Влияние субмикрокристаллического состояния на масштабные уровни локализации деформации армко - железа, малоуглеродистой и сложнолегированной стали тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Сон Александра Анатольевна

ВЛИЯНИЕ СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НА МАСШТАБНЫЕ УРОВНИ ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ АРМКО-ЖЕЛЕЗА, МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ И СЛОЖНОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

01.04.07 - физика конденсированного состояния 05.16.01 - металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2005

Работа выполнена в Томском политехническом университете и в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор, акааемик РАН Панин В.Е.

кандидат физико-математических наук Панин А.В.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, доцент Шаркеев Ю.П.

доктор технических наук Хасанов О.Л.

Ведущая организация: Сибирский физико-технический институт им. академика В.Д. Кузнецова при Томском государственном университете, г. Томск

Защита состоится " 30 " декабря 2005 г. в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д003.038.01 при Институте физики прочности и материаловедения СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики прочности и материаловедения СО РАН.

Автореферат разослан " 28 " ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

О.В. Сизова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из стратегических направлений разработки высокопрочных материалов новых поколений является их наноструктурирование. В последнее десятилетие значительный вклад в развитие представлений о нано- и субмикрокристаллических материалах внесли Г. Глейтер, М. Зехетбауэр, Р.З. Валиев, И.В. Александров, Р.К. Исламгалиев, P.A. Андриевский, Н.И. Носкова, М.М. Мышляев, Г. А. Салищев, Ю.Р. Колобов, Е.Ф. Дударев, А.Н. Тюменцев и др. В работе [1] было показано, что комбинация малого размера зерен и большой доли дефектной фазы границ зерен, которая связана с высокими упругими напряжениями, повышенной плотностью зернограничных дислокаций и значительными искажениями кристаллической решетки в приграничных областях, обусловливает существенный рост прочностных характеристик. В то же время, независимо от способа получения субмикрокристаллической структуры увеличение прочности сопровождается значительным снижением величины относительного удлинения, причем равномерное удлинение практически отсутствует [2,3]. Это связано с гем, что создание неравновесной высокодефектной субструктуры и высокий уровень деформирующих напряжений обусловливают вовлечение в пластическую деформацию таких материалов механизмов высокого масштабного уровня. Локализация пластического течения на мезо- и макромасипабном уровнях происходит в виде распространения мезо- и макрополос локализованной деформации. Однако в литературе отсутствуют данные о система! ических исследованиях масштабных уровней локализации пластического течения, структуры мезо- и макрополос деформации, а также их влияния на механические свойства нагруженных материалов.

Согласно принципам физической мезомеханики [4], поверхностные слои в нагруженном твердом теле являются важным мезоскопическим структурным уровнем деформации, который оказывает существенное влияние на характер пластического течения образца в целом. В связи с этим, одним из способов получения высоких значений прочности материала при сохранении его высокой пластичности может быть создание субмикрокристаллической структуры только в его поверхностном слое. В то же время, несовместность деформации субмикрокристаллического поверхностного слоя и основного кристалла обусловливает сложнодеформированное состояние на их границе раздела и, как следствие, изменяет масштаб локализации деформации. Сопоставление деформационного поведения образцов, имеющих субмикрокристаллические поверхностные слои, и объемных субмикрокристаллических материалов позволит выявить роль границы раздела "поверхностный слой - основной объем материала", вскрыть закономерности развития масштабных уровней локализации деформации и предложить новые способы упрочнения материалов. Актуальность представляемой работы дополнительно усиливается востребованностью подобных исследований для многочисленных приложений: наноструктурирование как новый перспективный метод упрочнения, управление макромеханическими характеристиками материалов через изменение состояния их поверхностных слоев и др.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ

вквлиотекА с 4»

'fW/fi

яттятттттттттлШ' W

Цель работы. Изучить закономерности развития пластической деформации на различных масштабных уровнях при нагружении образцов из армко - железа и сплавов на основе железа, имеющих субмикрокристаллическую структуру в тонком поверхностном слое или во всем объеме материала В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать роль полосовой фрагментированной структуры в процессах пластического течения армко - железа, полученного при различных режимах равноканального углового прессования;

2. Изучить основные закономерности распространения полос локализованной пластической деформации на мезо- и макромасштабном уровнях в образцах, подвергнутых предварительным равноканальному угловому прессованию или ультразвуковой обработке поверхностного слоя;

3. Установить взаимосвязь локализации деформации на различных масштабных уровнях со стадийностью кривых '"напряжение - деформация";

4. Выявить влияние исходного структурного состояния материала на эффект повышения механических свойств при наноструктурировании его поверхностных слоев;

5 Разработать рекомендации по формированию субмикрокристаллических поверхностных слоев в перспективных конструкционных материалах для ядерной энергетики с целью одновременного повышения их прочности и пластичности.

Положения, выносимые на защиту:

1 Полосовая фрагментированная структура, сформированная в армко - железе в процессе равноканального углового прессования, является эффективным барьером для развития сдвиговой деформации на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях;

2. В субмикрокристаллических поверхностных слоях малоуглеродистой стали Ст.З и ферритно-мартенситной стали 16Х12В2ФТаР распространение мезополос экструдированного материала происходит в виде двойных спиралей. Это связывается с "шахматным" распределением напряженно - деформированного состояния на границе раздела "поверхностный слой - основной объем образца";

3. Механизм формирования "шейки" и разрушение субмикрокристаллического армко - железа связан с самосогласованным развитием двух макрополос локализованной деформации, ориентированных вдоль направлений максимальных касательных напряжений по схеме диполя или креста;

4. Создание субмикрокристаллического поверхностного слоя в образцах из малоуглеродистой стали Ст.З и ферритно-мартенситной стали 16Х12В2ФТаР позволяет получить одновременное увеличение как прочности, так и пластичности материала.

Научная новизна. В работе впервые:

1. Изучены особенности локализации пластической деформации на различных масштабных уровнях в образцах из армко - железа, малоуглеродистой и сложнолегированной сталей, имеющих субмикрокристаллическую структуру в тонком поверхностном слое или во всем объеме материала;

2. Показано, что в развитие в субмикрокристаллических поверхностных слоях мезополос экструдированного материала происходит смещением отдельных ламелей друг относительно друга вовне образца. Это задерживает развитие макролокализации деформации и приводит к увеличению прочносгных характеристик субмикрокристаллических образцов с одновременным увеличением их пластичности;

3. Проведены исследования влияния ультразвуковой обработки на характер пластического течения и механические свойства стали 16Х12В2ФТаР, находящейся в различных структурных состояниях. Определены режимы обработок, позволяющие получить одновременное увеличение как прочности, так и пластичности материала.

Практическая ценность работы

1. Выявлены влияние мезо- и макрополос локализованной пластической деформации на вид кривых "напряжение -деформация" и механические свойства субмикрокристаллических материалов;

2. Разработан принципиально новый метод упрочнения исследованных сгалей путем создания в них субмикрокристаллических поверхностных слоев с барьерным подслоем. Он обеспечивает повышение прочности материала с одновременным увеличением его пластичности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и российских конференциях:

"Korea-Russia International Symposium on Science and Technology (Ulsan, Repablic of Korea, 2003; Точек, 2001, 2004); Internationa! Workshop "Mesomachanics: Foundations and Applications" (Томск, 2001, 2003), 4th International Conference on New Challenges in Mesomechanics "MESOMECHANTCS 2002" (Aalborg, Denmark), Международная конференция "Современные проблемы физики и высокие технологии " (Томск, 2003), "Международная конференция по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов" (Томск, 2004), Международная конференция "Современные проблемы в машиностроении" (Томск, 2003, 2004), VI Всероссийская (международная) конференция "Физикохимия ультрадисперсиых (нано-) систем" (Томск 2003), Международная научно-практическая конференция "Современные техника и технологии" (Томск, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005), Всероссийская конференция молодых ученых "Физическая мечомеханика материалов" (Томск, 2000, 2001, 2002, 2003), Всероссийская конференция молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии" (Томск, 2003),

Всероссийский научный семинар им. С.Д. Волкова "Механика микронеоднородных материалов и разрушение" (Екатеринбург, 2004), 1 Ith Internationa! conference on fracture (Turin, Italy, 2005).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 166 страницах, включая 85 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 182 наименования

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность проблемы, определены цель и задачи работы, представлена научная новизна результатов и раскрыта их практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту, и описана структура диссертации.

Глава I. Структурные уровни пластической деформации металлов и сплавов

В первой главе проводится анализ литературных данных, посвященных исследованию структурных уровней пластической деформации металлов и сплавов. Рассматривается пйдход физической мезомеханики для описания процессов деформирования твердых тел. Особое внимание уделено изучению различных типов дислокационных субструктур и их эволюции при нагружении Обсуждено влияние масштабных уровней пластического течения на стадийность кривых "напряжение -деформация". Описаны особенности наноструктурирования поверхностных слоев или всего объема материала при ультразвуковой обработке или равноканальном угловом прессовании. Отмечено, что создание неравновесной высокодефектной субструктуры в нано- и субмикрокристаллических материалах блокирует в них дислокационную деформацию и приводит к локализации пластического течения на более высоких масштабных уровнях, обусловливая снижение их пластичности

На основе проведенного литературного обзора сформулирована постановка задачи и обоснован выбор материала для исследований.

Глава 2. Материалы и методика исследований

В работе изучали технически чистое армко-железо, малоуглеродистую сталь Ст 3 и ферритно-мартенситную сталь 16Х12В2ФТаР.

Субмикрокристаллическую структуру во всем объеме образцов армко-железа получали интенсивной пластической деформацией путем равноканального углового прессования, Равноканальное угловое прессование заготовок выполняли при комнатной температуре по двум различным режимам деформирования' при первом режиме ориентация заготовки оставалась неизменной (маршрут А, [1]). а при втором режиме после каждого прохода заготовку поворачивали вокруг своей продольной оси на 90° (маршрут В). Для создания субмикрокриспаллической структуры в тонком поверхностном слое пластины подвергали ультразвуковой ударной обработке

Влияние исходного структурного состояния материала на результат ультразвуковой обработки исследовали на образцах стали 16Х12В2ФТаР. Для изменения исходного состояния образцы подвергали закалке на воздухе и последующему отпуску. Затем часть полученных образцов насыщали азотом, а другую - прокатывали на 20%. Любая из проведенных обработок завершалась ультразвуковым воздействием.

Дефектную субструктуру и фазовый состав исследуемых образцов определяли методами дифракционной электронной микроскопии тонких фольг на просвечивающем электронном микроскопе М-125К. Эволюцию деформационного рельефа поверхности образцов при различных степенях деформации изучали с помощью оптического, растрового электронного и сканирующего туннельного микроскопов.

