Статьи

Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведен сравнительный количественный анализ изменения фазового состава, дефектной субструктуры и перераспределения атомов углерода рельсов доэвтектоидной стали после длительной эксплуатации и деформации сжатием. Исследования рельсов проводились на разном расстоянии от поверхности катания в головке по разным направлениям, а сжатие осуществлялось до степеней 15, 30, 50 %. Показано, что длительная эксплуатация рельсов и деформация сжатием сопровождаются фрагментацией, причем, при выбранных режимах этот процесс идет интенсивнее при сжатии, чем при длительном нагружении. При анализе процесса фрагментации цементитных пластин привлечены представления об одновременном протекании механизмов разрушения движущимися дислокациями и растворения. Из зависимостей изменения объемных долей углерода в цементите и на дефектах кристаллической решетки от выбранных условий нагружения сделано заключение о преимущественной роли деформации сжатием по сравнению с процессом длительной эксплуатации. Выявлены физические причины немонотонного изменения скалярной и избыточной плотности дислокаций от степени деформации при сжатии и расстояния от поверхности головки по центральной оси и радиусу скругления выкружки и более высокие значения скалярной плотности дислокаций по сравнению с избыточной плотностью.

В работе представлены результаты 3D моделирования распределения и накопления дислокаций и малоугловых границ в объеме металлического ГЦК-монокристалла в процессе деформации одноосным сжатием. Расчеты выполнены в модели синтеза дислокационной кинетики и механики деформируемого твердого тела для случаев деформации без учета и с учетом сил торцевого трения. Приведены картины распределения интенсивности пластических деформаций, плотности дислокаций, плотности малоугловых границ в плоскости центрального продольного сечения деформируемого прямоугольного образца. Выявлены три области деформируемого объема кристалла, отличающиеся накоплением деформационных дефектов при наличии сил торцевого трения: торцевая часть кристалла, участки кристалла, прилегающие к свободной поверхности, и центральная часть. Проведена статистическая оценка степени однородности распределения деформационных дефектов в деформируемом объеме.

В работе были получены объемные композитные биоразлагаемые материалы из нанопорошка системы Fe-Cu и гидроксиапатита (ГА). Образцы производились методом аддитивного формирования на основе экструзии материалов. Варьирование порошковой и полимерных частей в фидстоке привело к изменению структурных и механических свойств полученных композитов. Повышение полимерной составляющей в исходном фидстоке от 50 до 60 масс. % способствует уменьшению пористости полученных композитов от 20,6 до 8,9 %. При этом образцы 45Fe-Cu-ГA характеризовались наиболее высокими механическими свойствами в испытании на растяжение: предел текучести σ0,2=110 МПа и предел прочности σв=150 МПа. При этом модуль Юнга у всех образцов сплава близок к значению модуля кортикальной костной ткани (≈ 15 ГПа). Исследование микротвердости показало превышение значений данного параметра чистого железа более чем в 2 раза. Коррозионные испытания продемонстрировали, что добавление минимального количества полимерной части (50Fe-Cu-ГA) показало самую высокую скорость коррозии, что делает его более привлекательным для его применения при изготовлении биоразлагаемого имплантата.

Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии на тонких фольгах проведены исследования влияния металла наплавки, выполненной сварочной проволокой типа 35Х5ГФНВМ, на структуру подложки из стали 20. Выполнен количественный анализ изменения тонкой структуры материалов подложки и наплавки на различном расстоянии (0,5 и 3,0 мм) от линии сплавления. Определены морфологические составляющие структуры, их объемная доля и фазовый состав. Установлено, что в исходном состоянии сталь 20 представлена пластинчатым перлитом и ферритом. Наплавка сварочной проволокой привела к существенному разрушению пластинчатого перлита, полной фрагментации феррита, выделению мелких частиц цементита на границах и в стыках фрагментов феррита, созданию упруго-напряженного состояния матрицы стали и упрочнению подложки в 1,5 раза.

