Исследованы мезоскопические масштабные уровни пластической деформации поверхностных слоев поликристаллов свинца, его сплавов с малорастворимыми элементами, алюминия и титана при знакопеременном изгибе. Обнаружены новые механизмы пластического течения на мезоуровне: расслоение материала в зонах стесненной деформации на ламели и их взаимное смещение (свинец и его сплавы), самосогласованное гофрирование поверхностного слоя в иерархии мезомасштабных уровней деформации (алюминий), аномально большие вертикальные смещения мезоблоков поверхностного слоя с формированием двухуровневой клеточной структуры (титан с наводороженным поверхностным слоем). На основе многоуровневого подхода делается заключение, что механизмы деформации поверхностных слоев твердых тел на мезоуровне при знакопеременном изгибе определяются самосогласованием поворотных мод деформации в поверхностных слоях и «шахматным» распределением нормальных и касательных напряжений на границе раздела «поверхностный слой – подложка».

Исследованы макроскопические картины локализации пластического течения в металлах и сплавах с ГЦК-, ОЦК- и ГПУ- кристаллическими решетками. Установлено, что пластическая деформация во всех случаях протекает локализовано на всем протяжении процесса деформирования. Тип наблюдаемых картин локализации определяется законом деформационного упрочнения, действующим на соответствующей стадии процесса. Показано, что картины макролокализации пластического течения имеют автоволновой характер. Прослежена эволюция картин локализации вдоль кривой пластического течения в исследованных материалах. рассмотрена кинетика развития локализации пластического течения на стадии предразрушения.

Исследован процесс наноконструирования медного образца в паре трения с инструментальной сталью. Проведен структурный анализ нанокристаллического слоя, образующегося при трении на поверхности образца. Предложен механизм деформации данного слоя, подобный течению вязкой неньютоновской жидкости или гранулированной среды.

На широком круге металлов и сплавов исследованы возникновение и временная эволюция упорядоченных в пространстве картин локализации пластической деформации - волн. Установлены основные характеристики этих волн: зависимость скорости распространения от коэффициента деформационного упрочнения, закон дисперсии, зависимости длины волны от размеров зерен и размер образцов. Рассмотрена возможность описания локализации пластического течения как процесса самоорганизации в деформируемой среде. Получены уравнения, необходимые для описания эволюции очагов локализации пластического течения. Проанализирован переход между картинами локализации деформации на разных стадиях пластического течения. Предложена модель для объяснения крупномасштабной периодичности в распределении очагов локализации деформации.

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.

Исследована кинетика развития очагов локализованной пластической деформации в поликристаллическом Al. Установлено, что на стадии линейного деформационного упрочения такие очаги синхронно движутся, а на стадии параболического упрочнения неподвижны. Определены количественные характеристики (длина волны, скорость распространения) деформационных волн, возникающих на стадии линейного упрочнения. Найдена связь количественных характеристик процесса локализации деформации с размером зерна. Исследовано перераспределение локальных деформаций при переходе от одной стадии течения к другой. Предложена модель, объясняющая возникновение крупномасштабных структур локализованной пластической деформации.

Изменения внутренней структуры в деформируемой среде описываются дополнительными оп отношению к плотностям дефектов кинетическими переменными - параметрами порядка. связанными с коллективными модами макроскопической пластической деформации. Кинетические уравнения для двух параметров порядка представляют систему нелинейных уравнений реакционно-диффузионного типа. Показано, что неустойчивость однородного решения относительно неоднородных возмущений внутренней структуры возникает в том случае, когда характерные длины изменения параметров порядка существенно различаются.

На основе молекулярно-динамического моделирования исследовалось влияние анизотропии динамического нагружения на процессы пластической деформации и разрушения в кристаллите вблизи свободной поверхности. Показано, что существую пороговые величины деформации. которые определяют раскрытие затравочной трещины и ее последующую остановку. Из результатов моделирования следует, что при нагружении в направлении [100] распространение трещины прекращается, после того как вблизи ее вершины начинает формироваться разупорядоченная область.

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.