Анализ эволюции напряженного состояния образцов армко-железа при различных степенях деформации проводили путем регистрации и последующей обработки оптических изображений с использованием оптико-телевизионного комплекса ТОМ8С. В качестве основного анализируемого параметра использовали распределение главного пластического сдвига.

Глава 3. Армко-жеяезо

В данной главе на примере субмикрокристаллического армко - железа, полученного при различных режимах равноканального углового прессования, выявлены механизм распространения мезо- и макрополос, их тонкая структура а также их в'шяние на механические свойства нагруженных образцов

Электронно-микроскопические исследования позволили установить, что тин дефектной субструктуры, формирующейся в армко-железе в результате равноканального умовот прессования, и сс количественные параметры определяются режимом деформирования и числом проходов. В образцах субмикрокристаллическою армко-железа преобладающим типом субструктур являются микрополосы деформации, разделенные субграницами на фрагменты анизотропной формы Увеличение числа проходов приводит к уменьшению продольных и поперечных размеров фрагментов.

Полосовая фрагментированная субструктура является эффективным барьером для развития сдвиговой деформации на микро- и мезомасштабных уровнях. Пластическое течение нагруженного образца реализуется путем развития мезо- и макрополос около одной либо у обеих головок образца, в то время как его рабочая часть остается практически недеформируемой. При степени деформации £•-0,5% вблизи галтельных переходов рабочей части образца к их головкам зарождаются мезополосы локализованной деформации (рис 1. а, г). Они распространяются в узкой поигалтельной зоне нагруженного образца по направлениям максимальных касательных напряжений ттах, ширина мезополос составляет ~70 мкм.

При дальнейшем нагружении в зоне мезополос формируется макрополоса локализованной деформации шириной ~300 мкм, ориентированная вдоль направления Ттах (рис. I. б) Сохранение неизменной оси образца обусловливает возникновение на

противоположной стороне встречной макрополосы с материальным поворотом обратного знака. Самоорганизация движения макрополос локализованной деформации происходит либо по схеме диполя (рис. 1 в), либо по схеме креста (рис. 1. е). При нарушении самосогласования поворотных мод деформации внутри диполя или креста сопряженных макрополос развивается магистральная трещина, приводящая к разрушению образца.

Рис 1 Различные виды распространения мезо- и макрополос локализованной деформации, субмикрокристаллическое армко - железо, е = 3 (а, г), 4 (б, л) и 5 % (в, е)

Внутри мезополос локализованной деформации полосовая фрагментированная структура, сформированная в результате предварительного равноканального углового прессования, сохраняется Более того, как видно из рис. 2 а, на начальном этапе пластическое течение субмикрокристаллического армко - железа осуществляется интенсивным развитием микрополос под углом 45° к уже существующим, которые принято называть в литературе shear-bands (показаны стрелкой) Наряду с этим, в областях материала, прилегающих к вновь образованным микрополосам, часто наблюдается

существенное измельчение субзеренной структуры.

В процессе развития макрополос локализованной деформации полосовая фрагментированная структура материала разрушается, приводя к образованию

|аоСнм)

Рис 2. ПЭМ-изображения субструктуры, формирующейся внутри мезо-(а) и макрополосы локализованной деформации (б) в субмикрокрисгаллическом армко - железе, е - 2 (а) и 10% (б)

Как и в случае образцов рекристаплизованного

сетчатой дислокационной субструктуры (рис. 2. б). Скалярная плотность дислокаций в таких областях невелика и составляет ЗхЮ9 см"2.

Наличие мезо- и макрополос локализованной деформации и характер их эволюции в ходе нагружения образца определяет вид кривых а- е и механические свойства субмикрокристаллического армко -железа Измельчение субзеренной структуры в процессе распространения мезополос обусловливает высокие значения деформационного упрочнения, а, следовательно, и увеличение прочности материала (рис. 3, кривая 2).

Разрушение субмикрокристаллической структуры внутри макрополосы, напротив, обусловливает сильно выраженное разупрочнение нагруженных образцов. Кроме этого, макролокализация приводит к уменьшению объема материала, одновременно участвующего в пластическом течении. Две части образца смещаются относительно друг друга вдоль макронолосы, что существенно снижает внешние деформирующие напряжения. Наконец, активное выделение частиц карбидной фазы, обнаруженное внутри макрополос в результате микроструктурных исследований, должно сопровождаться снижением прочностных характеристик материала за счет разупрочнения твердого раствора и разблокирования дислокаций. Учитывая, что углерод обусловливает сильное гвердораствврное упрочнение армко -железа, естественно ожидать существенный вклад выделения карбидной фазы в снижение прочности образца в процессе макролокализации.

Чтобы показать, что именно полосовая фрагментированная структура является барьером для распространения деформации от головки образца в его рабочую часть и является причиной быстрой макролокализации пластического течения, образцы субмикрокристаллического армко - железа были подвергнуты термическому отжигу. Установлено, что низкотемпературный отжиг (0,2...0,4)7^ позволяет в широких пределах изменять внутреннюю структуру и характер пластической деформации исследуемых образцов.

Термообработка при 250 °С не оказывает существенного влияния на морфологию дефектной субструктуры материала независимо от режима предварительного равноканального углового прессования Несмотря на существенное снижение величины внутренних напряжений, преобладающим типом субструктур остаются деформационные полосы, разделенные поперечными субграницами на фрагменты. В результате быстрая макролокализация деформации вблизи головок образца не исчезает.

Влияние отжига при более высоких температурах оказывается различным в зависимости от количества проходов при равноканальном угловом прессовании.

ь,%

Рис. 3. Кривые "напряжение -деформация" образцов армко -железа в различных структурных состояниях. отожженном (1), подвергнутом равноканальному угловому прессованию без поворота заготовки, 12 проходов (2) и последующему отжигу при температурах 250 (3), 350 (4) и 450 "С (5)

Например, в сл у час проходов прессования, ос> те« вляемых без поворота заготовки, увеличение температуры отжига до 350 °С обусловливает полное разрушение микрополос деформации с одновременным образованием зеренной структуры. Зерна имеют анизотропную форм>, их размер варьируется в интервале 2...6 мкм.

В то же время в образцах субмикрокристаллического армко - железа, полученного при 12 проходах, структура деформационных микрополос сохраняется Как следствие, они характеризуются быстрой макролокализацией деформации и низкой пластичностью (рис 3. кривая 4) Можно ожидать, что создавая полосовую фрагментированную структуру и закрепляя ее дисперсными частицами, можно эффективно использовать барьерный эффект полосовой субструктуры при высоких температурах.

Лишь после отжша при 450 °С в исследуемых образцах армко - железа, независимо от режима предварительного равноканального углового прессования, протекают рекристаллизаиионные процессы Деформация мелких равноосных зерен без макролокглизации деформации приводит к высоким значениям пластичности материала (рис. 3, кривая 5)

Таким образом, по юсовая фрагментированная структура сформированная в материале в результате предварительною равноканальжл о у1лового прессования, является эффективным барьером для распространения деформации вдоль рабочей части нагруженного образца С другой стороны, быстрая макролокализация деформации обусловливав низкую пластичность субмикрокристаллических металлов В связи с этим, необходимо создавать полосовую фрагментированную стр\к!\р_\ клько в тонком поверхностном слое материала Формирование подобного оарьерного слоя должно затруднять проникновение дефектов с поверхности в объем ма;ериа.м Было предложено для одновременно!о увеличения прочности и пластичности нагруженного образца наноструктурировать только его поверхностный слой, создавая при этом полосовой барьерный подстой. Важно, что основной объем материала должен сохранять равноосну ю зеренную структуру.

Оп I имальным способом создания субмикрокржлаллического поверхностного слоя и полосового подслоя является ультразвуковая обработка Однако эффект ультразвукового воздействия определяется исходной структурой материала. Например, обработка образцов рекристал.тизованного армко-железа не позвомег создать в их поверхностном слое однородной полосовой структуры. Формирующаяся в поверхностном слое сетчатая либо хаотическая дислокационная субструктура не приводит к существенному изменению механических характеристик нагруженных образцов Чтобы создать в образце хорошо выраженною полосовую фрагментированную структуру, являющуюся барьером для зарождения дислокаций и их ухода вглубь материала, и. тем самым, существенно повысить его механические свойства необходимо обрабатывать более прочные материалы

Глава 4. Малоуглеродистая сталь Ст.3

Пот воздействием ультразвуковой обработки в образцах из мало)глеролистой стали Ст.З, находящейся в состоянии прокатки, формируется полосовая субструктура

Рис 4 ПЭМ изображение структуры, сформированной в поверхностном слое стали Ст 3. в процессе ультразвуковой обработки

(рис. 4). которая сохраняется при термическом отжиге вплоть до 750 С При увеличении температуры отжига до 830 °С в образце происходит полиморфное а->у-*а превращение с образованием феррито- перли той структуры При этом внутри зерен феррита наблюдается сетчатая дислокационная структура, а на их границах располагаются частицы цементита, препятствующие рост> зеренной структуры а-фазы.

Несовмест ность деформаций

высокодефект ного поверхностно! о слоя, сформированного в результате ультразвуковой обработки. и основного материала обусловливает специфический характер плааического течения нагруженных образцов Использование сканирующего туннельного микроскопа обнаруживает систему

переплетающихся мезополос локализованной деформации в виде двойных спиралей (рис 5) Мезополосы возникают при степени деформации е-10% и проявляются в виде экструшроваичого материала Их ширина составляет 30-40 мкм. а высота постепенно уветичивается с ростом деформации и при е 30% достигает 5-6 мкм Мезопоюсы состоят из огдс!ьны\ ламслей испытывающих с шш как це тое относите тьно др) г дру 1 а

Распространение мешпотос

шлрудированнот материала на поверхности нагруженного образца связано с формированием сложнонапряженного

состояния на границе раздела между поверхностным слоем и объемом кристалла Как было показано в расчетах Черепанова Г.П [5], выполненных для случая термического воздействия на твердое тело, на границе раздела "поверхностный слой - основной кристалт" возникает периодическое распределение нормальных и касатетьных растягивающих и сжимающих напряжений Позже, в работе Панина А В [6] бы то продемонстрировано, что в двумерном представлении данное периодическое распределение имеет вид ''шахматной доски" (рис 6)

На "шахматном" распределении напряжений светлые клетки соответствуют областям интерфейса, которые находятся под действием растягивающих напряжений. .Материал этих клеток может испытывать пластическое течение путем сдвигов отдельных ламелей друг относительно друга с вертикальной составляющей в

Рис 5 СТМ-юображения поверхности подвергнутого

(а) и РЭМ (б) -мезополос на образца Ст 3, ультразву ковой

обработке и последу ющечу отжигу при температуре 830 °С е = 42%

в m

Рис. 6 Модель "шахматного" распределения напряжений при сопряжении пленки с подложкой ("+" -растягивающие напряжения, "-" -сжимающие напряжения) и распространения спирали локализованной деформации путем смещения ламелей в клетках с растягивающими нормальными напряжениями

направлении свободной поверхности. Окружающие их темные клетки границы раздела находятся под действием сжимающих напряжений. Они нагружаются только упруго, испытывая всестороннее сжатие со стороны объема и субмикрокристаллического поверхностного слоя нагруженного образца. Они вызывают эффект каналирования в распространении сдвигов в светлых клетках и непрерывно изменяют траекторию каналированных сдвигов по форме спирали. Физика спиральной траектории сдвигов связана с их поперечной составляющей, которая непрерывно вызывает изгиб оси образца.

