Низколегированные судостроительные и трубные стали в настоящее время поставляются после термомеханической обработки, при которой в зависимости от легирования формируется ферритноперлитная или ферритно-бейнитная структура. В процессе термомеханической обработки в стали создается и затем при охлаждении фиксируется большое количество дефектов, что делает кристаллическую структуру неравновесной и приводит к неравномерному распределению атомов углерода и азота. Существует вероятность деградации свойств стали с неравновесной структурой при технологических обработках (холодной правке, гибке, сварке), в процессе эксплуатации или длительного хранения. Выполнены исследования влияния режимов деформационного старения на механизм разрушения стали и поиск путей предотвращения охрупчивания вследствие старения.

Исследована микроструктура, определены наличие и качественный состав неметаллических включений, проведены механические испытания проката промышленной плавки высокопрочной судостроительной стали с концентрацией кальция в ковшевой пробе 0,009%. В связи с тем, что сталь с высокой концентрацией кальция загрязнена множеством оксидных строчечных включений, резко снижаются механические свойства проката (ударная вязкость, пластичность в Z-направлении, качество излома технологических проб). Для обеспечения высокой чистоты высокопрочной судостроительной стали по неметаллическим включениям необходимо соблюдать строго регламентированную технологию раскисления алюминием и модифицирования феррокальцием с получением содержания этих элементов в металле в рекомендованных ранее пределах – 0,01–0,02 и 0,002–0,004% соответственно.

Исследовано влияние углерода в пределах от 0,008 до 0,18 мас. % на температуру полного полиморфного превращения, микроструктуру и механические свойства титанового псевдо-α-сплава системы Ti–6,2Al–Sn–Zr–(2,19–3,53) Mo^eq–(0,18–0,28) Si–(0,008–0,18)С. Введение углерода в сплав можно осуществить с использованием титановой губки марки ТГУ или промышленных лигатур АМНТУ и АВТУ. Исследования, проведенные на поковках с глобулярно-пластинчатой микроструктурой шести опытных плавок, позволили установить оптимальный уровень легирования сплава углеродом. При введении углерода в пределах растворимости в α-твердом растворе (до 0,08 мас. %) повышается жаропрочность материала, однако большего эффекта можно достичь при увеличении содержания кремния. Влияние углерода в пределах растворимости на кратковременную прочность титанового псевдо-α-сплава при комнатной температуре незначительно, а влияние углерода на ударную вязкость отрицательное. Для выбранного уровня легирования углеродом при прочности σ_в²⁰ = 1165–1180 МПа ударная вязкость остается на приемлемом уровне – KCU = 330–381 кДж/м² . Допускается проведение горячей деформации сплавов исследованной системы в процессе свободной ковки на молоте при относительно низких температурах двухфазной области.

Приведены результаты исследования сплава системы Co–Cr–Si–B с целью получения порошковых материалов и функциональных покрытий на его основе. Показано, что при введении в сплав редкоземельных элементов – иттрия, лантана и церия образуются нанокристаллические выделения, существенно повышающие микротвердость покрытия.

Разработан способ получения порошкового материала системы ферромагнетик – диамагнетик, предназначенного для изготовления композиционных радиопоглощающих материалов и покрытий в диапазоне сверхвысоких частот. Композиционный порошковый материал с полимерной диамагнитной матрицей, армированной ферромагнитным нанокристаллическим упрочнителем, получают методом сверхскоростного механосинтеза. Разработанная технология сверхскоростного механосинтеза позволяет получать порошковую композицию, в которой каждая частица представляет собой единую механически связанную систему, одновременно обеспечивается снижение степени аморфности (не более 80%) за счет сохранения доли нанокристаллических выделений в аморфной матрице и соответственно повышение магнитной проницаемости (до 90 и более). Полученный таким образом композиционный порошок системы ферромагнетик – диамагнетик предназначен для получения радиопоглощающих материалов с высокой эффективностью экранирования и большим значением коэффициента поглощения (не менее 25 дБ) в диапазоне частот от 1 МГц до 40 ГГц.

Приведены результаты исследований по получению композиционного наноструктурированного порошка из сплава системы Co–Cr–Si–Zr–TiB₂–BN и функциональных покрытий на его основе с высокими показателями микротвердости и коррозионной стойкости.

Разработан сплав на основе кобальта с содержанием 20–26%Co, 17,4–21,1%Cr, 2,6–4,9%Si, 3–5% Re, 4–6%Zr, 0,2–0,6%Ce, 0,1–0,5%La, 0,3–0,7%Y, 2–4%Al для нанесения защитных покрытий на элементы прецизионного машиностроения с адгезией 42–45 МПа, микротвердостью 3,6 ГПа, коррозионной стойкостью, соответствующей 1 классу, в диапазоне рабочих температур от –60 до 550°С.

