Проведено исследование процессов пластической деформации на мезо- и макромасштабном уровнях при трении и изнашивании конструкционной стали с композиционным упрочняющим покрытием. Показано, что характер пластической деформации на мезомасштабном уровне в композициях с покрытиями характеризуется рядом существенных особенностей, связанных с возникновением иерархии концентраторов напряжений на двух границах раздела: "контртело-покрытие" и "покрытие-основа". Анализ изображений поверхности трения с помощью оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC позволил установить, что под действием поперечных составляющих сдвигов, развивающихся в результате релаксации мезоконцентраторов напряжений на границе раздела "контртело-покрытие", создается периодическое чередование зон растяжения и сжатия. Это обусловливает поперечное перераспредление твердых частиц в тонком поверхностном слое и возникновение в нем "строчечной" структуры.

В настоящей работе с позиций физической мезомеханики численно исследуются процессы формирования деформационного рельефа на поверхности структурно-неоднородных материалов на примере поликристаллических материалов и материалов с покрытиями. В трехмерной постановке исследовано напряженно-деформированное состояние в объеме и на поверхности материалов в условиях одноосного растяжения. Проанализировано влияние внутренних границ раздела на процессы, происходящие на поверхности. Показана роль внутренней структуры в процессе формирования деформационного рельефа на свободной поверхности.

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.

Рассмотрено влияние электрического потенциала на ползучесть и микротвердость ряда металлов и сплавов. Показано, что скорость ползучести и микротвердость меняются при создании на поверхности избытка электрического заряда непосредственной подачей потенциала от источника напряжения или за счет контактной разности потенциалов. Наблюдаемые эффекты немонотонны и обратимы. Высказаны соображения об их природе.

Предложена математическая модель электронно-лучевой закалки углеродистых сталей при облучении в пучке релятивистских электронов с учетом изменения условий кристаллизации в результате попадания в расплав инертных частиц. Модель основана на аналогии с теорией двухфазной зоны. Задача решается численно.

С использованием межатомных потенциалов взаимодействия, полученных в приближении сильной связи, проведены расчеты колебательного спектра упорядоченной поверхностной сверхструктуры Pt (111)..., формирующейся на поверхности платины при адсорбции 1/3 ML калия. В работе обсуждаются релаксация поверхности, дисперсия поверхностных фононов, локальная плотность вибрационных состояний, а также поляризация фононных мод адатомов и атомов подложки. Полученные теоретические результаты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования микроструктуры сплава Мо-47% Re-0,4% Zr после деформации прокаткой при комнатной температуре. Особое внимание уделено исследованию анизотропии формирующихся при этом микрополосовых наноструктурных состояний и высокоэнергетических дефектных субструктур с высокими значениями кривизны кристаллической решетки, плотности дисклинаций и локальных внутренних напряжений. Представлен дисклинационный механизм переориентации как механизм фрагментации внутренней структуры микрополос.

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик двух композиционных материалов WC-(Fe-Mn-C), отличающихся структурно-фазовым состоянием связки, после скольжения по стальному диску в диапазоне скоростей от 1 до 4 м/с при контактном давлении 5 МПа. Показано, что при низких скоростях (1м/с) интенсивность изнашивания материала с гетерофазным строением связки, содержащей мелкокристалличные зерна аустенита и значительную долю мартенсита закалки в исходном состоянии, в 3,5 раза выше, чем интенсивность изнашивания композита с аустенитной связкой. С ростом скорости до 4 м/с износостойкости этих двух материалов становятся близкими, а затем приблизительно равными. В процессе трения при всех скоростях скольжения связка обоих композитов претерпевает y-a превращение, степень и глубина которого растут с увеличением скорости.

