В книге проведен анализ добротности методических подходов и полученных на их базе основополагающих математических зависимостей всех разделов современной теории упругости. Вкладом в начала новой теории упругости являются: доказательства действия в деформируемом теле ранее неизвестных репродуктивных напряжений, равных, но нормальных к ним и обратных по действию на тело; обоснование новой формулировки второго закона Гука; придание нового смысла известным тангенциальным и нормальным напряжениям; обращено внимание на недопустимость, в рамках выбранной для нормирования усилий системы отсета, обнуление коллинеарных противоположнонаправленных векторов усилий одинакового действия. Книга рассчитана на исследователей в области механики деформируемого твердого тела, а также на студентов механико-математических факультетов вузов.

В книге представлены полученные на основе термомеханического подхода соотношения, определяющие поведение изотропных и анизотропных материалов при конечном деформировании. Предложены конткретные формы связей между процессами нагружения, деформирования и изменением температуры как в рамках частного постулата изотропии А.А.Ильюшина, так и су четом возможных отклонений от него. Даны вариационные постановки связанных краевых задач при внешних механических и тепловых воздействиях. Получены общие вариационные условия устойчивости и единственности процессов конечного равновесного деформирования. Для научных работников в области механики, студентов и аспирантов механико-тематических направлений подготовки.

Разработан дискретно-континуальный метод возбудимых клеточных автоматов для моделирования напряженно-деформированного состояния в вершинах трещин и надрезах с учетом кривизны кристаллической решетки и эффектов пластической дисторсии ионов из узлов решетки в междоузлия ее кривизны. Показано, что данный нелинейный подход определяет тип трещины и характер разрушения, предсказывает возможность развития на фрактограммах динамических ротаций и структурной турбулентности, позволяет описывать нелинейные волновые процессы структурных трансформаций в полосах локализованной деформации, где возникает микропористость и развиваются трещины продольного сдвига.

Изложен курс сопротивления материалов, дополненный элементами теории упругости, пластичности, ползучести и разрушения. Представлены современные методы расчета прочности элементов конструкций, в частности метод конечных элементов. Рассмотрены задачи прочности и устойчивости, колебаний стержней, элементы теории пластинок и оболочек. Даны примеры построения моделей прочностной надежности при разных условиях нагружения. Для студентов, аспирантов втузов и инженеров, работающих в авиа- и машиностроении.

Сборник посвящен проблемам механики разрушения и теории упругости в областях с трещинами, угловыми вырезами и включениями. Анализируются задачи с неклассической реологией. Исследуются вопросы перехода к двумерным уравнениям для оболочек с разрезами и сплошных в случае нелинейной геометрии.Для научных и инженерно-технических работников в области механики, преподавателей и аспирантов математико-механических факультетов университетов и технических вузов.

Обнаружена кордовая и твидовая структуры на поверхности фольг высокочистых поликристаллов алюминия, жестко закрепленных на образцах алюминиевого сплава при усталостных испытаниях при комнатной температуре.

Методами оже-спектроскопии электронов, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости исследованы особенности взаимосвязи состава, тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Al-Si-N с высоким содержанием кислорода и углерода. Показано, что в данных покрытиях может быть сформирована фаза на основе TiN с нанокристаллической или двухуровневой зеренной структурой, распределенная в рентгеноаморфной фазе, объемна доля которой составляет 20-5-%. Характер зеренной структуры можно целенаправленно изменять легированием покрытий алюминием и кремнием. Установлено, что независимо от структурного состояния и состава покрытий в них наблюдается высокая термическая стабильность сверхтвердости и микроструктуры. Снижение твердости наблюдается в результате дислокационного возврата, релаксации напряжений и развития начальных стадий рекристаллизации. Высказано предположение, что высокие прочностные свойства покрытий обусловлены наличием дислокационной субструктуры и высоким сопротивлением сдвигу рентгеноаморфных фаз по границам нанокристаллитов.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Si-B-N с высоким содержанием примесей кислорода и углерода. Показано, что в условиях низкотемпературного (Т=200С) нанесения покрытий формируется двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0,1-0,3 мкм на субзерна размером 15-20 нм. С увеличением содержания кремния и бора формируются бестекстурные покрытия с размером зерна кристаллической фазы менее 15 нм и высокой объемной долей рентгено-аморфной составляющей структуры. При температурах нанесения покрытий 400-450С наблюдается нанокомпозитная структура с отсутствием текстуры. Для всех изученных составов и условий получения обнаруживается кристаллическая фаза с параметром решетки а=(0,416-0,420). При оптимальных составах и условиях синтеза значения твердости превышают 40-50ГПа. Высказано предположение о возможности достижения сверхтвердости при многофазных зернограничных прослойках толщиной более 1 нм.