Поиск и расчетное обоснование новых материалов для ответственных элементов измерительных приборов ведется в современных условиях с применением методов компьютерного моделирования. В статье представлены результаты разработки компьютерной модели для оценки неравномерного температурного поля в поверхностном слое электрического контакта, возникающего из-за выделения Джоулева тепла в предположении неровной поверхности соприкосновения. Предложена концепция микроконтактных точек, пиковое повышение температуры в которых приводят к деградации контактных материалов за счет изменения фазового состава и эффектов упорядочения атомов в кристаллической решетке. Выполнены вычислительные эксперименты с использованием авторской программы, процессор которой использует метод конечных элементов.

В работе представлены результаты исследований свойств покрытий, формируемых в дисперсных электролитах с наночастицами пентаоксида тантала. Полученные данные свидетельствуют о биоактивности и биосовместимости исследуемых покрытий. Наночастицы пентаоксида тантала действуют как центры зародышеобразования фосфатов кальция и существенно ускоряют образование гидроксиапатита и его предшественников на поверхности покрытия. Более высокая шероховатость поверхности образцов и наличие агломератов частиц пентаоксида тантала способствуют повышению скорости формирования слоя апатитов вокруг агломератов по сравнению с базовым ПЭО-покрытием. Подобные свойства делают данные покрытия перспективными для защиты биорезорбируемых имплантатов на основе магниевых сплавов. Согласно in vivo исследованиям на покрытиях содержащих наночастицы Ta2O5, морфология клеток, аналогична контрольным образцам, что свидетельствует о хорошей биосовместимости покрытий. Результаты как СЭМ, так и гистологического анализа демонстрируют высокую биосовместимость образцов с пентаоксидом тантала. Морфология таких покрытий облегчает адсорбцию белков плазмы крови, что способствует врастанию ткани по сравнению с чистым сплавом магния. Покрытия предотвращают непосредственный контакт магниевого сплава с коррозионной средой, существенно снижая интенсивность коррозионного разрушения, что предохраняет прилегающие ткани от повреждений и отслоений, вызванных скоплением газов и чрезмерным подщелачиванием окружающей имплантат среды, и обеспечивает положительный иммунный ответ. Исследования антибактериальных свойств покрытий с наночастицами Ta2O5 не выявили наличия зоны подавления роста бактерий в чашках Петри. Однако пентаоксид тантала мешает образоваться бактериальной пленке на поверхности имплантата, предотвращая бактериальную адгезию, значительно снижая риск развития имплантат-ассоциированных инфекций.

Методами, просвечивающие электронный микроскопии выполнен анализ субструктуры цемента в головке длинномерных рельсов специального назначения категории ДТ400ИК из заэвтектоидной стали после длительной эксплуатации на экспериментально на кольце РЖД (пропущенный тоннаж 187 млн. тонн). Показано, что после эксплуатации пластины цементита искривляются и разделяются ферритными мостиками. В пластинах феррита и цементита формируется дислокационная субструктура: хаотически распределенного и сеченого типа в феррите и упорядоченная в цементе. Отмечена повышенная плотность дислокаций на межфазных границах феррит-цементит по сравнению с объемом ферритных пластин. Указаны два возможных механизма деформационного преобразования зерен пластинчатого перлита: разрушение пластин цементита и вытягивание углерода из решетки карбидной фазы. Указано, что вынос углерода из цементитных пластин происходит наиболее интенсивно вблизи дефектов феррите и цементите. Образованные наноразмерные частицы третичного цементита распределены в ферритных пластинах неравномерно, большая их часть наблюдается в местах расположения ферритных субзерен и межфазных границ. Это приводит к неоднородному дифракционному контрасту на темнопольных изображениях цементных пластин. Выявлена фрагментация пластин феррита и цементита и оценены азимутальные составляющие углов полной разориентации. По всем установленным закономерностям преобразования субструктуры цементита осуществлено сравнение с результатами для рельсов из доэвтектоидной стали.