С использованием GW-приближения, моделирующего собственную энергию квазичастиц произведением функции Грина и динамически экранированного кулоновского потенциала, рассчитана зависимость собственной ширины линии Г электронных и дырочных состояний, обусловленной неупругим рассеянием, от волнового вектора K как в занятом поверхностном состоянии, так и в первом состоянии потенциала изображения на поверхностях Cu(111)и Ag(111). Проанализированы различные вклады в затухание электронного и дырочного возбуждений. Показано, что для обеих поверхностей основным каналом для затухания дырок в занятых поверхностных состояниях является внутризонное рассеяние, а для электронов в состояниях потенциала изображения определяющими являются межзонные переходы. При росте К резкое уменьшение ширины линии дырочного состояния обусловлено уменьшением числа конечных состояний, тогда как рост Г состояния потенциала изображения в основном определяется увеличением его перекрывания с объемными состояниями.

Изучали акустическую эмиссию при трении стали X120Mn12 1. Измеряли коэффициент трения скольжения в отсутствие смазки и регистрировали параметры акустической эмиссии. Установлена взаимосвязь между спектром акустической эмиссии и коэффициентом трения.

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

Получены порошковые нанокомпозиты Cu-TiB2. Cu-Ni-TiB2 c использованием механической активации (МА) в планетарной шаровой мельнице и последующего самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Для компактирования порошковых нанокомпозитов был использован метод спекания в плазме электроискрового разряда. Изучены структура и механические свойства спеченных нанокомпозитов при сжатии.

Исследованы структура и свойства покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой порошковой смеси частиц СВС-композита TiB2-Fe и металлической связки из высокохромистого чугуна. изучено влияние состава исходных компонентов в направляемой шихте на механизм фазообразования и структурообразования.

Приведены результаты исследования механизмов пластического течения и разрушения поликристаллов дуралюмина Д16АТ при статическом и повторно-статическом воздействии внешней нагрузки. Показано, что закономерности накопления больших пластических деформаций на мезомасштабном уровне для данных схем нагружения существенно различаются. Обсуждается возможность прогнозирования остаточного ресурса и диагностики состояния предразрушения элементов конструкций на основе анализа эволюции деформационных мезоструктур.

Предложена и численно проанализирована нестационарная модель сжигания газа в цилиндрическом пористом теплогенераторе с учетом потерь тепла как внутри тела, так и с внешней поверхности. Показано, что режим течения зависит от соотношения внутреннего и внешнего радиусов рабочей области. Найдены критические условия, разделяющие стационарный режим работы и тепловой взрыв.

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

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.

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.

Представлены результаты исследования механических свойств, микроструктуры и фазового состава низкоуглеродной стали 10Г2ФТ (Fe-1.12 Mn - 0.08V -0.07Ti -0.1C) до и после равноканального углового прессования. Установлено, что равноканальное угловое прессование стали 10Г2ФТ при Т=200 гр.С в случае ферритно-перлитного и при Т=400 гр. С в случае мартенситного состояния приводит к формированию преимущественно субмикрокристаллической структуры со средним размером структурных элементов 0.3 мкм, вызывает рост прочностных свойств, уменьшение пластичности и локализацию пластического течения. Экспериментально показано, что исходно мартенситная структура при РКУП обусловливает более высокие прочностные свойства по сравнению с ферритно-перлитной.

Представлены основные положения физической мезомеханики структурно-неоднородных сред, которая развивается на базе совместных подходов неравновесной термодинамики, калибровочной теории дефектов и механики сред со структурой. Многоуровневый подход рассматривает развитие пластической деформации во всей иерархии структурно-масштабных уровней: нано-, микро-, мезо- и макро. Разрушение представляется как завершающая стадия возрастная неравновесности деформируемого твердого тела, когда в некоторой зоне неравновесный термодинамический потенциал Гиббса становится равным нулю и кристалл испытывает структурно-фазовый распад.

Изучено влияние технологических приемов формирования прочных композиций "покрытие-стальная основа", полученных оплавлением напыленных порошковых материалов из самофлюсующихся никелевых сплавов, на структуру, дюрометрические и прочностные свойства компонентов и композиций в целом.

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.

