Рассмотрено влияние модифицирования редкоземельными металлами и кальцием на литую структуру стали марки 10Х16Н25М2Т-ВИ. Показано, что введение в сталь редкоземельных металлов и кальция обеспечивает получение наибольшего количества рекристаллизованных зерен G₅ в результате проведения имитации операции осадки на установке Gleeble 3800 при температуре 1180°С со скоро стью деформации 0,03 с^–1.

Высокохромистые стали мартенситного класса выступают перспективным материалом для изготовления элементов энергоблоков тепловых электростанций, способных работать при суперсверхкритических параметрах пара (температура 600–620°С, давление 25–30 МПа). Для оценки характеристик длительной прочности таких материалов требуются достаточно продолжительные испытания, временные рамки которых могут достигать нескольких десятков лет. В настоящем исследовании поднимается вопрос о целесообразности и допустимости повышения температуры испытаний на ползучесть в лабораторных исследованиях для адекватного прогнозирования длительных свойств при более низких температурах на примере 12%-ной хромистой стали с низким содержанием азота и высоким содержанием бора. Оценка допустимости повышения температуры испытания до 675°С исходила из постулата о сохранении механизма деформации при ползучести, механизма разрушения и закономерностей эволюции структуры и фазового состава по сравнению с результатами испытаний при более низкой температуре (650°С). Анализ полученных данных выявил, что при повышении температуры испытания до 675°С основной механизм деформации при ползучести – высокотемпературное переползание дислокаций посредством объемной диффузии – и внутризеренный вязкий механизм разрушения сохраняются, как при 650°С, несмотря на появление переломов на кривых длительной прочности. Анализ микроструктуры после испытаний на ползучесть также показал, что основные температурно-временные зависимости роста ширины реек и среднего размера частиц вторичных фаз могут быть описаны кривыми с одинаковыми коэффициентами для различных температур испытания. Следовательно, температуру 675°С можно рекомендовать для ускорения лабораторных испытаний на ползучесть высокохромистых сталей.

Исследована структура листового проката из хладостойких судостроительных сталей повышенной и высокой прочности, широко востребованных для строительства морской техники арктического применения, в первую очередь мощных атомных ледоколов. Для исследования структуры использованы современные методики количественной оценки параметров структуры с помощью оптической металлографии, дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD-анализа) и просвечивающей электронной микроскопии. Показаны основные структурные особенности, оказывающие влияние на характеристики работоспособности листового проката в зависимости от уровня прочности и технологии производства. Установлена взаимосвязь хладостойкости и трещиностойкости со структурой листового проката больших толщин из судостроительных сталей различных уровней прочности.

Методами современного физического материаловедения проведены исследования структурно-фазового состояния и элементного состава переходной зоны контакта системы плазменное покрытие (быстрорежущая молибденовая сталь) – подложка (среднеуглеродистая сталь). Установлено, что переходный слой толщиной ≈100 мкм содержит α-фазу, γ-фазу, карбиды сложного состава Me₂₃C₆, Me₆C, а также MoC и цементит. Структура переходного слоя представлена пакетным и пластинчатым мартенситом, прослойками аустенита и наноразмерными частицами цементита. Зона контакта покрытие – подложка не содержит микропор и микротрещин. Нанотвердость и модуль Юнга плавно изменяются при удалении от покрытия и подложки, формируя демпфирующий слой вдоль поверхности контакта, что позволяет говорить о высокой работоспособности системы плазменная наплавка – подложка.

Объектом исследования является изучение влияния температуры отжига на механические свойства сплава Ti_49,0Ni_51,0 в крупнозернистом и ультрамелкозернистом (УМЗ-1 и УМЗ-2) состояниях. В ходе исследования были выявлены зависимости влияния исходной структуры сплава Ti_49,0Ni_51,0 и структуры сформировавшейся в процессе старения в широком диапазоне температур, на механические характеристики сплава. Были проведены исследования с целью изучения зависимости свойств от вида обработки. Были исследованы микроструктура с помощью оптической и просвечивающей микроскопии, механические свойства, а также проведен фрактографический анализ. Установлено, что температура отжига в значительной степени влияет на механические характеристики сплава Ti_49,0Ni_51,0. При проведении отжига в диапазоне температур старения и при более высоких температурах наблюдается снижение предела прочности и повышение пластичности. Проведение интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования позволило достичь высоких значений предела прочности и предела текучести без снижения пластичности.

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации при выдавливании титанового сплава ПТ-7М с последующей холодной радиальной ковкой на формирование структуры материала. Определены оптимальные режимы термической обработки для формирования регламентированной мелкозернистой структуры в материале. Показано, что радиальная ковка горячепрессованной заготовки позволяет сформировать однородную мелкозернистую заготовку.