В расчетах Моисеенко Д.Д. [7] подобная задача была решена для интерфейса "поверхностный слой - подложка" в условиях механического воздействия на твердое тело. Учитывалось различие модулей упругости поверхностного слоя и подложки, а также влияние толщины поверхностного слоя. Проведенный расчет подтвердил, что профиль границы раздела имеет вид "шахматной доски", а стационарный гофр поверхностного слоя имеет вид двойных спиралей.

Подобное распространение переплетающихся мезополос, в которых дефекты не уходят вглубь материала (вследствие наличия полосовой фрагментированной субструктуры), а выдавливаются наружу, обусловливает увеличение протяженности стадии слабого деформационного упрочнения, более позднее наступление макролокализации и увеличение прочности и пластичности образцов (рис. 7).

По-видимому, в процессе термического отжига малоуглеродистой стали, подвертнутой ультразвуковой обработке, в ее поверхностном слое происходит выделение атомов углерода и его перераспределение в области сжимающих напряжений, вызывая закрепление существующей субмикрокристаллической структуры. Именно этим можно объяснить сохранение высоких прочностных характеристик и пластичности материала после его отжига при достаточно высоких температурах (рис. 7, кривые 3,4).

Чтобы доказать, что для создания полосовой структуры в тонком поверхностном слое образца за счет ультразвуковой обработки необходим материал с определенным уровнем механических свойств, ультразвуковому воздействию подвергали образцы из малоуглеродистой стали Ст 3, находящейся в рекристаллизованном состоянии.

2

с

Рис 7

15 20 С," о

25 30 35

Кривые "напряжение -деформация" прокатанных образцов из СтЗ (1), подвер!нутых ультразвуковой обработке (2) и последующему отжигу при температурах 750 (3), 830 (4) и 900 °С (5)

армко - железа, ультразвуковая обработка рекристаллизованной стали Ст 3 приводит лишь к повышению предела текучести и не влияет на предел прочности и пластичность материала. Последующий термический отжиг вызывает уменьшение прочностных характеристик.

Глава 5. Ферритно-мартенситная сталь 16Х12В2ФТаР

На примере малоактивируемой стали 16Х12В2ФТаР, которая в настоящее время разрабатывается для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов нового поколения, подробно изучено влияние исходного структурного состояния материала (рекристаллизационный отжиг, закалка, отпуск, ионное азотирование, прокатка) на эффект ультразвукового воздействия

Микроструктурные исследования показали, что независимо от исходного состояния под действием ультразвуковой обработки зеренная структура существенно измельчается Детальные элекгронно-микроскопические исследования подтвердили формирование в поверхностном слое полосовой фрагментированной структуры

Для исследования механических характеристик было использовано два вида нагружения' трехточечный изгиб (при котором поверхностные слои деформируются пластически, а объем - \пруго, а значит можно в явном виде продемонстрировагь зависимость эффекта ультразвуковой обработки от исходной структуры) и одноосное статическое растяжение (при котором выявляется влияние полос локализованной

деформации на характер пластического течения и макромеханические свойства нагруженных образцов).

При трехточечном изгибе ультразвуковая обработка тонкого поверхностного слоя не оказывает заметного влияния на деформационный рельеф, развивающийся на боковой грани нагруженных образцов. Тем не менее, ультразвуковое воздействие приводит к значительным изменениям механических характеристик материала. Причем величина повышения прочностных свойств определяется исходным структурным состоянием стали 16Х12В2Ф'ГаР (рис 8). 1ак, ультразвуковая обработка отожженных образцов вызывает рост предела текучести, однако прочность материала увеличивается незначительно (рис. 8. кривые 1 и 2). Существенным образом ультразвук влияет на прочностные характеристики более прочных закаленных и отпущенных образцов, а

Рис 8 Кривые "напряжение - деформация' образцов стали 16Х12В2ФТаР, полученные при трехточечном изгибе 1 -отожженный,

2-отожженный, ультразвуковая обработка,

3-закалка, 4-закалка, ультразвуковая обработка,

5-закалка, отпуск,

6-закалка, отпуск, ультразвуковая обработка,

7-закалка, отпуск, азотирование,

8-закалка, отпуск, азотирование, ультразвуковая обработка;

9-закалка, отпуск, прокат,

10-закалка, отпуск, прокат, ультразвуковая

также образцов с азотированным поверхностным слоем (рис. 8. кривые 3 - 8). Причем, в случае ультразвуковой обработки закаленных образцов увеличение пределов текучести и прочности оказывается максимальным. Напротив, ультразвуковая обработка предварительно прокатанных образцов резко снижает прочностные свойства малоактивируемой стали (рис. 8. кривые 9 и 10).

Исследования деформационного рельефа при одноосном статическом растяжении показали, что ультразвуковая обработка приводит к локализации деформации на мезо- и макромасштабных уровнях (рис. 9). По сравнению с исходными образцами, деформация которых развивается однородно, последующее ультразвуковое воздействие вызывает образование на их поверхности переплетающихся мезополос, направленных под углом 45° к оси нагружения. Ширина мезополос составляет ~80 мкм, а их высота не превышает 6...7 мкм (рис. 9. б). Наряду с мезополосами, в процессе растяжения по всей рабочей части образцов распространяются макрополосы локализованной пластической деформации, выявляемые как на оптических изображениях, так и на картинах распределения главного пластического сдвига (рис. 9. а, в). Данные полосы появляются при £=12 % и ориентированы по направлениям максимальных касательных напряжений.

Характер деформации закаленных и состаренных образцов качественно подобен пластическому течению отожженного материала. После ультразвукового воздействия (Нирина переплетающихся мезополос существенно увеличивается и их можно наблюдать даже в оптический микроскоп (рис. 10). а

главного сдвига (в) в подвергнутых ультразвуковой

Рис 10 Оптическое изображение образца спали 16Х12В2ФТаР, подвер! нутого закалке, отпуску и последующей ультразвуковой обработке, 12%

распределения пластического образцах стали 16Х12В2ФТаР, рекристаллизационному отжигу и обработке, е- 19%

Ионное азотирование приводит к качественно иной картине деформации стали 16Х12В2ФТаР. Тонкий азотированный слой не позволяет выявить каких-либо следов локализации деформации. В процессе нагружения хрупкий поверхностный слой растрескивается в несколько этапов. Первичные трещины зарождаются при е-0,5% и распространяются через всю ширину рабочей части (рис. 11. а). При дальнейшем нагружении имеет место вторичное растрескивание с меньшим периодом.

В результате ультразвуковой обработки характер растрескивания азотированного слоя значительно изменяется Растрескивание также

Рис II Оптические изображения поверхности образца стали 16Х12В2ФТаР, подвергнутого закалке, отпуску, азотированию (а) и последующей ультразвуковой обработке (б), с= 5% (а) и 6% (б)

25

Рис 12 Кривые "напряжения - деформация" образцов стали 16Х12В2ФТаР, полученные

при одноосном статическом растяжении 1-отожженный, 2-отожженный, ультразвуковая обработка,

3-закалка, 4-закалка ультразвуковая обработка, 5-закалка, отпуск, 6-закапка, отпуск, ультразвуковая обработка, 7- закалка, отпуск, азотирование, 8 - закалка, отпуск, азотирование, ультразвуковая обработка, 9 - закалка, отпуск, прокат, 10 - закалка, отпуск, прокат, ультразвуковая обработка, 11 - специальная обработка

происходит в несколько этапов, однако, первичные трещины распространяются под углом 45° к продольной оси образца, выявляя локализованные сдвиги в поверхностных слоях, ориентированные по максимальным касательным напряжениям (рис. 11.6). Развитие первичных трещин прекращается при е~1% с одновременным появлением вторичных трещин, распространяющихся поперек оси образца.

Испытания на одноосное статическое растяжение показали, что эффект ультразвуковой обработки может быть как положительным, так и отрицательным (рис. 12). Создание субмикрокристаллического поверхностного слоя и полосового барьерного подслоя в рекристаллизованных, закаленных или состаренных образцах приводит к увеличению их прочности Однако их пластичность при этом уменьшается. Чем прочнее материал, тем эффект повышения прочности оказывается более существенным.

Тем не менее, можно подобрать режим термомеханической обработки, позволяющий добиться оптимального сочетания высоких прочностных свойств и тастичности, которые превышают эксплуатационные характеристики данной стали, достигаемые при ее общепринятой обработке (закалка и последующий отпуск). На основе полученных результатов в настоящее время совместно с ВНИИНМ им А А Бочвара готовится патент на способ повышения рабочей температуры малоактивируемой стали 16Х12В2ФТаР. используемой для производства оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

С использованием просвечивающей и растровой электронной микроскопии, сканирующей туннельной и атомно - силовой микроскопии, оптико-телевизионного измерительного комплекса ТОМ8С высокого разрешения изучены закономерности развития пластической деформации на различных масштабных уровнях при растяжении образцов из армко - железа, малоуглеродистой и ферритно-мартенситной стали 16Х12В2ФТаР, имеющих субмикрокристаллическую структуру в тонком поверхностном слое или во всем объеме материала. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы:

1. Высокая прочность и низкая пластичность субмикрокристаллического армко -железа обусловлены подавлением в нем кристаллографических сдвигов на микроуровне и интенсивным развитием мезо- и макрополос локализованной пластической деформации. В процессе растяжения внутри мезополос формируются дислокационные границы, ориентированные под углом 40° к исходно существовавшим микрополосам деформации, и наблюдается существенное измельчение субзеренной структуры. В макрополосах полосовая фрагментированная структура разрушается;

2. Несовместность деформации субмикрокристаллического поверхностного слоя и основного объема образцов из стали Ст.З и 16Х12В2ФТаР обусловливает развитие в поверхностных слоях переплетающихся мезополос экструдированного материала в виде двойных спиралей. Это связано с формированием на границе раздела "поверхностный слой - объем материала" напряженно-деформированного состояния в виде "шахматной доски". Деформация внутри мезополос осуществляется сдвигом относительно друг друга экструдируемых вовне ламелей. Такой механизм деформации поверхностного слоя уменьшает скорость накопления в нем дислокаций и задерживает развитие в деформируемом образце макролокализации деформации. В результате одновременно увеличиваются как прочность, так и пластичность материала;

3. Возникающая перед разрушением субмикрокристаллического армко - железа макролокализация пластического течения развивается как самостоятельная стадия. Ведущим механизмом деформации на этой стадии является формирование и самосогласованное развитие двух макрополос, ориентированных по схеме диполя или креста. Нарушение этого самосогласования обусловливает развитие трещины как поворотной моды деформации и разрушение материала;

4. Ультразвуковая обработка позволяет создать полосовую фрагментированную структуру в поверхностном слое исследованных металлов и сплавов как эффективный барьер для развития сдвиговой деформации на микро- и мезомасштабных уровнях. Результат ультразвукового воздействия существенно зависит от исходного структурного состояния материала;

5. Разработан принципиально новый метод упрочнения материалов путем создания в них наноструктурных поверхностных слоев с барьерным подслоем Он обеспечивает увеличение прочности материала с одновременным увеличением его пластичности. Предложенный метод применен для упрочнения ферритно-

мартенситной стали 16Х12В2ФТаР, что позволило существенно повысить ее

эксплуатационные характеристики.

