Представлены результаты исследования структуры и механических свойств высокопрочной аустенитной бесхромистой дисперсионно-твердеющей Mn–Ni–V–C стали с пределом текучести не менее 700 МПа, состав которой и способ упрочнения были выбраны с учетом того, что сталь должна удовлетворять требованиям высокой прочности и немагнитности и обладать величиной электродного потенциала в хлоридных средах, обеспечивающей исключение гальванической коррозии при контакте с ферромагнитными низколегированными и углеродистыми сталями. Показано, что при введении в сталь Mn–Ni–V–C 1–2%Cu на фазовой диаграмме Fe–Ni–Mn расширяется область существования γ-фазы, сужается двухфазная γ+α-область и сдвигается в сторону меньших содержаний Mn, повышая стабильность аустенита к мартенситному превращению при холодной деформации. Предложена численная оценка влияния легирующих аустенитообразующих элементов Ni, Mn, Cu на критическую степень холодной пластической деформации, приводящей к образованию в стали мартенсита деформации. Установлен температурный интервал обратного превращения данного мартенсита в аустенит при отжиге в зависимости от содержания никеля в стали. Для дисперсионно-твердеющей стали состава 10%Mn; 10%Ni; 2%Cu; 0,3–0,4%С; ~1,4%V изучены закономерности растворения при нагреве под закалку и выделения при старении частиц упрочняющей карбидной фазы VC. Показано, что максимальная прочность обеспечивается после закалки от 1150°С и старения при 650°С, 15 ч. С увеличением длительности старения от 0,7 до 10 ч циклическая долговечность стали возрастает, но старение на прочность, близкую к максимальной, приводит к снижению этого показателя. С учетом проведенных исследований стабильности аустенита, статической и циклической прочности и долговечности обоснован оптимальный интервал легирования стали никелем, марганцем и медью и выявлен оптимальный режим термической обработки, обеспечивающий сочетание высокой прочности с хорошей пластичностью и вязкостью стали.

Представлены результаты исследования структуры высокопрочной коррозионно-стойкой аустенитной азотсодержащей стали, формирующейся в результате горячей деформации. Установлено, что в зависимости от температуры, степени и скорости деформации происходит смена механизма образования зародышей динамической рекристаллизации. При температуре выше 1100°С зародыши формируются за счет выгибания и последующей миграции границ зерен, однако при снижении температуры и увеличении степени и скорости деформации очагами рекристаллизации становятся субзерна вблизи исходных границ.

Исследованы кинетика роста аустенитного зерна при нагреве и особенности фазовых превращений в зависимости от размера аустенитного зерна в ферритно-бейнитных, бейнитно-мартенситных и мартенситных судостроительных сталях. Изучена кинетика протекания динамической и статической рекристаллизации в зависимости от времени выдержки при заданной температуре. Проведенные исследования позволили определить влияние размера аустенитного зерна в судостроительных сталях марганцевой, марганцево-никелевой и никелевой композиции легирования на превращенную структуру.

Рассмотрены вопросы, связанные с необходимостью учета процессов фазовых и структурных превращений при назначении после ковки режимов накопления поковок из среднеуглеродистых среднелегированных сталей и их предварительной термической обработки. Проанализированы и сформулированы основные положения, на основании которых был произведен выбор режимов предварительной термической обработки и рекомендовано их ограниченное применение при использовании диаграмм изотермического превращения аустенита, построенных по стандартным методикам.

Вопросы обеспечения стабильности структурного состояния и механических свойств являются весьма актуальными для производства при изготовлении изделий, а также при оценке их качества и продлении ресурса. Приведены результаты исследования влияния параметров термической обработки на структурные характеристики стали мартенситно-ферритного класса 14Х17Н2, произведена оценка влияния структурных параметров на механические свойства.

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследованы структурнофазовое состояние, дефектная субструктура и поверхность разрушения сварных швов из низкоуглеродистой легированной стали, полученных с применением углеродсодержащей добавки и без нее. Выполнен количественный анализ параметров структуры и дислокационной субструктуры металла сварных швов, проведена оценка вкладов скалярной и избыточной плотности дислокаций в прочность сварных швов. Показано, что высокие значения скалярной и избыточной плотности дислокаций в сварном шве, сформированном без углеродсодержащей добавки во флюсе, могут привести к охрупчиванию материала.

В условиях машиностроительного предприятия освоена технология литья рабочих монокристаллических турбинных лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава с кристаллографической ориентацией [001] на автоматизированной литейной установке для направленной кристаллизации УВНК-9А. Отработаны конструкции литейных блоков лопаток, технологии изготовления форм и стержней, плавки рабочих охлаждаемых лопаток из сплава с монокристаллической структурой заданной кристаллографической ориентации взамен технологического процесса в печах проходного типа. В условиях машиностроительного предприятия получены опытные партии монокристаллических отливок рабочих охлаждаемых лопаток с бандажной полкой с выходом годного по структуре ≥75%. Представлены результаты исследования структурно-фазовых характеристик сплава монокристаллических отливок лопаток методом растровой электронной микроскопии в литом состоянии до и после последующей термической обработки. Дан сравнительный количественный анализ микроструктуры и характеристик прочности отливок из жаропрочного никелевого сплава с кристаллографической ориентацией [001], полученных на высокоградиентной установке для направленной кристаллизации, и в установке проходного типа.

