автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка количественных структурно-энергетических показателей микроструктуры поликристаллических материалов

На правах рукописи

ШПИЛЕВА АННА АНАТОЛЬЕВНА

Разработка количественных структурно-энергетических показателей микроструктуры поликристаллических материалов

Специальность 05.02.01 - Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003472ЭЭ (

Комсомольск-на-Амуре - 2009

003472997

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете» (г. Комсомольск-на-Амуре)

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Ким Владимир Алексеевич

доктор технических наук, профессор

Ри Хосен

(г. Хабаровск)

кандидат технических наук Штанов Олег Викторович (г. Комсомольск-на-Амуре)

Институт материаловедения ДВО РАН (г. Хабаровск)

Защита состоится 25 июня 2009 г. в_часов на заседании диссертационного

совета Д 212.073.02 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» по адресу. 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27. Факс: 8(4217) 54-08-87; E-mail: mdsov@knastu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

Автореферат разослан «¿f{ » мая 2009 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

i^ogjr—'

Пронин А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

В связи с непрерывно растущими требованиями к надежности и долговечности металлопродукции, повышаются требования к контролю качества, одним из аспектов которого является контроль микроструктуры металла.

Микроструктура материала отражает все кинетические процессы кристаллизации, полиморфные и другие структурные превращения при производстве самого материала, технологии обработки изделия и его эксплуатации.

Анализ микроструктуры носит в большинстве случаев субъективный характер, где много зависит от квалификации металловеда, при этом объективные количественные характеристики до последнего времени использовались ограниченно. Можно выделить только один показатель - балл зернистости, количественная оценка которого узаконена ГОСТом. Исследование микроструктуры сводится обычно к рассмотрению металлографического шлифа под микроскопом и сравнению увиденного изображения с изображениями, приведенными в соответствующей литературе и

С развитием вычислительной техники металлография стала компьютерной, появилась масса программных продуктов, позволяющих измерять и рассчитывать многие количественные характеристики изображений и производить с ними различные математические и логические операции, но единых общепринятых количественных показателей микроструктур не существует. Достоинство количественного показателя определяется тем, насколько глубоко он отражает физические процессы структурных изменений при производстве материала, изготовлении и эксплуатации изделия. Количественные термодинамические показатели микроструктур отличаются тем, что отражают принципиальные стороны процесса и носят универсальный характер.

Целью настоящей работы является разработка и применение количественных структурно-энергетических показателей микроструктуры поликристаллических материалов и исследование с их помощью структурообразования материала при различных видах обработки изделий машиностроения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи исследования:

1. Проведение анализа количественного описания структуры материала, как набора геометрических объектов и оценка их информативных свойств.

2. Разработка количественных соотношений, отображающих состояние микроструктуры, базирующихся на термодинамике структурных изменений.

3. Разработка методики определения количественных структурно - энергетических показателей микроструктуры материалов.

3. Исследование микроструктурных изменений при различной технологической обработке материала, используя разработанные количественные микроструктурные соотношения.

ГОСТе.

4. Внедрение результатов работы в учебный и производственный проце!

Научная новизна

1. Предложены количественные показатели и комплексы для описания интерфейса микроструктуры, отражающие его структурно-энергетическое состояние и активно реагирующие на структурные изменения деформационного и термического воздействия на материал.

2. Получены экспериментально-теоретические зависимости, позволяющие по микроструктурным показателям вычислять некоторые физико-механические свойства материала.

3. Установлено, что в области синергетического развития микроструктур между отдельными количественными показателями устанавливается детерминированная связь.

На защиту выносятся

1. Термодинамическое обоснование количественных показателей микроструктуры: фрактальной размерности (D) и плотности границ раздела (q), отражающих связь между поверхностной энергией границ и химическим потенциалом кристаллита.

2. Методика определения условной энергии Гиббса путем экстраполяции на нулевую глубину работы внедрения алмазного наконечника при микроиндентирова-нии.

