Представлен анализ металлургических приемов, обеспечивающих улучшение качества электродов для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых низколегированных хладостойких сталей. Показано, что повысить технологические и эксплуатационные свойства сварных соединений при сверхнизких климатических температурах до –70°C до уровня мировых аналогов можно путем осуществления микролегирования металла шва азотом, титаном, оксидом церия и наночастицами алмаза детонационного происхождения. Выявлен состав вводимой в покрытие электрода модифицирующей смеси. Установлено совокупное влияние входящих в нее компонентов на ударную вязкость металла сварного шва на стали 10ХСНД при испытаниях в диапазоне температур от –20 до –70°С. Структура металла шва состоит преимущественно из дисперсного игольчатого феррита, упрочненного наночастицами предположительно нитридов и карбонитридов титана и алюминия. Показано, что центрами кристаллизации для игольчатого феррита служат микроразмерные неметаллические включения, сформировавшиеся на ультрадисперсных нитридах титана. Выявлено, что ударная вязкость металла сварного шва при отрицательных климатических температурах превышает ее значения для швов, сваренных с использованием массово импортируемых электродов LB-52U японской фирмы KOBELCO. Результаты выполненного исследования дают возможность повысить хладостойкость сварных конструкций нефтехимического и специального назначений, базирующихся в районах Крайнего Севера РФ.

Выявлены закономерности и механизмы формирования структурно-фазовых состояний и свойств дифференцированно закаленных 100-метровых рельсов категории ДТ350 после пропущенного тоннажа 1411 млн. т брутто. Обнаружено образование высокодефектного поверхностного слоя с наноразмерной зеренно-субзеренной структурой (40–50 нм) колоний перлита и субмикрокристаллической (150–250 нм) структурой зерен структурно-свободного феррита. Проанализировано изменение твердости, микротвердости, параметра кристаллической решетки, уровня микроискажений, скалярной и избыточной плотности дислокаций по сечению головки рельсов. Обсуждены возможные механизмы преобразования пластин цементита при экстремально длительной эксплуатации рельсов.

Приведен анализ механического поведения фрикционных образцов сварных соединений из сталей 32Г2 и 40ХН, изготовленных посредством ротационной сварки трением. Проанализировано влияние различных температурных режимов послесварочного отпуска на механические свойства и деформационное поведение при испытании на одноосное растяжение. В образцах со сварным соединением выявлены уязвимые места, в которых произошло зарождение и распространение трещин. Установлено, что при данном сочетании сталей послесварочный отпуск сварного соединения способствует снижению характеристик интегральной прочности в условиях статического растяжения наряду с существенным снижением относительной продольной деформации испытанных образцов.

Для прогнозирования долговечности изложниц из чугуна СЧ20 в условиях термоусталости при наливе жидкого металла исследована термоциклическая прочность чугуна марки СЧ20. Испытания образцов проведены путем циклического нагрева в печи до максимальных температур (от 700 до 1000°С) и последующего охлаждения на воздухе и в воде. На основе металлографических измерений глубины трещин в образцах и расчетов методом конечных элементов размаха деформаций получены зависимости типа Коффина и скорости роста трещины в образцах. Результаты исследований позволяют прогнозировать долговечность изложниц из чугуна СЧ20 в условиях термоусталости при наливе жидкого металла.

Исследована жаропрочность сплава 45Х32Н43СБ, разработанного в ЦНИИ КМ «Прометей» для змеевиковых систем высокотемпературных установок получения этилена. Исследовано макрокристаллическое строение металла центробежно-литых труб, проведен количественный анализ дисперсных фаз в межграничном пространстве сплава. Показано, что разработанный сплав обладает структурной стабильностью и способностью сопротивляться высокотемпературной ползучести при рабочих температурах 1000–1100°С.

Представлен анализ влияния соотношения легирующих элементов в системе Ni–Al–Cr–W–Mo–Ta на стойкость наплавленного металла к термической усталости. Установлено совокупное влияние легирующих элементов на стойкость наплавленного металла к появлению трещин в условиях циклического изменения температуры в диапазоне 20–1150°С. Показано, что в рассматриваемой системе легирования чувствительность металла к образованию трещин термической усталости преимущественно зависит от количества тугоплавких элементов, обусловливающих образование топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз. Содержание в наплавленном металле 3,5 мас.% вольфрама, 3,0 мас.% молибдена, 2,5 мас.% тантала не вызывает появления усталостных трещин. Разработанный тип наплавленного металла обеспечивает повышенный уровень термической стойкости и стойкости к окислительному износу по сравнению с высоколегированными никелевым и кобальтовым промышленными сплавами.