Исследование посвящено изучению влияния гафния на антирекристаллизационные свойства сплава 1570. В процессе исследования сплав 1570 и его модификации, содержащие 0,2 % и 0,5 % масс. гафния, исследовались в литом и гомогенизированном состояниях при помощи просвечивающей электронной микроскопии. В результате выявлено, что легирование гафнием 0,2 % масс. при отжиге в течение 4 часов при температуре 370 °С приводит к снижению объема выделившихся частиц по сравнению со сплавом 1570. При повышении концентрации гафния до 0,5 % количество частиц продолжает уменьшаться. Теоретические расчеты тормозящей и движущей сил рекристаллизации показывают, что в сплавах, содержащих гафний 0,5 % масс., при высоких параметрах Холомона-Зенера возможно протекание рекристаллизации. Отжиг при температуре 440 °С приводят к увеличению доли и уменьшению размера частиц в сплавах с содержанием гафния. Особенно сильно уменьшается размер частиц и растет их объем в сплаве с содержанием гафния 0,2 %. Таким образом, в сплавах, легированных гафнием, рекристаллизация блокируется при любых рассмотренных в данной работе параметрах Холломона-Зенера. В сплаве без гафния рост температуры отжига, наоборот, приводит к уменьшению количества частиц и увлечению их размера. В результате тормозящая сила несколько снижается, однако ее все равно достаточно для полного торможения процессов рекристаллизации.

Представлен обзор научно-технической литературы, посвященной исследованию закалочной чувствительности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Si (серия 6ХХХ). Проведен анализ современного состояния и последних достижений в данной области исследований. Рассмотрены факторы, влияющие на закалочную чувствительность данных сплавов. Изложены некоторые аспекты влияния пониженной скорости закалки на процесс старения и свойства материала. Выявлено, что важной тенденцией при изучении фазовых превращений сплавов серии 6ХХХ является применение дифференциальной сканирующей калориметрии и математического моделирования.

В настоящее время задача увеличения объемов применения литейных магниевых сплавов в перспективных изделиях авиакосмической и военной техники является актуальной. К механическим, коррозионным и технологическим характеристикам, а также условиям эксплуатации деталей из магниевых сплавов предъявляют высокие требования. Основной задачей технологов, разрабатывающих материалы и технологии производства сплавов системы Mg–Al–Zn–Mn, является получение сплавов с равноосной тонкодисперсной структурой, обеспечивающей высокий уровень свойств отливок и деталей.

Исследованы структура, твердость и триботехнические характеристики электроискрового покрытия на основе высокоазотистой конструкционной стали системы легирования Fe–C–Cr–Mn–Mo–Ni–V. Установлено, что предельная толщина покрытия на основе стали составляет 34,5 мкм. При этом в процессе нанесения снижается концентрация азота в самом покрытии. Наилучшей износостойкостью обладают образцы с однослойным покрытием толщиной 18 мкм. Нанесение покрытия способствует увеличению износостойкости стали 30ХГСН2А более чем в 3 раза.

Представлены результаты исследований шести сплавов системы Al-Ca-Zn-Mg с добавками меди, марганца, железа и кремния с целью моделирования состава сплава, приготовленного на основе вторичного алюминия. Сплавы изготавливались в виде слитков размером 140×200×20 мм, которые подвергали последующей деформационной обработке методом горячей прокатки с толщины 20 мм до толщины 1 мм, а затем получали холоднокатаные листы толщиной 0,5 мм. Также изготавливался слиток цилиндрической формы диаметром 40 мм и длиной 200 мм, из которого получали прутки диаметром 14 мм методом радиально-сдвиговой прокатки. Горячую деформационную обработку слитков проводили при температуре 450°С без предварительного гомогенизационного отжига. Литые и деформированные образцы исследовали с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. В микроструктуре образцов не было обнаружено грубых игольчатых частиц железо- и кремнийсодержащих фаз, а также каких-либо других грубых интерметаллидов, несмотря на высокое содержание примесей. Проведены механические испытания методом одноосного растяжения деформированных полуфабрикатов, которые не подвергались дополнительной упрочняющей термической обработке. По результатам испытаний был выбран сплав оптимального состава. Установлена возможность получения изделий из высокопрочного и высокотехнологичного алюминиево-кальциевого сплава на основе вторичного сырья без использования гомогенизации и закалки.