Проведены эксперименты по упрочнению поверхностного слоя стали электроннолучевым легированием с использованием в качестве легирующих добавок порошковых смесей на основе хрома и карбидов вольфрама и бора. исследована зависимость структуры и свойств (твердости, износостойкости) от весовых соотношений компонентов в смесях. Найдены оптимальные соотношения, при которых достигается максимальный уровень свойств. Показана возможность дальнейшего улучшения структуры при введении модификаторов.

Показано, что структура и свойства поверхностных слоев, наплавленных при воздействии пучка релятивистских электронов на смесь порошков тугоплавких соединений, кардинально отличаются от основного металла. Исследована зависимость структуры, фазового состава, твердости и износостойкости наплавленных слоев от типа и состава легирующих смесей на основе хрома, карбида бора, а также от параметров облучения при поступательном перемещении пучка электронов и его поперечном сканировании. Определены оптимальные режимы легирования, обеспечивающие образование в поверхностном слое структуры, аналогичной структуре твердого сплава, и достижение максимальной твердости, износостойкости и противоударной стойкости покрытия.

Осуществлен комплекс исследований физико-механических свойств и структуры упрочненного слоя, полученного способом диффузионного легирования углеродистой стали. Выявлены закономерности разрушения поверхностных слоев упрочненной и неупрочненной стали в абразивно-коррозионной среде. Показано, что более высокую стойкость к коррозии и износу имеют карбидные слои, полученные в результате многокомпонентного насыщения.

Показана возможность существенного упрочнения стали легированием поверхностного слоя, расплавленного с использованием энергии релятивистских электронов. Изучено влияние различных параметров обработки (ускоряющего напряжения, тока пучка, скорости перемещения образца, его температуры и др.) на структуру, глубину, твердость и износостойкость легированного слоя. Разработано несколько типов легирующих смесей на основе карбидов вольфрама, хрома и бора, включающих дополнительные присадки и модификаторы. Подобрано оптимальное соотношение в них компонентов. Проведено сравнение технологии легирования в пучке релятивистских электронов с технологией вакуумного электронно-лучевого легирования. Для дополнительного улучшения структуры слоев использована термическая обработка.

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда (Г13), образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования материала под поверхностью трения в зависимости от условий испытания - низкой скорости скольжения и малом давлении, значение которого много меньше предела текучести стали Г13. Методами оптической сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследован фазовый состав и дефектная субструктура на поверхности трения. Показано, что вблизи поверхности трения образуется тонкий, сильно деформированный слой нанокристаллического строения, переходящий в слой с поликристаллической структурой, содержащей двойники деформации и дислокации. Нанокристаллическая структура и присутствие оксидов в поверхностном слое и зоне трения свидетельствуют о высокой температуре и больших пластических деформациях, ответственных за формирование данного слоя. Сделано предположение о том, что деформирование материала, наблюдающееся на большой глубине от поверхности, обусловлен генерированием упругих волн при трении.

Методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошка карбида вольфрама на низкоуглеродистую сталь сформированы покрытия, структура, твердость и износостойкость которых определяются удельной поверхностной энергией излучения и скоростью охлаждения расплавленного металла. Показано, что наилучшими свойствами обладает структура "включения карбидов - аустенитная матрица", подобная структуре твердого сплава, принцип действия которого основан на балансе между прочностью и пластичностью.

С использованием энергии релятивистских электронов на поверхности низкоуглеродистой стали сформированы слои наплавки, высоколегированные хромом, бором и углеродом. Исследована зависимость структуры, фазового состава, твердости и износостойкости от состава легирующей смеси. Установлено существование режимов легирования, приводящих к образованию в поверхностном слое структур, аналогичных структуре твердого сплава и обеспечивающих достижение максимальных уровней твердости, износостойкости и противоударной стойкости.

Поверхностные слои стали упрочняли легированием в пучке релятивистских электронов порошковыми смесями карбида бора и хрома разного состава. При определенных весовых соотношениях легирующих компонентов слои обладают максимальной твердостью и износостойкостью. Дополнительное повышение этих характеристик наблюдается при введении феррованадия и диборида титана. Путем исследования структуры в зоне обработки обсуждаются причины формирования наблюдаемых свойств.

Предлагается метод микролегирования приповерхностных слоев полупроводников ионами водорода с использованием плазменно-пучкового разряда. Проведенный эксперимент на арсениде галлия показал, что данный метод является эффективным по сравнению с известными способами модифицирования приповерхностных слоев.