Цитируемая литература

1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы: получение, структура, свойства. - М.: Наука, 1999.

2. Панин В.Е., Деревягина Л.С., Валиев Р.З. Механизм локализованной деформации субмикрокристаллической меди при растяжении // Физическая мезомеханика. -1999. - Т. 2. - №1-2. - С.89-95

3 Фирстов С.А., Даниленко Н.И., Копылов В И., Подрезов Ю.Н. Структурные изменения при больших пластических деформациях в железе и их влияние на комплекс механических свойств // Известия вузов. Физика. - 2002. - № 3. - С. 4148.

4. Панин В.Е. Поверхностные слои как синергетический акгиватор пластического течения нагруженного твердого тела // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2005. - № 7. ~ С. 62-68.

5. Cherepanov G.P. On the theory of thermal stresses in a thin bonding layer // J. Appl Phys. - 1995. - V. 78. - P. 6826-6832.

6. Панин A.B. Нелинейные волны локализованного пластического течения в наноструктурированных поверхностных слоях твердых тел и тонких пленках // Физическая Мезомеханика. - 2005. -Т 8 -№ 3. - С. 5-17.

7. Моисеенко Д.Д., Максимов П.В. Формирование спиральных структур и эффект "шахматной доски" при расчете деформационного профиля на поверхности нагруженного твердого тела // Физическая мезомеханика - 2005. - Т. 8. - № 6 (в печати).

Основные научные результаты диссертации изложены в следующих

публикациях:

1. А В. Панин, В. А. Клименов, H.JI. Абрамовская, А. А Сон. Зарождение и развитие потоков дефектов на поверхности деформируемого твердого тела // Физическая мезомеханика. - 2000. - Т. 3 - № 1. - С. 83-93.

2. A.V. Panin, V.A. Klimenov, N.L. Abramovskaya, A.A. Son. Plastic flow at mesoscale for surface layers. Proceedings of the Third International Conference for Mesomechanics "MESOMECHANICS 2000", Xi'an, China, June 13-16,2000, p. 579-584.

3. Alexcy Panin, Alexandra Son. STM-study of mesoband development on the low-carbon steel surface. Proceedings of the 4lh Korea-Russia International Symposium on Science and Technology "KORUS 2000", Part 3 "Machine Parts and Material Processing", University of Ulsan, Repablic of Korea, June 27 - July 1,2000, p 220-224.

4. A.B Панин, В А. Клименов, Ю.И. Почивалов, А А Сон Влияние состояния поверхностного слоя Ст 3 на механизм пластического течения и сопротивление деформации // Физическая мезомеханика. - 2001 - Т. 4 - № 4. - С. 85-92.

5. А.В. Панин, В Е. Панин, И.П. Чернов, Ю.И. Почивалов, М.С Казаченок, А.А. Сон, Р.З. Валиев, В.И. Копылов. Влияние состояния поверхности субмикрокристаллических титана и «-железа на их деформацию и механические

свойства // Физическая мезомеханика. - 2001. - Т. 4 - № 6. - С. 87-94.

6. А.В Панин, А.А. Сон, М.С. Казаченок. Механизм формирования полос локализованной пластической деформации и их влияние на механические характеристики нагруженных твердых тел // Вопросы материаловедения. - 2002. -№ 1(29). — С.335-344.

7. Alexey Panin, Ivan Chernov, Vasiliy Klimenov, Alexandra Son, Marina Kazachenok. Effect of the surface condition on deformation mechanisms and mechanical properties of loaded solids // Proceedings of International Conference on New Challenges in Mesomechanics "MESOMECHANICS 2002", Aalborg University, Denmark, August 26-30,2002, P. 433-437.

8. A.B. Панин, A.A. Сон, Ю.Ф. Иванов, В.И. Копьшов. Особенности пластической деформации субмикрокристаллического a-Fe // Сборник научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции "Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем". М.: МИФИ, 2003.- С.232-236.

9. А.В. Панин, В.А. Клименов, Ю.И. Почивалов, АА. Сон, М.С. Казаченок. Пластическая деформация материалов, подвергнутых ультразвуковой обработке // Сборник Научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции "Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем" М.: МИФИ, 2003. - С. 183-188.

10. A.V. Panin, V.A. Klimenov, Yu.I. Pochivalov, A.A Son, M.S. Kazachenok. The effect of ultrasonic treatment on mechanical behavior of titanium and steel specimens // Theoretical and Applied Fracture Mechanics.-2004.-V. 41.-№ 1-3.-P. 163-172.

11. А.В Панин, А.А. Сон, Ю.Ф. Иванов, В.И. Копылов. Особенности локализации и стадийности пластической дефомации субмикрокристаллического армко-железа с полосовой фрагментированной субструктурой // Физическая мезомеханика. - 2004. -Т. 7.-№3.-С. 5-16.

12. Panin V.E., Panin A.V , Son A.A., et al. Effect of ultrasonic treatment on mechanical behaviour of ferrite-martensite steel // Proceedings of the 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology "KORUS 2004", V 3, University of Ulsan, June 26 - July 3, 2004, Tomsk, Russia, P. 172-175.

13. Мельникова E.A., Сон A.A. Изменение характера пластической деформации стали 16Х12В2ФТаР под действием ультразвуковой обработки // Известия вузов. Физика. - 2005. - Т. 48. - № 6. - С.27-28.

14. Son А.А., Panin A.V., Mashkarova O.V., Kopylov V.I. Mechanism of localized-deformation macroband development in submicrocrystalline armco-iron // Proceedings of the 9lh Korean-Russian International Symposium on Science and Technology "KORUS 2005", Russia, Novosibirsk, June 26 - July 2, 2005. - V. 3. - P. 536-540.

15. Ю.Ф Иванов, А.В. Панин, А.А. Сон, В.И. Копылов. В.А. Клименов. Структурная аттестация армко-железа, подвергнутого РКУ прессованию // Известия вузов. Физика. - 2005. - Т. 48. - № 4. - С. 70-75.

I

I

I (

I f

l'

t

)

f I

i

)

I

f

I

I

/

Í «-Г

4

\

Í

I

I t

\ I

i

#25*5*

РЫБ Русский фонд

2006-4 29311

Подписано в печать 25.11.2005. Формат б0х84'/и- Печ. л. 1. Печать трафаретная. Тираж 100 экз. Заказ 47.

Издательство «В-Слектр», ИНН/КПП 7017129340/701701001, ОГРН1057002637768 634055, г. Томск, пр. Академический, 13-24, Тел. 49-09-91. E-mail: bmwm@list.ru

Введение

Глава 1. Структурные уровни пластической деформации металлов и сплавов

1.1. Описание пластической деформации с позиций физической мез омеханики

1.1.1. Синергетическая природа пластического течения нагруженных твердых тел

1.1.2. Структурные уровни деформации. Эволюция дислокационных субструктур в процессах пластического течения

1.1.3. Связь масштабных уровней деформации со стадиями кривой "напряжение - деформация"

1.2. Особенности формирования субмикрокристаллической структуры в тонком поверхностном слое или во всем объеме материала

1.2.1. Модификация поверхности за счет ультразвуковой обработки

1.2.2. Эволюция дислокационной структуры при равноканальном угловом прессовании

1.3. Постановка задачи

Глава 2. Материалы и методика исследований

2.1. Материалы исследований

2.2. Методы исследований

Глава 3. Армко - железо

3.1. Характер пластической деформации и разрушения субмикрокристаллических образцов

3.1.1. Результаты микроструктурных исследований

3.1.2. Механизм распространения мезо- и макрополос локализованной деформации

3.1.3. Исследование механических характеристик

3.2. Влияние термического отжига на макролокализацию пластической деформации нагруженных образцов

3.2.1. Результаты микроструктурных исследований

3.2.2. Характер макролокализации деформации

3.2.3. Исследование механических характеристик

3.3. Механическое поведение образцов армко - железа, подвергнутых ультразвуковой обработке

3.2.1. Результаты микроструктурных исследований

3.2.2. Особенности локализации пластического течения поверхностных слоев

3.2.3. Исследование механических характеристик

3.4. Обсуждение экспериментальных данных

3.5. Выводы

Глава 4. Малоуглеродистая сталь Ст.З

4.1. Результаты микроструктурных исследований

4.2. Особенности локализации пластического течения субмикрокристаллических поверхностных слоев

4.3. Исследование механических характеристик

4.4. Обсуждение

4.5. Выводы

Глава 5. Ферритно-мартенситная сталь 16Х12В2ФТаР

5.1. Результаты микроструктурных исследований

5.2. Дюрометрические испытания

5.3. Испытания на трехточечный изгиб

5.3.1. Исследование пластической деформации на боковой поверхности нагруженных образцов

5.3.2. Исследование механических характеристик

5.4. Испытания на одноосное статическое растяжение

5.4.1. Исследование плоской поверхности нагруженного образца

5.4.2. Исследование механических характеристик

5.5. Обсуждение результатов

5.6. Выводы 141 Заключение

Актуальность темы

Одним из стратегических направлений разработки высокопрочных материалов нового поколения является их наноструктурирование. В последнее десятилетие значительный вклад в развитие представлений о нано- и субмикрокристаллических материалах внесли Г. Глейтер, М. Зехетбауэр, Р.З. Валиев, И.В. Александров, Р.К. Исламгалиев, Р.А. Андриевский, Н.И. Носкова, М.М. Мышляев, Г.А. Салищев, Ю.Р. Колобов, Е.Ф. Дударев, А.Н. Тюменцев и др. В работах [1-6] было показано, что комбинация малого размера зерен и большой доли дефектной фазы границ зерен, которая связана с высокими упругими напряжениями, повышенной плотностью зернограничных дислокаций и значительными искажениями кристаллической решетки в приграничных областях, обусловливает существенный рост прочностных характеристик. В то же время, независимо от способа получения субмикрокристаллической структуры увеличение прочности сопровождается значительным снижением величины относительного удлинения, причем равномерное удлинение практически отсутствует [7-11]. Это связано с тем, что создание неравновесной высокодефектной субструктуры и высокий уровень деформирующих напряжений обусловливают вовлечение в пластическую деформацию таких материалов механизмов высокого масштабного уровня. Локализация пластического течения на мезо- и макромасштабном уровнях происходит в виде распространения мезо- и макрополос локализованной деформации. Однако в литературе отсутствуют данные о систематических исследованиях масштабных уровней локализации пластического течения, структуры мезо- и макрополос деформации, а также их влияния на механические свойства нагруженных материалов.

