При использовании методов просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов проведены исследования структуры и фазового состава наплавки быстрорежущей стали Р2М9 на среднеуглеродистую сталь 30ХГСА после термической обработки, которая заключалась в трехкратном высокотемпературном отпуске с последующим облучением импульсными электронными пучками. Основной фазой в наплавленном металле в исходном состоянии и после термической обработки является твердый раствор на основе α-железа, в незначительном количестве (3–5 мас. %) присутствует γ-фаза. Параметр кристаллической решетки обеих фаз снижается после отпуска. Облучение наплавленного слоя электронными пучками сопровождается увеличением параметра кристаллической решетки α-фазы и его снижением для γ-фазы. Обсуждены причины наблюдаемых закономерностей. Установлено, что наплавленный слой характеризуется наличием карбидного каркаса, содержащего карбиды сложного состава MoC, Me₆C, Me₂₃C₆, Me₇C₃, который не разрушается после отпуска и электронно-пучковой обработки. Основной фазой, формирующей каркас, является карбид состава Me6C, а после отпуска и электронно-пучковой обработки – MoC. Сформированная при наплавке мартенситная структура содержит наноразмерные включения второй фазы состава MoC, Mo₂C, Me₆C размером 20–45 нм, расположенные в объеме и по границам пластин мартенсита. Их объемная доля снижается до 19 мас. % после отпуска и дополнительного облучения электронными пучками.

Исследованы пути повышения прочности опытного высоколегированного сплава титана, имеющего в структуре при комнатной температуре термически нестабильную β-фазу. Показано, что твердорастворное и структурное упрочнение приводит к изменению фазового и внутриструктурного состояния исследуемого материала, что, в свою очередь, обеспечивает повышение прочностных характеристик. При этом в зависимости от режима отжига обеспечивается повышение условного предела текучести от 1000 до 1200 МПа без значительного снижения вязкопластических свойств.

В настоящее время алюминий и его сплавы в ряде областей успешно вытесняют традиционно применяемые металлы и сплавы. Одним из перспективных направлений использования алюминия является электротехническая промышленность. Так, проводниковый алюминиевый сплав типа E-AlMgSi (алдрей – Aldrey) отличается высокой прочностью и хорошей пластичностью. Этот сплав при соответствующей термической обработке приобретает высокую электропроводность. Изготовленные из него провода используются почти исключительно для воздушных линий электропередачи. Представлены результаты исследования температурной зависимости теплоемкости, коэффициента теплоотдачи и термодинамических функций алюминиевого сплава E-AlMgSi (алдрей) с таллием. Исследования проведены в режиме «охлаждения». Показано, что с ростом температуры значения теплоемкости, коэффициента теплоотдачи, энтальпии и энтропии сплава E-AlMgSi (алдрей) с таллием увеличиваются, а значение энергии Гиббса уменьшается. При добавке таллия до 1 мас. % снижаются теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, энтальпия и энтропия исходного сплава и повышается энергия Гиббса.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, совмещенного с прессованием, впервые получен термоэлектрический сплав, содержащий фазу Mn₅(Si₂,5 Al_0,5). Микроструктура сплава представлена зернами размером до 10 мкм. Рентгенофазовый анализ показал наличие следующих фаз в синтезированном образце: Mn₅(Si_2,5 Al_0,5), TiC и SiO₂. Присутствие фаз TiC и SiO₂ связано с особенностями синтеза образца методом СВС-прессования. Проведено исследование термоэлектрических характеристик материала. Значение коэффициента Зеебека при комнатной температуре составляет около 8 мкВ/К и достигает широкого максимума 9–10 мкВ/К при T = 360 К, а максимальная величина удельного электросопротивления 1,5∙10^–2 Ом∙см достигается при комнатной температуре.

Приведены результаты исследования структуры и магнитных характеристик порошков сплавов системы Co–Ni–Al составов Co₃₇Ni₃₆Al₂₇ и Co₃₂Ni₃₉Al₂₉, полученных методом механического легирования в планетарной мельнице. Изучено влияние технологических режимов механического легирования на элементный состав результирующих порошков, их намагниченность насыщения и коэрцитивную силу. Показана эффективность применения механического легирования для получения новых магнитотвердых сплавов на основе системы Co–Ni–Al.