Разработан технологический процесс восстановления и ремонта деталей и узлов машин методами сверхзвукового холодного газодинамического и микроплазменного напыления: для стальных изделий с использованием композиционного порошка на основе фехрали Fe–Cr–Al, поверхностно армированного частицами карбида вольфрама, а для изделий на основе никеля и титана – с использованием композиционного порошка из сплава системы Ni–Cr–Mn–Sn–Si–W–Re–(Ce, La, Y), поверхностно армированного нанопорошком из корунда. Достигнуты высокая твердость наносимого покрытия, коррозионная стойкость и износостойкость. Приведены конкретные примеры восстановления деталей и узлов с использованием предлагаемых порошковых материалов и технологий сверхзвукового холодного газодинамического и микроплазменного напыления.

С целью обоснованного выбора виброизоляционных материалов для изготовления амортизаторов проведены сравнительные испытания различных эластомеров по нескольким критериям. Представлены результаты сравнительных испытаний полиуретановых эластомеров трех торговых марок по двум параметрам. В качестве критериев оценки выбраны модуль внутреннего трения и тангенс угла потерь эластомерных материалов при знакопеременном изгибе с вращением. Отмечена высокая стабильность физико-механических свойств исследуемых полиуретановых эластомеров во всем диапазоне частот механических колебаний.

Поликонденсацией эквимолекулярных количеств бис-имидоилхлоридов с бис-фенолами в среде органических растворителей синтезированы иминоаналоги полиарилатов – полиимидаты. Полученные полимеры растворимы в амидных растворителях, растворителях фенольного типа и тетрахлорэтане, характеризуются большим интервалом между показателями тепло- и термостойкости, что открывает широкие возможности для переработки полиамидинов в изделия современными промышленными методами. Механическая прочность пленочных материалов из полиимидатов составляет 65–90 МПа, наблюдается явно выраженная зависимость деформационно-прочностных показателей от величины молекулярной массы полимера. Несмотря на то, что полиимидаты представляют интерес как промежуточные полимерные интермедиаты при синтезе полиарамидов, они обладают собственным комплексом высоких термических и деформационно-прочностных показателей, что делает их перспективными в качестве адгезивов, пленочных материалов, волокон и слоистых пластиков. Одним из наиболее важных в практическом отношении свойств пленочных материалов на основе ПИД является их протонная проводимость после допирования в растворе ортофосфорной кислоты, что позволяет использовать данные полимеры в качестве мембран при конструировании топливных элементов водородной энергетики.

Рассмотрена возможность использования гибридной ткани, изготовленной из высокомодульного углеродного жгута ЖГВ и высокопрочного арамидного жгута Русар-НТ для армирования полимерного композиционного материала. Приведены результаты определения физико-механических характеристик гибридного композиционного материала и значения коэффициентов реализации прочности и модуля упругости углеродных и арамидных волокон в составе композиционного материала.

Исследовано влияние печного технического углерода N121 и N326, окисленного активными формами кислорода, на свойства резин на основе бутилкаучука в сравнении с влиянием канального технического углерода К 354. Установлено, что введение окисленных образцов технического углерода в состав резиновых смесей позволяет увеличить время начала подвулканизации резиновых смесей от 8,82 до 11,17 мин, повысить уровень условной прочности при растяжении от 15, 52 до 16,68 МПа. Применение в резинах на основе бутилкаучука в качестве наполнителя технического углерода N121 или N326, окисленного 30%-ным пероксидом водорода, позволяет получить резины с поверхностной энергией, близкой по свойствам к резине, наполненной техническим углеродом К 354.

Приведены результаты исследования влияния температуры отпуска на параметры статической прочности и трещиностойкости конструкционной особо высококачественной стали 38ХН3МФА-Ш. Проведено исследование рельефа поверхности разрушения методом электронного фрактографического анализа после термической обработки. Обнаружена связь характеристик изломов с критическим коэффициентом интенсивности напряжений. Исследовано влияние температуры отпуска на скорость ультразвуковых объемных волн. Найдена линейная связь между скоростью упругих волн и критическим коэффициентом интенсивности напряжений стали. Полученная зависимость позволяет провести оценку изменения трещиностойкости стали неразрушающим методом контроля при вариации температуры отпуска. Методом электронной фрактографии проведен анализ изломов образцов с трещиной. Исследования рельефа поверхности разрушения после различных режимов термической обработки показали, что микрорельеф представлен уплощенными ямками-конусами. Повышение температуры отпуска сопровождается увеличением диаметра ямок-конусов на поверхности разрушения. Между параметром трещиностойкости и диаметром ямок установлена квадратичная зависимость. Показано, что вклад структурного состояния матрицы феррита в значение трещиностойкости намного более весомый, чем вклад обособленных карбидов. Измерены скорости упругих волн в стали, установлено, что их значение возрастает с повышением температуры отпуска. Сделан прогноз характеристик прочности и трещиностойкости конструкционной стали при высоких отпусках по значениям скорости поперечных волн. Отклонение спрогнозированных значений трещиностойкости K1C и предела прочности σв от экспериментальных составляет не более 5,4 и 12,6% соответственно.