Исследованы микроструктура и фазовый состав катодов, спеченных из прессованных смесей порошков титана и кремния, а также ионно-плазменные покрытия, полученные вакуумно-дуговым распылением спеченных катодов. Обнаружено уменьшение содержания кремния в покрытиях по сравнению с катодами.

Исследованы механические свойства тонких пленок Ag одинаковой толщины с различным размером зерен. Твердость пленок определялась с использованием методов Оливера-Фарра, из определения работы индентирования, а также путем непосредственного измерения площади отпечатка индентора по АСМ-изображениям. Для исключения влияния подложки на измеренные значения твердости применялась методика определения истинной твердости пленок. Установлено, что твердость пленок Ag уменьшается с ростом среднего размера зерна, в то время как модуль упругости практические не изменяется. Показано, что зависимость предела текучести пленок Ag от размера зерна не совпадает с классическим законом Холла-Петча.

Проведен анализ особенностей проявления эффекта ускорения ползучести поликристаллических металлов и сплавов при наличии зернограничных диффузионных потоков примеси из внешней среды (покрытия). Рассмотрено влияние толщины разупрочненного (за счет диффузионных потоков примеси) слоя на характер ползучести молибдена в условиях диффузионного контакта с никелем. Проведен анализ влияния режима зернограничной диффузии примеси на величину показателя скоростной чувствительности и зависимость скорости миграции границ зерен (ГЗ) от внешних напряжений. на примере субмикрокристаллического (СМК) никеля изучено влияние состояния ГЗ на свойства металлических материалов в СМК-состоянии. Проведены прямые измерения и теоретические расчеты, а также сделаны косвенные оценки различия коэффициентов зернограничной диффузии в крупно- и ультрамелкозернистом состояниях. Рассмотрена роль дисперсного упрочнения в стабилизации СМК-структуры и увеличении сопротивления ползучести, в том числе в условиях воздействия зернограничными диффузионными потоками атомов примеси из внешней среды.

На основе уравнений линейной механики разрушения построены векторные поля упругих смещений перед вершиной трещины моды I, II и смешанной моды (I+ II). Предложен алгоритм выделения базовых мод I и II при смешанном характере развития усталостной трещины как для упругих, так и для необратимых смещений. Применение такого подхода рассмотрено на мезоуровне на примере векторного поля неупругих смещений, экспериментально измеренных оптико-телевизионным методом в условиях циклического растяжения поликристаллов.

На примере поликристаллов алюминиевого сплава АВТ-1 предложен метод оценки эффективности поверхностно упрочняющей обработки материалов с целью повышения их усталостной прочности по результатам испытания образцов активным растяжением. Метод основан на фрактальном анализе оптических изображений деформационной структуры, возникающей на поверхности образцов при активном растяжении, и сопоставлении полученных характеристик с результатами усталостных испытаний образцов. Получены зависимости двух пар характеристик, которые характеризуют самоорганизацию структуры материала при активном растяжении на двух масштабных уровнях, от степени пластической деформации образцов. Обосновано применение компактной, наглядной и информативной формы представления указанных зависимостей. Эти зависимости выражают изменение числа блоков, формирующих самоподобный поверхностный фрактал с ростом степени деформации на втором масштабном уровне. Результаты поведенных исследований показали, что предложенный параметр имеет высокую чувствительность к режимам поверхностно упрочняющей обработки и может быть использован для оценки эффективности обработки для повышения усталостной прочности образцов.

Приведены результаты систематических исследований фрактальной размерности рельефа поверхности материалов при усталости. Показано, что фрактальная размерность является эффективной количественной характеристикой процесса самоорганизации структуры материала при усталости. Она зависит от исходной структуры материала, состояния его поверхностных слоев и числа циклов нагружения и может быть использована при разработке новых критериев предразрушения материалов. Из полученных данных сделан вывод, что по результатам фрактального анализа изменений поверхностного рельефа при активном растяжении может быть развита методика оценки эффективности поверхностной упрочняющей технологии материалов с целью повышения их усталостной прочности.

Приводятся экспериментальные данные о развитии в поверхностных слоях поликристаллов при их циклическом нагружении каналированных локальных структурных превращений вдоль направлений максимальных касательных напряжений. Данный процесс развивается стадийно. На первой стадии нагружения происходит каналированная экструзия островков материала поверхностного слоя, на второй стадии - их коагуляция во фрагментированные складчатые структуры. Геометрические параметры складчатых структур коррелируют с энергией дефекта упаковки материала. Полученные результаты подтверждают концепцию физической мезомеханики о «шахматном» распределении растягивающих и сжимающих нормальных напряжений на интерфейсе «ослабленный поверхностный слой - кристаллическая подложка материала».

