных границ без антифазных границ.

Исследованы элементный состав, структурно-фазовое состояние и механические свойства поверхностных слоев никеля, модифицированных в процессе ионной имплантации титана с использованием вакуумно-дугового ионно-плазменного источника "Радуга-5". С увеличением дозы имплантации наблюдается рост толщины имплантированного слоя никеля 0от 0.6 до 1.6 мкм). установлено, что ионно-легированные поверхностные слои никеля содержат мелкодисперсные интерметаллидные фазы (NiTi, Ni3Ti, NiTi2) и твердый раствор Ti в Ni. Показано, что пов6рхностные слои никеля, легированные ионами Ti, имеют более высокие значения микротвердости по сравнению с исходным материалом мишени.

Предложена и исследована двумерная модель синтеза покрытия на подложке в условиях регулируемого нагрева, учитывающая кинетические и тепловые явления. В качестве модельной системы покрытия выбрана смесь порошков Ti и Ni, в качестве подложки - сталь. Система химических реакций записана в соответствии с диаграммой состояния Ti-Ni. В модели учитывается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. Задача решена численно. Определены распределения температуры и концентраций элементов и соединений в различные моменты времени для различных условий синтеза. Показано, что при любой организации процесса синтезированный материал оказывается химически неоднородным.

Исследован элементный состав и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев никеля и титана, легированных в режиме высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия на ионно-плазменном, вакуумно-дуговом источнике "Радуга-5". Установлено, что происходит формирование ионно-легированных слоев толщиной до 1000 нм (Ni) и 2000 нм (Ti) в процессе ионной имплантации. Показано, что поверхностные модифицированные слои содержат наноразмерные (средний диаметр 20-70 нм) интерметаллидные фазы Me3Al, MeAl (Me=Ni, Ti) и твердые растворы переменного по глубине состава, соответствующие равновесным диаграммам состояния систем Ni-Al и Ti-Al. Обнаружено, что увеличение дозы облучения титановых мишеней ионами алюминия приводит к росту толщины ионно-легированного слоя и среднего размера зрен интерметаллидных фаз. Установлена обща закономерность в локализации фаз, сформированных в процессе имплантации, по глубине легированных слоев металлов. Поверхностные слои содержат несколько многофазных зон, количество фаз в которых уменьшается по мере удаления о облучаемой поверхности. Область, содержащая интерметаллиды Me3Al, MeAl и наиболее близко расположенная к поверхности, способствует улучшению физико-механических свойств материалов.

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.

Приведены результаты изучения потребности населения в России при наличии дефектов зубочелюстной системы в ортопедической помощи на зубных имплантатах. Показано, что потребность населения в ортопедической помощи крайне высока во всех возрастных группах. Описана технология получения заготовок титана ВТ1-0 с объемной наноструктурой, обеспечивающей высокие механические свойства. Выполнено сравнение механических свойств наноструктурного титана со свойствами крупнокристаллического аналога и титановых сплавов медицинского назначения. Описаны новые результаты разработки новых конструкций дентальных винтовых внутрикостных имплантатов из высокопрочного наноструктурного титана с резорбируемым кальций-фосфатным покрытием, обеспечивающим высокую степень остеоинтеграции имплантата с костной тканью.

Исследованы закономерности высокотемпературной ползучести и эволюции субструктуры в условиях свободного отжига и при ползучести дисперсно-упрочненного сплава Ni-3 об.% HfO2 с предварительно сформированной полигонизованной субструктурой. Проведен анализ структурных превращений на различных структурных уровнях и механизма высокотемпературной ползучести исследованного сплава.

Исследована микроструктура сплава в очаге макролокализации деформации в процессе его трансформации в шейку. Обнаружена цикличность дислокационных превращений, сопровождающаяся колебательным изменением объемов, занимаемых различными дислокационными субструктурами, значений скалярной плотности дислокаций и плотности субграниц, а также периодической релаксацией внутренних напряжений в результате распада субграниц и перераспределения дислокаций.

Во втором издании (первое - в 1979 г.) изложены методики для изучения и выявления структур различных металлов и сплавов способами металлографического травления. Рассмотрены составы реактивов и описана технология травления. Приведены типичные макро- и микроструктуры металлов и сплавов. Для инженерно-технических работников и специалистов предприятий и научно-исследовательских организаций металлургической и машиностроительной промышленности.

Систематизированы данные о коррозии сталей, никеля, титана, меди, алюминия и их сплавов. Показана взаимосвязь коррозионных повреждений с микроционной обработкой, а также внешними факторами, оказывающими влияние на коррозию. Даны рекомендации по предотвращению коррозионных повреждений и стандартные методы испытаний. приведены марки коррозионной стойких металлических материалов. Для инженерно-технических работников различных отраслей промышленности, занимающихся эксплуатацией и конструированием деталей и оборудования, подвергающегося коррозионному воздействию различных сред.