3. Закономерности изменения микроструктуры в количественных соотношениях при различных видах обработки.

Методы исследования

Теоретические положения диссертационной работы базируются на физике металлов, термодинамике неравновесных процессов и синергетике, а также физической мезомеханике.

При выполнении диссертационной работы использовались общепринятые методики определения структурного состояния и физико-механических свойства материалов, специальные методики определения условного потенциала Гиббса, количественных металлографических характеристик с помощью программы Image.Pro.Plus.5.1 и методика исследования структурной динамики в зоне стружко-образования при резании.

Экспериментальные данные обрабатывались с помощью пакетов прикладных программ (Microsoft Excel и Image.Pro.Plus.5.1). В работе использовались математическая статистика и теория вероятности.

Практическая значимость работы

Разработана методика определения количественных показателей микроструктуры поликристаллического материала.

Предложен метод определения балла зернистости, учитывающий все ГОСТовские требования и позволяющий определять балл зерна в более оперативном режиме.

Получены количественные соотношения, позволяющие рассчитывать некоторые механические характеристики материала по показателям микроструктур.

Реализация работы

Результаты работы внедрены на ОАО «PH-Комсомольский НПЗ», ОАО «Амурметалл», ООО «Дальконтех» и учебный процесс.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждаются проведением экспериментальных исследований с применением современного оборудования на основе цифровых технологий, прошедшего государственную поверку; многократным повторением экспериментов в соответствии с положениями математической статистики; использованием общепринятых и специальных методик, а так же результатами промышленных внедрений на предприятиях Хабаровского края.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на международных Российско-китайских конференциях в городах Хабаровске и Харбине в 2007 и 2008 годах, на всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока» в 2007 году в Комсомольске-на-Амуре, на ежегодных научных конференциях аспирантов и докторантов ГОУ ВПО «КнАГТУ» и научных семинарах кафедры «Материаловедение и технология новых материалов» в 2006 - 2009 годах.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано шесть работ, в том числе одна статья в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения Она изложена на 200 .страницах машинописного текста, содержит рисунка, < таблиц, списка литературы из ^^наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, обозначена основная цель, определены задачи и сформулирована научная новизна исследований, отмечена практическая ценность и основные направления реализации диссертационной работы.

В первой главе обобщены и проанализированы современные представления об основных механизмах формирования микроструктуры материалов под действием деформационно-термических факторов.

Анализ литературы показал, что микроструктура материала отражает все кинетические процессы кристаллизации, полиморфных и структурных превращений при производстве самого материала, технологии обработки изделия и его эксплуатации. Микроструктура количественно и качественно оценивается набором показателей, отражающих разную степень чувствительности к структурным изменениям. Одни структурные показатели отражают физические характеристики материала, другие - удобны для технологической оценки качества материала, но не все из них учитывают внутреннее структурно-энергетическое состояние.

Исходя из этого, была поставлена цель и определены задачи исследований.

Во второй главе изложены экспериментальные методики металлографических исследований, компьютерной обработки микроструктурных изображений, спо-

соб определения условного потенциала Гиббса микроиндентированием, а также способы изготовления композиционных материалов методом газо-термического напыления и изделий по литёйно-ковочной технологии.

Шлифы для металлографических исследований изготавливались по общепринятой технологии последовательного шлифования и полирования. Для исключения «завалов» исследуемые образцы заливались эпоксидной смолой или сплавом Вуда в цилиндрические капсулы. Травление осуществлялось раствором, соответствующим химическому составу материала и его технологии обработки. На этих же образцах производилось измерение микротвердости.