Аддитивной технологией прямого лазерного выращивания (ПЛВ) из порошка стали марки 08X14НДЛ изготовлена серия объемных образцов при различных технологических параметрах (мощность излучения, скорость сканирования и скорость подачи порошка). Проведены исследования макрои микроструктуры, плотности и твердости образцов. Исследованы особенности структуры стали, изготовленной ПЛВ, по сравнению с литым металлом, идентифицированы неметаллические включения, установлен размер структурных оставляющих. Показано, что структуру, плотность и твердость стали можно варьировать, изменяя режимы ПЛВ, что является заделом для разработки промышленных аддитивных технологий.

Исследована возможность применения наноразмерных частиц меди в качестве наполнителя для полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) с целью создания триботехнически эффективного композита. На основе физической модели изнашивания построены расчетные концентрационные зависимости относительной интенсивности линейного изнашивания композита по отношению к матрице для четырех размеров дисперсного наполнителя из нанои микроразмерного диапазона. В результате определены диапазоны эффективных концентраций наполнителя при введении в ПЭЭК наномеди. Для исследования причин повышения износостойкости нанокомпозита при введении дисперсных частиц меди применен метод молекулярной динамики. Установлено, что в присутствии нанонаполнителя существенно повышается энергия межмолекулярных связей, выявлены различия в плотности полимерных молекул в области контакта до и после сдвига, а также различия в величинах энергий межмолекулярного взаимодействия между контактирующими поверхностями в зависимости от времени сдвига.

Разработана технология получения углепластика на основе бензоксазин-фталонитрильного связующего с градиентом состава матрицы методом порошкового напыления. Связующее в верхних слоях углепластика содержит преимущественно фталонитрил, в центре углепластиковой пластины – преимущественно бензоксазин. От поверхности к центру образца состав связующего плавно меняется, т. е. имеет место градиент состава матрицы. Для повышения ударостойкости в состав связующего введен высокотемпературный термопласт, концентрация которого также изменяется по толщине образца. По сравнению с углепластиком гомогенного состава с таким же содержанием компонентов в связующем градиентный углепластик обладает более высокой теплостойкостью и ударной прочностью без потери жесткости.

Проведены микроструктурные и ИК-спектроскопические исследования термостойкого углепластика марки ВКУ-61 на основе термореактивного полиимидного связующего и равнопрочной углеродной ткани после воздействия лабораторно имитируемых эксплуатационных факторов при повышенных температуре и влажности. На основании анализа и систематизации полученных результатов исследований установлены общие закономерности и особенности структурных изменений в углепластике в условиях контролируемых внешних эксплуатационных факторов.

Исследовано влияние многопроходной сварки несколькими электродами разных марок на химический состав и микроструктуру металла шва. Объектами изучения являлись образцы трубного сечения, изготовленные из коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т. В результате проведенных исследований были определены значения эффективной тепловой мощности источника нагрева, обеспечивающие равномерное распределение элементов в наплавленном металле, формирование аустенитной структуры с минимальным содержанием ферритной фазы, а также равномерное распределение микротвердости по сечению шва.

Исследованы особенности напряженного состояния, физико-механических и структурных свойств сварных соединений конструкционных сталей, выполненных в условиях низких климатических температур. Сварные пробы получены ручной дуговой сваркой с применением отечественных электродов УОНИ-13/Мороз, ХОБЭКС-К-54, LB-52TRU. Исследования проводились в рамках натурных климатических испытаний в условиях естественного холода сварочного оборудования и материалов. Показано, что при сварке в холодных условиях уровень растягивающих остаточных сварочных напряжений в среднем на 40–50 % выше, чем при сварке при комнатной температуре. Выявлены особенности структуры и механических свойств при сварке в условиях отрицательных температур. Разработаны методы климатических испытаний сварочных материалов и оборудования в условиях низких климатических температур.