Изложены представления о структурно-фазовых превращениях, протекающих в алюминиевых сплавах, полученных диспергированием расплавов и суспензий при различных видах термообработки. Рассмотрены механизмы формирования метастабильных фаз в условиях сверхбыстрого охлаждения расплава. Описаны механизмы кристаллизации расплавов алюминия в крайне неравновесных условиях, основанные на представлениях о структурной неоднородности расплавов. Процессы зародышеобразования рассмотрены как межкластерные взаимодействия, а кристаллизация расплава в крайне неравновесных условиях - как многостадийный процесс, включающий стадию структурно-фазовых превращений в расплаве. Предназначено для научных и инженерно-технических работников в области материаловедения, рекомендуется для преподавателей и аспирантов технических вузов.

Исследовано накопление водорода в поверхностных слоях циркониевого сплава Э-125. Показано, что электролитическое наводораживание приводит к увеличению микротвердости и уменьшению модуля упругости поверхностного слоя. Наводороженный слой вызывает рост предела текучести и существенное снижение пластичности нагруженных образцов. Последующее облучение рентгеновским пучком способствует выходу водорода из поверхностного слоя образцов циркониевого сплава и частичному восстановлению его механических характеристик.

Предложена и исследована математическая модель процесса спекания порошковых катодов. Учитывается, что химические превращения происходят с изменением объема и сопровождаются появлением механических напряжений и деформаций дополнительно к напряжениям и деформациям вследствие высоких градиентов температур. В модели полагается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. В работе проведена оценка параметров модели. Определены распределения температуры, концентраций элементов и соединений, относительного объема образца и объемных деформаций.

Методами лазерной спеклинтерферометрии и профилирования поверхности исследованы закономерности макролокализации пластической деформации при одноосном растяжении циркониевых сплаво с гексагональной плотноупакованной структурой. Установлено, что возникновение колебательной неуйстойчивости на параболической стадии пластического течения сплавов циркония обусловлено локальным неоднородным изменением формы деформируемого образца. Показано, что кинетика процесса определяется колебательным изменением деформаций сужения и удлинения в очаге макролокализации в режиме упрочнения-разупрочнения.

Обнаружена неустойчивость пластического течения на параболической стадии деформационного упрочнения сплава циркония в виде периодического изменения пространственно-временной картины распределения локальных деформаций. Предложена синергетическая модель наблюдаемого процесса, основанная на представлении эволюции пластического течения на завершающей стадии как неустойчивого предельного цикла.

Исследованы структурно-фазовые состояния поверхностны слоев никелида титана с покрытиями из молибдена толщиной 200 и 500 нм, сформированных методом магнетронного напыления. Обсуждаются особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и прилежащих к нему слоях подложки. определен характер микродеформации кристаллической решетки молибдена, изучены закономерности ее изменения по толщине покрытия. установлено, что кристаллическая решетка молибдена в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения по нормали к ней. Кристаллическая структура В2-фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки.

Исследована эволюция дислокационной структуры при растяжении ГПУ-сплавов циркония систем Zr-Nb и Zr-Sn. Показано, что для сплавов Zr-Nb с преимущественно дисперсным упрочнением характерно активное формирование полосовых и фрагментированных структур. В сплавах Zr-Sn с преимущественно твердорастворным упрочнением кислородом обнаружено формирование полос локализации деформации, способствующих эффективной релаксации напряжений около границ зерен.

Установлена количественная связь между пространственным периодом локализации пластической деформации (длиной волны локализованной деформации) и характеристиками дислокационной структуры циркониевого сплава. Показано, что длина волны локализованной деформации прямо пропорциональна среднему размеру элементов дислокационной субструктуры, возникающей в материале на разных стадиях пластического течения. Предложена количественная интерпретация установленного соотношения.

Рассмотрены стадийность кривых пластического течения и формы локализации пластической деформации при растяжении образцов из циркониевых сплавов. Установлена и обсуждена связь картин локализаций с законом деформационного упрочнения при пластическом течении. Приведены данные о дислокационной структуре деформируемых сплавов в областях локализации деформации.

Исследована дислокационная структура в стационарных зонах локализации пластической деформации, наблюдаемых методом спекл-интерферометрии в циркониевых сплавах. Установлено, что дефектная структура в областях минимумов и максимумов локализации деформации различна. Большая скорость накопления дефектов в очагах локализации деформации приводит к трансформации одного из них в шейку при увеличении степени общей деформации.

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.

Проведено электронно-микроскопическое исследование структурных превращений в [001] монокристаллах TiNi(Fe,Mo) при интенсивной пластической деформации кручением под давлением (ИПДК) в зависимости от степени деформации.