Микроструктура определялась на металлографическом микроскопе «Микро-200» в диапазоне увеличений от (хЮО) до (хЮОО). Оцифрованное изображение в дальнейшем обрабатывалось с помощью программы 1ша§е.Рго.Р1из.5.1

Способ определения условного потенциала Гиббса основан на определении работы деформации при вдавливании алмазного индентора в материал. Суммарная работа при этом затрачивается на образование новой боковой поверхности отпечатка и оттеснения объема материала, равного объему углубленной части конического индентора, и определяется

0,1428Ра=0,023841)3(ц(,+це), (])

где цо - удельная свободная энергия исходного состояния (условный потенциал Гиббса);

Из - приращение удельной работы пластической деформации при оттеснении материала;

Р - усилие вдавливания;

<1 - средняя диагональ отпечатка.

Тогда, условный потенциал Гиббса можно определить путем экстраполяции удельных энергетических затрат

ц0 + ц£ = 6,004-^, (2)

на нулевое усилие вдавливания.

Компьютерная обработка микроструктурных изображений включает следующие процедуры:

- корректировку оцифрованного изображения микроструктуры для выделения границ, включающую настройку резкости, удаление неоднородного фона, утонение ширины границ до одного пикселя и удаление «отростковых» границ;

- пространственную калибровку по электронному микрон образцу в соответствии с кратностью увеличения;

- определение площади зерен, периметра и фрактальной размерности (методом хорд) границ;

- вычисление средней плотности границ зерен в плоскости шлифа по формуле

V р.

<3)

где Б;, Р; - площадь и периметр ¡-го зерна.

Расчет средних значений фрактальной размерности и плотности границ проводили по всем зернам, зафиксированным в кадре. Количество микрообъектов в

пределах зоны видимости при этом составляла в зависимости от кратности увеличения от 400 до 4500 объектов.

Третья глава посвящена теоретическому обоснованию предлагаемых количественных характеристик микро - и мезоструктуры и их термодинамической и мезо-механической интерпретации, отображающих кинетику структурных превращений при деформационном и температурном воздействии.

Изображения микроструктур материала в большинстве своем представляют геометрическое множество неупорядоченных объектов, из которых всегда можно выделить определенные типы образований, наиболее полно отражающие структурные деформационно-температурные изменения и состояние материала. Комбинация таких формирований выполняет функцию'своеобразного структурного интерфейса. В поликристаллических и гетерогенных материалах такую роль играют форма зерен и отдельных фаз, а также характер распределения точечных объектов. Но наиболее информативными являются границы раздела.

Развитие структуры определяется стремлением ее свободной энергии к минимуму; в приложении к замкнутым границам раздела поликристаллического материала это условие представляется как

ДР^^-у + У-ц^ ->тт, (4)

¡-к

где Б и V - площадь поверхности и объем ¡-го микроструктурного образования; у и ¡1 - удельная поверхностная энергия и химический потенциал; N - общее количество микрообъектов в заданном объеме. Условие (4) в дифференциальном виде представляет

с1ДР = 0, (5)

из которого следует

V у

Анализ структурной организации осуществляется по микрофотографиям, которые являются плоскостными срезами объемного зеренного и фазового строения материала. Поэтому отношение площади к объему можно с высокой степенью приближения заменить отношением периметра (Р) к площади сечения (Б)структурного формирования

Ч = --А (?)

в у

Полученное отношение назовем плотность границ раздела.

Устойчивость границы раздела фаз и зерен необходимо оценивать с учетом локальной кривизны и стремлением микроструктурного состояния к минимуму свободной энергии. С учетом фрактальной зависимости площади поверхности кристаллита и стремлением микроструктуры к состоянию наибольшей устойчивости выражение (4) можно представить

ЛГ = А(10у-Вс13ц тш, (8)

где сЗ - средний размер кристаллита;

Б - фрактальная размерность границы зерна;

А и В - постоянные, зависящие от формы кристаллита.

Максимальная устойчивость микроструктуры соответствует нулевому приращению свободной энергии, тогда

(9)

у

Это означает, что с повышением плотности дефектов кристаллического строения степень развитости границ зерен возрастает. Фрактальная размерность границ может принимать значения 1 < Б < 2.

