Проведен анализ диаграмм динамического деформирования, картин деформационного рельефа и поверхностей разрушения образцов стали 25Х1М1Ф при испытании ударным нагружением при температурах 293, 648, 873 K. Показано, что меньшая релаксационная способность стали 25Х1М1Ф при комнатной температуре (T = 293 K) приводит при ударе к изгибу образца и возникновению зоны сжимающих напряжений, что в условиях хрупкого разрушения сопровождается возникновением локального продольного расслоения материала перед вершиной распространяющейся трещины. Для повышенных температур (T = 648 K) характерна максимальная пластичность образцов, что сопровождается увеличением энергоемкости разрушения при зарождении и распространении трещины. При испытании при T = 873 K максимальное разупрочнение материала приводит к усложнению механизмов разрушения, а также развитию микротрещин расслоения в образце в процессе роста трещины, что снижает энергию ее зарождения при высокой температуре испытаний. На основании полученных результатов предлагается выявленные различия интерпретировать с позиции выделения ведущего масштабного уровня деформации и разрушения, а также стадийности развивающихся процессов. Полученные результаты о влиянии температуры на характер разрушения обсуждаются в рамках концепции жесткости напряженного состояния, а также масштабных уровней действия поворотных мод деформации.

В работе изучены структура и механические свойства низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe -1.12Mn- 0.08V- 0.07Ti- 0.1C, мас. %) после интенсивной пластической деформации и последующих высокотемпературных отжигов. Сталь в феррито-перлитном состоянии подвергали равноканальному угловому прессованию при Т = 200 °C (режим Вc, 4 прохода) и кручению под квазигидростатическим давлением при комнатной температуре (5 оборотов при давлении 6 ГПа). Показано, что интенсивная пластическая деформация по выбранным режимам приводит к формированию фрагментированной структуры со средним размером элементов 260 нм после равноканального углового прессования и 90 нм после кручения под давлением. Квазигидростатическое давление приводит к росту микротвердости до 6.4 ГПа, что существенным образом превышает значения микротвердости в исходном состоянии и после равноканального углового прессования (1.6 и 2.9 ГПa соответственно). Сформированные структуры обладают высокой термической стабильностью: до 500 °C после равноканального углового прессования и до 400 °C после кручения под давлением. Обсуждаются вклады дисперсионного и субструктурного упрочнения в формирование высоких прочностных свойств стали 10Г2ФТ при интенсивной пластической деформации и в стабилизацию полученных субмикрокристаллической и нанокристаллической структур до высоких температур отжига.

Изучена возможность использования метода измерения скорости ультразвука для оценки ударной вязкости листовой малоуглеродистой стали. Обнаружен экстремальный характер зависимости скорости ультразвука от температуры закалки. связанный с эффектом перераспределения примесей внедрения, преимущественно кислорода, между дефектной внутризеренной структурой и границами зерен, образующимися в процесс фазовой перекристаллизации. Наличие линейной зависимости между скоростью ультразвука и ударной вязкостью указывает на возможность разработки метода неразрушающего контроля ударной вязкости.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры аустенитной стали 02Х17Н14М2 после больших пластических деформаций прокаткой и кручением под давлением в наковальнях Бриджмена. Показано, что основными механизмами формирования дефектной структуры являются механическое двойникование и формирование полос локализации деформации. Обнаружено явление механического двойникования в нанокристаллическом состоянии. Обсуждаются механизмы деформации и формирования наноструктурных состояний.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры аустенитной стали 02Х17Н14М2 после больших пластических деформаций прокаткой и кручением в наковальнях Бриджмена при комнатной температуре. Обнаружены эффекты деформационно стимулированных фазовых превращений с образованием частиц второй фазы с кристаллической решеткой а-мартенсита. Обсуждается влияние этих превращений на особенности пластической деформации и переориентации кристаллической решетки.

В работе представлены результаты исследования микроструктуры, механических свойств и фазового состава низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe-1,12Mn-0,08V-0,07Ti-0,1C) до и после равноканального углового прессования. Установлено, что равноканальное угловое прессование стали 10Г2ФТ в двух исходных состояниях: феррито-перлитном и мартенситном, приводит к формированию преимущественно субмикрокристаллической структуры со средним размером структурных элементов 0,3 мкм, вызывает рост прочностных свойств и частичное растворение карбидов.