Цель работы - исследовать коррозионные свойства и цитотоксичность образцов никелида титана после модификации их поверхности пучками ионов кремния, а также пролиферативную способность мезенхимальных стволовых клеток костного мозга крысы на ионно-модифицированных поверхностях образцов этого сплава. Показано, что ионно-пучковая обработка кремнием образцов NiTi привела к повышению коррозионной стойкости этих материалов в водных растворах NaCl (имитатор физиологического раствора) и плазмы крови человека почти в 2 раза и существенному снижению концентрации никеля после длительного содержания образцов в этих растворах (для раствора плазмы крови примерно в 20 раз). Обнаружено, что образцы NiTi-Si, содержащие кремний в поверхностном слое, приобрели свойства, благоприятствующие пролиферации мезенхимальных стволовых клеток (МСК) на их поверхности по сравнению с образцами NiTi, не подвергавшимися ионно-пучковой обработке.

Определены вольт-амперная характеристика и интенсивность изнашивания скользящих электроконтактов из композитов на основе сталей Г13, а также на основе стали ШХ15, переработанной из шлифовального шлама. Показано, что сталь ШХ15 имеет высокую износостойкость вследствие формирования наноструктур при деформации поверхностных слоев в зоне трения. Установлено, что при скольжении с плотностью тока более 100 А/см2 окисляется поверхность трения контртела из закаленной стали, поэтому сталь не может применяться в качестве контртела.

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.

Представлена топография поверхности трения модельных композитов на основе сталей ШХ15 и Г13 после скольжения при плотности тока свыше 100А/см3, определены износостойкость и вольт-амперная характеристика, скользящего электроконтакта модельный композит - сталь 45.

Электронно-лучевая закалка поверхностных слоев стали 50 позволила достичь существенного уровня упрочнения, что связано с образованием высокодисперсной мартенситной структуры. Обнаружено существование линейных зависимостей твердости, износостойкости и глубины зоны полной фазовой перекристаллизации от удельной поверхностной энергии излучения. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными позволило определить значение температуры аустенизации при нагреве электронным пучком.

Исследовано влияние закалки в пучке релятивистских электронов на структуру и свойства поверхностного слоя стали 50. Обнаружен эффект упрочнения, связанный с образованием мартенситной структуры. Показано, что основными параметрами, которые влияют на дисперсность мартенсита, глубину закаленного слоя, размеры переходной зоны, твердость и износостойкость, является время воздействия электронного пучка и погонная энергия процесса Q. Наблюдается линейная зависимость характеристик упрочненного слоя от величины Q.

Исследовано влияние облучения ионами N+, Ar+(40кэВ) и ионами Mn (45 кэВ) на механические свойства, морфологию поверхности и состав поверхностных слоев углеродистой стали Ст3сп. Обнаружено сглаживание рельефа поверхности и немонотонное изменение микротвердости и усталостной прочности стали в зависимости от типа ионов и дозы облучения.

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.

Проведен анализ применимости многоуровневого подхода физической мезомеханики к описанию сопряжения упрочненного поверхностного слоя с упруго нагруженной подложкой в парах трения. На примере стали Гадфильда показано, что на поверхностях трения возникает многоуровневая клеточная мезосубструктура, согласующаяся со стохастической моделью интерфейсов в мезомеханике структурно-неоднородных сред.

Работа посвящена исследованию влияния ультразвукового поверхностного пластического деформирования сварных соединений стали ВКС-12 на их структурно-фазовое состояние и механические характеристики. Показано, что материал приповерхностного слоя толщиной около 40 мкм после обработки приобретает трехслойное строение с образованием наноструктуры на глубине до 3...4 мкм. На большей глубине регистрируются субзеренная структура с большеугловой разориентацией субзерен и фрагментированная структура. Установлена связь наноструктурирования поверхностного слоя с повышением циклической долговечности сварных соединений.

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.

Приведено краткое описание одномерной динамической модели развития сдвиговой пластической деформации в поверхностном слое материала при трении скольжения с обоснованием снижения размерности рассматриваемой задачи от 3D до 1D. Представлены некоторые результаты моделирования, иллюстрирующие особенности режима пластического деформирования под действием двух конкурирующих процессов - деформационного упрочнения и термического разупрочнения за счет фрикционного нагрева. Также приведены экспериментальные данные, на основании которых сделан вывод о возможности течения поверхностного слоя подобно вязкой жидкости. Для оценки возможности турбулизации такого слоя по числу Рейнольдса использованы результаты моделирования.