Исследована коррозионная стойкость в углекислотных средах ряда конструкционных сталей, используемых для трубопроводов газовых месторождений. Агрессивные условия газовых объектов отличаются тем, что большая часть внутреннего пространства трубопроводов заполнена газовой фазой. Коррозионные воздействия на сталь, когда только небольшая часть газопровода заполнена жидкой фазой, ранее практически не были изучены. При проведении исследований был использован специально разработанный коррозионный стенд, на котором были воспроизведены условия воздействия наиболее агрессивных сред – переменное смачивание водой стенок газопровода. Коррозионная активность в таких условиях связана с разрушением пленок продуктов коррозии: в местах их растрескивания и отслоения формируются локальные коррозионные повреждения на стали. Изучено коррозионное поведение трубных сталей из разных газопроводов в условиях их переменного смачивания водой. Проведена сравнительная оценка стойкости в углекислотных средах трубных сталей 09Г2С и 13ХФА как в условиях переменного смачивания, так и при конденсации влаги, которые представляют основную опасность воздействия на газопроводы внутренней коррозии. Определено, что главным видом разрушения является локальная коррозия стальной поверхности труб. Оценено влияние микроструктуры сталей и содержания в них хрома на коррозионную стойкость в условиях транспортировки СО2-содержащего газа по трубопроводам.

Для высокопрочных среднелегированных мартенситных и бейнитно-мартенситных сталей, находящихся в различном структурном состоянии, были определены критические значения J-интеграла и получена устойчивая их корреляция с результатами испытаний на растяжение образцов с кольцевой глубокой выточкой. Для обоснования этой корреляции использована предложенная в предшествующих работах формулировка локального критерия хрупкого разрушения в статистической постановке как энергетического условия распространения микротрещины через большеугловые границы зерен. Анализируется связь параметров, используемых в предложенном локальном критерии разрушения, со структурными характеристиками материала и прогнозная способность предложенной модели для определения температурных зависимостей трещиностойкости.

Для геометрически сложных конструкций атомных энергетических установок обоснование циклической прочности на основе современных подходов является трудоемким и ресурсоемким процессом. С практической точки зрения в нормативных документах по обоснованию прочности конструкций атомной энергетики предлагается довольно упрощенный подход. В настоящей работе численно обоснована неприменимость такого подхода для случая с неизотермическим циклическим нагружением. В связи с этим разработана новая эффективная методика оценки усталости конструкций в условиях изотермического или неизотермического циклических нагружений. На основе численных упругопластических расчетов классических задач деформирования цилиндрических стержней с глубокими кольцевыми надрезами различной остроты подтверждена эффективность разработанной методики.

Представлена информация об исследовании эталонных образцов пористости алюминиевого литейного сплава силумин методом рентгеновской компьютерной томографии. Проведенные теоретические расчеты и эксперименты в перспективе ставят перед собой цель разработать рентгеновскую томографическую шкалу газовой пористости, которая была бы абсолютно адекватной результатам металлографии. В настоящее время широко используется рентгенографическая шкала пористости, по которой оператор визуально сравнивает эталонную рентгенограмму с рентгенограммой объекта контроля. Подобная оценка качества неразрушающего контроля субъективна и определяется опытом и физическим состоянием производящего контроль оператора, качеством рентгенографических изображений. Рентгеновская компьютерная томография эталонных образцов пористости, обеспечивая количественные показатели пористости, полностью исключает субъективный фактор.

Основной тенденцией при разработке химических составов сварочных материалов для сварки высокопрочных сталей является применение сложных систем легирования и раскисления, сочетающих легирующие, микролегирующие, раскисляющие и модифицирующие элементы, которые невозможно ввести в проволоки сплошного сечения. Получение оптимального количества игольчатого феррита в микроструктуре металла шва, а также обеспечение высокого уровня механических свойств может быть достигнуто путем контролируемого введения титана или титана с бором. Для обеспечения наиболее высокого уровня прочности и пластичности при комплексном микролегировании порошковых проволок содержание титана должно составлять порядка 0,04%, бора – 0,003%.

Представлены результаты исследования организации структуры и свойств биметаллических образцов системы медь – нержавеющая сталь, полученных методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии. Выявлены особенности формирования соединения разнородных материалов. Обнаружены неоднородности распределения меди и стали на границе раздела с формированием локальных областей механической смеси за счет перемешивания компонентов в жидком состоянии. Форма медных частиц в области механической смеси является свободной, близкой к сферической. Однородная и бездефектная структура переходной зоны между компонентами образца обеспечивает достаточно высокий уровень механических свойств, находящийся между свойствами меди и стали, который соответствует уровню свойств аналогичных материалов в литом состоянии.

Рассматривается связь физических и акустических характеристик стеклопластиков, изготовленных с использованием различных армирующих материалов и методов формования. Отрабатывается скорректированная методика контроля и расчета коэффициентов связи скорости ультразвука с плотностью и модулями упругости на различных видах стеклопластиков и проводится сравнительная оценка полученных результатов.