Представлены результаты исследования структуры и свойств низколегированной судостроительной стали с пределом текучести не менее 420 МПа по толщине листового проката до 100 мм. Исследована поверхность разрушения образцов после испытаний на ударный изгиб при низких температурах. Установлено, что сочетание параметров бейнита реечной морфологии (доли, средних размеров областей и их протяженности) и размера структурных элементов при заданных углах толерантности θ_t 5 и 15°, указывающих на наличие или отсутствие развитой субзеренной структуры деформационного происхождения, определяют уровень работы удара при низких температурах испытаний.

Условия эксплуатации судостроительных сталей в сварных конструкциях, в том числе в северных широтах, определяют высокие требования к их качеству. Применяемые для таких конструкций материалы должны обладать стабильностью механических свойств, хорошей технологичностью в судокорпусном производстве и гарантированной работоспособностью при отрицательных температурах.

Деформационное старение обусловлено термодинамической неравновесностью структуры стали в исходном состоянии и постепенным ее приближением к равновесному состоянию в условиях достаточной диффузионной подвижности атомов внедрения. В неблагоприятных случаях это может приводить к деградации свойств при технологических обработках (холодной правке, гибке, сварке), при эксплуатации или в процессе длительного хранения.

В работе исследована возможность протекания естественного и искусственного старения за счет объемной диффузии и диффузии углерода по ядрам дислокаций («трубочная» диффузия) сталей различного химического состава. Выполнен анализ влияния деформационного старения на механические свойства и изменение параметра трещиностойкости CTOD.

Проведено исследование структуры титанового сплава ВТ41 (Ti–Al–Si–Zr–Sn+β-стабилизаторы), подвергнутого горячей осадке в (α+β)‐области, т. е. в условиях, моделирующих штамповку диска газотурбинного двигателя (ГТД). Выявлены особенности формирования текстурного состояния первичных и вторичных глобулярных зерен, а также кинетики их растворения при повышении температуры отжига. В результате термообработки при 995°С существенно повышается однородность структуры заготовки по сравнению с деформированным состоянием, что связано с перекристаллизацией пластинчатых и мелкоглобулярных зерен и сохранением первичных глобулярных зерен α-фазы. Установлена последовательность структурных изменений при нагреве в интервале температур отжига от 950 до 1040°С.

Рассмотрены результаты коррозионных испытаний и микроструктурных исследований поковок из титановых сплавов различных классов, модифицированных рутением, систем Ti–Al–Zr + 0,15%Ru, Ti–Al–V–Mo +0,15%Ru, Ti–Al–V–Cr–Fe–Mo + 0,15%Ru и аналогичных систем базовых составов. На основании выполненного комплекса исследований проанализировано влияние количества β-фазы на локальное содержание рутения и, как следствие, на влияние катодной защиты в целом.

Исследовано изменение фазового состава и структурного состояния в процессе термического цикла сварки высоколегированного сплава титана. Показано, что структурно-фазовые превращения, происходящие в металле сварного соединения под воздействием термического и деформационного циклов сварки, приводят к образованию метастабильных фаз, последующий распад которых может привести к потере пластичности. Для приведения металла сварного соединения в равновесное состояние требуется проведение стабилизирующего отжига.

Приведены результаты комплексных инновационных исследований, проведенных за последние годы в научном нанотехнологическом центре НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» в следующих направлениях: создание покрытий на основе квазикристаллов системы Al–Cu–Fe, технологий лазерного синтеза, систем электромагнитной защиты технических средств и биологических объектов, конструкционной керамики и композиционных материалов, технологий модификации поверхности и магнетронного напыления, получение порошков методом распыления расплава, водородная и альтернативная энергетика.

В последние годы уникальные физико-механические свойства высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) являются предметом повышенного внимания исследователей. Изучение термодинамических характеристик ВЭС может представлять интерес для формулировки принципов формирования структур материала с необходимыми функциональными характеристиками. Поскольку процессы структуро- и фазообразования, а также диффузионная подвижность атомов, механизм формирования механических свойств и термическая стабильность существенно отличаются от аналогичных процессов в традиционных сплавах, ВЭС выделены в особую группу материалов.