Высокая стойкость наплавленных слоев против абразивного изнашивания достигается при введении в наплавленный металл карбида вольфрама. для замены дорогостоящего карбида вольфрама в настоящее время стремятся использовать более дешевые наплавочные материалы, содержащие в качестве основного легирующего элемента хром, а также углерод и бор. В данной работе исследована возможность повышения твердости и износостойкости стали при использовании высокохромистых смесей вместо карбида вольфрама при электронно-лучевой наплавке.

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.

Исследованы среднеуглеродистые стали после фрикционной обработки методом трения с перемешиванием с использованием двух типоразмеров твердосплавного инструмента. Показана перспективность использования инструмента малого диаметра для формирования мелкозернистой структуры стали. Дано объяснение причин формирования слоистой структуры. Приведены результаты испытаний на износостойкость стали с фрикционно-обработанной структурой.

Представлены результаты сравнительного исследования поведения при трении и износе образцов титанового сплава ВТ6, подвергнутых наноструктурированию поверхностного слоя и последующей химико-термической обработке. Показано, что подобная комплексная обработка позволяет увеличить микротвердость приповерхностного слоя с 3.8 до 4.8...5.6 ГПа, а также существенно повысить износостойкость. Влияние предварительного наноструктурирования поверхностного слоя приводит при последующей химико-термической обработке к увеличению толщины поверхностно упрочненного слоя с повышенной микротвердостью до 50...150 мкм по сравнению с образцами, не подвергавшимися предварительной обработке.

Методам просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведены экспериментальные исследования механизма деформации монокристаллов стали Гадфильда, ориентированных для растяжения вдоль [111], [144], [011] направлений. Установлено, что при Т=23С с ранних степеней деформации пластическое течение в монокристаллах этих ориентаций связано с развитием преимущественно механического двойникования. Показано влияние числа действующих систем сдвига на скорость деформационного упрочнения.

В монографии изложены представления о механизмах деформации и разрушения порошковых твердых сплавов вольфрамовой группы. Рассмотрены их механические характеристики в качестве критериев оценки качества и долговечности твердосплавных изделий в условиях эксплуатации. Широко представлены результаты исследований закономерностей усталостного разрушения твердых сплавов при ударном и гармоническом нагружениях и поведения в условиях сложно-напряженного состояния. Даны рекомендации по оценке прочности и долговечности с учетом ряда технологических факторов, таких, как исходная структура твердых сплавов, геометрические размеры образцов или изделий, состояние поверхностного слоя и др. Показана возможность увеличения прочностных характеристик порошковых твердых сплавов объемным и поверхностны упрочнением и определены области эффективного его применения. Для научных и инженерно-технических работников, создающих новые инструментальные материалы, занимающихся разработкой, изготовлением и применением твердосплавного инструмента и других изделий из твердых сплавов, а также для преподавателей и студентов вузов.

Рассмотрено влияние различных режимов электронно-лучевой наплавки на характеристики поверхностного слоя стали. Проведено сравнение технологии электронно-лучевой обработки поверхности на ускорителе релятивистских электронов и в вакууме.

Показано влияние легирования алюминием на прочностные свойства и механизм деформации (скольжение, двойникование) при растяжении 123 монокристаллов стали Гадфильда при Т=300 К. Установлено, что легирование алюминием подавляет развитие деформации двойникованием 123 монокристаллов, приводит к изменению типа дислокационной структуры при скольжении от однородного распределения дислокаций к планарной дислокационной структуре.

Исследована концентрационная зависимость сопротивления микродеформации и предела текучести поликристаллов твердых растворов Fe-Si в интервале температур 77-293С. Сопоставление концентрационных зависимостей макроскопического предела упругости, коэффициента упрочнения в области микродеформации и протяженности стадии микродеформации показало, что твердорастворное разупрочнение, которое наблюдается на пределе текучести при Т200К, обусловлено уменьшением деформационного упрочнения в области микродеформации при легировании железа небольшим количеством кремния. Обсуждаются механизмы твердорастворного упрочнения и разупрочнения.

Выполнен анализ высокотемпературного твердорастворного упрочнения трехкомпонентной фазы Ni3Al + Me (Me-металл). Рассмотрено детально упрочнение, возникающее при легировании тугоплавкими элементами (Nb, Ta, Hf). Установлено, что это явление носит много факторный характер.

