Монография посвящена анализу формирования и изменения структуры, фазового состава и механических свойств толстых сварных соединений из стали 091'2С, выполненных различными способами, в зависимости от условий их получения и сроков эксплуатации. Выполнен анализ зеренной и дефектной субструктур и фазового состава толстых сварных швов и обосновано их деление на три закономерно расположенные зоны, характеризующиеся различной кинетикой и термодинамикой формирования градиентных структурно-фазовых состояний на основании анализа результатов комплексных исследований предложен способ диагностики наиболее напряженных участков шва, в которых могут зарождаться трещины. Полученные результаты исследования являются основой прогнозирования времени безопасной эксплуатации сварных соединений и целенаправленного выбора оптимального типа и способа сварки. Д ля неразрушающего контроля состояния сварных швов крупногабаритных конструкций рекомендовано измерение скорости ультразвука. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния, физического материаловедения, металловедения и термообработки металлов. Может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

Предложен новый подход к проблеме пластического течения кристаллических твердых тел, основанный на изучении картин макролокализации пластической деформации, которые могут рассматриваться как различные типы автоволновых процессов самоорганизации дефектов. Установлено однозначное соответствие между картинами локализации и стадиями пластического течения моно- и поликристаллов. Для автоволн локализованной пластичности скорость распространения обратно пропорциональна коэффициенту деформационного упрочнения я, а дисперсионное соотношение имеет квадратичный характер. Предложена новая модель развития локализации пластического течения.

Подробно и систематически рассмотрены наноструктурные состояния материалов, формирующиеся при закалке из расплава или последующей термической и деформационной обработке, а также физико-механические свойства материалов. Дана новая классификация наноматериалов, основанная на их структуре и механическом поведении. рассмотрены различные условия формирования наноматериалов при закалке из жидкой фазы: 1) полная кристаллизация жидкой фазы в процессе закалки из расплава; 2) образование аморфного состояния в процессе закалки, с частичной или полной кристаллизацией при последующем охлаждении; 3) образованием аморфного состояния при закалке с возникновением нанокристаллов в результате последующих тепловых или деформационных воздействий. Приведены примеры эффективного использования наноматериалов, полученных методом закалки из расплава. Для научных работников, аспирантов и магистров, специализирующихся в области нанотехнологий и наноматериалов.

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.

Изучено влияние крупномасштабных границ раздела в виде протяженных поперечных локализованных областей переплава на механизм пластической деформации поликристаллов низкоуглеродистой стали. Теоретически и экспериментально показано, что в зоне таких границ раздела возникают осциллирующие мезоконцентраторы напряжений, релаксация которых обусловливает формирование в деформируемых поликристаллах периодических полосовых структур мезомасштабного уровня.

Монография посвящена вопросам исследования электронной структуры и физико-химических свойств твердых тел на основе кластерного подхода с использованием аппарата и расчетных методов квантовой химии. Рассмотрены результаты изучения электронного строения и химической связи в металлах, сплавах, тугоплавких соединениях, соединениях РЗЭ, актинидов, а также в соединениях со сложной кристаллической структурой и содержащих различного рода дефекты. Книга предназначена для специалистов в области физики и химии твердого тела, аспирантов и студентов старших курсов вузов.

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.

Исследованы поведение кривых пластического течения и особенности форм локализации пластической деформации при растяжении образцов из сплавов Zr - 1% Nb ( Э110) Zr - 1% Nb - 1,3% Sn - 0,4% Fe (Э635). Установлена связь кинетики развития локализации с законом деформационного упрочнения при пластическом течении и переходе к разрушению. Исследована дислокационная микроструктура сплавов в очагах локализации деформации и предразрушения.

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.

Приведены результаты комплексного экспериментально-теоретического исследования деформационного поведения, закономерностей и механизма откольного разрушения гетерофазного алюминиевого сплава Al-Mg-Li-Zr с ультрамелкозернистой и крупнозернистой структурой при воздействии наносекундного сильноточного электронного пучка. Рассмотрены закономерности зарождения и распространения ударной волны, а после ее отражения от тыльной поверхности - волны отражения. Отмечены общие закономерности изменения толщины откольного слоя и степени его пластической деформации при ультрамелкозернистой и крупнозернистой структурах. Показано, что у исследованного гетерофазного сплава Al-Mg-Li-Zr откольная прочность определяется не исходной зеренной структурой, а ультрамелкозернистой структурой, сформированной в зоне откола при воздействии волны растяжения.