Согласно принципам физической мезомеханики [12-16], поверхностные слои в нагруженном твердом теле являются важным мезоскопическим структурным уровнем деформации, который оказывает существенное влияние на характер пластического течения образца в целом. В связи с этим, одним из способов получения высоких значений прочности материала при сохранении его высокой пластичности может быть создание субмикрокристаллической структуры только в его поверхностном слое. В тоже время, несовместность деформации субмикрокристаллического поверхностного слоя и основного кристалла обусловливает сложнодеформированное состояние на их границе раздела и, как следствие, изменяет масштаб локализации деформации. Сопоставление деформационного поведения образцов, имеющих субмикрокристаллические поверхностные слои, и объемных субмикрокристаллических материалов позволит выявить роль границы раздела "поверхностный слой — основной объем материала", вскрыть закономерности развития масштабных уровней локализации деформации и предложить новые способы упрочнения материалов. На момент постановки задачи исследования в этом направлении отсутствовали.

Цель работы

Изучить закономерности развития пластической деформации на различных масштабных уровнях при нагружении образцов армко - железа и сплавов на основе железа, имеющих субмикрокристаллическую структуру в тонком поверхностном слое или во всем объеме материала. В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать роль полосовой фрагментированной структуры в процессах пластического течения армко - железа, полученного при различных режимах равноканального углового прессования;

2. Изучить основные закономерности распространения полос локализованной пластической деформации на мезо- и макромасштабном уровнях в образцах, подвергнутых предварительным равноканальному угловому прессованию или ультразвуковой обработке поверхностного слоя;

3. Установить взаимосвязь локализации деформации на различных масштабных уровнях со стадийностью кривых "напряжение -деформация";

4. Выявить влияние исходного структурного состояния материала на эффект повышения механических свойств при наноструктурировании его поверхностных слоев;

5. Разработать рекомендации по формированию субмикрокристаллических поверхностных слоев в перспективных конструкционных материалах для ядерной энергетики с целью одновременного повышения их прочности и пластичности.

Положения, выносимые на защиту:

1. Полосовая фрагментированная структура, сформированная в армко - железе в процессе равноканального углового прессования, является эффективным барьером для развития сдвиговой деформации на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях;

2. В субмикрокристаллических поверхностных слоях малоуглеродистой стали Ст.З и ферритно-мартенситной стали 16Х12В2ФТаР распространение мезополос экструдированного материала происходит в виде двойных спиралей. Это связывается с "шахматным" распределением напряженно -деформированного состояния на границе раздела "поверхностный слой -основной объем образца";

3. Механизм формирования "шейки" и разрушение субмикрокристаллического армко - железа связан с самосогласованным развитием двух макрополос локализованной деформации, ориентированных вдоль направлений максимальных касательных напряжений по схеме диполя или креста;

4. Создание субмикрокристаллического поверхностного слоя в образцах из малоуглеродистой стали Ст.З и ферритно-мартенситной стали 16Х12В2ФТаР позволяет получить одновременное увеличение как прочности, так и пластичности материала.

Научная новизна. В работе впервые:

1. Изучены особенности локализации пластической деформации на различных масштабных уровнях в образцах армко - железа, малоуглеродистой и сложнолегированной сталей, имеющих субмикрокристаллическую структуру в тонком поверхностном слое или во всем объеме материала;

2. Показано, что в развитие в субмикрокристаллических поверхностных слоях мезополос экструдированного материала происходит смещением отдельных ламелей друг относительно друга вовне образца. Это задерживает развитие макролокализации деформации и приводит к увеличению прочностных характеристик субмикрокристаллических образцов с одновременным увеличением их пластичности;

3. Проведены исследования влияния ультразвуковой обработки на характер пластического течения и механические свойства стали 16Х12В2ФТаР, находящейся в различных структурных состояниях. Определены режимы обработок, позволяющие получить одновременное увеличение как прочности, так и пластичности материала.

Практическая ценность работы

1. Выявлены влияние мезо- и макрополос локализованной пластической деформации на вид кривых "напряжение-деформация" и механические свойства субмикрокристаллических материалов;

2. Разработан принципиально новый метод упрочнения исследованных сталей путем создания в них субмикрокристаллических поверхностных слоев с барьерным подслоем. Он обеспечивает повышение прочности материала с одновременным увеличением его пластичности.

Апробация работы

Основные результаты работы отражены в 34 публикациях, в том числе в 8 статьях в реферируемых журналах. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и российских конференциях:

Korea-Russia International Symposium on Science and Technology (Ulsan, Repablic of Korea, 2003; Томск, 2001, 2004); International Workshop "Mesomachanics: Foundations and Applications" (Томск, 2001, 2003), 4th International Conference on New Challenges in Mesomechanics "MESOMECHANICS 2002" (Aalborg, Denmark), Международная конференция "Современные проблемы физики и высокие технологии " (Томск, 2003), "Международная конференция по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов" (Томск, 2004), IIth International conference on fracture (Turin, Italy, 2005), Международная конференция "Современные проблемы в машиностроении" (Томск, 2003, 2004), VI Всероссийская (международная) конференция "Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем" (Томск 2003), Международная научно-практическая конференция "Современные техника и технологии" (Томск, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005), Всероссийская конференция молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов" (Томск, 2000, 2001, 2002, 2003), Всероссийская конференция молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии" (Томск, 2003), Всероссийский научный семинар им. С.Д. Волкова "Механика микронеоднородных материалов и разрушение" (Екатеринбург, 2004), Региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука. Техника. Инновации" (Новосибирск, 2001), Региональная школа-семинар молодых ученых "Современные проблемы физики и технологии" (Томск, 2001, 2002, 2003, 2004), Всероссийская школа-семинар "Новые материалы. Создание, структура, свойства" (Томск, 2003, 2004).

Структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 166 страницах, включая 85 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 182 наименования.

5.6. Выводы

1. Использование сканирующей туннельной и оптической микроскопии, а также анализ распределения главного пластического сдвига показали, что ультразвуковая обработка подавляет микромасштабный уровень деформации, приводя к увеличению масштаба локализации пластического течения поверхностных слоев. Последнее проявляется в распространении по поверхности нагруженных образцов малоактивируемой стали 16Х12В2ФТаР мезо- и макрополос локализованной деформации, направленных по максимальным касательным напряжениям.

2. Результат ультразвукового воздействия может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от исходного структурного состояния материала. Так, ультразвуковая обработка отожженной, закаленной или отпущенной стали приводит к сильному увеличению твердости поверхностного слоя и, как следствие, существенному росту предела текучести. Однако более быстрая локализация деформации обусловливает снижение пластичности материала, в результате чего его прочность повышается незначительно. Максимальное увеличение прочностных характеристик проявляется в закаленных и отпущенных образцах, имеющих мартенситную структуру. Напротив, ультразвуковая обработка прокатанных образцов, а также образцов, подвергнутых ионному азотированию, обусловливает понижение механических характеристик.

3. Оптимальное сочетание термической и ультразвуковой обработок позволяет увеличить прочность малоактивируемой стали 16Х12В2ФТаР при сохранении высоких значений ее пластичности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С использованием просвечивающей и растровой электронной микроскопии, сканирующей туннельной и атомно - силовой микроскопии, оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC высокого разрешения изучены закономерности развития пластической деформации на различных масштабных уровнях при растяжении образцов из армко - железа, малоуглеродистой и ферритно-мартенситной стали 16Х12В2ФТаР, имеющих субмикрокристаллическую структуру в тонком поверхностном слое или во всем объеме материала. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы:

1. Высокая прочность и низкая пластичность субмикрокристаллического армко - железа обусловлены подавлением в нем кристаллографических сдвигов на микроуровне и интенсивным развитием мезо- и макрополос локализованной пластической деформации. В процессе растяжения внутри мезополос формируются дислокационные границы, ориентированные под углом 40° к исходно существовавшим микрополосам деформации, и наблюдается существенное измельчение субзеренной структуры. В макрополосах полосовая фрагментированная структура разрушается.

2. Несовместность деформации субмикрокристаллического поверхностного слоя и основного объема образцов из стали Ст.З и 16Х12В2ФТаР обусловливает развитие в поверхностных слоях переплетающихся мезополос экструдированного материала в виде двойных спиралей. Это связано с формированием на границе раздела "поверхностный слой — объем материала" напряженно-деформированного состояния в виде "шахматной доски". Деформация внутри мезополос осуществляется сдвигом относительно друг друга экструдируемых вовне ламелей. Такой механизм деформации поверхностного слоя уменьшает скорость накопления в нем дислокаций и задерживает развитие в деформируемом образце макролокализации деформации. В результате одновременно увеличиваются как прочность, так и пластичность материала;

Возникающая перед разрушением субмикрокристаллического армко -железа макролокализация пластического течения развивается как самостоятельная стадия. Ведущим механизмом деформации на этой стадии является формирование и самосогласованное развитие двух макрополос, ориентированных по схеме диполя или креста. Нарушение этого самосогласования обусловливает развитие трещины как поворотной моды деформации и разрушение материала;

Ультразвуковая обработка позволяет создать полосовую фрагментированную структуру в поверхностном слое исследованных металлов и сплавов как эффективный барьер для развития сдвиговой деформации на микро- и мезомасштабных уровнях. Результат ультразвукового воздействия существенно зависит от исходного структурного состояния материала;

Разработан принципиально новый метод упрочнения материалов путем создания в них наноструктурных поверхностных слоев с барьерным подслоем. Он обеспечивает увеличение прочности материала с одновременным увеличением его пластичности. Предложенный метод применен для упрочнения ферритно-мартенситной стали 16Х12В2ФТаР, что позволило существенно повысить ее эксплуатационные характеристики.

1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. - 272 с.

2. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. М.: Физматлит. -2000.-224 с.

3. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф. и др. Структура, механические и электрохимические свойства ультрамелкозернистого титана // Известия вузов. Физика. 2000. - №1. - С.77-85.