Приведено краткое исследование изменения фазового состава при спекании композитов на основе подшипниковой стали с добавками карбидов кремния и бора в шихте. Обнаружено полное растворение карбида бора при спекании с образование боридов железа, что привело к исчезновению фрикционных свойств спеченного материала. В композитах, содержащих карбид кремния, эффект растворения фрикционной составляющей частично уменьшается за счет введения крупнодисперсного порошка, что вызывает повышение коэффициента трения.

Получены характеристики диаграмм нагружения поликристаллов a-Fe и высокопрочного сплава ВТ-6 с учетом формоизменения образца в зоне формирования шейки перед разрушением. Предложен способ измерения степени пластической деформации в локальной зоне минимального сечения образца. Показано, что для выяснения стадийности процесса деформационного упрочнения материала в процессе нагружения принципиально важен учет локализации пластической деформации в локальном объеме образца на стадии формирования шейки перед разрушением материала.

Проведены сравнительные исследования ползучести поликристаллов никеля с зернограничными ансамблями, содержащими около 5 и 60 % границ специального типа, в условиях диффузии серебра с поверхности. Установлено, что увеличение в зернограничном ансамбле границ специального типа с 5 до 60 % приводит к увеличению сопротивления ползучести никеля. При этом эффект ускорения ползучести, связанный с воздействием диффузионных потоков атомов серебра на границы зерен, уменьшается в 3-6 раз, а его максимум сдвигается в область низких скоростей ползучести. Предполагается, что указанное повышение сопротивления ползучести никеля в условиях диффузии серебра с поверхности обусловлено высокой устойчивостью специальных границ зерен к межзеренному разрушению.

Методами оптической металлографии установлено, что средняя энергия специальных границ в поликристаллах упорядоченных сплавов со сверхструктурой L1 зависит от энергии АФГ в сплаве. Это обусловлено тем, что в плоскостях залегания специальных границ в совпадающих узлах образуются зернограничные антифазные границы. Установлено, что в упорядоченных сплавах образование двойниковых границ с АФГ и без АФГ зависит от энергии дефекта упаковки: с уменьшением энергии дефекта упаквоки возрастает вероятность образования двойниковых границы без АФГ.

Исследованы температурно-скоростные зависимости сопротивления деформации и закономерности зернограничного скольжения при активном растяжении поликристаллов свинца и ряда сплавов на его основе. Определены энергии активации процессов пластической деформации и зернограничного скольжения. Исследованы структурные механизмы зернограничного скольжения в широком интервале температур. Делается заключение, что в основе самосогласования зернограничного скольжения и внутризеренного пластического течения лежат поворотные моды деформации. При этом зернограничное скольжение является первичным. Проведен теоретический анализ поворотных мод деформации, сопровождающих зернограничное скольжение. Показано, что зависимость деформирующего напряжения от величины зерна поликристалла не может быть описана одним универсальным уравнением Холла-Петча.

Приведены основные результаты выполненных под руководством авторов статьи исследований по некоторым актуальным вопросам физики пластичности моно- и поликристаллов металлических сплавов. Рассмотрены закономерности микродеформации и формирования предела текучести в поликристаллах; характерные особенности механизма деформации, деформационного упрочнения и дефектных субструктур в высокопрочных металлических сплавах. Выполнен анализ явлений, связанных с активацией границ зерен зернограничными потоками атомов примеси, экспериментально обоснованы особенности деформации на различных структурных уровнях в условиях активного растяжения, ползучести и знакопеременного нагружения. особое внимание уделено развитию коллективных мод деформации. Представлены и обсуждены некоторые структурные аспекты реализации мезоуровня пластического течения при различных условиях деформации.

Исследована кинетика зарождения и роста усталостных трещин путем анализа полей смещений в поликристаллических образцах дуралюмина Д16АМ в условиях малоцикловой усталости. Показано, что на мезомасштабном уровне усталостное разрушение имеет многостадийный характер и связано с трансляционно-ротационным движением объемных мезодефектов и фрагментацией материала. Критерии диагностики разрушения определяются параметрами мезоскопических субструктур, формирующихся на поверхности поликристаллов в процессе их циклического нагружения.

Обнаружено явление возникновения деформационных доменов в поле векторов смещений на мезоуровне при растяжении поликристаллов алюминия с пористым керамическим покрытием, в которых квази-однородное движение дислокаций на микроуровне подавлено. деформационные домены классифицируются как мезодефекты, осуществляющие аккомодационную деформацию поворотного типа.