Представлены статьи, посвященные изучению структуры и свойства конструкционных и специальных сталей, а также сплавов титана. Рассмотрены вопросы упрочнения и разрушения сталей и сплавов, влияние на их свойства химического состава, фазовых превращений, термической и термомеханической обработок. Сборник предназначен для научных работников и инженеров-металлофизиков и термистов, а также студентов и аспирантов, специализирующихся в области термической обработки и физики металлов.

По данным испытаний малоразмерных образцов с шевронным надрезом определены характеристики трещиностойкости технического титана ВТ1-0, титанового сплава ВТ6, трубной стали 12ГБА и сплава Fe-Ni с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой, полученной методами интенсивной пластической деформации (ИПД). В качестве основной характеристики трещиностойкости определена удельная энергия разрушения. Предложена новая характеристика вязкости разрушения при испытании малоразмерных образцов с шевронным надрезом — относительная величина смещений точек приложения нагрузки, не связанная с изменением податливости образца в результате распространения трещины. Исследовано изменение удельной энергии разрушения в процессе нагружения образцов с шевронным надрезом.

Методом интенсивной пластической деформации, реализованной по схеме многократного равноканального углового прессования, получены образцы алюминий-магниевого сплава 1560 с ультрамелкозернистой структурой. Проведены исследования влияния изменения структуры на физико-механические свойства обработанного материала и характер разрушения образцов. Испытания на растяжение показали повышение условного предела текучести и прочности при уменьшении предельных деформаций. Полученные образцы имеют повышенные значения микротвердости по сравнению с исходными. Установлено, что последний цикл прессования определяет ориентацию структуры и макроскопических полос сдвига, возникающих под углом продольной оси образца при прохождении через сопряжения каналов. Это влияет на механические свойства материала и характер разрушения. Контроль качества полученных образцов методом ультразвуковой дефектоскопии и рентгеновской томографии подтвердил отсутствие макро- и микродефектов при соблюдении подобранного оптимального режима обработки.

На основе уравнений полевой теории дефектов с использованием кинематических тождеств для упругого континуума с дефектами и динамических уравнений калибровочной теории рассмотрены закономерности распространения плоских гармонических волн в вязкоупругих и упруговязкопластических средах. Определены скорости распространения волн, показатели преломления и поглощения. Проанализированы структура волн и особенности корреляции волн смещений и волн поля дефектов, определяющих пластическую деформацию.

Проведены сравнительные исследования влияния легирования водородом в количестве 0,002-0,24 масс. % на структуру, фазовый состав, деформационное поведение и характер разрушения при растяжении сплава Ti-6Al-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях. Установлено, что формирование субмикрокристаллической структуры повышает устойчивость сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне и сопротивление водородному охрупчиванию при комнатной температуре. Обсуждаются возможные причины повышения устойчивости сплава к локализации деформации на макромасштабном уровне в присутствии водорода.

Исследовали структурно-механические особенности пластической деформации фольг монокристалла алюминия {100}001, наклеенных на плоские образцы алюминиевого сплава, которые деформировали в режиме малоцикловой усталости. Установлено, что пластическая деформация начинается после латентного периода на лицевой поверхности и с ростом числа циклов нагружения распространяется через толщину фольги. Специфический поверхностный рельеф, образующийся на обратной стороне фольг алюминия, подобен рельефу, наблюдающемуся на лицевой поверхности фольг. Показано, что наиболее важной причиной зарождения пластической деформации на лицевой поверхности и распространения ее через всю толщину фольги является действие моментных напряжений, которые возникают в поперечном сечении фольги в результате внецентренного приложения нагрузки к фольге. Сделан вывод, что влияние моментных напряжений необходимо учитывать при нанесении на фольги защитных и функциональных покрытий, особенно при их значительной толщине и работе в условиях циклического растяжения.

В рамках теории функционала электронной плотности на основе первых принципов проведен расчет электронной структуры и магнитных свойств границы раздела (110) между сплавом NiMnSb и GaAs в зависимости от конфигурации контактных атомов. Обнаружено, что две их шести возможных атомных конфигураций границы раздела обладает высокой степенью спиновой поляризации, которая достигает 100% для одной из изученных интерфейсных структур.

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

В рамках теории функционала электронной плотности рассчитаны электронная структура и магнитные свойства границы раздела (110) полуметаллического сплава Гейслера NiMnSb с полупроводниками в зависимости от конфигурации контактных атомов. Показано, что спиновая поляризация существенным образом зависит от атомной конфигурации атомов на контактах. Анализируется природа интерфейсных состояний на рассмотренных контактах. Получена практически 100%-ная спиновая поляризация для конфигурации с никелем и сурьмой, которые в сплаве занимают соответствующие позиции аниона и катиона в полупроводнике. Оценка энергии адгезии на границах раздела показала, что контакты с максимальной спиновой поляризацией имеют также наибольшую энергию адгезии и являются энергетически выгодными и стабильными. работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант № 08-02-92201 ГФЕН_а) и проекта ИФПМ СО РАН 5.2.1.19. Расчеты в проводились на вычислительном кластере СКИФ Cyberia в Томском гос. университете.