Представлены метод и устройство для измерения рельефа поверхности, предназначенные для изучения процессов пластической деформации на мезо- и макромасштабных уровнях и последующего приложения результатов исследований для неразрушающего контроля материалов. Описана структурная схема автоматизированной системы для измерения рельефа поверхности нагруженных материалов, принцип действия которой основан на прямом методе измерения с помощью цехового профилометра. Даны основные технические характеристики работы автоматизированной системы; анализируются причины возникновения погрешностей измерений. Приведены типичные картины распределения рельефа поверхности образцов, полученные с помощью автоматизированной системы.

На основе представлений физической мезомеханики исследовано в контролируемых условиях (высокочистые поликристаллы, одинаковая величина зерна) влияние малорастворимых добавок разного типа на ползучесть свинца и ее отдельные составляющие. Показано, что все использованные добавки понижают скорость ползучести в данных условиях. Влияние легирования поликристалла малорастворимыми добавками на скорость установившейся ползучести осуществляется через зернограничное проскальзывание и формирование приграничных полос локализованной деформации.

В монографии представлены результаты экспериментальных исследований, посвященных выявлению на различных структурных и масштабных уровнях закономерностей влияния слабых электрических воздействий на металлы и сплавы, подвергающиеся пластической деформации. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния, металловедения и термической обработки металлов и сплавов и может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации при растяжении металлов и сплавов. Показано, что эффект макролокализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационное скольжение, двойникование). Установлен волновой характер локализации деформации. Обсуждаются такие характеристики волн локализованной деформации, как скорость распространения, длина волны и дисперсия.

Исследована зависимость длины волны локализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения от размера зерна в поликристаллическом алюминии. Определен характер такой зависимости. Изучено влияние размера зерна на характер кривой пластического течения.

Деформируемый материал рассматривается как диссипативная бистабильная среда, описываемая нелинейным уравнением реакционно-диффузионного типа для параметра порядка. Коэффициенты указанного уравнения зависят от температуры и напряжений. Показано, что на стадии легкого скольжения пластическая деформация осуществляется путем распространения волны переключения. Проанализировано влияние температуры на критическое напряжение сдвига и протяженность стадии легкого скольжения при квазистатическом нагружении.

Исследована эволюция локальных деформаций при растяжении монокристаллов высокомарганцовистого аустенита с углеродом. Показано, что типы упорядоченных картин локализации находятся в тесной связи со стадиями деформационной кривой. Полученные резулттаты сравниваются с аналогичными данными исследований полей деформации монокристаллов хромо-никелевого аустенита с азотом. Установлена зависимость скорости самосогласованного движения очагов неоднородностей пластической деформации при растяжении монокристаллов Fe от коэффициента деформационного упрочнения и механизма деформации.

Пособие посвящено вопросам получения, исследования структуры и свойств нанокристаллических металлов и сплавов. В связи с этим помещены материалы, связаные со структурой атома, его квантово-мех.теорией, на основе анализаэлектронного строения получена строгая форма период.системы менделеева Д.И., выявлена физическая природа металлической связи, освещены закономерности фазовых переходов, пластической деформации и разрушения металлов с позиции электронной теории. Предпринята попытка приведения в соответствие теоретических и экспериментальных данных с методами исследования нанокластеров, поверхности твердого тела, и его микроструктуры. Проведен глубокий анализ результатов исследования объемных наноструктурных металлических материалов, получеными методами интенсивной пластической деформации. Учебное пособие будет полезно студентам, аспирантам металлургич.специальностей, а также широкому кругу специалистов в области физики конденсированного состояния, химии твердого тела, физической химии и материаловедения.

В рамках метода подвижных клеточных автоматов рассматриваются трехмерные модели таких примеров контактного взаимодействия, как наноиндентирование, склерометрия (измерительное царапание), а также трибоспектроскопия. При этом предполагается, что на поверхность основного материала (титан) нанесено упрочняющее покрытие. Оба материала (подложка и покрытие) описываются в рамках упругопластического приближения. Показано, что выбранный метод численного моделирования способен корректно описывать контактное взаимодействие упругопластических материалов под действием нагрузок различного вида с явным учетом разрушения. Приведена оценка возможности обнаружения повреждений поверхностных слоев материала по результатам регистрации силы трения.