Изучено влияние легирования карбидами бора и хрома на структуру, твердость и износостойкость металла при электрошлаковой наплавке. Показано, что максимальный уровень упрочнении достигается при образовании в наплавленном слое заэвтектической структуры с твердыми включениями карбоборидов. Дисперсность структуры слоя и его износостойкость удается повысить путем введения в легирующую смесь модификатора TiB2 и применения ультразвуковой обработки.

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

В работе исследовано влияние ультразвукового модифицирования на структуру и свойства азотированных слоев, полученных в плазме дугового разряда низкого давления. Фрактографический и рентгеноструктурный анализ, а также анализ механических и триботехнических свойств показал, что ультразвуковое модифицирование стали 40Х13 изменяет фазовый состав, увеличивает глубину, микротвердость и износостойкость азотированного слоя.

Установлена связь между стадийностью кривой пластического течения низкоуглеродистой стали и скоростью распространения ультразвука в ней. Проанализированы изменения параметров микроструктуры стали при движении полосы Чернова - Людерса и их связь с механизмом пластического течения.

Рассмотрены особенности абразивного изнашивания и обобщены результаты относительной износостойкости стали 45, упрочненной термической и химико-термической обработкой.

Сравниваются особенности локализации пластической деформации в низкоуглеродистой листовой стали 08пс (0,07% мас. С) на площадке текучести при отсутствии деформационного упрочнения, на стадии линейного деформационного упрочнения с постоянным коэффициентом деформационного упрочнения и на стадии параболического деформационного упрочнения. С помощью метода двухэкспозиционной спекл-фотографии определены основные типы и параметры локализации пластического течения на разных стадиях деформационного упрочнения стали в трёх состояниях: после горячей прокатки, после размотки горячекатаного рулона и травления для удаления окалины, в результате электролитического насыщения водородом в трёхэлектродной электрохимической ячейке при постоянном контролируемом катодном потенциале образцов после горячей прокатки.

В сравнительном эксперименте по генерации второй гармоники мини-ТЕА СО2-лазера в идентичных условиях в нелинейных кристаллах ZnGeP2, AgGaSe2 и GaSeпоказаны явные преимущества первых. При эффективность 6% средняя мощность второй гармоники достигла 0,22 Вт. Из полученных данных следует, что фундаментальные физические свойства слоистых кристаллов GaSe замаскированы низкой спайностью слоев. Легирование индием кристаллов GaSe радикально улучшает спайность и выводит их в потенциально самые привлекательные кристаллы-удвоители частоты СО2-лазеров.

Исследованы структуры поверхностей трения образцов твердого сплава (композита) WC-сталь Гадфильда после их трибологических испытаний в паре со стальным диском. Установлен факт присутствия на поверхности трения композита после скоростей скольжения 10 м/с белого нетравящегося слоя. Методами оптической и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа показано, что "белый слой" имеет сильнодеформированную нанокристаллическую структуру с повышенной твердостью и составом, близким к составу объема композита.

Предложена модель диффузии легирующего элемента в поверхностном слое материала, активированного ионно-лучевым воздействием. В рамках модели процесс характеризуется временем и глубиной активации. Продемонстрировано принципиальное значение учета активации поверхностного слоя для описания формирования диффузионной зоны. Теоретически показана возможность экспериментального определения параметров модели.

Экспериментально изучены закономерности и механизмы интенсивной пластической деформации при знакопеременном изгибе поликристаллической фольги высокочистого алюминия А999, наклеенной на упругодеформируемый плоский образец алюминия А7 или титана ВТ1-0. Обнаружены новые нелинейные волновые процессы, связанные с солитонами кривизны в поверхностных слоях сильнодеформированных металлических материалов. Подчеркивается необходимость учета найденных закономерностей интенсивной пластической деформации в описании поведения твердых тел в экстремальных условиях нагружения, наноструктурных материалов, тонких пленок и покрытий.

В работе исследуются нелинейные процессы, сопровождающие диффузию кислорода з адсорбционного слоя в глубь сплава в условиях воздействия импульсного электронного потока высокой мощности на основе математической модели. учитывающей неравновесную активацию и плавление. Модель включает уравнение теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределение температуры и концентрации кислорода по пространству и времени при различных значениях плотности потока и длительности импульса; определяется глубина зоны прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Проведены расчеты температурных профилей и градиента температур, возникающих в поверхностном слое металлокерамического сплава (50%(об.) TiC - 50%(об.) сплава Ni - 20% Cr) при электронно-импульсном облучении его поверхности с различными плотностью энергии в электронном пучке, длительностью, количеством и частотой импульсов облучения.