Сборник содержит оригинальные научные статьи, в том числе концептуального характера, обобщающие результаты теоретических и экспериментальных исследований в области твердопламенного горения и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Обсуждаются проблемы, относящиеся к феноменологии послойного горения и теплового взрыва при воздействии различных физических факторов: механической активации, удара, пластической деформации, а также обнаруженные недавно явления излучения при протекании процесса СВС. Представлены различные научно-технические разработки в области СВС, связанные с созданием новых материалов, в основном керамических, и технологий их получения. Ряд статей посвящен исследованиям в смежных областях: горению и переработке газов в СВС-конвертере, механохимическому синтезу и свойствам нанопорошков и др. представляет интерес для специалистов в области СВС и других областей (металлургии, технологического горения, химического синтеза и материаловедения). Предназначен для научных сотрудников, инженеров, технологов, преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области неорганической химии, химической физики, структурной макрокинетики и металлургии, особенно порошковой.

Исследованы механические свойства и структура низкоуглердистой стали 10Г2ФТ (Fe-1.12Mn-0.08V-0.07Ti-0.1С) до и после равноканального углового прессования и их термическая стабильность при последующих высокотемпературных отжигах. Показано, что после равноканального углового прессования в стали формируется преимущественно субмикрокристаллическая структура, что приводит к существенному росту прочностных свойств, уменьшению пластичности и к локализации пластического течения. Сформированная структура обладает высокой термостабильностью до температуры 500С.

Разработаны технологические параметры получения методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) карбонитридов титана и металлокерамических композиционных порошков на их основе с матрицей из высокоазотистой стали Х20ФГ20 (N=0,9 масс%). Установлены оптимальные режимы синтеза. Проведено исследование качественных характеристик материалов (гранулометрический состав порошка, содержание газов, структура). На основе синтезируемых композиционных порошков системы "TiCN-X20АГ20" методом электронно-лучевой наплавки получены покрытия, исследованы их структура и свойства.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование особенностей структурных состояний, формирующихся в сплаве V-4%Ti-4%Cr, в зависимости от режимов его термомеханической обработки с применением метода многократного всестороннего прессования. Показано, что использование этого метода позволяет модифицировать гетерофазную и зеренную (субзеренную) структуру сплава и существенно повысить характеристики его прочности и пластичности.

Проведено сравнительное исследование структурных состояний, формирующихся в ОЦК сплавах на основе V и Mo-Re после больших пластических деформаций кручением на наковальнях Бриджмена и прокатной при комнатной температуре. Методами просвечивающие электронной микроскопии определены количественных параметры зеренной и дефектной структуры. Показано, что характерной особенностью исследованных материалов является формирование после больших степеней деформации двухуровневых структурных состояний - субмикрозерен размерами не более 200 нм с высокоугловыми границами, фрагментированных на нанокристаллы размерами от 5 до 20 нм с малоугловыми разориентировками.

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.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) порошковой смеси состава (Ni+24ат.%Al+0.5ат.%В) при совмещении с пластической деформацией продукта синтеза получен пластичный и прочный сплав. Методами рентгеновской дифрактомерии, оптической металлографии, растровой электронной микроскопии исследована микроструктура сплава. Показано, что увеличение пластичности сплава обусловлено образованием полифазной и разнообразной по типу микроструктуры - крупнокристаллической эвтектики (y+y) вперемежку с нанокристаллической структурой смеси фаз: y, NiAl, Al3Ni, Ni2Al3.

Рассмотрены методы оценки адгезионной прочности, изучена морфология поверхности, проведен послойный элементный анализ в приповерхностном объеме никелида титана с покрытиями из Мо и Та различной толщины. Показано, что механическая и адгезионная прочность покрытий зависит от химического состава пленки и подложки, а также толщины покрытия.

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.

