Рассмотрены факторы, влияющие на изменение концентрации водорода в поковках из среднелегированных сталей, и выполнено расчетное моделирование кинетики изменения содержания водорода при различных вариантах предварительной термической обработки. Показано, что при прохождении диффузионных процессов превращения аустенита в изотермических условиях на стадии накопления и в ходе непосредственно изотермического отжига (с учетом роста коэффициента диффузии водорода в γ- и α-фазах на несколько порядков) существует возможность достижения максимальной полноты удаления водорода.

Представлены результаты определения механических свойств и хладостойкости среднеуглеродистой среднелегированной высокопрочной износостойкой стали, рекомендуемой для изготовления элементов дноуглубительной техники, после различных режимов термической обработки. Выявлены закономерности изменения прочностных и пластических свойств в зависимости от температуры отпуска. Установлено, что отпуск в интервале температур 560–580°С обеспечивает оптимальное сочетание прочностных и вязкопластических свойств и позволяет повысить хладостойкость исследуемой стали.

Рассмотрены примеры создания и термической обработки композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, упрочненных дисперсной фазой карбида титана, обладающих высокими твердостью и модулем упругости, хорошей смачиваемостью расплавом. Отмечено, что в настоящее время наиболее доступным и эффективным способом их получения является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).

Показана возможность получения новых алюмоматричных композиционных материалов на основе промышленных алюминиевых сплавов АМ4,5Кд и АК10М2Н путем их армирования высокодисперсным карбидом титана (10 мас. %). Армирующая фаза образована в расплавах сплавов по технологии СВС из исходных элементных компонентов – порошков титана и технического углерода. На полученных образцах была произведена оценка равномерности распределения керамической фазы по объему матричных сплавов, которая составила 0,15 и 0,12 для образцов АМ4,5Кд – 10%TiC и АК10М2Н – 10%TiC соответственно, что можно отнести к высокой степени равномерности. Произведена оценка физических свойств: пористости, плотности, электропроводности, а также коэффициента термического линейного расширения. Анализ полученных данных показал, что полученные композиционные материалы обладают несколько большей плотностью (на ~4%), чем матричные сплавы, что связано с наличием керамической фазы, низкими значениями пористости (~1%), более низким ТКЛР (на ~6%), чем матричные сплавы, и низким уровнем электропроводности (~25% IACS). Представлены значения механических свойств композиционных материалов АМ4,5Кд – 10%TiC и АК10М2Н – 10%TiC.

Показано, что армирование керамической фазой способствует значительному приросту твердости – на 15 и 42 НВ, а также более высоким значениям предела текучести при сжатии – на 31 и 17 МПа соответственно при сохранении высокого уровня относительной деформации. Полученные результаты свидетельствуют, что разработанные композиционные материалы могут быть рекомендованы к применению для изделий, работающих в условиях повышенных температур и значительного износа.

Рассмотрены результаты пластического сжатия сталей и сплавов разного химического состава при температурах и скоростях пластической деформации, соответствующих распространенным режимам термомеханической обработки (ТМО). Выявлены особенности диаграмм σ (ε, έ, Т). Процессы деформационной аккумуляции и тепловой диссипации сопровождаются структурными перестройками. В зависимости от химического состава и режимов горячего сжатия структурные превращения происходят самоорганизованно с возможностью возбуждения колебаний и образования деформационных солитонов диссипации.

Показано воздействие протонного облучения мощностью 1·10¹⁷ ед./см² и энергией 2 МэВ на структуру и свойства композитной керамики состава ZrO₂–SiO₂–Al₂O₃. Установлено, что при такой дозе облучения изменения фазового состава керамики не происходит. Расчеты с помощью методов рентгенографии показали, что облучение протонами создает на поверхности керамики сжимающие напряжения (напряжения 1-го рода) величиной от ~–1 до –2 ГПа, при этом микронапряжения (напряжения 2-го рода) практически отсутствуют. Анализ снимков (СЭМ) поверхности керамики после облучения показал хаотичное расположение макропор в t–ZrO₂-матрице, тогда как поры в частицах циркона расположены исключительно по границам включений. Отмечено снижение уровня твердости и плотности в керамике после обработки протонами в связи с образованием большого количества пор.