Рассмотрены закономерности, определяющие развитие локализованной пластической деформации твёрдых тел. При анализе характеристик локализованного пластического течения металлов, неметаллов и горных пород обнаружена корреляция произведений масштабов и скоростей процессов упругой и пластической деформаций. На этом основании высказана гипотеза о причинной взаимосвязи упругой и пластической составляющих деформации и введён упругопластический инвариант деформации, играющий роль основного уравнения развиваемой автоволновой модели пластичности. Предложены автоволновой и квазичастичный варианты описания явления локализованной пластичности.

Проведены исследования влияния водородного охрупчивания алюминиевого сплава системы Аl— 4%Cu—0,2%Mg на параметры локализации пластической деформации. Картины локальных деформаций для сплава Д1 регистрировали методом цифровой спекл-фотографии. Получены зависимости изменения скорости распространения полос локализованной деформации от напряжения течения для ненаводороженных и наводороженных образцов.

Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведено исследование изменений фазового состава, возникающих в стали 34X1М при электролитно-плазменной нитроцементации. Установлено, что нитроцементация приводит к существенным изменениям в структуре стали, а именно к изменению фазового состава и списка присутствующих фаз, а также их морфологии.

В книге изложено статистическое описание закономерностей акустической эмиссии при пластической деформации сталей. Приведена методика определения параметров кристаллической структуры по одной дифракционной линии численно-аналитическим методом. Показано применение этих методов для исследования пластической деформации в сталях. Предназначена для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области материаловедения и неразрушающего контроля, а также может быть полезна студентам, аспирантам и преподавателям вузов соответствующего профиля.

Методами электронной микроскопии высокого разрешения, спектроскопии характеристического рентгеновского излучения и ЭПР исследованы микроструктура и состав MoZSM-5 катализаторов с содержанием молибдена 4.0 мае. %. Показано, что в ходе неокислительной конверсии метана при 750°С в цеолите стабилизируются два вида молибденсодержащих частиц: частицы карбида молибдена с размерами 2-10 нм, находящиеся на поверхности цеолита, и кластеры (размеры менее 1 нм) внутри его каналов. По данным ЭПР обнаруженные кластеры содержат окисленную форму молибдена Мо5+. Поверхностные частицы Мо2С дезактивируются на начальном этапе реакции, что связано с конденсацией на их поверхности углерода в форме графита. Центрами активации метана являются, преимущественно, кластеры окисленного молибдена, локализованные в открытых молекулярных порах цеолита. Дезактивация катализатора происходит после накопления кокса на поверхности и в порах цеолита после 420 мин его работы.

Исследованы механические свойства керамики ZrO2-3 вес. % MgO в зависимости от количественного фазового состава. Показано, что. уровень механических свойств керамики обусловлен количеством моноклинной фазы, содержащейся в материале. Обнаружено, что помимо, механизма трансформационного превращения, полученная керамика упрочнена микротрещинами. Также изучены триботехнические свойства керамик ZrO2=3 вес.% MgO, упрочненной микротрещинами и мартенситным превращением в условиях сухого трения по стали. Обсуждаются факторы, влияющие на поведение такой керамики при трении и износе.

В работе на основании измерения механических характеристик, а также данных оптической и электронной микроскопии исследовали особенности деформации и разрушения при растяжении образцов стали 25Х1М1Ф в исходном состоянии и после термоциклической наработки. Показано, что деформация образцов данной стали в исходном состоянии характеризуется крайне малым деформационным упрочнением и существенным удлинением на этапе формирования шейки. После термоциклической наработки напряжение течения снижается, пластичность заметно возрастает, деформационное упрочнение становится более выраженным. Полученные результаты обсуждаются с использованием данных металлографии. Данные фрактографических исследований свидетельствуют о том, что характер разрушения определяется закономерностями зарождения микроспор, их слиянием и образованием центральной макротрещины отрыва. Согласно экспериментальным результатам образец разрушается по смешанному механизму, включающему локальный сдвиг и отрыв. При этом значительное влияние на характер разрушения оказывают вторичные микротрещины и интенсивная внутризеренная пластическая деформация. На основании полученных результатов предлагается схема структурных уровней деформации и разрушения исследованных образцов при статическом растяжении.