Приведены экспериментальные данные по исследованию параметров трения твердых сплавов в узлах трения скольжения, включая температуру нагрева, шероховатость поверхности, износ и коэффициент трения в зависимости от длительности испытании и пути трения.

Выполнены исследования диффузии водорода в сплаве ВТ6 после различных видов термической обработки и провоцирующего наводороживания. Проанализировано влияние микролегирования на склонность к образованию гидридов и к охрупчиванию титановых сплавов, а также влияние оксидной пленки на наводороживание при термической обработке без защитной атмосферы.

Разработаны практические рекомендации использования метода «холодного» газодинамического напыления для получения функциональных покрытий в условиях производства. Исследование было проведено с использованием порошков из никеля, титана и алюминия марок: ПНЭ-1 (Ni), ПТОМ-1 (Ti) и ПА-ВЧ (Al). На примере механических смесей (Ni + Ti) и (Ni + Al) были оптимизированы температурно-скоростные параметры процесса, обеспечивающие высокую адгезию покрытия при максимальной производительности и высоком коэффициенте использования порошка на установке ДИМЕТ-403.

Приведены результаты исследования комплексных процессов получения композиционных порошковых материалов из карбида вольфрама и металлического хрома. Раскрыты технологические приемы формирования функционально-градиентных покрытий с высокой микротвердостью – до 426 HV с использованием технологии микроплазменного напыления.

Исследовано строение магнитотвердого материала системы Fe–Cr–Co, изготовленного на установке Russian SLM FACTORY методом селективного лазерного плавления из сферического порошка с размером частиц менее 80 мкм. Порошок был получен методом атомизации расплава. Исследования структуры, магнитных и механических параметров металла образцов проведены при различных скоростях сканирования и мощности лазера. Путем построения петли гистерезиса получены данные, свидетельствующие о более высоком уровне магнитных характеристик (B_r, B_d, H_d, H_cb, H_cm и BH_max) металла образцов, полученных методом селективного лазерного плавления, чем аналогичных, полученных по литейным технологиям.

Проведено исследование многоцикловой усталости металлокерамического композиционного материала на основе алюминиевого сплава марки 7075-Т1, полученного методом горячей экструзии. Исследование многоцикловой усталости проведено на пяти уровнях заданной амплитуды напряжения при комнатной температуре и на четырех уровнях заданной амплитуды напряжения при повышенной температуре (100°С). Испытаны гладкие образцы корсетного типа с круглым сечением, изготовленные согласно требованиям ГОСТ 25.502–79. Образцы синтезированного материала прошли стадию термообработки, характерной для матричного алюминиевого сплава 7075. Сырьем исходной матрицы композиционного материала являлись частицы сферической формы размером от 5 до 70 мкм, а сырьем армирующего компонента – частицы порошка карбида кремния, которые после продолжительного механического легирования с частицами матрицы приобретают форму гранул от 400 до 600 мкм.

Исследование характеристик усталости позволили сделать вывод, что введение в матричный сплав 7075-Т1 армирующей фазы объемом 20% на основе частиц карбида кремния позволило достигнуть увеличения пределов выносливости на базе 2·107 циклов в 1,3 раза. Повышение температуры испытания (100°С) приводит к снижению предела выносливости на 8%.

Рассмотрено изменение значений прогрессирующей деформации и резонансной частоты в процессе испытаний на многоцикловую усталость при комнатной и повышенной температурах (100°С). При комнатной температуре с повышением долговечности происходит накопление прогрессирующей деформации, при повышенной температуре (100°С) с понижением долговечности на каждом уровне напряжений проявляется более выраженный эффект падения резонансной частоты.

Исследованы состав, физико-механические и структурные особенности полиамида-6, модифицированного на стадии синтеза базальтовыми наполнителями. Установлено влияние вводимых наполнителей на структурные особенности, деформационно-прочностные, технологические и физикохимические свойства синтезированного полимера. Выявлено положительное влияние термообработки наполнителей на их адгезионное взаимодействие с полимерной матрицей при синтезе композита. Показано, что при введении более 7,5 мас.% волокнистого наполнителя наблюдается тенденция к повышению физико-механических характеристик синтезируемого полимера. Проведена оценка поведения синтезированного композита в условиях повышенных температур методом термогравиметрического анализа, которая показала, что термическая обработка базальтовой фибры позволяет значительно повысить энергию активации деструкции, что подтверждает эффективность проведенной термомодификации базальтовой нити. С помощью инфракрасной спектроскопии показано, что синтезируемый полимер полностью идентифицируется со спектральной картиной, характерной для полиамида-6.