Представлены экспериментальные образцы из титановых сплавов, полученные методами проволочной электронно-лучевой и электродуговой аддитивных технологий. Кратко описаны некоторые методы управления процессом для контроля дефектов с точки зрения факторов, влияющих на динамику ванны расплава, включая контроль термических условий процесса во время 3D-печати. В рамках исследования проведен комплексный анализ результатов получения образцов для определения наиболее оптимального метода с точки зрения бездефектности, достижения подходящей структуры и оптимальных механических свойств образцов на основе титановых сплавов. Скорость изготовления образцов ЭДАП (электродуговое аддитивное производство) и средние значения механических свойств образцов ЭДАП почти в 1,5 раза выше, чем образцов ЭЛАП (электронно-лучевое аддитивное производство), однако боковая поверхность образцов ЭЛАП имеет более плоскую поверхность. Практическая значимость заключается в определении предпочтительного способа эффективного производства и повышения конкурентоспособности изделий на основе титановых сплавов.

Представлены результаты исследования микроструктуры, твердости, фазового состава и кристаллического строения фаз сплавов ниобия, легированных танталом, гафнием, цирконием и иттрием, после термической обработки в диапазоне температур от 500 до 1200°C при длительности 1 ч. Изучены сплавы с различным химическим составом: Nb–7,5%Ta–1%Hf, Nb–7,5%T–1%Zr и Nb–7,5%Ta–0,2%Zr–0,003%Y. Полученные данные позволяют оптимизировать режимы термической обработки сплавов для достижения требуемых механических свойств, а также для улучшения технологичности производства сверхпроводящих материалов на основе Nb₃Sn.

Цеолиты представляют интерес как наполнители полимеров и строительных материалов, так как они обладают высокой термической, химической и механической стойкостью. Кроме того, эти алюмосиликаты имеют развитую удельную поверхность с большим количеством активных центров. Мезопористая структура исследуемых нами цеолитов характеризуется относительно широким и мономодальным распределением пор по размерам с максимумом в диапазоне 10–14 нм, что свидетельствует о неоднородности мезопор этих алюмосиликатов. На основе анализа изотерм низкотемпературной адсорбции – десорбции азота установлено, что пористость вулканического цеолита растет с уменьшением размера его частиц. Общий объем пор в активированном цеолите практически в два раза больше, чем в вулканическом, независимо от размера их частиц. Это обусловлено различием их фазового состава, так как основным компонентом активированного цеолита является кальцит, а вулканического – клиноптилолит.

Методом поверхностно-селективного лазерного спекания изготовлены образцы из биосовместимых и биорезорбируемых микрочастиц полилактида с различным содержанием влаги: лиофилизированных, необработанных, с увлажненной поверхностью и с хитозановым гидрофильным покрытием. Исследована морфология поверхности полученных полимерных структур. Спекание проводилось лазером λ = 1,96 мкм при плотности энергии 6–22 Дж/см². При повышении плотности энергии увеличивается толщина слоев, повышается степень спекания и снижается пористость. Лучший результат для тканевой инженерии по стабильности показали микрочастицы с хитозановым покрытием, спеченные при плотности энергии 22 Дж/см².

Представлен комплексный подход к отбору углеродных кремнийсодержащих электродов для использования их в составе суперконденсаторов. С привлечением методов спектроскопии комбинационного рассеяния света, теории функционала плотности и анализа пористости исследованы структурные характеристики материалов электродов, синтезированных методом электрохимического осаждения. Предложены подходы, основанные на выявленных взаимосвязях между структурными и функциональными характеристиками, позволяющие осуществлять первичный отбор электродов. Эффективность методики подтверждена сравнением функциональных характеристик отобранных электродов с имеющимися аналогами. Показано, что электроды, отобранные с помощью разработанной методики, превосходят аналоги по значениям емкости и ее сохранению при наименьшем времени разряда.

Приведены результаты испытаний слоистых алюмостеклопластиков на стойкость к ударным нагрузкам. Рассмотрены методики сравнительных испытаний на удар, приведена оценка сопротивления удару различных композиций слоистых алюмостеклопластиков марки СИАЛ, изучено влияние ряда структурных факторов на сопротивление удару с микроанализом характера разрушения. Проведенные исследования позволили определить критерии оценки поведения алюмостеклопластиков при ударных воздействиях, а именно: энергии удара при повреждениях различной степени, остаточной прочности, механических свойств, характера повреждений и вида изломов при микроструктурном анализе.