Исследованы закономерности накопления усталостных повреждений при циклическом нагружении поликристаллов алюминиевого сплава в условиях многоцикловой усталости путем анализа динамики пространственно-временных мезоскопических субструктур. Показано, что на мезоуровне при периодическом воздействии внешнего механического поля в материале формируются деформационные домены. Эволюция динамических мезоскопических доменных субструктур определяет кинетику усталостного разрушения поликристаллов.

Исследованы механизмы локализации пластической деформации на мезоуровне при растяжении поликристаллов низкоуглеродистой стали с различной степенью предварительной холодной прокатки. Нестабильность холоднодеформированного прокаткой состояния при последующем растяжении проявляется в формировании сопряженных полос микроскопической локализованной деформации в образце. Их ориентация не зависит от типа кристаллической решетки, текстуры материала и определяется направлениями касательных напряжений. Размерные параметры макрополос зависят от степени и направления предварительной прокатки. механизмом образования полос локализованной деформации является сдвиг одной части поликристалла относительно другой. В полосе суперлокализации на заключительной стадии деформации реализуется встречный сдвиг двух частей поликристалла с образованием макрополосового диполя. Разрушение поликристалла в области локализации пластического течения обусловлено фрагментацией материала и ростом поворотных мод деформации на мезоуровне. Закономерности деформации на макро- и микроуровнях подчиняются принципу масштабной инвариантности.

Количественным методом исследована окисляемость пористых прессовок из порошковых смесей алюминия, хрома и кремния при нагреве и выдержке на воздухе при 500 гр.С. Установлено, что она кратно превышает окисляемость беспористых материалов при тех же условиях. Проведены структурные исследования окисленных прессовок методами металлографии и рентгеноструктурного анализа. Полученыые результаты обсуждены с учетом фазовых превращений в порошковых смесях, а также факторов, уменьшающих массу прессовок при нагреве.

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.

Изучены закономерности изменения химического состава и микроструктуры никелида титана после воздействия на его поверхность потоками ионов кремния в режиме высокодозовой ионной имплантации. Показано, что воздействие пучками ионов кремния на поверхность сплава TiNi приводит к формированию оксидного слоя в ~ 6 раз большей толщины, чем у исходного сплава, с содержанием кислорода в нем на ~ 20 % больше, чем до ионно-пучковой обработки, и обеднением никелем вплоть до его отсутствия в приповерхностном слое облученного образца толщиной около 20 нм. Исследования методами дифракции обратнорассеянных электронов приповерхностной зоны под облученной поверхностью в образцах никелида титана показали, что под действием пучков ионов кремния имеет место фрагментация приповерхностной части отдельных зерен фаз В2, выходящих на поверхность, с образованием зеренно-субзеренной структуры с уменьшением размеров фрагментов (зерен) до 5-15 мкм. Высказано предположение о влиянии ориентации зерна на выявленный эффект.

Исследовано влияние химического состава газовой среды на шероховатость, микроструктуру, элементный и фазовый состав и твердость покрытий, нанесенных вакуумно-дуговым испарением порошковых Аl-Сг и Al-Cr-Si катодов. Обнаружено значительное влияние давления в вакуумной камере и атомной массы газовых компонентов на состав, структуру и свойства осажденных покрытий.

С использованием методов просвечивающей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа выполнено исследование изменения микроструктуры, напряжений и элементного состава в тонких фольгах на поперечных сечениях градиентного покрытия системы Ti—Al—Si—N. Показано, что с ростом по толщине покрытия концентрации легирующих нитрид титана элементов его структура меняется от столбчатых зерен субмикронного размера к нанокристаллическим зернам. Для отмеченных структурных состояний установлено изменение величин структурных характеристик (параметр и изгибы-кручения кристаллической решетки, размеры кристаллов и тип внутризеренной дефектной структуры) и уровня остаточных напряжений. Обнаружено изменение величины и знака остаточных напряжений при смене типа структурного состояния.??.

Проведены структурные исследования и испытания на изгиб порошковых композитов, полученных горячим уплотнением механических смесей из элементарных порошков алюминия, титана и кремния. Определены режимы термосиловой обработки, при которых сохраняется исходный фазовый состав механической смеси и достигаются максимальная прочность и пластичность композитов. Определено, что прочность и пластичность композитов определяются алюминиевой матрицей, формирующейся при сваривании смежных порошковых частиц.