В работе представлен краткий обзор результатов получения высокоэнтропийного сплава комбинированным способом. На первом этапе методом ХГДН наносится прекурсорный слой, на втором он подвергается высокоэнергетическому воздействию с использованием лазера. Изучен высокоэнтропийный сплав типа Al–Cr–Ni–Co–Fe. При вариации соотношения компонентов удалось получить практически эквимолярный состав для данной системы.

Аддитивная технология производства металлов широко изучается из-за ее уникальных преимуществ по сравнению с традиционными производственными процессами. Она применяется для формирования сложных компонентов сплавов Ti, Fe или Ni, для цветных сплавов – алюминиевых, магниевых, медных – аддитивные технологии не используют из-за быстрого плавления при обработке лазером, электронным лучом и/или дугой. «Холодное» напыление широко применяется в качестве эффективной технологии нанесения высококачественных покрытий при массовом производстве изделий из металлов и сплавов и/или композитных покрытий с металлической матрицей. Кроме того, «холодное» напыление является эффективным инструментом для аддитивного производства металлов, и в настоящее время исследования в данном направлении становятся интенсивными. В работе показано, что применение технологии «холодного» напыления позволяет получать композиционные материалы на основе алюминия и титана, армированные карбидом бора. Выбранный в качестве армирующей компоненты диоксид циркония не удалось ввести в состав композита на основе алюминия и никеля, что, скорее всего, объясняется крупным размером частиц. В результате термической обработки материалов, полученных по технологии «холодного» напыления, образуются новые химические соединения – как интерметаллиды, так и керамические упрочняющие включения, что наблюдается в системе алюминида титана. При этом примерно в 7 раз повышается микротвердость, но уменьшаются линейные размеры, чего не наблюдается в системе на основе алюминида никеля. Уменьшение геометрических размеров в образцах алюминида титана после термической обработки необходимо учитывать при изготовлении деталей.

Представлены результаты исследований резин на основе гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков марок Therban AT 5065 VP, Therban AT 5005 VP различной степени ненасыщенности и их совмещенных композиций с помощью оптической микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, динамического механического анализа. С их помощью получены оперативные данные о функциональных свойствах нитрильных резин, не прибегая к длительным испытаниям при различных температурах. Установлено, что в резинах с увеличением доли Therban AT 5005 VP от 20 до 50 мас. ч. возрастает степень диспергирования наполнителя от 61,8 до 90,5% и повышается температура начала деструкции от 261,9 до 275,3°С. Показано, что при минимальной (–30°С) и максимальной (150°С) температурах резина с соотношением каучуков 50:50 к окончанию эксперимента имеет наименьший динамический модуль упругости (311 и 1,6 МПа соответственно) и низкий тангенс угла механических потерь (0,20).

Представлены результаты исследования гидрофильных свойств стеклянных нитей марки ВМПС-10 84×4 и углеродных жгутов марки SYT-49S 12K. Установлено, что краевой угол смачивания стеклянных и углеродных волокон, уменьшающийся после ионно-плазменной обработки, возвращается к исходным значениям в течение 8 сут. Значения капиллярности волокон обоих типов необратимо увеличиваются, но для углеродных волокон наблюдается более значительное изменение данного параметра. В ходе исследования микроструктуры поверхности волокон наполнителей до и после обработки установлено, что все образцы равномерно покрыты пленкой активного замасливателя с микродисперсной структурой, однако для стеклянных волокон размер частиц аппрета в ходе обработки увеличивается, а для углеродных волокон – уменьшается. Также были проведены теплофизические исследования исследуемых армирующих наполнителей и было установлено, что в ходе ионно-плазменной модификации протекает эрозия пленки аппрета.

Приведены результаты разработок и внедрения на атомных ледоколах и морских сооружениях специальных ледостойких анодов, способных обеспечивать долговременную эффективную работу систем катодной защиты от коррозии в условиях ударного и истирающего воздействия арктических льдов. Показаны результаты осмотров состояния корпуса и корпусных элементов катодной защиты атомного ледокола «50 лет Победы» и МЛСП «Приразломная» после их длительной эксплуатации. Описывается проектируемая система катодной защиты атомного ледокола «Лидер».