4. Исламгалиев Р.К., Пышминцев И.Ю., Хотинов В.А. и др. Механическое поведение ультрамелкозернистого армко железа // Физика металлов и металловедение. - 1998.-Т. 86.-№4.-С. 115-123.

5. Пышминцев И.Ю., Валиев Р.З., Александров И.В. и др. Особенности механического поведения меди с субмикрокристаллической структурой // Физика металлов и металловедение. 2001. - Т. 92. - № 1. - С. 99-106.

6. Миронов С.Ю., Салищев Г.А., Мышляев М.М. Эволюция структуры в ходе холодной деформации субмикрокристаллического титана // Физика металлов и металловедение. 2002. - Т. 93. - № 4. - С. 75-87.

7. Панин В.Е., Деревягина Л.С., Валиев Р.З. Механизм локализованной деформации субмикрокристаллической меди при растяжении // Физическая мезомеханика. 1999. - Т. 2. - №1-2. - С. 89-95.

8. Фирстов С.А., Даниленко Н.И., Копылов В.И., Подрезов Ю.Н. Структурные изменения при больших пластических деформациях в железе и их влияние накомплекс механических свойств // Известия вузов. Физика. 2002. - № 3. -С. 41-48.

9. Носкова Н.И., Корзников А.В., Идрисова С.Р. Структура, твердость и особенности разрушения наноструктурных материалов // Физика металлов и металловедение. 2000. - Т. 89. - № 4. - С. 103-110.

10. Салищев Г.А., Миронов С.Ю. Влияние размера зерна на механические свойства технически чистого титана // Известия вузов. Физика. — 2001. № 6. -С. 28-32.

11. Панин В.Е. Основы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. -1998.- Т. 1. № 1. - С. 5-22.

12. Панин В.Е. Поверхностные слои нагруженных твердых тел как мезоскопический структурный уровень деформации // Физическая мезомеханика.-2001.-Т. 4.-№3.-С. 5-22.

13. Панин В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 2000. - Т. 3. - № 6. - С. 5-36.

14. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: В 2 т./ В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин, П.В. Макаров и др. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - Т. 1, 298 с. - Т. 2, 320 с.

15. Панин В.Е. Поверхностные слои как синергетический активатор пластического течения нагруженного твердого тела // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2005. № 7. — С. 62-68.

16. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных процессах. — М.: Мир, 1977.-512 с.

17. Засимчук Е.Э., Маркашова Л.И. Микрополосы в монокристаллах никеля, деформированных прокаткой. — Препринт / Институт металлофизики АН УССР № 23. Киев, 1998. - 36 с.

18. Malin A., Hubert J., Hatherly M. The microstructure of rolled copper single crystals//Zs. Metallk. 1981. - B. 72.-No. 5. - P. 310-317.

19. Yenng W.Y., Duggan В.J. Shear bands angles in rolled f.c.c. materials // Acta Met.- 1987.-V. 35.-No. 2.-P. 541-548.

20. Конева H.A., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Под редакцией В.Е. Панина. Новосибирск: Наука, 1990. - С. 123-186.

21. Коротаев А.Д., Тюменцев А.Н., Пинжин Ю.П. Активация и характерные типы дефектных структур мезоуровня пластического течения высокопрочных материалов // Физическая мезомеханика. 1998. - Т. 1. — № 1. - С. 23-36.

22. Harren S.V., Deve Н.Е., Asaro R.J. Shear band formation in plane strain compression // Acta Met. 1988. - V. 36. - No. 9. - P. 2435-2480.

23. Панин B.E., Слосман А.И., Колесова H.A. Закономерности пластической деформации и разрушения на мезоуровне поверхностно упрочненных образцов при статическом разрушении // Физика металлов и металловедение.- 1996. Т. 82. - Вып. 2. - С. 129-136.

24. Панин В.Е., Дерюгин Е.Е. Самоорганизация макрополос локализованного сдвига и фазовые волны переключений // Физическая мезомеханика. — 1999. — Т. 2. -№ 1-2.-С. 77-88.

25. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1985. - 229 с.

26. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Данилов В.И. и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1990.-255 с.

27. Панин В.Е., Елсукова Т.Ф. Деформация и разрушение поликристаллов при знакопеременном нагружении как диссипативный процесс. Синергетика и усталостное разрушение металлов. М.: Наука, 1989. - С. 113-138.

28. Панин В.Е., Елсукова Т.Ф., Елисеева М.К., Гриняев Ю.В. Движение зерен как целого при пластической деформации поликристаллов // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. — № 5. - С. 138-141.

29. Шаркеев Ю.П. Исследование закономерностей формирования и развития зон и систем скольжения при пластической деформации поликристаллического сплаваM^Fe: Дис. . физ.-мат. наук. Томск, 1983. -228 с.

30. Приемский Н.Д., Романов А.Е. Характеристические масштабы пластической деформации / В кн. Дисклинации. Экспериментальное исследование и теоретическое описание. Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1982. - С. 57-74.

31. Конева Н.А., Козлов Э.В. Природа субструктурного упрочнения // Известия вузов. Физика. 1982.-№ 8.-С. 3-14.

32. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. - 224 с.

33. Дисклинации. Экспериментальное исследование и теоретическое описание / Сб. научных статей под ред. Владимирова В.И. Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1982.-281 с.

34. Хови А. Конфигурация дислокаций в деформированных ГЦК монокристаллах с различной энергией дефекта упаковки // Прямое наблюдение несовершенств в кристаллах. — М.: Металлургия, 1964. 157 с.

35. Хирш П. Электронно-микроскопическое наблюдение дисклокаций в металлах // Новые электронно-микроскопические исследования. М.: Металлургиздат, 1961.-203 с.

36. Steeds J.W. Dislocation arrangement in copper single crystals as a function of strain // Proc. Roy. Soc. 1966. - V. 292. - P. 5-23.

37. Вергазов A.H., Лихачев B.A., Рыбин В.В. Характерные элементы дислокационной структуры в деформированном поликристаллическоммолибдене // Физика металлов и металловедение. 1976. - Т. 42. - Вып. 1. -С. 25-33.

38. Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. Киев: Наукова Думка, 1975. - 316 с.

39. Иванова B.C. Разрушение металлов. — М.: Металлургия, 1979. 160 с.

40. Набарро Ф.Р.Н., Базинский З.С., Холт Д.Б. Пластичность чистых монокристаллов. -М.: Металлургия, 1967. 162 с.

41. Конева Н.А., Козлов Э.В. Современная картина стадий пластической деформации // Известия вузов. Физика. 2004. - № 8. — С. 90-98.

42. Конева Н.А., Лычагин Д.В., Жуковский С.П. и др. Эволюция дислокационной структуры и стадии пластического течения железо-никелевого сплава // Физика металлов и металловедение. — 1985. Т. 60. - № 1. - С. 171-179.

43. Конева Н.А., Тришкина Л.И., Данелия Г.В. и др. Эволюция ячеистой дислокационной структуры в медно-алюминиевых и медно-марганцевых сплавах // Физика металлов и металловедение. 1988. - Т. 66. - № 4. - С. 808813.

44. Трефилов В.И., Горная И.Д., Моисеев В.Ф. и др. Определение границ структурных состояний по кривым нагружения // Доклады АН УССР. Серия А.- 1980.-№5.-С. 67-78.

45. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф. Печковский Э.П. и др. Деформационное упрочнение и развитие дислокационной структуры в поликристаллических ОЦК-металлах // Металлофизика. 1986. - Т. 8. - № 2. - С. 89-97.

46. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф. Печковский Э.П. и др. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. Киев: Наукова Думка, 1987.-256 с.

47. Попов Л.Е., Шаркеев Ю.П., Конева Н.А. и др. Связь между скоростью накопления дислокаций и средней длиной линий скольжения // Физика металлов и металловедение. 1977. - Т. 43. - № 6. - С. 11-18.

48. Шаркеев Ю.П., Конева Н.А., Козлов Э.В, Эволюция картины линий скольжения в процессе деформации в поликристаллическом сплаве Ni3Fe II Извести вузов. Физика. 1979. - № 11. - С. 24-29.

49. Конева Н.А., Шаркеев Ю.П., Теплякова Л.А. и др. Поверхностная картина скольжения и механизмы деформации ГЦК-сплавов // Физика и технология упрочнения поверхности металлов. Л: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1985. - С. 7985.

50. Конева Н.А. Эволюция дислокационной структуры, стадийность деформации и формирование напряжения течения моно- и поликристаллов ГЦК однофазных сплавов: Дис. . докт. физ.-мат. наук. Томск, 1988. - 620 с.

51. Панин В.Е. Методология физической мезомеханики как основа построения моделей в компьютерном конструировании материалов // Известия вузов. Физика. 1995,-№ 11.- С. 6-25.

52. Гриняев Ю.В., Панин В.Е. Полевая теория дефектов на мезоуровне // Доклады РАН. 1997. - Т. 42. - № 3. - С. 109-112.

53. Панин В.Е., Панин С.В., Мамаев А.И. Деформационные домены на мезоуровне в деформируемом твердом теле // Доклады РАН. 1996. - Т. 350. -№ 1.-С. 35-38.

54. Панин В.Е., Дерюгин Е.Е., Деревягина Л.С., Лотков А.И. Эффект подобия микро- и мезомеханизмов деформации // Физика металлов и металловедение. 1997.-Т. 84. -№ 2. - С. 189-192.

55. Макаров В.Ф., Юрова Г.П. Новый метод финишной обработки деталей газотурбинных двигателей. // Металлообработка. 2002. - № 4. - С. 12-14.

56. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. - 152 с.

57. Марков Л.И., Устинов И.Д. Ультразвуковое алмазное выглаживание деталей и режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979. - 54 с.

58. Муханов И.И. Импульсная упрочняюще-чистовая обработка деталей машин ультразвуковым инструментом. М.: Машиностроение, 1978. - 44 с.

59. Белоцкий А.В., Виниченко В.Н., Муха И.М. Ультразвуковое упрочнение металлов. — К.: Тэхника, 1989. 168 с.

60. Коломеец Н. П., Михайлов В. С. Применение ультразвуковой технологии для упрочнения сварных соединений и суперфинишной обработки деталей узлов трения // Судостроение. 2001. - № 4. - С. 32-33.

61. Абрамов О.А., Добаткин В.И., Казанцев В.Ф. и др. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов. М.: Наука, 1986. — 277 с.

62. Клименов В.А., Иванов Ю.Ф., Перевалова О.Б. др. Структура, фазовый состав и механизмы упрочнения аустенитной стали, подвергнутой ультразвуковой обработке бойками // Физика и химия обработки материалов. 2001. — №1. — С. 90-97.

63. Сизова О.В., Колубаев Е.А. Влияние ультразвуковой обработки на структуру и свойства перлита // Известия вузов Физика. 2003. - № 2. - С. 27-30.