Методами рентгеноструктурного анализа исследовано изменение микроструктурных параметров твердых сплавов на основе карбида вольфрама в исходном и деформированном состояниях в зависимости от химического состава матрицы. Определены параметры решетки, размеры областей когерентного рассеяния, микроискажения кристаллической решетки, плотность дислокаций структурных составляющих твердых сплавов до и после деформации. Установлено, что механические свойства всего композита определяются величинами изменения определенных параметров внутренней структуры компонентов: пластичность сплава - величиной изменения размера областей когерентного рассеяния в матрице, а его прочность - величиной изменения микроискажений кристаллической решетки упрочнителя.

Исследована эволюция зоны пластичности вблизи конца трещины нормального отрыва в малоуглеродистой стали. Построены распределения компонент тензора пластической дисторсии для разных стадий развития трещины.

Изучено влияние исходной структуры быстрорежущей стали Р6М5 на характер формирования зерна в процессе закалки и термоциклирования.

Это сокращенный вариант (с дополнениями) предыдущей (уже одиннадцатой) опубликованной монографии автора, посвященной проблеме формирования поверхностного слоя веществ «Поверхностные и собственно наноструктуры жидких, твердых и газообразных веществ» (2009), представляющей собой сборник научных трудов за 17 лет работы по этой тематике. В заключении дан ответ на поставленный в заголовке вопрос:«Да, несомненно». С целью сокращения длинного названия силы, а также для того чтобы взять на себя, как доктора наук, всю полноту ответственности за представление научной общественности этого нового неизвестного науке фундаментального явления, автором предлагается ее назвать просто сила Шабалина, поскольку понятие о силе разуплотнения поверхностного слоя веществ впервые разработано им и пока никто в мировой науке не претендует на ее подобное название. Книга предназначена для широкого круга специалистов во всех областях естественных и технических наук, работы которых связаны с изучением процессов на поверхности веществ, в микропористых и микротрещинных системах, с исследованием наноструктур и разработкой на-нотехнологий.?.

Исследованы закономерности абразивного изнашивания высоколегированных сталей и диффузионных покрытий. Показано влияние структуры и свойств поверхности на механизмы изнашивания и особенности разрушения материала.

С помощью трехмерного бесконтактного профилометра Micro Measure 3D Station исследован микрорельеф поверхности углеродистой стали после у.з. финишной обработки. Рассмотрено влияние на микрорельеф получаемой поверхности исходных параметров поверхности. Описаны особенности формирования микрорельефа в режиме упрочняющей и отделочно-упрочняющей обработки. Для устранения перенаклепа поверхностного слоя предложено вводить в зону обработки геоактивирующий материал.

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.

Проведено сравнение возможностей оптической и атомно-силовой микроскопии при исследовании микроструктуры сталей. Методами оптической и атомно-силовой микроскопии получены изображения структуры перлитной и ферритной сталей. Показаны возможности и преимущества метода атомно-силовой микроскопии для исследования структуры сталей по сравнению с традиционно используемыми оптическими методами.

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

Представлены результаты структурных исследований и механических испытаний образцов 12%-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 (RUSFER-EK-181, малоактивируемая) и ЧС-139 после длительного (13500h) старения при температурах 450 и 620°С. Высокая термическая стабильность микроструктуры этих сталей при старении обеспечивает сохранение их исходных кратковременных механических свойств при исследованных температурах.

Методами электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследована азотистая сталь 07Х17АГ18 с аустенитной структурой после поверхностной деформационной обработки — ультразвуковой ковки (УЗК). В процессе УЗК аустенитная структура трансформируется в новую, содержащую повышенную концентрацию деформационных дефектов упаковки, множество деформационных микродвойников, кристаллы эпсилон-мартенсита. В поверхностном слое отмечено уменьшение параметра решетки аустенита. Азотистая сталь после УЗК обладает повышенными прочностными свойствами при сохранении высокой пластичности.

Исследована эволюция очагов локализации пластической деформации трехслойного металлического материала на основе соединения конструкционной углеродистой стали и нержавеющей хромоникелевой стали. Методом корреляции цифровых спекл-изображений получены картины локализации пластической деформации в процессе одноосного растяжения. Проведен анализ стадийности кривых пластического течения и определены количественные параметры распределений локальных деформаций.