Проведено электронно-микроскопическое исследование структурных превращений в [001] монокристаллах TiNi(Fe,Mo) при интенсивной пластической деформации кручением под давлением (ИПДК) в зависимости от степени деформации.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования неравновесных структурных состояний с высокими значениями кривизны и градиентов кривизны кристаллической решетки. формирующихся в объемных наноструктурных металлических материалах, полученных методами интенсивной пластической деформации. Изложена методика их электронно-микроскопической аттестации, исследования внутренних напряжений и градиентов (моментов) этих напряжений, локализованных на субмикронном масштабном уровне. Предложена структурная модель этих состояний как состояний с высокой континуальной плотностью дефектов (дислокаций и дисклинаций) в объеме и на границах зерен.

Исследовано влияние нано- и микронаполнителей, включая нановолокна и ультрадисперсный порошок Al2O3, а также оксигидроксиды алюминия AlO(OH), на механические и триботехнические свойства сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Установлено, что модифицирование его нановолокнами Al2O3 в пределах 0,1-0,5 мас.% обеспечивает существенное повышение его прочности и многократное увеличение износостойкости. Модифицирование ультрадисперсными порошками Al2O3(200-500 нм) в тех же количествах несущественно изменяет триботехнические характеристики полимера. Наполнение сверхвысокомолекулярного полиэтилена микронных размеров (3-50 мкм) в количестве 20 мас.% приводит к повышению износостойкости исходного полимера, сравнимому с износостойкостью при малом содержании нановолокон. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии и электронной микроскопии показано, что введение в сверхвысокомолекулярный полиэтилен нановолокон Al2J3 приводит к формированию принципиально иной надмолекулярной структуры в сравнении с использованием микронаполнителей.

На основе совместных подходов физической мезомеханики и неравновесной термодинамики рассмотрены механизмы возникновения в деформируемом твердом теле как многоуровневой системе нелинейных волн локализованного пластического течения и разрушения. Показано, что в основе возникновения нелинейных волн локализованного пластического течения лежит самоорганизация каналированных на мезомасштабном уровне потоков локальных структурных превращений, развивающихся на наномасштабном уровне. В условиях деформационного упрочнения бегущие волны локализованного пластического течения трансформируются в фазовые волны стационарной макролокализации, сопровождаемые фазовыми волнами разрушения. В структурно неоднородной среде в иерархии мезомасштабных уровней распространение каналированных локальных структурных превращений сопровождается генерацией дислокаций, мезополос сдвига и других деформационных дефектов. Эти механизмы деформации определяют диссипативную составляющую общего процесса пластического течения твердых тел. Предложена теория нелинейных волновых процессов локализованного пластического течения в деформируемом твердом теле, которая хорошо согласуется с известными в литературе экспериментальными результатами.

Изложены основы подхода к изучению отклика структуры плазменно-пылевых кластеров различного состава, находящихся в удерживающих полях различной конфигурации. Постановка задач и анализ результатов проводились на основе позиций физической мезомеханики.. В качестве внешнего удерживающего поля использовались комбинация электрического поля и силы тяжести. Расчеты производились в рамках метода молекулярной динамики. Межчастичное взаимодействие описывалось парным изотропным потенциалом Дебая-Хюккеля. Заряд пылевых частиц рассчитывался в рамках теории приближения ограниченных орбит. При определении параметров конфигурации поля использовались экспериментальные данные. Получено хорошее количественное согласие с имеющимися экспериментальными данными как по структуре формируемого плазменно-пылевого кластера, так и по характерным расстояниям между плевыми частицами. Особое внимание уделено зависимости структуры и формы плазменно-пылевых кластеров от числа пылевых частиц в удерживающих полях с различной степенью анизотропии. Показано, что в изотропном внешнем поле пылевые частицы формируют кулоновский шар с оболочечной структурой в кристаллическом состоянии. Отмечается, что в зависимости от внешних условий плазменно-пылевой кластер может существовать как в объемном, так и в плоском состоянии. Как плоские, так и объемные плазменно-пылевые кластеры в кристаллическом состоянии имеют оболочечную структуру, однако в анизотропном случае их структура усложняется, становясь расщепленной.