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.

С помощью метода погруженного атома проведены расчеты колебательных спектров для поверхности Al (111). В работе обсуждаются релаксация поверхности, дисперсия поверхностных фононов, локальная плотность поверхностных состояний, а также поляризация колебательных мод адатомов и атомов подложки. Полученные теоретические результаты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными и могут быть использованы для их интерпретации.

Полнопотенциальным методом присоединенных плоских волн изучено взаимодействие водорода с B2-TiMe (001) (Me = Fe, Ni, Pd) и PdTa (001) поверхностями. Анализируются адсорбционные свойства поверхностей сплавов. Обсуждаются изменения электронной структуры, вносимые палладиевым покрытием в поверхностные слои B2-TiMe (001). Предлагается микроскопическое объяснение локальной поверхностной активности.??.

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.

Представлены результаты исследований структуры и свойств металлокерамических покрытий в системах Al2O3-CrxNy, Al2O3-Mo2, полученных методом плазменного напыления на медные подложки. Показано, что в процессе напыления формируются градиентные структуры покрытий. Определены оптимальные составы покрытий, которым соответствуют максимальные значения микротвердости и износостойкости. Установлено, что наименьшим коэффициентом трения при износе в паре трения с контртелом из ШХ15 обладает покрытие Al2O3 - 30 вес. % Cr2N.

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.

Магниевый сплав АМ60 был подвергнут ротационной молотковой ковке при 350С с целью измельчения его зерен. В результате многоступенчатой ковки средний размер зерен сплава уменьшился до 10-15 мкм. Кратковременный отжиг откованного сплава при 250С привел к незначительному повышению его прочности и существенному улучшению пластичности. Дополнительное равноканальное угловое прессование образцов при 350С привело к незначительному уменьшению размера зерен, но механические характеристики сплава при этом не изменились.

Исследовано влияние интерметаллидных частиц FeAl3 при спекании порошковых материалов на основе меди на объемные изменения прессовок и формирование структуры материала в широком диапазоне температур спекания. Показано, что добавление алюминида железа в порошковую медь и ее смесь с алюминием тормозит усадку и вызывает рост прессовок при спекании. Установлено, что в системе Cu-Al-FeAl3 интерметаллид не является инертным по отношению к меди. Взаимодействие с медью приводит к его обеднению алюминием, который диффундирует в медную матрицу.

Проведено сравнительное исследование кинетики абразивного изнашивания и износостойкости металлокерамических композитов с карбидной упрочняющей фазой и сплавов на основе железа. Результаты обсуждены с привлечением результатов металлографических исследований структуры материалов. Предложен механизм абразивного изнашивания исследованных композитов.

Проведены сравнительные исследования влияния легирования водородом на структуру и фазовый состав сплава Ti-6AL-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях. Изучено развитие деформационных процессов в легированном водородом сплаве в обоих состояниях в условиях растяжения при температуре 293 К в зависимости от содержания водорода в сплаве. Установлено, что присутствие водорода в наноструктурированном сплаве Ti-6AL-4V в твердом растворе приводит к снижению его предела текучести и повышению предела прочности и общей деформации до разрушения. Обсуждаются возможные причины увеличения продолжительности стадии равномерной деформации и эффекта деформационного упрочнения сплава в присутствии водорода в твердом растворе.

Изучено влияние тепловой обработки при газотермическом оплавлении покрытий из Ni-Cr-D-Si-сплавов на их структуру, фазовый состав твердость. Показано формирование покрытий со структурой никелевой матрицы, представленной иерархией трех размерных уровней, и упрочняющими карбидными и боридными фазами различной дисперсности. Изучено распределение микротвердости по сечению покрытий и в зонах выделений трех фаз. Установлено, что при ультразвуковой обработке оплавленных покрытий на основе никеля, подавляется образование дендритов, вырастают размеры колоний боридной эвтетики.