Приведены результаты экспериментального исследования биокоррозии сплавов алюминия марок Д16Т и АМг6. Показана определяющая роль активных форм кислорода в биокоррозии алюминия консорциумом плесневых грибов. Предложена модель, согласно которой инициаторами коррозионных повреждений поверхности металла являются супероксидный анион-радикал и пероксид водорода, выделяемые в процессе жизнедеятельности микромицетов. Предполагается, что инициирование и развитие биокоррозии происходит в том числе в результате процесса восстановительной активации кислорода и фентоновского разложения пероксида водорода. Сделано заключение о механизме возникновения межкристаллитной и язвенной коррозии алюминиевых сплавов, находящихся во взаимодействии с микроскопическими грибами.

Существующие нормативные методики расчета усталостной прочности сварных соединений имеют ограниченное применение для малоцикловой области нагрузок и, как правило, не учитывают возможное широкое варьирование асимметрии цикла эксплуатационных напряжений, различия в ожидаемом уровне остаточных напряжений, многообразие возможных геометрий соединений. На основе экспериментальных данных по сопротивлению усталостному разрушению, а также физического моделирования отдельных стадий усталостного повреждения, обобщения результатов численных исследований методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния разработаны процедуры таких оценок применительно к оболочечным конструкциям из высокопрочных сталей, нагружаемых как наружным, так и внутренним давлением.

Исследована предельная деформационная способность нержавеющей высоколегированной азот-содержащей стали аустенитного класса и низколегированной хромоникельмолибденовой стали до момента разрушения при однократном и многократном взрывном нагружении на воздухе. Представлены данные по изменению механических свойств и структуры этих сталей в результате динамического деформирования до предельного и до задаваемого уровня деформации.

Показана возможность использования высокопрочной азотсодержащей коррозионно-стойкой стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ для строительства ответственных элементов и узлов морской техники, эксплуатирующейся при низких температурах, в том числе в Арктическом регионе. Рассмотрены преимущества азотсодержащей стали перед традиционно применяемыми в судостроении плакированной сталью АБ2 + 08Х18Н10Т и свариваемой сталью категории F500W. По результатам испытаний гомогенного листового проката из азотсодержащей стали установлено, что уровень физико-механических свойств ее превосходит аналогичные параметры традиционно применяемых в судостроении сталей АБ2 + 08Х18Н10Т в широком диапазоне температур, в том числе до –90°С.

Приведены результаты работ НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» по созданию корпусных титановых сплавов для глубоководной морской техники. Рассмотрены проблемы, связанные с разработкой титановых сплавов с пределом текучести более 1000 МПа.

На основе экспертизных исследований металла отработанных центробежно-литых труб после эксплуатации в составе реакционных змеевиков печей пиролиза разработаны жаростойкие жаропрочные сплавы и технологии изготовления из них штатных изделий. Исследованы служебные характеристики разработанного сплава марки 45Х32Н43СБ и его сварных соединений при температурах 1100 и 1150°С. Показано, что разработанный сплав обладает структурной стабильностью и способностью сопротивляться высокотемпературной ползучести при рабочих температурах до 1150°С. Разработана методика оценки ресурса трубных элементов с учетом особенностей эксплуатации реакционных змеевиков, в том числе при наличии трещиноподобного дефекта в материале трубы. Выявлены причины значительного формоизменения и повреждения реакционных труб, приводящих к преждевременному выходу из строя змеевика. Выявлен наиболее значимый эксплуатационный фактор повреждения реакционных труб установок пиролиза.

Разработан новый материал повышенной прочности – тонкостенные сварные панели из алюминиево-магниевого сплава марки 1565ч, применение которого в сочетании с внедрением современных достижений в области прочности и аэрогидродинамики позволило создать многофункциональное экономичное судно на воздушной подушке скегового типа «Хаска 10» с уникальными возможностями и эксплуатационными характеристиками.