Представлены результаты экспериментальных исследований локализации пластической деформации при одноосном растяжении образцов стали 40X13 в исходном состоянии и после электролитического насыщения водородом в электрохимической ячейке в течение 6 ч. Методом двухэкспозиционной спекл-фотографии получены эволюционные картины распределения очагов локализации макродеформации, которые на стадии линейного упрочнения реализуются в виде автоволн локализованной пластичности. Проведен сравнительный анализ характерных автоволновых параметров до и после наводороживания.

Исследовали влияние многоходовой прокатки, комбинированной с обратимым легированием водородом на структуру, фазовый состав и механические свойства метастабильной аустенитной стали 08X18Н9Т. Пластическая деформация приводит к фрагментации структуры и фазовым превращениям, что сопровождается повышением прочностных и снижением пластических свойств стали по сравнению с исходным состоянием. Легирование водородом вызывает увеличение объемной доли альфа'-фазы в структуре стали 08X18Н9Т при прокатке, способствует росту пластичности, но слабо влияет на прочностные свойства по сравнению с состоянием после прокатки без наводороживания.

Исследовались механические свойства и механизм разрушения аустенитной нержавеющей стали 01X17H13M3 после термомеханической обработки по разным режимам и последующего низкотемпературного ионного азотирования. Независимо от исходной термообработки стали и режима насыщения азотом, ионное азотирование слабо влияет на стадийность пластического течения и скорость деформационного упрочнения, способствует поверхностному упрочнению и снижает пластические свойства стали, что обусловлено образованием хрупкого поверхностного слоя на образцах. Формирование высокодефектной зеренно-субзеренной структуры с высокой плотностью дислокаций способствует формированию более толстого упрочненного слоя и упрочнению образцов стали при ионном азотировании по сравнению с мелко- и крупнокристаллическими образцами.

Исследованы особенности структуры, механические и триботехнические свойства аустенитной азотистой стали (Cr16.5, Mn18.8, С0.07, N0.53, Si0.52 маc. %, ост. Fe) после фрикционной обработки. Показано, что наряду с двойникованием азотистый аустенит при фрикционной обработке испытывает превращение гамма — ДУ — эпсилон. Упрочнение стали фрикционной обработкой проявляется в задержке начала пластического течения. В структуре поверхностного слоя толщиной 5 мкм отмечена высокая концентрация дефектов упаковки. Механические свойства зависят от ориентации действующих напряжений по отношению к направлению фрикционной обработки. При трении скольжения шарика из твердого сплава (94%WC + 6%Со) по упрочненной поверхности наблюдается аномально низкий коэффициент трения 0.13. В присутствии абразивных частиц в виде продуктов изнашивания коэффициент трения повышается до 0.50, однако интенсивность изнашивания почти в 2 раза меньше в сравнении с аналогичным показателем для не упрочненной поверхности азотистой стали, испытанной в тех же условиях.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана, модифицированных в условиях высокодозовой ионной имплантации. Исследованные образцы титана различались исходным структурным состоянием и имплантируемыми ионами. Установлено, что при имплантации ионами алюминия поликристаллического титана наблюдается значительное повышение механических свойств, связанное с формированием в ионно-легированных слоях наноразмерных интерметаллидных фаз Ti3Al, TiAl и твердого растора. Объемный ультрамелкозернистый (УМЗ) (наноструктурный) титан был получен путем многократного одноосного прессования со сменой оси деформации (abc -прессование) с последующей дополнительной прокаткой поликристаллического титана. Установлено, что в результате формирования УМЗ-структуры по использованной технологии в титане ВТ1-0 достигнуты максимально возможные прочностные свойства. Показано, что имплантация ионов азота, углерода и хрома в УМЗ-титан приводит к формированию нитридов, карбидов, карбонитридов, оксидов и т. д. Установлено, что ионная имплантация позволяет формировать поверхностный слой с высокой износостойкостью. Сделано заключение о влиянии условий ионной имплантации на фазовый соста и физико-механические свойства титана, находящегося в различных структурных состояниях (поликристаллическое и объемное УМЗ).