Для решения задачи повышения адгезионно-когезионной прочности плазменных многофункциональных покрытий, используемых для защиты деталей узлов оборудования энерго- и машиностроения от износа и коррозии, исследовано и предложено к применению керамическое покрытие системы Al₂O₃–Ni, полученное из порошковой смеси на основе плакированного никелем корунда. Покрытие было нанесено методом высокоэнергетического плазменного порошкового напыления (на установке «Термоплазма») на интерметаллидный подслой системы Ni–Co–Cr–Al–Y. Исследованы микроструктура, фазовый состав, механические, трибологические и адгезионные свойства плазменного керамического покрытия, сформированного из порошкового материала на основе оксида алюминия, плакированного тугоплавкой металлической компонентой (никелем). По результатам исследований установлено, что исходный порошковый материал имеет многофазный состав (Ni + α-Al₂O₃ + γ-Al₂O₃) и сферическую морфологию частиц. Из него при высокоэнергетическом плазменном напылении формируется покрытие с фазовым составом (Ni + γ-Al₂O₃ + γ'-Ni₃Аl), слоистой микроструктурой с никелевыми прослойками и столбчатым строением оксидных зерен. Покрытие обладает высокими показателями твердости и адгезионно-когезионной прочности, низким коэффициентом трения и рекомендуется для защиты от износа деталей энерго- и машиностроения.

Приведены результаты комплексных исследований по получению защитных покрытий на основе композиции NbCo₂–Zr–WC. Покрытия, полученные методом микроплазменного напыления, имеют высокие показатели микротвердости (~15,0 ГПа) и износостойкости (~1,0·10^–8).

При изучении высокотемпературного поведения теплозащитного покрытия диоксида циркония апробирован метод лазерного нагрева. Покрытие наносили методом высокоэнергетического плазменного напыления на интерметаллидный подслой системы Ni–Co–Cr–Al–Y из порошкового материала состава ZrO₂+7%Y₂O₃ сферической морфологии.

Целью работы являлось исследование процессов структурно-фазовых превращений, плавления и кристаллизации, протекающих в материале керамического покрытия под действием единичного лазерного импульса длительностью 14 мс разной энергией (5, 10, 15 и 20 Дж). Установлено, что после напыления покрытие в исходном состоянии имеет двухфазный состав (Т-ZrO₂ + К-ZrO₂) и слоистую микроструктуру со столбчатым строением зерен диоксида циркония. Лазерный нагрев с энергией импульса 5 Дж стимулирует фазовое превращение Т-ZrO₂→К-ZrO₂, появление пористости и микротрещин. С увеличением энергии импульса до 10 и 15 Дж на поверхности покрытия интенсивно протекают процессы плавления и сверхбыстрой кристаллизации, сопровождающиеся измельчением зерен. По проведенным теоретическим оценкам, процессы оплавления затрагивают поверхностные слои толщиной от 2,2 до 6,6 мкм, а фазовые превращения имеют место на глубине ~11 мкм. При увеличении энергии лазерного импульса до Е = 20 Дж был инициирован процесс разрушения покрытия по механизму растрескивания с отслоением фрагментов поверхностного слоя толщиной 5–10 мкм.

Метод лазерного нагрева рекомендован в качестве экспресс-диагностики при проведении сравнительных испытаний теплостойкости керамических покрытий, получаемых разными методами и из различных исходных материалов.

Приведены результаты исследований влияния поверхностного натяжения внутрипоровой жидкости на структурно-поверхностные свойства (удельные поверхность и объем пор, распределение пор по их диаметру) слоистых двойных гидроксидов (СДГ) магния и алюминия (Mg–Al СДГ), полученных при взаимодействии кристаллогидратов AlCl₃·6H₂O₂ MgCl₂·6H₂O и карбоната аммония. Получены уравнения, связывающие удельную поверхность и удельный объем пор синтезированных образцов Mg–Al СДГ с поверхностным натяжением внутрипоровой среды. Показано, что замещение водной среды в поровом пространстве на ацетон перед сушкой синтезированного Mg–Al СДГ позволяет существенно увеличить емкость адсорбционного монослоя продуктов и не оказывает существенного влияния на механизм процесса сорбции.

Представлены результаты исследования высоколегированного никелем коррозионно-стойкого слоя, нанесенного на поверхность низкоуглеродистой экономнолегированной стали. Формирование слоя осуществляется в два этапа – на первом этапе методом «холодного» газодинамического напыления наносится прекурсорное покрытие, на втором при воздействии лазера формируется легированный слой. Исследованы состав и свойства легированного никелем слоя на поверхности низкоуглеродистой стали.. Результаты рентгеноструктурного фазового анализа свидетельствуют об образовании в сформированном слое ГЦК решетки твердого раствора и интерметаллида Ni₃Fe.