Исследован один из малоизученных методов синтеза соединений гомологического ряда Ti_nO_2n–1, полученных восстановлением в водородной среде. Серия образцов (n = 2–8) была получена из исходных порошков TiO₂ различной химической чистоты (99,0–99,99 %) с модификацией рутилом в широком диапазоне температур и при разном времени восстановления в среде водорода. Установлено влияние чистоты исходных образцов, температуры и времени восстановления на структуру полученных соединений. Показаны различия в кристаллической структуре соединений гомологического ряда Ti_nO_2n–1, а также β- и λ-полиморфных модификаций Ti₃O₅. Обоснован подход к подбору температуры и времени восстановления порошков TiO₂ для получения конкретной фазы в соединениях гомологического ряда Ti_nO_2n–1.

Керамика AlMgB₁₄ известна как материал, характеризующийся повышенной твердостью в сочетании с низким коэффициентом трения. Композиционные структуры на основе данной керамики могут обладать еще более высокими прочностными характеристиками. В настоящей работе исследованы структурно-фазовые состояния и физико-механические свойства композиционной керамики системы AlMgB₁₄–TiB₂ с варьируемым содержанием TiB₂, полученной путем горячего прессования исходной шихты на основе предварительно синтезированных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза керамических порошков AlMgB₁₄ и TiB₂. Установлено, что получаемые материалы характеризуются композиционной структурой, представленной включениями TiB₂, распределенными в матрице AlMgB₁₄. Фазовый состав получаемых композитов аналогичен фазовому составу исходной шихты, при этом формируется от 5 до 9 мас. % шпинельной фазы MgAl₂O₄. Микротвердость композитов AlMgB₁₄–TiB₂ составляет до 19,9 ГПа (твердость керамики AlMgB₁₄, полученной аналогичным методом, без добавок составляет 7 ГПа). Предел прочности при трехточечном изгибе композиционных материалов системы AlMgB₁₄–TiB₂ составляет 309 МПа.

Рассматривается технология нанесения композиционных интерметаллидных покрытий системы Ni–Ti, армированных карбидами на основе порошков (SiC, WC, B₄C), на поверхность пластин из титанового сплава при последовательном использовании метода ХГДН и лазерной обработки. Определены технологические параметры процесса лазерно-термической обработки, обеспечивающей получение композиционных покрытий системы Ni–Ti–(SiC, WC, B₄C) высокой твердости.

Проведено исследование покрытий системы Ni–W, легированных молибденом и кобальтом, полученных методом электроосаждения. Исследовано влияние концентрации солей легирующего элемента в электролите на химический состав покрытий при различных режимах синтеза. Все полученные покрытия представляют собой нанокристаллический или аморфный твердый раствор вольфрама, молибдена или кобальта в никеле с ГЦК кристаллической решеткой. Проведенные поляризационные измерения позволили установить, что наиболее стойким к коррозии в 3,5%-ном растворе NaCl является покрытие, содержащее 35%W и 8%Mo.