Исследованы резины на основе частично и полностью гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков (ГБНК) Therban АТ 5065 VP и Therban АТ 5005 VP, взятых в соотношениях 100:0, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50 соответственно. Дана оценка технического ресурса работы резинокордных оболочек путем прогнозирования изменения свойств резин в процессе термического старения на воздухе и в моторном масле М-14В₂ при повышенных температурах по ГОСТ 9.713–86 и методике ускоренного старения, разработанной ФГУП ФНПЦ «Прогресс». Представлены результаты исследования резин на основе ГБНК в условиях термического старения в агрессивных средах при повышенных температурах. Оценена работоспособность резин путем прогнозирования изменения относительного удлинения к окончанию срока службы изделия по ГОСТ 9.713–86. Установлено, что резина с соотношением ГБНК Therban АТ 5065 VP и Therban АТ 5005 VP 50:50 является термически более стабильной и имеет наибольший срок службы.

Приведены результаты испытаний на коррозионно-эрозионную стойкость азотсодержащей стали 04Х20Н6Г11М2АФБ в сравнении со сталями 08Х18Н10Т, АБ2-2 и титановым сплавом ВТ1-0 с применением двух методов. Показано, что определение износостойкости стали при трении о лед с абразивом затруднено вследствие быстрого таяния льда. Наиболее эффективна методика оценки стойкости к коррозионно-эрозионному износу при одновременном абразивном воздействии на поверхность металлических образцов и 3,5%-ного раствора NaCl с определением скорости репассивации оксидной пленки. Установлено, что восстановление электрохимического потенциала нержавеющей стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ происходит 1,5 раза быстрее, чем стали 08Х18Н10Т, что показывает перспективность применения азотсодержащей стали для изготовления «ледового пояса» ледоколов, в том числе в качестве плакирующего слоя биметалла.

Предложена методика оценки прочности границ зерен по результатам испытаний миниатюрных образцов на ударный изгиб. Дано обоснование использования испытаний на ударный изгиб при низкой температуре для оценки прочности границ зерен хромоникелевых аустенитных сталей. Определена температура испытаний, при которой доля хрупкого межзеренного разрушения охрупченной хромо-никелевой стали 10Х18Н9 составляет не менее 90%. Разработаны три типа миниатюрных образцов различной геометрии, обеспечивающих получение примерно одной и той же энергии разрушения при их испытании на ударный изгиб. Показаны случаи, когда необходимо использовать миниатюрные образцы различной геометрии.

Проведены испытания на коррозионное растрескивание образцов из облученных хромоникелевых аустенитных сталей марок 321 (сталь (08–12)Х18Н10Т), 316 (сталь 06Х16Н11М3) и 304 (сталь 02Х18Н9). Образцы облучали в различных энергетических спектрах нейтронов до различных повреждающих доз в диапазоне от 4,5 до 150 сна. Испытания проводили в автоклавах в водной среде, имитирующей теплоноситель 1-го контура реакторов типа ВВЭР, при температурах 290–315°С. Проанализировано влияние величины повреждающей дозы облучения и энергетического спектра нейтронов на склонность сталей к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН). Определены доминирующие механизмы КРН для различных аустенитных сталей. Проведено сравнение режимов нагружения на сопротивление КРН образцов, облученных до одной и той же повреждающей дозы.

Проведены испытания на ударный изгиб миниатюрных образцов, изготовленных из хромоникелевых нержавеющих аустенитных сталей марок 321 (сталь 08Х18Н10Т), 316 (сталь 06Х16Н11М3) и 304 (сталь 02Х18Н9), облученных до различных повреждающих доз от 4 до 125 сна в различных энергетических спектрах нейтронов. На основании этих испытаний определено влияние повреждающей дозы и энергетического спектра нейтронов на энергию межзеренного разрушения, определяющую прочность границ зерен. Рассмотрено два спектра нейтронов – один характерен для активной зоны реакторов типа PWR и ВВЭР, другой – для активной зоны реакторов на быстрых нейтронах. Рассмотрена связь между сопротивлением коррозионному растрескиванию облученных хромоникелевых сталей 321, 316 и 304 и прочностью границ зерен.

Статья представляет собой четвертую часть исторического очерка, подготовленного по архивным материалам Государственного Центрального научно-исследовательского института НКТП СССР (ЦНИИ-48 НКТП СССР) – в настоящее время НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей». Первая часть «Гомогенная броня в СССР в период 1920–1947 гг.» была опубликована в журнале № 4(96), 2018, вторая часть «Опыт создания гетерогенной брони в СССР в предвоенный период» – № 1(97), 2019, третья часть «Сварочные технологии в танкостроении в период 1939–1945 гг.» – № 3(99), 2019.