Исследованы циклические вольтамперные характеристики формирования биокерамических покрытий на титане в импульсном микроплазменном режиме с помощью компьютерной системы измерений. Показано, что форма циклических вольтамперных характеристик зависит от режимов микроплазменного процесса, состава и концентрации электролита. Использование вольтамперных зависимостей позволяет прогнозировать, конструировать и контролировать качество покрытия в процессе его формирования, так как вольтамперные зависимости отражают динамику роста и качества покрытия.

Представлены результаты триботехнических исследований имплантированной и неимплантированной алюминиевой бронзы. Показана перспективность модифицирования поверхностного слоя методами ионной имплантации, позволяющей управлять триботехническими свойствами материала за счет микролегирования поверхности трения. Сочетание относительно стабильного коэффициента трения после приработки и низкого износа позволяют рекомендовать этот способ модификации поверхности бронзовых деталей узлов трения, работающих в паре со сталью при умеренных нагрузках в условиях сухого и граничного трения.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования микроструктуры молибдена после ионной имплантации (ИИ) иттрия и титана в криогенном вакууме. Проведен анализ влияния ионно-стимулированного взаимодействия поверхности с реактивными элементами остаточного вакуума на закономерности модификации дефектной субструктуры ионно-легированных слоев. Изучены характерные типы дефектных субструктур в зависимости от расстояния от поверхности мишени. Обнаружены эффекты коллективных мод релаксации напряжений в поверхностных и подповерхностных слоях ионно-имплантированных образцов. Проведен анализ этих напряжений и их роли в реализации эффекта дальнодействия - модификации дефектно субструктуры на глубинах, на порядки превышающих толщину ионно-легированных слоев.

Фазовый состав, тонкая структура интерметаллических покрытий исследована методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Показано, что интерметаллид Ni3Al является основной фазой покрытия для всех исследованных образцов. Ионная имплантация покрытия ионами алюминия и бора приводит к изменению параметра решетки, параметра дальнего атомного порядка, изменению внутренних упругих напряжений, размеров зерен и типа дислокационной структуры.

Приведены результаты исследования влияния высокоинтенсивной ионной имплантации азота на усталостные свойства титана в крупнозернистом и ультрамелкозернистом (УМЗ) состояниях. Показано, что ионно-лучевая обработка крупнозернистого титана интенсивными потоками азота существенно (примерно в 20 раз) увеличивает число циклов до разрушения. Ионная имплантация УМЗ титана эффективна при температурах ниже порога термостабильности его структуры и свойств. Для УМЗ титана ионно-лучевая обработка про 350 гр.С. увеличивает циклическую долговечность в 2,5 раза.

Представлены результаты экспериментального исследования структурно-фазовых состояний, формирующихся при высокодозной ионной имплантации в поверхностном и приповерхностном слоях разупорядоченного поликристаллического сплава NisFe. В качестве методов исследования были применены оже-электронная спектроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгено-структурный анализ и измерение микротвердости. Ионная имплантация осуществлялась на вакуумно-дуговом источнике «Радуга» с многокомпонентным катодом состава Zr (89,5 вec.%)+C+N-rO при ускоряющем напряжении 50 кВ. Установлено, что в поверхностном легируемом при ионной имплантации слое происходит аморфизация с одновременным образованием мелкодисперсных частиц Zr02 , размеры которых увеличиваются с увеличением дозы внедренных ионов, что сопровождается увеличением внутренних механических напряжений. За пределами ионно-имплантированного слоя формируется подслой толщиной около 10 мкм с высокой плотностью дислокаций («эффект дальнодействия»). Результаты измерения микротвердости коррелируют с дан¬ными структурных исследований.

Рассмотрены основные особенности эффекта дальнодействия в металлах и сплавах при ионной имплантации. В качестве иллюстративного материала приведены результаты электронно-микроскопического исследования дислокационных структур, формирующихся в меди при высокодозовой ионной имплантации. Величина эффекта дальнодействия определяется микроструктурой исходного состояния мишени и структурно-фазовым состоянием, формирующимся в легируемом поверхностном слое. Предложена математическая модель формирования дефектной структуры в подслое, находящемся непосредственно под легируемым поверхностным слоем облучаемой мишени. Результаты проведенных на основе предлагаемой модели вычислений соответствуют экспериментальным данным.