Приведено описание структурно-фазового состояния композиционных материалов TiHf₅₀, AlHf₅₀, TiAl₄₉Hf₂, полученных гидридной технологией. Построена трехкомпонентная фазовая диаграмма для Ti–Al–Hf при температуре 1150°С. Прогноз структурного состояния сплавов TiAl₄₉Hf₂ производили на основе эталонных решеток (код USPEX с интерфейсом VASP), дополнительно проведены квантово-химические расчеты энергии TiAl₄₉Hf₂ в коде CASTEP. Показано, что в образце сплава TiAl₄₉Hf₂ доминируют твердые растворы, в составе которых преобладают основные элементы Al₁₀ – Ti₉Al₂₃ – Ti₈. Атомы Hf могут быть внедрены в междоузлия [–0.257 0.042 0.2545] (St–Hf– 27), [0.0053 –0.0120 –0.0765] (St–Hf–143), [0.5 0.5 0.5] (St–Hf). Внедрение гафния в указанные узлы решеток не нарушает стабилизирующий эффект в системах TiAl₄₉Hf₂. Показано, что максимальное значение микротвердости (4,9 ГПа) получено при испытании образца TiHf₅₀ (для сравнения: для системы TiAl₅₀ – 1,2 ГПа, для системы TiAl₄₉Hf₂ – 2,2 ГПа).

Исследован структурно-фазовый состав композиционных материалов TiZr₅₀, AlZr₅₀, TiAl₄₉Zr₂, полученных с использованием гидридной технологии. Построена модельная трехкомпонентная фазовая диаграмма для Ti–Al–Zr при температуре 1150°С. Прогноз структурного состояния сплавов TiAl₄₉Zr₂ проведен на основе эталонных решеток (код USPEX с интерфейсом VASP), квантово-химические расчеты энергии TiAl₄₉Zr₂ – в коде CASTEP. В TiAl₄₉Zr₂ доминируют твердые растворы, в составе которых преобладают основные элементы Al₁₀–Ti₉Al₂₃ –Ti₈. Атомы Zr могут быть внедрены в междоузлия [–0.257 0.042 0.2545] (St–Zr–27), [0.0053 –0.0120 –0.0765] (St–Zr–143), [–0.3251 –0.3983 0.4880] (St–Zr–75). Внедрение Zr в указанные узлы решеток не нарушают стабилизирующего эффекта в системах TiAl₄₉Zr₂. Все эталонные решетки стабильные. В сплаве TiAl₄₉Zr₂ основными фазами являются Al₁₀Ti₉Zr, Al₂₃Ti₈Zr, вклады которых в теоретическую интенсивность равны 78,57 и 21,43%. В образце AlZr₅₀ сформировались фазы ZrAl, Zr₂Al₃, ZrAl₂.

Представлены экспериментальные данные о физико-механических свойствах сотовых материалов с геометрией трижды периодических поверхностей минимальной энергии (ТППМЭ). Установлено, что зависимость прочности и модуля Юнга от относительной плотности материалов с геометрией ТППМЭ с достаточно высокой точностью соответствует уравнению Гибсона – Эшби. Такие материалы превосходят классические сотовые по механическим свойствам и обладают высокой изотропией механических свойств.

Исследованы физические свойства (тепло- и температуропроводность) термоинтерфейсов на основе порошкообразного нитрида бора с гексагональной кристаллической решеткой (h-BN) и меди с кубической кристаллической решеткой (Cu), предназначенных для охлаждения электронной компонентной базы микро- и наноэлектроники. Физические свойства термоинтерфейсов определяли флэш-методом. Описана перспективность применения в качестве термоинтерфейса спрессованного порошка гексагонального нитрида бора без использования связующего компонента. Произведено сравнение с физическими свойствами других термоинтерфейсов, получивших широкое распространение в настоящее время.

Диопсид является одним из ключевых компонентов в составе строительных материалов различного назначения и может использоваться в качестве наполнителя для эпоксидных композиций. Поскольку разработка месторождений данного кальциймагниевого силиката связана с большими трудозатратами, наиболее рациональным представляется использовать синтезированный диопсид на основе золы рисовой шелухи и доломита. Проведено сравнение фазового состава и свойств синтезированного диопсида с диопсидовым концентратом, добываемым в природе. Установлено, что синтезированный кальциймагниевый силикат содержит на порядок большее количество диопсида, имеет в 3 раза меньший объем пор и почти в 5 раз меньший средний размер частиц по сравнению с природным минералом. Они существенно отличаются и по фазовому и гранулометрическому составам, и по пористости. Как природный, так и синтетический диопсидсодержащие наполнители повышают твердость, износостойкость и жизнеспособность эпоксидных композиций. Более эффективным для эпоксидных материалов с точки зрения эксплуатационных характеристик является наполнитель, синтезированный на основе золы рисовой шелухи.