64. Панин В.Е., Клименов В.А. Безбородов В.П. и др. Структурные и фазовые превращения при ультразвуковой обработке мартенситной стали // Физика и химия обработки материалов. 1993. -№ 6. - С. 77-83.

65. Ивашкин Ю.А., Тяпунина Н.А. Генерация точечных дефектов при пластической деформации ультразвуком // Взаимодействие дефектов кристаллической решетки и свойства материала. — Тула: Изд. Тул. полит, инта, 1982.-С. 35-38.

66. Полоцкий И.Г., Базелюк Г.Я., Ковш С.В. Дефекты и свойства кристаллической решетки. Киев, Изд-во АН УССР, 1966. - С. 156-163.

67. Клименов В.А., Ковалевская Ж.Г., Уваркин П.В. и др. Ультразвуковое модифицирование поверхности и его влияние на свойства покрытий // Физическая мезомеханика. 2004. - Т.7. - Специальный выпуск. Ч. 2. -С. 157-160.

68. Анчев В.А., Скаков Ю.А. Влияние ультразвука на микротвердость и дислокационную структуру меди // Известия вузов. Черная металлургия. — 1974.-№ 11.-С. 132-139.

69. Кулемин А.В. Ультразвук и диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978. — 200 с.

70. Лангенекер В. Электронно-микроскопические исследования образцов, подвергаемых воздействию ультразвука // Приборы для научных исследований. 1966.-Т. 37.-№ 1.-С. 109-112.

71. Ковш С.В., Котко В.А., Полоцкий И.Г. и др. Действие ультразвука на дислокационную структуру и механические свойства молибдена // Физика металлов и металловедение. 1973. - Т. 35. - Вып. 6. - С. 1999-2005.

72. Терентьев В.Ф., Коган И.С., Орлов Л.Г. Изменение дислокационной структуры молибдена в процессе усталости // ФММ 1975 - Т. 40 - №1. -С. 199-202.

73. Горицкий В.М., Иванова B.C., Орлова Л.Г., Терентьев В.Ф. О различии пластической деформации поверхностных и внутренних слоев поликристаллического железа при усталостном нагружении // Доклады АН СССР. 1972.-Т. 205-№4.-С. 812-814.

74. Кудрявцев И.В. Поверхностный наклеп для повышения прочности и долговечности деталей машин. М.: УТПВМ, 1966. - 97 с.

75. Хворостухин Л.А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. М.: Машиностроение, 1988. - 141 с.

76. Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И. и др. Процессы структурообразования при пластической деформации металлов. Минск: Наука и техника, 1994. - 221 с.

77. Жеребцов С.В., Галеев P.M., Валиахметов О.Р. и др. Формирование субмикрокристаллической структуры в титановых сплавах интенсивной пластической деформацией // Кузнечно-штамповое производство. Обработка металлов давлением. 1999. - № 7. - С. 17-22.

78. Furukawa М., Horita Z., Nemoto М., Langdon Т. G. Review: Processing of metals by equal-channel angular pressing // Journal of Materials Science. 2001. - V. 36. -No. 12.-P. 2835-2843.

79. Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G., Iwahashi Y. The process of grain refinement in equal-channel angular pressing // Acta Materialia. 1998. — V. 46. — No. 9. — P. 3317-3331.

80. Наноструктурные материалы: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Андриевский Р.А., Рагуля А.В. М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 192 с.

81. Gleiter Н. Nanostructured materials: basic concept and microstructure // Acta Materialia. 2000. - V. 48. - P. 1-29.

82. Segal V.M. Equal channel angular extrusion: from macromechanics to structure formation // Materials Science and Engineering. 1999. - V. A271. - P. 322-333.

83. Kopylov V.I. Application of ECAE-Technology for producing nano- and microcrystalline materials // NATO Sci. Ser. Ed. by T.C. Lowe, R.Z. Valiev. Kluwer Publ., 2000. P. 23-27.

84. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Progress in Material Science. 2000. - V. 45 (2). — P. 103-184.

85. Тюменцев A.H., Панин B.E., Деревягина JI.C., Валиев Р.З. Механизм локализованного сдвига на мезоуровне при растяжении ультрамелкозернистой меди // Физическая мезомеханика. 1999. - Т.2. - № 6. -С. 115-123.

86. Бакач Г.П., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р. и др. Локализация пластической деформации на макромасштабном уровне в субмикрокристаллических металлах и сплавах // Физическая мезомеханика. — 2004. Т. 7. — Специальный выпуск. Ч. 1. - С. 135-137.

87. Третьяк М.В., Тюменцев А.Н. Масштабные уровни фрагментации кристаллической решетки сплава на основе N13AI в процессе интенсивной пластической деформации кручением под давлением // Физическая мезомеханика. 2000. - Т. 3. - № 3. - С. 23-29.

88. Валиев Р.З., Исламгалиев Р.К. Структура и механическое поведение ультрамелкозернистых материалов и сплавов, подвергнутых интенсивнойпластической деформации // Физика металлов и металловедение. 1998. -Т. 85. — № 3. - С. 161 - 177.

89. Mishin О.V., Gertsman V.Yu., Valiev R.Z., Gottstein G. Grain boundary distributions and texture in ultrafine-grained copper produced by severe plastic deformation // Scripta Mater. 1996. - V. 35. - P. 873 - 878.

90. Иванисенко Ю.В., Корзников А.В., Сафаров И.М. и др. Формирование сверхмелкозернистой структуры в железе и его сплавах при больших пластических деформациях // Металлы. 1995. - № 6. - С. 126-131.

91. Iwahashi Y., Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G. An investigation of microstructural evolution during equal-channel angular pressing // Acta Materialia.- 1997. V. 45. - No. 11. - P. 4733-4741.

92. Prangnell P.B., Gholinia A., Markushev M.V. The effect of strain path on the development of deformation structures in severely deformed aluminium alloys processed by ECAE // Acta Materialia. 2000. - V. 48. -No. 5. - P. 1115-1130.

93. Дегтярев M.B., Воронова Л.М., Чащухина Т.И. и др. Образование и эволюция субмикрокристаллической структуры в чистом железе при сдвиге под давлением // Физика металлов и металловедение. 2003. - Т. 96. — № 6. -С. 100-108.

94. Васильева Л.А., Гордиенко А.И., Копылов В.И. и др. Формирование ультрадисперсной структуры ОЦК-железа при интенсивном сдвиговом деформировании // Известия АН Беларусии. Серия физико-технических наук.- 1995.-№2.-С. 42-45.

95. Ахмадеев Н.А., Валиев Р.З., Копылов В.И. Мулюков P.P. Формирование субмикрокристаллической структуры меди и никеле с использованием интенсивного сдвигового деформирования // Металлы. 1992. - № 5. - С. 96101.

96. Valiev R.Z., Ivanisenko Yu.I., Rauch E.F., Buadelet В. Microstructure evolution in armco-iron due to severe plastic deformation // Acta Materialia. 1996. - V. 44.1. No. 12.-P. 4705-4712.

97. Тюменцев А.Н., Пинжин Ю.П. Микроструктура ультрамелкозернистой меди, полученной интенсивной пластической деформацией кручением под давлением // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. -№7.-С. 337-341.

98. Zhu Y.T., Huang J.Y., Cubicza J. et al. Nanostructures in 77 processed by severe plastic deformation//J. Mater. Res.-2003.-V. 18.-No8.-P. 1908-1917.

99. Смирнова Н.А., Левит В.И., Пилюгин В.И. и др. Эволюция структуры ГЦК монокристаллов при больших пластических деформациях // Физика металлов и металловедение. 1986.-Т. 61. -№ 6.-С. 1170- 1177.

100. Изотов В.И., Русаненко В.В., Копылов В.И. и др. Структура и свойства инварного сплава Fe-36%Ni после интенсивной пластической деформации // Физика металлов и металловедение. 1996. — Т. 82. -№ 3. - С. 123-135.

101. Jia D., Ramesh К.Т., Ma Е. Effects of nanocrystalline and ultrafine grain sizes on constitutive behavior and shear bands in iron // Acta Materialia. 2003. - V. 51. -P. 3495-3509.

102. Valiev R.Z., Kozlov E.V., Ivanov Yu.F. et al. Deformation behavior of ultrafine-grained copper // Acta Materialia. 1994. - V. 42. - No. 7. - P. 2467-2479.

103. Тюменцев A.H., Панин B.E., Дитенберг И.А. и др. Особенности пластической деформации ультрамелкозернистой меди при разных температурах // Физическая мезомеханика. 2001. - Т. 4. - № 6. - С. 77-85.

104. Кулясова О.Б., Рааб Г.И., Исламгалиев Р.К. Влияние режимов интенсивной пластической деформации на микроструктуру и механические свойства магниевого сплава АМ60 // Металлы. 2004. - № 1. - С. 104-109.

105. Миронов С.Ю., Малышева С.П., Салищев Г.А., Мышляев М.М. Влияние размера зерна на механическое поведение титана ВТ 1-00 // Физика металлов и металловедение. 1999. - Т. 87. - № 3. - С. 80-85.

106. ПЗ.Дударев Е.Ф., Грабовецкая Т.П., Колобов Ю.Р. и др. Деформационное поведение и механические свойства ультрамелкозернистого титана, полученного методом равноканального углового прессования // Металлы. -2004.-№ 1.-С. 87-95.

107. Shin D.H., Kim J., Choo W.Y. et al. Microstructures and mechanical properties of equal-channel angular pressed low carbon steel // Scripta Materialia. — 2000. -V. 42.-No. 7.-P. 695-699.

108. Малышева С.П., Салищев Г.А., Мышляев М.М. и др. Особенности изменения структуры и механических свойств субмикрокристаллического титана придеформации в интервале температур (0,15 0,45)ГШ // Физика металлов и металловедение.-2003.-Т. 95.-№4.-С. 98-105.

109. Салищев Г.А., Миронов С.Ю., Мышляев М.М. Особенности механического поведения и эволюции структуры субмикрокристаллического титана в условиях холодной пластической деформации // Вопросы материаловедения. -2002.-№ 1 (29).-С. 168-179.

110. Shin D.H., Kim Y.-S., Lavernia E.J. Formation of fine cementite precipitates by static annealing of equal-channel angular pressed low-carbon steels // Acta Materialia. 2001. - V. 49. - P. 2387-2393.

111. Колобов Ю.Р., Кашин O.A., Дударев Е.Ф. и др. Влияние ультразвукового деформирования поверхности на структуру и механические свойства поликристаллического и наноструктурного титана // Извести вузов. Физика.-2000. №9. - С.45-50.

112. Kumar K.S., Van Swygenhoven Н., Suresh S. Mechanical behavior of nanocrystalline metals and alloys // Acta Materialia. 2003. - V. 51.- No. 19. - P. 5743-5774.