Предложена простая модель расчета микротвердости ионно-имплантированных металлов. Экспериментальные результаты по измерению микротвердости ионно-имплантированного а-Fe сравниваются с результатами расчета. Расхождение между измеренной и рассчитанной микротвердостью не превышает 30 %.

Анализируются концентрационные профили ионов алюминия в поликристаллическом титане, имплантированного полиэнергетическим пучком вакуумно-дугового источника через осаждаемую на поверхность мишени газо-металлическую пленку.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования дислокационной структуры, формирующейся в ионно-имплантированной крупнозернистой меди. Установлено, что величина "эффекта дальнодействия" существенно зависит от характера фазообразования в легированном слое. Данные об изменении микроструктуры по глубине коррелируют с результатами измерения микротвердости, полученными на тех же самых образцах.

Представлены исследования по изучению химического и фазового состава, структуры и механических свойств поверхностных слоев титана, модифицированных в условиях имплантации ионами алюминия. Использованы образцы титана с различным размером зерна (от нанокристаллического до поликристаллического состояния). Было установлено, что ионная имплантация в высокой интенсивности режим позволяет образования мелкодисперсных (размер зерна менее 100 нм) интерметаллических фаз Ti3Al и TiAl оксиды и карбиды титана, а также твердый раствор алюминия в титане с переменным по глубине составом. Установлено, что в поликристаллическом титане (ср. размер зерна 17 и 38 мкм) после имплантации ионами алюминия вторичные фазы Ti3Al, TiAl, TiO2, TiC образуется в объеме зерен титановой матрицы. показано, что наноструктурные частицы TiO2 фазы расположены преимущественно на дислокациях в объеме зерна титановой матрицы. Показано, что в мелкозернистом титане Ti3Al фаза преимущественно формируется в имплантированном слое вдоль границы титанового зерна. Установлено, что TiAl3 фаза наблюдается только в титане в субмикро- (ср. размер зерна 0,3 мкм) и микроструктурном (ср. размер зерна 1,5 мкм) состояниях. Показано, что улучшение механических свойств титана связано с образованием градиентной структуры ионно-легированного поверхностных слоев.

Исследованы особенности ионной многоэлементной имплантации в импульсном режиме с использованием композиционных катодов состава TiC+Al и TiC+Si. на основе изучения элементного состава модифицированной поверхности мишеней из молибдена, стали 45 и меди выявлены общие закономерности в распределении профилей различных имплантированных элементов. Показано, что одновременное внедрение различных элементов обеспечивает более эффективное высокодозовое легирование материалов по сравнению с одноэлементной имплантацией.

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.

Методом просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведены исследования микроструктуры и фазового состава титанового става ВТ1-0, имплантированного ионами алюминия. Исследования выполнены на зернах двух типов; 1) крупные зерна (dcp = 1.4 мкм) и 2) мелкие зерна (dcp = 0.5 мкм). Рассчитана величина упрочнения для разного типа зерен по глубине ионно-легированного слоя.

В монографии представлены результаты исследований кинетики, основных закономерностей деформирования и разрушения теплостойких сталей при статических, циклических и динамических условиях нагружения. Основное внимание уделено масштабным уровням накопления повреждений, механизмам локализации деформации и их взаимосвязи. Проведен анализ стадийности процессов деформации, протекающих на различных масштабных уровнях. Для описания процессов накопления повреждений под действием температурно-силовых факторов использованы подходов механики разрушения и физической мезомеханики. Показаны общие закономерности и различие носителей деформации на различных масштабных уровнях. Книга предназначена для специалистов в области физической мезомеханики, механики разрушения, технической диагностики, металловедения, исследователей, научных работников и работников заводских лабораторий, а также специалистов занимающихся изучением механических свойств материалов, аспирантов и инженеров, работающих в данном направлении.

Описан метод оценки качества поверхности и ее истирающей способности, состоящий в том, что стальная цилиндрическая поверхность вытирает углубление на плоской поверхности образца их эталонного материала. Об истирающей способности судя по величине углубления, полученного в равных условиях (нагрузка, смазка, скорость скольжения, путь трения). Экспериментально показано влияние на истирающую способность обработанной поверхности метода обработки, типа станка (при шлифовании), твердости контр-тела, направления обработки по отношению к направлению скольжения и некоторых других технологических факторов, Показан метод оценки качества стальных поверхностей высоких классов чистоты по их истирающей способности. Оценивается прирабатываемость и истирающая способность поверхности, а также связь между истирающей способностью обработанной поверхности и коэффициентом трения. Книга рассчитана на исследователей и практиков конструкторов, машиностроителей, занятых повышением стойкости и надежности машин и механизмов.