Реализация крупномасштабных проектов освоения Арктики неизбежно требует участия как российских, так и иностранных производителей морской техники и, соответственно, применения как отечественных, так и зарубежных сталей. В связи с этим целесообразно сопоставить порядок назначения отечественных и зарубежных нормативных требований к сталям, предназначенным для эксплуатации при низких климатических температурах, и металлу сварных соединений, и проанализировать теоретическую и экспериментальную обоснованность этих требований. Это особенно важно в связи с тем, что различия в требованиях к качеству металла могут служить инструментом для оттеснения российских производителей металлопродукции от участия в международных проектах.

Приведены результаты исследования процессов коррозионного растрескивания под напряжением малоуглеродистых низколегированных сталей с разным уровнем старения. Показано, что с повышением уровня старения снижается предел макроупругости стали и длительность инкубационного периода коррозионного растрескивания при одинаковых номинальных напряжениях. Это может быть объяснено тем, что предел макроупругости определяет начало микропластического течения в материале, активно влияющего на процесс коррозионного растрескивания под напряжением. Отмечено, что зависимость напряжения, достаточного для зарождения трещины, на выбранной базе испытаний от уровня старения имеет трехстадийный характер. На основании теории дефектов предложено обоснование такого поведения исследуемой характеристики.

Изучено комплексное влияние различных факторов на процесс очистки латуни марки Л-68, применяемой для изготовления теплообменного оборудования, от продуктов коррозии. При использовании в качестве рабочего раствора кислот различной силы было установлено, что скорость процесса очистки зависит от природы кислоты и ее начальной концентрации. При применении сильных кислот рекомендуется использовать рабочий раствор с малыми концентрациями и последующим увеличением их в процессе очистки. При дополнительном вводе в систему кислорода и повышении температуры рабочего раствора повышается скорость очистки латуни. Процесс удаления продуктов коррозии протекает без существенных изменений конфигурации поверхности, а, следовательно, без расходования металла.

Рассматриваются результаты исследований по выбору материала нижнего радиального подшипника насоса, предназначенного для обеспечения циркуляции теплоносителя свинец – висмут. Циркуляция жидкого теплоносителя обеспечивается вертикальным осевым насосом, имеющим «длинный» вал. В подобной конструкции необходимо предусмотреть установку нижнего подшипника, смазка которого должна осуществляться теплоносителем свинец – висмут. В результате анализа условий работы осевого насоса нижний подшипник было решено выполнить по схеме подшипника скольжения гидродинамического типа. Материалы пар трения в таком подшипнике должны выдерживать нагрузки, возникающие при эксплуатации насоса в агрессивной среде теплоносителя свинец – висмут. На основании изучения литературных данных и экспериментального исследования коррозионной и тепловой стойкости в среде свинец – висмут для изготовления радиального подшипника насоса были выбраны неметаллические материалы – керамика и композиционный материал на основе углерода.

Проведен анализ механизмов, потенциально оказывающих влияние на коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) облученных аустенитных сталей в среде теплоносителя I контура легководных реакторов типа PWR и ВВЭР. На основании анализа и обобщения литературных и оригинальных данных определен критерий инициации КРН. Сформулированы условия, необходимые для развития межзеренной трещины по механизму КРН. Рассмотрена природа низкотемпературной ползучести облученных аустенитных сталей и предложены уравнения, ее описывающие. На основании сформулированного критерия зарождения зернограничных микротрещин и полученных уравнений ползучести разработана модель инициации КРН.

На основании полученных и имеющихся в литературе экспериментальных данных определены коэффициенты, параметры и функции, входящие в определяющие уравнения модели, разработанной в первой части настоящей работы. Проведена верификация модели. Показано, что модель позволяет адекватно прогнозировать зависимость порогового напряжения σ ^IASCC_th (ниже которого коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) при любой продолжительности испытаний не происходит) от дозы нейтронного облучения, а также рассчитать время инициации КРН при напряжениях, превышающих σ^IASCC_th.

Рассмотрены основные методические особенности исследования кинетики роста усталостных трещин при испытании облученных малоразмерных образцов. Исследовано влияние остроты исходного надреза на кинетические диаграммы роста длинных усталостных трещин в образцах. На базе проведенных экспериментальных исследований выполнена оценка размеров зоны влияния концентратора напряжений в зависимости от его типа в применяемых малоразмерных образцах. Выполнен краткий литературный обзор основных проблем при исследовании кинетики роста коротких усталостных трещин. Сформулированы задачи дальнейших исследований.