Обсуждаются общие нелинейные свойства неупругой деформации и разрушения нагружаемых твердых тел и сред, а также подобные свойства численных решений нелинейной системы уравнений в частных призводных, моделирующих деформационные процессы. Автомодельность накопления неупругих деформаций/повреждений во всей иерархии масштабов от межатомных растояний и вплоть до формирования тектонических разломов в земной коре во многие тысячи километров обуславливает качественное подобие сценариев разрушения независимо от масштабов деформационного процесса и реологических свойств среды. Такими общими свойствами деформируемых систем являются пространственная локализация накопления повреждений/неупругих деформаций во всей иерархии масштабов, дальнейшая локализация деформационного процесса во времени как сверхбыстрого автокаталитического процесса (режима с обострением), наличие медленной динамики (формирование деформационных фронтов - медленных движений), а также миграция деформационной активности вследствие длинных пространственно-временных корреляций, охватывающих всю иерархию масштабов. Таким образом, разрушение развивается как последовательность катастроф нарастающих масштабов вплоть до макроскопического. Показано, что самоорганизованная критичность любых деформируемых систем не исключает возможности предстказания времени и места будущего катастрофического события. Индикаторами такого крупномасштабного события могут служить следующие процессы:замирание деформационной активности в ближней окрестности формирующейся магистральной трещины или разлома; генерация в ближайшей зоне формирующегося очага разрушения цугов (фронтов повреждений) и их стекание к месту формирующейся магистральной трещины(разлома).

Проанализирован состав алканов, углеводородов (УВ) ряда гопана, олеанана, абиетана и их производных, алкилбензолов, нафталинов, фенантренов, тетра-, пента- и гексациклических ароматических УВ в торфах верхового и низинного участков болота, расположенного на юге Западной Сибири и удаленного от возможных источников техногенного загрязнения. Обнаруженные различия в составе и содержании отдельных соединений могут быть обусловлены видовым составом биопродуцентов (мхи, бактерии, цветковые и хвойные растерия), условиями захоронения органического вещества, гидродинамическим режимом залежей торфов и частыми пожарами на одном из участков.

С помощью компьютерного моделирования исследовано поведение большеугловой границы зерен специального типа в бикристалле меди в условиях сдвигового нагружения. Обнаружено, что одновременно с относительным проскальзыванием зерен в направлении приложенной нагрузки происходит перемещение положения границы зерен в направлении, перпендикулярном действию сдвиговой деформации. Обнаруженное движение носит дискретный характер. Оно приводит к росту одного зерна за счет другого. В работе анализируется механизм такого перемещения, а также исследовано влияние скорости и направления нагружения на характер поведения границы зерен. Результаты исследований позволяют лучше понять атомные механизмы развития пластической деформации в поликристаллических материалах.

Изучено влияние механической обработки в мельнице на морфологию частиц и свойства ультрадисперсного порошка ZrO2 + MgO (3 мас.%), структуру, и свойства получаемой из него керамики. Показано, что низкоэнергетическая механическая обработка тонкодисперсного порошка позволяет существенно сократить в нем долю агрегатов, что в свою очередь приводит к уменьшению размеров зерна в получаемой керамике, увеличению ее плотности и прочности.

Сопоставлены параметры макролокализации пластической деформации с параметрами соотношения Холла-Петча для напряжения течения в образцах из поликристаллического алюминия. Установлено существование в исследованном диапазоне размеров зерен двух типов зависимости длины автоволны локализованной деформации от размера зерна, с одной стороны, и двух вариантов упрочнения по Холлу-Петчу - с другой. Прослежена связь картин локализации пластического течения с соотношением Холла-Петча.

Методами рентгеновской дифрактометрии и просвечивающей электронной микроскопии установлены структурно-фазовые состояния оксидов и оксигидроксидов железа, средние размеры нанокристаллитов и величны микроискажений кристаллических решеток последних в образцах наноструктурированных сорбентов на основе термически активированного осадка обезжелезивания подземных вод. Определены некоторые магнитные характеристики образцов названных сорбентов.