Выполнены расчеты гидростатической прочности сферопластика с использованием ранее описанной эмпирической формулы. В расчетах использованы физико-механические характеристики полимерного связующего и полых стеклянных микросфер. Определение физико-механических характеристик полимерного связующего, полых стеклянных микросфер и сферопластика выполнено с применением стандартных методов: динамического механического анализа, газового и гидростатического пикнометров. Были использованы также результаты тензометрических испытаний коэффициентов Пуассона связующих. Гидростатическую прочность измеряли в гидрокамере высокого давления. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных ряда составов сферопластика на основе многокомпонентных эпоксидных связующих. Показана степень влияния свойств микросфер и связующих на гидростатическую прочность сферопластика. Проведена оценка корреляции расчетных значений с экспериментальными.

Представлены результаты исследования свойств порошкового фталонитрильного связующего различного гранулометрического состава. Проведены микроструктурные исследования связующего. Описаны основные технологии совмещения полимерных связующих с армирующими наполнителями. Приведены примеры расчета диапазона весовых характеристик препрегов с учетом возможного разброса поверхностной плотности армирующего наполнителя и выбранного диапазона массового содержания связующего. Показана принципиальная возможность использования порошкового фталонитрильного связующего для получения ПКМ по препреговой технологии.

При сдаточных испытаниях на трещиностойкость основного металла и сварных соединений стального проката и труб определяют критические значения CTOD, требуемые в технических условиях на поставку продукции. Обязательными являются испытания основного металла трубы и металла шва в полнотолщинных образцах с ориентацией надреза по толщине. Рассмотрены проблемы, возникающие при изготовлении образцов из труб. Рассчитана и спроектирована оснастка, облегчающая их изготовление. Приемлемую кривизну фронта усталостной трещины в образцах можно обеспечить путем проведения дополнительных мероприятий: для исследованных материалов эффективным является локальное боковое обжатие. Расчеты параметров процесса сварки, бокового обжатия и последующего нанесения надреза на заготовку позволили найти эпюры остаточных напряжений и определить оптимальную степень обжатия. Показано, что такая последовательность предпочтительнее по сравнению с обжатием образцов с надрезом.

Приведены результаты усталостных испытаний гладких цилиндрических образцов при контроле полной деформации в условиях симметричного цикла и повышенной температуры. Рассмотрена взаимосвязь значений усталостных характеристик материала при учете напряжений, пластической деформации и количества циклов до разрушения. Представлено сравнение деформационных кривых, построенных по экспериментальным данным, с деформационными кривыми, построенными оценочными методами.

Представлены результаты исследования механических характеристик и химического состава металла проб, вырезанных из необлучаемого сварного шва корпуса реактора ВВЭР-440 после эксплуатации в течение 45 лет. Получено расчетное распределение значений критической температуры хрупкости по толщине облучаемого сварного шва корпуса реактора ВВЭР-440 (140 мм) с учетом распределения исходных свойств, содержания фосфора и меди, а также плотности потока быстрых нейтронов по толщине шва. Учитывая, что все кольцевые сварные швы, соединяющие обечайки, в корпусе реактора типа ВВЭР-440 изготавливают по одной технологии, результаты исследования необлучаемого сварного шва можно использовать для оценки распределения свойств в облучаемом сварном шве. При этом допускается, что эффект температурного старения при температуре 270°С (при которой эксплуатируется необлучаемый сварной шов) невелик, и им можно пренебречь.

Методом молекулярной динамики смоделированы радиационные повреждения в каскадах смещений, инициированных первично выбитыми атомами (ПВА) с энергией E_РКА= 5, 10, 15 и 20 кэВ в α-Ti при температурах 100, 300, 600 и 900 К. Для каждой пары параметров (E_РКА, Т) смоделирована серия из 24 каскадов смещений. Необходимый размер статистической выборки обосновали a posteriori при помощи простой процедуры. Получили число пар Френкеля, долю вакансий ε_v и междоузельных атомов ε_i в кластерах точечных дефектов в зависимости от значений (E_PKA, T). Обнаружено, что каскады смещений в α-Ti вытянуты вдоль траектории высокоэнергетичных ПВА и распадаются на субкаскады. В противоположность другим чистым металлам с плотноупакованной кристаллической структурой в каскадах смещений в α-Ti выполняется соотношение ε_v≥ε_i. Более того, как ε_v, так и ε_i, практически не зависят от температуры. Это косвенно указывает на термическую стабильность вакансионных и междоузельных кластеров в α-Ti в рассмотренном температурном интервале.

Проведены исследования микроструктуры облученных образцов из стали 08Х18Н10Т методом трансмиссионной электронной микроскопии. Образцы из основного металла были облучены в реакторе БОР-60 до доз 43 и 96 сна, из металла сварного шва – до доз 40 и 101 сна при температурах от 330 до 350°С. При исследовании структуры основного металла и металла шва были получены новые данные по количественным микроструктурным характеристикам дислокационных петель, карбонитридов титана, мелкодисперсной G-фазе, порам в облученных образцах в интервале повреждающих доз от 40 до 101 сна.