В монографии обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований эволюции структурного состояния и композиционного состава основных конструкционных материалов ядерной энергетики под облучением. Рассмотрена связь этих процессов с радиационной стойкостью облучаемых материалов. Для научных работников, инженеров, специалистов в области радиационного материаловедения и физики радиационных повреждений, преподавателей и студентов соответствующих факультетов вузов.

В монографии обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований отечественными и зарубежными учеными влияния реакторных излучений на изменение механических свойств конструкционных материалов. Приведенные данные проанализированы на основании сопоставления различных гипотез, объясняющих наблюдаемые радиационные эффекты. Значительное место занимают результаты исследований воздействий облучения на сопротивление ползучести и длительному разрушению сталей аустенитного и ферритно-мартенситного классов в условиях постоянного и переменного силового воздействия с учетом вида напряженного состояния, энергетического спектра и интенсивности облучения. Предназначена для специалистов в области механики материалов и атомной энергетики, а также преподавателей и студентов соответствующих факультетов.

В книге приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей формирования структуры и свойств промышленных сталей, подвергнутых различым электрофизическим видам поверхностной обработки.Для широкого круга специалистов - научных сотрудников, инженеров, работающих в области материаловеденияи физики конденсированных сред (металлов и сплавов), а также преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области физического матриаловедения, физики низкотемпературной плазмы и электронных пучков.

Приведены новые прогрессивные и перспективные конструкции режущих инструментов различных типов и технологические процессы их изготовления. Даны рекомендации по дроблению стружки при работе на токарных станках и области применения инструментальных материалов. Режимы резания по каждому виду обработки изложены в виде матричных таблиц для каждой группы обрабатываемых материалов и поправочных коэффициентов на скорость резания и подачу для различных условий обработки. Такое изложение режимов резания позволяет выполнять их расчет на ЭВМ при разработке технологических процессов с использованием САПР. Для инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, научно-исследовательских институтов, отраслевых лабораторий: может быть полезен для студентов втузов.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Развита методика рентгеноструктурного анализа неоднородного по глубине материала. Исследована структура интерметаллида TiNi, подвергнутого поверхностной электронно-лучевой модификации. Выявлено три дифференцированных по микрокристаллической структуре слоя: внешний остротекстурированный слой с текстурой в направлении [100]И2 и уменьшенным на 1% параметром периодичности решетки в направлении нормали к поверхности, промежуточный градиентно-напряженный слой с текстурой исходного слитка и неизмененный материал. Кристаллическая решетка поверхностного слоя, как и промежуточного, находится в растянутом вдоль поверхности и сжатом нормально поверхности состоянии. Это искажение решетки максимально в поверхностном слое и убывает вглубь материала.

Приведены результаты теоретического исследования влияния физико-механических свойств поверхностных слоев интерфейсно контролируемых материалов на характер распределения деформаций в объеме образцов, находящихся в сложных условиях нагружения, и на величину их предельной деформации. Показано, что модификация поверхности, связанная с уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела структурных элементов в поверхностных слоях материала, способствует более равномерному распределению необратимых деформаций в объеме образца. Это приводит к росту его предельной деформации.

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.

В работе показана возможность изучения закономерностей поведения и диагностики структуры и свойств поверхностных слоев и покрытий на основе спектрального анализа акустических колебаний и силы сопротивления при трении. Исследования проведены на наноскопическом масштабе с использованием численного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Развита методика анализа упругих волн на основе обработки зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений, регистрируемых в определенной точке поверхности контртела. Идентифицированы основные пики на спектрах регистрируемых данных, обусловленные собственными частотами системы, геометрическими и адгезионными параметрами модели, а также шероховатостью взаимодействующих поверхностей. Показано, что спектры изменения давления в модели качественно подобны акустическим спектрам записи звука в реальном эксперименте. Теоретически обосновывается возможность применения трибоспектрального анализа на основе вычисления силы трения для диагностики неоднородностей и несплошностей наноскопического масштаба в поверхностном слое толщиной до 100 нм. Результаты изучения показали возможность оценки ряда параметров наноскопических несплошностей, таких как характерный пространственный период их расположения и линейные размеры. Обсуждаются области применения предложенного подхода как перспективного неразрушающего метода исследования поведения и диагностики структуры и поврежденности покрытий и поверхностных слоев наноскопической толщины.