113. Wang Y.M., Wang K. Pan D. et al. Microsample tensile testing of nanocrystalline copper // Scripta Materialia. 2003. - No. 48. - P. 1581-1586.

114. Пышминцев И.Ю. Механические свойства металлов с субмикрокристаллической структурой // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. - № 11. - С. 37-40.

115. Weertman J.R. Mechanical behaviour of nanocrystalline metals // Nanostructured materials: Processing, properties and potential applications. William Andrew Publishing, Norwich, 2002. - 346 p.

116. Дударев Е.Ф., Бакач Г.П., Грабовецкая Г.П. и др. Деформационное поведение и локализация пластической деформации на мезо- и макромасштабныхуровнях в субмикрокристаллическом титане // Физическая мезомеханика. — 2001. -Т.4. — № 1.-С. 97-104.

117. В.Б. Моррисон, P.JI. Миллер. Пластичность сплавов со сверхмелким зерном. Сверхмелкое зерно в металлах. — М.: Металлургия, 1973. С. 181-206.

118. X. Конрад. Модель деформационного упрочнения для объяснения влияния величины зерна на напряжение течения металлов. Сверхмелкое зерно в металлах. М.: Металлургия, 1973. - С. 206-219.

119. M.F. Ashby. The deformation of plastically non-homogeneous materials // Philosophical Magazine. 1970. - V. 21. - P. 399-424.

120. Гиллер Я.Л. Таблицы межплоскостных расстояний. Изд-во: Недра, 1966. — Т. 1.-364 с.

121. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристалов. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960.-496 с.

122. Деревягина Л.С. Панин В.Е., Стрелкова И.Л. Количественные оценки напряженно-деформированного состояния в зоне геометрического концентратора напряжений // Проблемы машиностроения. 2002. - № 4. — С. 43-49.

123. Панин B.E., Панин A.B. Проблемы мезомеханики прочности и пластичности наноструктурных материалов // Известия вузов. Физика. 2004. - Т. 47. -№ 8.-С. 5-17.

124. Панин А.В., Сон А.А., Иванов Ю.Ф., Копылов В.И. Особенности локализации и стадийности пластической дефомации субмикрокристаллического армко -железа с полосовой фрагментированной субструктурой // Физическая мезомеханика. 2004. - Т. 7. — № 3. - С. 5-16.

125. Иванов Ю.Ф., Панин А.В., Сон А.А. и др. Структурная аттестация армко-железа, подвергнутого РКУ прессованию // Известия вузов. Физика. 2005. -Т. 48.-№4.-С. 70-75.

126. Гриняев Ю.В., Панин В.Е. Расчет напряженного состояния в упруго напряженном поликристалле // Известия вузов. Физика. 1978. — № 12. -С. 95-101.

127. Макаров П.В. Подход физической мезомеханики к моделированию процессов деформации и разрушения // Физическая мезомеханика. 1998. - Т. 1. — № 1. -С. 61-81.

128. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. — М.: Наука, 1997. 708 с.

129. Панин А.В., Клименов В.А., Абрамовская H.JL, Сон А.А. Зарождение и развитие потоков дефектов на поверхности деформируемого твердого тела // Физическая мезомеханика. 2000. - Т. 3. - № 1. - С. 83-92.

130. Йошида С. Оптико-интерферометрические исследования деформации и разрушения на основе физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 1999. - Т. 2. - № 4. - С. 5-12.

131. Panin V.E. Synergetic properties of physical mesomechanics // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2001. - V. 37. - № 1-3. - P. 261-298.

132. Панин B.E., Панин JI.E. Масштабные уровни гомеостаза в деформируемом твердом теле // Физическая мезомеханика. 2004. - Т. 7. - № 4. - С. 5-23.

133. Панин В.Е., Зуев Л.Б., Данилов В.И., Мних Н.М. Особенности поля смещений при пластической деформации крупнозернистого кремнистого железа // Физика металлов и металловедение. 1988. - Т. 66. — № 2. - С. 1005-1009.

134. Панин В.Е., Гриняев Ю.В. Физическая мезомеханика новая парадигма на стыке физики и механики // Физическая мезомеханика. - 2003. - Т. 6. - № 4. — С. 9-36.

135. Панин В.Е. Физическая мезомеханика поверхностных слоев твердых тел // Физическая мезомеханика. 1999. - Т. 2. - № 6. - С. 5-23.

136. Цигенбайн А., Плессинг И., Нойхойзер И. Исследование мезоуровня деформации при формировании полос Людерса в монокристаллах концентрированных сплавов на основе меди // Физическая мезомеханика. — 1998.-Т. 1. -№ 2. С. 5-20.

137. Панин А.В. Особенности пластической деформации и разрушения технического титана и малоуглеродистой стали, подвергнутых ультразвуковой обработке // Физика металлов и металловедение. 2004. — Т. 98.-Вып. 1.-С. 109-118.

138. Панин А.В., Клименов В.А., Почивалов Ю.И., Сон А.А. Влияние состояния поверхностного слоя Ст 3 на механизм пластического течения и сопротивление деформации // Физическая мезомеханика. 2001. — Т. 4. — № 4. -С. 85-92.

139. Панин А.В., Панин В.Е., Почивалов Ю.И. и др. Особенности локализации деформации и механическое поведение титана ВТ 1-0 в различных структурных состояниях // Физическая мезомеханика. — 2002. — Т. 5. — № 4. -С. 73-84.

140. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. — 320 с.

141. Губернаторов В.В., Соколов Б.К., Гервасьева И.В., Владимиров JI.P. О формировании полосовых структур в структурно-однородных материалах при деформации // Физическая мезомеханика. 1999. - Т. 2. - № 1-2. - С. 157162.

142. Панин С.В., Нойман П., Байбулатов Ш.А. Исследование развития деформации на мезоуровне интерметаллического сплава ШвзЛ1з7 при сжатии // Физическая мезомеханика. 2000. - Т. 3. - № 1. - С. 75-82.

143. Cherepanov G.P. On the theory of thermal stresses in a thin bonding layer // J. Appl. Phys. 1995. - V. 78. - P. 6826-6832.

144. Зуев Л.Б., Баранникова C.A., Данилов В.И. Кинетика периодических процессов при пластическом течении // Физика твердого тела. — 1999. Т. 41. - № 7. - С. 1222-1224.

145. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. // Физика и химия обработки материалов. -1970.-№ 1.-С. 79-85.

146. Веттегрень В.И., Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. Исследование динамики субмикродефектов на поверхности нагруженного молибдена при помощитуннельного профилометра // Физика твердого тела. 1996. - № 4. - С. 11421148.

147. Веттегрень В.И., Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. Динамика нанодефектов на поверхности нагруженного золота // Физика твердого тела. 1998. - № 12. -С. 2180-2183.

148. Веттегрень В.И., Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. Исследование эволюции рельефа поверхности нагруженных образцов меди при помощи растрового туннельного профилометра // Физика твердого тела. — 1995. № 4. - С. 913921.

149. Веттегрень В.И., Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. Исследование эволюции рельефа поверхностей отожженных образцов Си и Pd под нагрузкой // Физика твердого тела. 1997. -№ 9. - С. 1560-1563.

150. Супрапеди, Тойоока С. Пространственно-временное наблюдение пластической деформации и разрушения методом лазерной спекл-интерферометрии // Физическая мезомеханика. 1998. - Т. 1. — № 1. — С. 5560.

151. Eshelby J.D. Boundary problems. Amsterdam: North-Holland Publ., 1979. -V. l.-P. 221-230.

152. Representative articles are found in surface effects in crystal plasticity / Ed. by R.M. Latanition and J.T. Fourier. Noordhoff-Leyden, 1977. - 198 p.

153. Орлов JI.Г. Влияние поверхностного натяжения на гетерогенное зарождение дислокаций в кристаллах // Физика твердого тела. 1972. - Т. 14. — Вып. 12. — С. 3691-3692.

154. Дударев Е.Ф. Микропластическая деформация и предел текучести поликристаллов. Томск: Изд-во Том. гос. Университета, 1998. - 256 с.

155. Антипов С.Ф., Батаронов И.Л., Дрожжин А.И. и др. Особенности пластической деформации кремния, связанные с зарождением дислокаций наповерхности и эволюцией их ансамбля в объеме // Известия вузов. Физика. — 1993.-Т. 36.-С. 60-68.

156. Дрожжин А.И., Ермаков А.П. Особенности ползучести нитевидных кристаллов германия при одноосном растяжении // Известия вузов. Физика. —1996. Т. 39. - № 6. - С. 60-68. /

157. Панин В.Е., Коротаев А.Д., Макаров П.В., Кузнецов В.М. Физическаямезомеханика материалов // Известия Вузов. Физика. — 1998. Т. 41. - № 9 — С. 8-36.

158. Zuev L.B., Danilov V.I. A self-excited wave model of plastic deformation in solids // Phylosophy Magazine. 1999. - V. 79. - No. 1. - P. 43-57.

159. Панин A.B. Нелинейные волны локализованного пластического течения в наноструктурированных поверхностных слоях твердых тел и тонких пленках // Физическая Мезомеханика. 2005. - Т. 8. - № 3. - С. 5-17.

160. Моисеенко Д.Д., Максимов П.В. Формирование спиральных структур и эффект "шахматной доски" при расчете деформационного профиля на поверхности нагруженного твердого тела // Физическая мезомеханика. — 2005. Т. 8. - № 6. (в печати).

161. Моисеенко Д.Д., Максимов П.В., Соловьев И.А. Стохастический подход к многоуровневому моделированию возмущений на границах раздела в нагруженном твердом теле // Физическая мезомеханика. — 2004. — Т. 7. № 2. -С. 19-24.

162. Полетика Т.М., Зыков И.Ю., Карташова Н.В. и др. Локализация макродеформации в сплавах на основе Zr // Материаловедение. 1999. -№ 10.-С. 32-37.

163. Гаврилюк В.Г. Распределение углерода в стали. Киев: Наука, думка, 1987. -208 с.

164. Тяпунина Н.А. Особенности пластической деформации под действием ультразвука // Известия вузов. Физика. 1982. - Т. 25. - № 6. - С. 118-128.

165. Прокопенко Г.И., Герцрикен Д.С. Массоперенос и подвижность дефектов в металлах при ультразвуковой ударной обработке // Препринт. Киев, 1990. -С.3-42.

166. Медведева Е.А., Бибилашвили Ю.К., Казеннов Ю.И. Перспективные высокохромистые стали для применения в оболочках ТВЭЛов реакторов на быстрых нейтронах // Физика и химия обработки материалов. 2001. - №6. — С. 26-31.

167. Ватулин А.В., Целищев А.В. Конструкционные стали для активной зоны реакторов на быстрых нейтронах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. - № И.-С. 13-19.