Предложен новый метод получения термостойкого оксида циркония в слоистом композиционном покрытии на сплаве меди. Метод заключается в высоковольтном импульсном воздействии на образец, помещенный в раствор электролита, в результате которого происходит модификация поверхностного слоя циркония без участия нижних слоев подложки с последующим образованием оксида. характеризующегося повышенной термостойкостью. Подобные покрытия могут быть использованы, например, на внутренней обшивке сопла в двигателях для аэрокосмической промышленности.

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.

Методами металлографии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа исследованы индуцированные стационарной вакуумной дугой структурные превращения в поверхностном слое Al-Ti катодов, изготовленных по разным технологиям (литье, спекание и горячее прессование порошковых смесей).

Проведены ab initio исследования атомной структуры систем Zr—Не, Zr—vac и Zr—vac Hе с концентрацией атомов гелия и вакансий (vac) ~ 6 at.%. Обнаружена индуцированная гелием неустойчивость решетки циркония в системе Zr—Не, исчезающая с появлением вакансий. Определено наиболее предпочтительное положение примеси в решетке металла. Рассчитаны энергия растворения гелия и вносимый им избыточный объем. Установлено, что присутствие гелия в решетке Zr заметно понижает энергию образования вакансии.

Монография посвящена исследованию структуры и свойств интерметаллида Ti3Al, который является важной составляющей ряда многофазных сплавов, перспективных для применения в аэрокосмической промышленности в качестве жаропрочных и жаростойких материалов. Уникальные природные свойства алюминидов титана - низкая плотность, высокая температура плавления, стабильные модули упругости и повышенные прочностные характеристики - обусловливают постоянно растущий интерес к этим интерметаллидам, связанный с решением фундаментальных и технологических проблем. Систематизирован богатый литературный материал и итоги комплексного (экспериментального и теоретического) изучения механических свойств, дислокационной структуры, особенностей разрушения монокристаллического Ti3Al в широком интервале температур. Предложен общий подход к объяснению закономерностей деформационного поведения исследуемого интерметаллида на основе анализа структуры ядра свехдислокаций. Особое внимание обращается на взаимосвязь между наблюдаемыми температурными аномалиями механических свойств и дислокационными превращениями. Приоритетные результаты компьютерного моделирования структуры ядра скользящих и заблокированных конфигураций сверхдислокаций получены с использованием метода молекулярной динамики. Этот перспективный способ применяется авторами также для оценки критерия хрупкого разрушения Ti3Al из анализа соотношения конкурирующих процессов: склонности материала к сколу и пластической релаксации напряжений вблизи вершины трещины. Книга предназначена для научных работников и инженеров, занимающихся разработкой и изучением интерметаллидов и сплавов на их основе, а также преподавателей, аспирантов, магистров и студентов старших курсов, изучающих современные методы исследований в материаловедении, в том числе моделирование атомной структуры реальных кристаллов. Материалы, которые вошли в монографию, частично использовались в курсе лекций для магистров физико-технического факультета УГТУ-УПИ.

Обобщены результаты исследования новых механизмов деформации и переориентации кристаллической решетки - механизмов прямых плюс обратных (по альтернативным системам) превращений мартенситного типа в металлических материалах (чистые металлы, аустенитные стали, сплавы на основе Ni3Al) с ГЦК-решеткой. Дан краткий обзор экспериментальных результатов, лежащих в основе разработки этих механизмов. Представлены атомные модели этих превращений. В рамках предложенных механизмов можно с единых позиций описать такие явления пластической деформации, как зарождение дислокаций, механическое двойникование и образование полос локализации деформации с высокоугловыми границами разориентации.

Изучено влияние технологических приемов формирования прочных композиций "покрытие-стальная основа", полученных оплавлением напыленных порошковых материалов из самофлюсующихся никелевых сплавов, на структуру, дюрометрические и прочностные свойства компонентов и композиций в целом.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) порошковой смеси состава (Ni+24ат.%Al+0.5ат.%В) при совмещении с пластической деформацией продукта синтеза получен пластичный и прочный сплав. Методами рентгеновской дифрактомерии, оптической металлографии, растровой электронной микроскопии исследована микроструктура сплава. Показано, что увеличение пластичности сплава обусловлено образованием полифазной и разнообразной по типу микроструктуры - крупнокристаллической эвтектики (y+y) вперемежку с нанокристаллической структурой смеси фаз: y, NiAl, Al3Ni, Ni2Al3.

Методом растровой электронной микроскопии с применением дифракции обратнорассеянных электронов выполнено экспериментальное исследование перестройки зеренной структуры сплава Ni3Fe при фазовом переходе A1 - L1 2. Установлено, что происходит образование новых границ общего и специального типов, при этом доля специальных границ в зернограничном ансамбле увеличивается. Спектр специальных границ изменяется за счет увеличения доли границ сигма З и сигма 9. Это приводит к усилению текстуры в сплаве с дальним атомным порядком.

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

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

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.