Методами атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии исследованы морфология поверхности и структура тонких пленок двуокиси кремния, нитрид бора, а также их двухслойной композиции. Пленки наносились методом газофазного химического осаждения по подложки GaAs. Показано, что температура подложки оказывает существенное влияние на рельеф поверхности и внутреннюю микроструктуру диэлектрических пленок. Слои, нанесенные при 473К, имеют аморфное строение с кристаллическими включенииями, а при 573К и выше являются нанокристаллическими. Усатновлено качественное соответствие между морфологией поверхности и структурой исследованных пленок.

Представлены результаты теоретического исследования объемной и поверхностной структуры PbBi4Te7. Соединение PbBi4Te7 имеет слоистую структуру, содержащую чередующиеся в направлении гексагональной оси пяти- (Bi2Te3) и семислойные (PbBi2Te4) блоки. На основе анализа вызванной спин-орбитальным взаимодействием инвертированности краев запрещенной щели показано, что данное соединение является трехмерным топологическим изолятором. При этом топологические свойства соединения определяются, в основном, слоями PbBi2Te4. На поверхности PbBi4Te7 (0001) в окрестности точки Г формируется дираковский конус вне зависимости от типа слоя, формирующего поверхность ((Bi2Te3 или PbBi2Te4). Показано, что локализация данного состояния может иметь не только поверхностный, но и глубоко подповерхностный характер.

Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведены исследования эволюции структуры ультрамелкозернистого молибдена в условиях одновременного воздействия внешнего приложенного напряжения и зернограничных диффузионных потоков атомов никеля с поверхности. Изучена кинетика и определены значения энергии активации инициированной диффузией никеля рекристаллизации ультрамелкозернистого молибдена.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии исследован ультрадисперсный порошок состава ZrO2+3 мол.% Y2O3, полученный плазмохимическим способом. Установлено, что порошок состоит преимущественно из пустотелых поликристаллических сфер и пленок со средним размером кристаллитов 20 нм. Частицы порошка представляют собой двухфазные поликристаллы, состоящие преимущественно из кристаллитов тетрагональной фазы: содержание моноклинной модификации составляет приблизительно 3%. Показано, что формирование моноклинной фазы связано с превышением критического размера частью крупных кристаллитов. Величина критического размера в таких порошках контролируется как поверхностной энергией кристаллитов, так и их напряженным состоянием. Показано, что тетрагональная фаза в исследуемом порошке характеризуется пониженной, по сравнению с крупнокристаллическим состоянием, тетрагональностью, что связано с высокой дисперсностью кристаллитов и особенностями их напряженного состояния. Понижение тетрагональности при уменьшении размера зерна можно рассматривать как размерный фазовый переход, из тетрагональной в кубическую структуру, близкий к переходу второго ряда.

С применением методов растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование особенностей модификации зеренной и гетерофазной структуры сплава системы V-Zr-C (вес.%) в зависимости от режимов его термомеханической обработки. Показано, что применение разработанных режимов приводит к формированию высокодисперсных (до 5 нм) частиц второй фазы, однородно распределенных по объему материала, что обеспечивает существенное увеличение прочностных характеристик при комнатной и повышенной (800 гр.С) температурах, с сохранением технологически приемлемых значений пластичности. Обсуждается влияние различных факторов упрочнения на параметры механических свойств сплава V-Zr-C.

Изложены физические основы теории металлического состояния, освещаются вопросы структуры чистых металлов, твердых растворов и интерметаллических соединений, электронная и кристаллическая структура металлов и сплавов. Рассматриваются основы термодинамики, принципы построения диаграмм состояния и теория диффузии, основные вопросы теории затвердевания: гомогенное и гетерогенное зарождение, рост дендритных и ячеистых кристаллов и т. д. Для научных работников, занятых в области физики металлов, металловедов, работников заводских лабораторий, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов металлургических и машиностроительных институтов.