Исследованы структура и механические свойства спечённых образцов из смеси распылённых порошков олова и порошков сплава AI - 0,5 Si. Спекание прессовок проводилось при нагреве их до 570 - 640 °С и выдержке до 3-х часов при фиксированной температуре. Установлено, что наибольшее влияние на характер формирующейся структуры и плотность порошковых образцов оказывает величина угла смачивания твёрдой фазы жидкой, поскольку определяет площадь межфазной поверхности и интенсивность процессов растворения-осаждения атомов твёрдой фазы. Алюминиевая матрица оказывается наиболее связанной, а образцы наименее пористые после спекания при температуре 600 °С в условиях частичного смачивания алюминия оловом, когда двугранный угол мал, но не равен нулю. Механические свойства спечённых (AI - 0,5 Si) - 40 Sn композитов определяли методом испытаний на сжатие. Установлено, что при фиксированном составе их прочность и пластичность в основном зависит от степени связанности матрицы, которая, в свою очередь, определяется особенностями взаимодействия жидкой фазы с твёрдой при спекании. При равном составе, наилучшую пластичность и наибольшую прочность демонстрировали образцы с высоким коэффициентом связанности алюминиевого каркаса и минимальной пористостью.

Справочник содержит богатый фактический материал по самым различным вопросам пробоотбора, с которыми сталкиваются аналитики в металлургии и других отраслях промышленности. Проблемы пробоотбора и статистической обработки результатов анализов освещены с современных позиций. Даны рекомендации по отбору проб руд, концентратов, твердых и жидких металлов. Рассмотрено оборудование для пробоотбора. Предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся анализом материалов в металлургии и других отраслях промышленности.

С применением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получены композиционные порошки «карбид титана – связка из высокохромистого чугуна или быстрорежущей стали Р6М5». Электронно-лучевые покрытия, наплавленные синтезированными порошками, исследованы методами металлографии и рентгеноструктурного анализа. Обсуждено влияние микроструктуры и фазового состава, а также объемного содержания и морфологии карбидной фазы в наплавленных покрытиях на их твердость и абразивную износостойкость.

В работе исследовано влияние комбинированной обработки, включающей интенсивное пластическое деформирование и ионно-лучевое азотирование, на структуру и триботехнические свойства титанового сплава ВТ1-00. Показано, что интенсивное пластическое деформирование титана, приводящее к образованию в нем субмикрокристаллической структуры и увеличению твердости сплава на 50...60%, практически не оказывает влияния на его триботехнические характеристики при трении без смазочного материала. Имплантация ионов азота в титан при температурах 620...820 К приводит к образованию твердого раствора внедрения азота в матричной а-фазе, что обеспечивает увеличение микротвердости модифицированного слоя 3500...3700 МПа, повышение износостойкости сплава в 30 раз и снижение коэффициента трения на 40%.

Экспериментально исследовано влияние электрического потенциала на микротвердость образцов из алюминия, циркония и кремнистогоо железа. Сравнивается влияние собственно электрического потенциала, подаваемого на образец, и потенциала возникающего из-за контактной разности потенциалов при присоединении металлов с иной работой выхода электрона. Обнаружена качественная эквивалентность этих двух типов электрического воздействия. Установлена возможность заметного (до 15%) изменения микровердости металлов за счет указанных воздействий.

Представлены результаты расчетов атомной и электронной структуры Pd и TiFe с симметричными границами наклона, полученные методами теории функционала электронной плотности. Обсуждается сорбция водорода на границах наклона и соответствующих им поверхностях. Показано, что значения энергии абсорбции водорода увеличиваются по модулю на 0.2 еV на границе Pd и на 0.5 еV в В2-TiFe. Как в палладии, так и в TiFe энергия связи водорода в наиболее предпочтительных позициях на поверхности выше, чем вблизи границ зерен. Установлено, что как и в бездефектном материале, на границе наклона прослеживается тенденция - сильная связь примеси на границе зерна в матрице металла или сплава уменьшает энергию сорбции водорода.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe–Cr–Ni–N, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления при разном парциальном давлении азота в условиях ионной бомбардировки и нагрева подложки на износостойкость и нанотвердость металлического компонента при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА –полиамид ПА-66». На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

В работе представлены результаты исследования структуры и свойств композиционных покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки из смеси термореагирующих порошков FeB–FeTi. Показана зависимость фазо- и структурообразования покрытий от гранулометрического состава исходных компонентов наплавляемой шихты. Исследованы абразивная износостойкость, коэффициенты трения и интенсивность изнашивания в парах трения. Показана взаимосвязь полученных характеристик со структурой и морфологическими особенностями структурных составляющих покрытий.