Исследованы особенности уплотнения с помощью экструзии порошков сплава Al-40Sn. Прессование проводили в температурном интервале 25-230 гр.С с коэффициентом обжатия 4,5. Исследование структуры по длине образца, включая пресс-остаток, показало, что основное ее изменение происходит на стадиях формования заготовки и нахождения последней в рабочем канале пресс-формы для экструзии. Под влиянием действующих в это время давлений образуется новый композиционный материал, состоящий из алюминиевых частиц, диспергированных в непрерывную мягкую оловянную матрицу. При продавливании такого материала через фильеру прослойки олова выполняют функции межчастичной смазки, облегчающей взаимное смещение частиц алюминия, которые в результате мало деформируются. Как следствие, оксидные пленки на частицах алюминия сохраняются и препятствуют установлению прочных межфазных границ. Экструдированный материал содержит трещины по границам фаз и демонстрирует низкую пластичность.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования особенностей микроструктуры сплава V-4Ti-4Cr после интенсивной пластической деформации методом кручения под давлением на наковальнях Бриджмена. С применением методики темнопольного анализа дискретных и непрерывных разориентировок изучены параметры дефектной структуры объема и границ зерен. Проанализированы поля локальных внутренних напряжений и градиенты этих напряжений на субмикронном масштабном уровне. Обсуждаются механизмы формирования субмикрокристаллического структурного состояния.

Анализ особенностей электронной структуры, необходимых для формирования спектра структурных состояний в сплавах, указал на ряд закономерностей, присущих таким системам. Теоретически и экспериментально рассмотрены типы структурных состояний, которые могут реализоваться в условиях неустойчивости всей системы в целом или отдельной фазовой структурной составляющей.

Проведены исследования характера изнашивания твердого сплава WC-сталь 110Г13 в паре с литой инструментальной сталью в широком интервале скоростей скольжения и давлений. Изучена эволюция структуры и фазового состава композита. Определен оптимальный режим работы данной пары трения.

Описана методика количественного определения неравновесности микроструктуры материалов по величине коэффициента детектирования Кdet, который рассчитывается программным обеспечением методом дифракции обратнорассеянных электронов. разработанная методика опробована на примере титана технической чистоты ВТ1-0 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой, полученной с использованием методов интенсивной пластической деформации по различным технологическим схемам.

Линейным методом МТ-орбиталей (ЛМТО) рассчитано изотермическое уравнение состояния В2-фазы никелида титана. В интервале давлений до 8 GPa построена экспериментальная зависимость объемных изменений в сплаве Ti50Ni48Fe2. Наблюдается хорошее согласие экспериментальных и теоретических результатов.

Методами оптической и просвечивающей электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов исследовано влияние стационарного лазерного излучения на структуру и фазовый состав плазменнонапыленного покрытия при его оплавлении. Показано, что такое воздействие приводит к формированию литой структуры твердого раствора на основе ГЦК фазы никеля и формированию дендритоподобных структур из упрочняющих фаз. Изменение фазового состава сводится к образованию дополнительных фаз карбонитов хрома. Среднее значение микротвердости и соответствующее значение дисперсии в оплавленной зоне уменьшается.

В рамках модели динамических концентрационных возбуждений рассчитаны электросопротивление, термоэдс и электронная теплопроводность аморфных сплавов NixAu1-x для х=0.30, 0.35 и 0.40. расчет проведен с учетом интерференции неупругого электрон-электронного взаимодействия и многократного упругого перерассеяния электронов на низкочастотных динамических концентрационных возбуждениях. Показано, что в исследованной области концентраций никеля низкотемпературные аномалии электросопротивления, термоэдс и теплопроводности обусловлены чисто структурными особенностями аморфного сплава NixAu1-x.

Проведены исследования влияния интенсивной пластической деформации методом всестороннего прессования и последующих термообработок на структуру и механические свойства титанового сплава ПТ-3В. Показано, что формирование субмикрокристаллической структуры приводит к существенному повышению механических свойств указанного сплава при комнатной температуре и сдвигу температурного интервала реализации сверхпластичного течения в область более низких температур на 250-300 К. Установлено также, что низкотемпературный отжиг сплава ПТ-3В в субмикрокристаллическом состоянии приводит к дополнительному увеличению его пределов прочности и текучести при существенном (почти в 2 раза) увеличении деформации до разрушения.

В третьем томе рассмотрено влияние дефектов структуры на механические свойства сплавов. Описаны виды точечных дефектов, условия их возникновения и аннигиляции, а также различные виды дислокаций, их зарождение, движение, взаимодействие друг с другом и точечными дефектами. Приведены способы деформаций и разрушения металлов и сплавов. Изложены сверхпроводящие свойства металлов и сплавов. Для научных работников, занятых в области физики металлов, металловедов, работников заводских лабораторий, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов металлургических и машиностроительных институтов.