На основе анализа экспериментальных результатов последних лет сделано заключение, что поверхностные слои нагруженных твердых тел являются самостоятельной подсистемой, в которой развиваются волновые механизмы пластического течения, определяющие зарождение первичных деформационных дефектов всех видов. Эти процессы являются синергетическим активатором пластического течения о объеме деформируемого твердого тела.

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».

Исследовано влияние термического отжига на структуру, характер локализации пластического течения и механические свойства образцов ВТ1-0, подвергнутых предварительной ультразвуковой обработке или равноканальному угловому прессованию. Показано, что разрушение в процессе отжига субмикрокристаллической структуры обусловливает размытие полос локализованной деформации различных масштабов. Отжиг при 450 oС в течение 1 ч позволяет добиться увеличения пластичности субмикрокристаллического титана при одновременном сохранении высоких прочностных свойств материала.

На основе системного подхода обосновывается концепция физической мезомеханики, согласно которой поверхностный слой в деформируемом твердом теле является самостоятельной подсистемой. С ростом степени деформации в нем развиваются автономные процессы, оказывающие определяющее влияние на стадийность локализации пластического течения и разрушение образца в целом. Ключевую роль в мезомеханике поверхностного слоя играют его «эффективная» толщина и интерфейс с объемом кристалла, на котором распределение напряженно-деформированного состояния имеет вид «шахматной доски».

Проведена серия численных экспериментов, нацеленных на выявление закономерностей формирования возмущений на внутренних границах раздела и поверхностях твердого тела при внешней приложенной механической нагрузке. Применен разработанный авторами стохастический алгоритм, использующий как базовые понятия классической теории упругости на макромасштабном уровне, так и результаты, полученные в рамках вероятностных подходов для более низких масштабных уровней. Обнаружено, что деформационный профиль поверхностного слоя нагруженного твердого тела имеет многоуровневую самоподобную структуру, где форма поверхности фронта возмущений на более высоком масштабном уровне подобна форме фронтов возмущений от концентраторов напряжений на более низких масштабных уровнях. Распределение напряжений и деформаций на интерфейсе «поверхностный слой – подложка» имеет «шахматный» характер.

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.

Представлен обзор работ. выполненных в последние годы в физической мезомеханике по системному подходу к описанию деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. на основе теоретических и экспериментальных исследований обосновывается тезис, что поверхностные слои и внутренние границы раздела в нагруженном материале являются важными функциональными подсистемами. Развиваемый подход является основой конструирования материалов новых поколений и методов их упрочнения в современном материаловедении.

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

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».

Методом рентгеноструктурного анализа исследованы структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях никелида титана с покрытиями из Мо толщиной 200 нм и 500 нм, сформированными методом магнетронного напыления. Материал в покрытии имеет однокомпонентный химический состав и однофазную ОЦК-кристаллическую структуру Мо. Исследованы особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и в слоях подложки, прилежащих к нему. Установлено, что кристаллическая ОЦК решетка Мо в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения перпендикулярно к ней. Кристаллическая структура В2 фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки. измеренный в направлении нормали к поверхности.

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

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики исследован механизм распространения усталостной трещины в поверхностном слое плоского образца при знакопеременном изгибе. Показано, что несовместность поворотных мод каналированных пластических сдвигов в поверхностном слое и аккомодационной упругой деформации в подложке определяет развитие усталостной трещины как нелинейного автоволнового процесса поворотного типа.

Представлены результаты количественных расчетов глубины проникновения и содержания азота в поверхностном слое металлокерамического сплава Tic-(Ni-Cr) за время одиночного импульса электронно-пучкового облучения поверхности металлокерамического сплава в камере с азотсодержащей атмосферой и экспериментального исследования влияния азота на микроструктуру и микротвердость поверхности металлокерамического сплава при импульсном электронно-пучковом облучении.

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.