Полифениленсульфид (ПФС) находит все большее распространение благодаря своим уникальным физико-химическим и термическим свойствам в совокупности с невысокой стоимостью и возможностью применения в 3D-печати. Создание композиций на основе ПФС это хороший способ получить высокий уровень свойств напечатанных изделий. В настоящей работе были получены филаменты на основе ПФС и изучены свойства напечатанных ими изделий. Методом экструзии были получены филаменты десяти разных составов, содержащие стекловолокно, кварцевую муку или их комбинации. Филаментами напечатаны образцы для испытаний на растяжение, ударную вязкость по Изоду без надреза и температуру изгиба под нагрузкой. На основании результатов испытаний выбрана наиболее оптимальная рецептура филамента, а также проанализированы свойства филаментов других составов.

Исследована совместимость аппретирующих композиций на основе полиамидокислот различного строения с суперконструкционными полимерами: полифениленсульфидом (ПФС) и полисульфоном (ПСФ). Адгезионная прочность в композитах на основе аппретированного волокна и ПФС, аппретированного волокна и ПСФ была определена экспериментально при помощи метода pull-out (вытягивание волокна из блока матрицы). Результаты испытаний показали, что экспериментальные образцы сопоставимы по прочности с композитами, полученными на основе волокна, обработанного коммерчески доступными аппретирующими составами. Максимальное значение адгезионной (межфазной) прочности при сдвиге (IFSS) составило 103,8 МПа для матрицы ПФС и 87,6 МПа для матрицы ПСФ.

Исследовано влияние сверхэлектропроводного технического углерода СН1000 на структуру и свойства полимерных композиционных материалов на основе полиэтилена высокой плотности HD 03490 PE. Выявлено два типа структуры, определяющие свойства композитов. Первый тип формируется в малонаполненном композите: наполнитель образует слабопроводящую сеть и в то же время армирует композиты, повышая их жесткость. Второй тип формируется при повышенном содержании наполнителя: образуются электропроводящие армирующие композит цепочки из контактирующих между собой частиц наполнителя. Критическая концентрация наполнителя в композите, определяющая переход от первого типа структуры ко второму, соответствует 8–10 мас.% технического углерода.

Строительные конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ) уже нашли свое применение в строящихся объектах в зоне умеренного климата и все чаще используются при строительстве зданий и сооружений в зонах многолетнемерзлых грунтов (ММГ) Канады, США и ряда других стран. Однако почти полностью отсутствует информация о сохраняемости структуры и свойств ПКМ в условиях экстремально низких температур, высокой агрессивности внешней среды и добываемых продуктов. В Российской Федерации отсутствует нормативно-техническая документация по условиям применения ПКМ в зоне холодного климата, что не позволяет рекомендовать ПКМ при обустройстве нефтегазовых месторождений в зоне ММГ. В настоящей работе приведены результаты комплексных исследований по оценке деградации структуры и свойств базальтопластиков и изделий из них в условиях Арктического и Субарктического регионов РФ и по разработке справочной базы данных о свойствах ПКМ при длительной эксплуатации в условиях холодного климата.

Методом селективного лазерного сплавления (СЛС) изготовлены образцы из нержавеющих сталей AISI 321 и AISI 316L. Проведены испытания образцов в исходном состоянии и после термической обработки, выполненной по режимам: СЛС + аустенитизация; СЛС + провоцирующий нагрев; СЛС + аустенитизация + провоцирующий нагрев, на межкристаллитную коррозию по ГОСТ 6032–2017 (метод АМУ). Установлено, что стойкость к межкристаллитной коррозии (МКК) образцов из исследуемых нержавеющих сталей обеспечивает аустенитизация. При остальных режимах в зависимости от содержания углерода и элемента-стабилизатора (титана), а также от структуры металла, сформированной в процессе СЛС и термической обработки, образцы могут проявлять склонность к МКК.

Проведены экспериментальные исследования по определению трещиностойкости и скорости роста усталостной трещины в облученной аустенитной стали марки 08Х18Н10Т после эксплуатации в составе ВКУ ВВЭР-440 в течение 45 лет. Исследован металл трепанов из этой стали, вырезанных из выгородки реактора, имеющий повреждающую дозу от 14,4 до 43,0 сна.

Испытания по определению трещиностойкости проведены в диапазоне температур от –100 до 300°C, а испытания по определению скорости роста усталостной трещины – в диапазоне от 20 до 300°C. Определены зависимости трещиностойкости и скорости роста усталостной трещины от температуры испытаний и повреждающей дозы. Обнаружено, что резкое снижение трещиностойкости и повышение скорости роста усталостной трещины происходит при переходе от классического вязкого или усталостного разрушения к смешанному характеру разрушения, включающему межзеренное. Выявлена роль мартенситного превращения при испытании образцов и генерации гелия в стали при ее облучении в реакторе ВВЭР. Эта роль проявляется в реализации межзеренного разрушения при температурах испытаний, когда реализуется мартенситное превращение в сочетании с ослабленными границами зерен гелием. Предложена качественная модель, объясняющая полученные результаты.