В части 1 настоящей работы рассмотрены основные физико-механические процессы, происходящие при растяжении цилиндрических образцов в диапазоне температур хрупкого разрушения, и представлена процедура, позволяющая описать влияние пластической деформации на критическое напряжение хрупкого разрушения в вероятностной постановке. Представлены основные положения модели Прометей, описывающей хрупкое разрушение в вероятностной постановке, а также экспериментальные и расчетные методы. Исследования проведены для корпусной реакторной стали 15Х2НМФА в термически охрупченном состоянии и для низколегированной стали Ст.3 в исходном состоянии, которая рассматривается как модельный материал, позволяющий изучать хрупкое разрушение при пластической деформации до 50%.

В части 2 настоящей работы представлены результаты испытаний на одноосное растяжение гладких цилиндрических образцов из корпусной реакторной стали 15Х2НМФА в термически охрупченном состоянии и низколегированной стали Ст. 3 в исходном состоянии. Выполнен анализ поверхности разрушения испытанных образцов методами растровой электронной микроскопии. Вероятность хрупкого разрушения рассчитывалась с помощью Прометей-модели, представленной в части 1 настоящей работы. Установлено, что влияние пластической деформации на вероятность распространения микротрещин вызвано двумя факторами: увеличением критического напряжения хрупкого разрушения из-за формирования новых барьеров для распространяющейся микротрещины вследствие пластической деформации и снижением рабочего объема из-за формирования шейки при растяжении гладкого цилиндрического образца. Предложен унифицированный набор параметров, который может быть использован для учета влияния пластической деформации на вероятность распространения микротрещин скола для корпусной реакторной стали и для низколегированной низкопрочной стали.

Приведены результаты исследования влияния добавок лантана, церия и празеодима (0–1,0 мас. %) как модификаторов структуры на анодное поведение алюминиевого проводникового сплава AlTi0.1 в среде электролита NaCl. Исследования проведены потенциостатическим способом со скоростью развертки потенциала 2 мВ/с. Установлено, что с течением времени потенциал свободной коррозии сплавов смещается в положительную сторону и с ростом концентрации модификатора (лантана, церия, празеодима) в алюминиевом проводниковом сплаве приобретает положительное значение. Добавка лантана к алюминиевому проводниковому сплаву AlTi0.1 на 12–23%, церия на 20–30% и празеодима на 25–35% повышают его коррозионную стойкость. Отмечено повышение скорости коррозии сплавов при увеличении концентрации NaCl в растворе независимо от их состава. Рост концентрации хлорид-иона в электролите NaCl приводит к снижению потенциалов свободной коррозии, репассивации и питтингообразованию сплавов.

Выполнены электрохимические исследования металла поковок из титановых α- и псевдо-α-сплавов промышленных составов и с добавкой рутения. Построены сравнительные зависимости плотности тока от времени при различных потенциалах в процессе анодной поляризации в 3,5%-ном растворе NaCl для исследуемых титановых сплавов, на основании которых получены потенциостатические поляризационные кривые. Определен так называемый «потенциал пробоя» оксидной пленки при анодной поляризации титановых сплавов различных составов и проведены структурные исследования.

Обоснование безопасности сухого хранения требует надежного прогнозирования механических характеристик оболочек твэлов в зависимости от структурных изменений на всех этапах обращения с ядерным топливом. В настоящей работе проведено исследование структуры гидридов в облученных оболочках твэлов из сплава Э110 в различных состояниях, в том числе после испытаний, имитирующих условия сухого хранения. С помощью программного кода выявлены коэффициенты, наилучшим образом коррелирующие с механическими характеристиками.