На основании анализа зеренной структуры металлов и сплавов предложены следующие количественные показатели и их комплексы: фрактальная размерность границ раздела (Б), периметр (Р|) и площадь (Э,-) ¡-го структурного образования и средняя плотность границ раздела в плоскости шлифа, вычисляемая по формуле (3).

Степень неоднородности микроструктуры можно количественно оценить по характеру распределения измеренных показателей зеренной структуры с использованием принятых статистических критериев: диапазона рассеивания, отклонение центра группирования и медианы, отклонение от закона нормального распределения т.п.

Выполненные экспериментально-теоретические исследования раскрывают высокую информативность предлагаемых показателей и их чувствительность к различным структурным процессам.

На рис. 1 представлены результаты моделирования степени развитости границ зернами эллиптической формы. Овальность оценивалась отношением максимального и минимального радиусов эллипса, а фрактальный размер вычислялся методом хорд.

Овальность

Рис. 1. Влияние овальности на фрактальный размер периметра эллиптической фигуры

С повышением степени разноосности фрактальный размер достигает максимума при овальности равной -7,0. Затем наблюдается монотонное падение, которое при увеличении овальности асимптотически приближается к единице. Последнее объясняется тем, что при повышении разноосности доля прямолинейных участков замыкающей кривой возрастает.

На рис. 2 представлено изменение фрактального размера с повышением стандартного балла зернистости, определенного по эталонным трафаретам для стали. А А на рис. 3 показана связь между плотностью границ и баллом зернистости. Как видно из представленных зависимостей с повышением балла зернистости фрактальная размерность и плотность границ возрастают, что отражает общую тенденцию повышения степени развитости границ.

8 9 10

Балл зерна

Рис. 2. Влияние бала зернистости на фрактальный размер границ зерен

ю ___ . о

0,15 0,2 °.25 Плотность границ,!/мкм Рис. 3. Связь между плотностью границ и баллом зернистости

На рис. 4 представлена зависимость условного потенциала Гиббса от плотности границ зеренной структуры и фрактальной размерности для сталей 45, У10 и ХВГ. Различные микроструктурные состояния материала обеспечивались термической обработкой.

Повышение фрактальной размерности приводит к увеличению условного потенциала Гиббса, как результат образования более развитой межзеренной границы. Это фиксируется экспериментально и подтверждается ростом химического потенциала.

Рис. 4. Влияние плотности границ й фрактальной размерности зеренной структуры на условный потенциала Гиббса: 1 - сталь 45; 2-УЮ; 3 -ХВГ

Повышение условного потенциала Гиббса при снижении плотности границ после отпуска закаленной стали отражает особенность развития микроструктуры при разложении мартенсита. На микроструктуре мартенсита не просматривается зе-ренная структура, а видимые границы представляют границы двойников. При разложении мартенсита после низко - и средне - температурного отпуска формируются троостит и сорбит, у которых также не просматривается зеренная структура, и только после высокотемпертурного отпуска начинает выявляться зеренная структура. При этом с повышением температуры отпуска плотность границ снижается.

В четвертой главе изложены результаты исследований развития структур различных металлических сплавов в литейно-ковочном процессе, при электроннолучевой сварке, и изготовлении композиционного материала методом осаждения га-зо-термическим способом, а также магнитной обработке закаленных конструкционных сталей. Рассматриваемые технологии объединяет то, что в них отсутствует силовое технологическое воздействие, доминируют тепловые процессы и магнитные возмущения, а возникающие напряжения носят внутреннюю природу, инициированную структурными изменениями.

Сравнительный анализ структур, окончательно сформированных при традиционном литье в песчаные формы и литейно-ковочной технологии, показывает, что во втором случае деформация материала за счет его обжатия в кристаллизаторе в структурном отношении явно не проявляется. Отличительные микроструктурные признаки объясняются главным образом различием скоростей охлаждения в песчаной форме и металлическом кристаллизаторе. Структура, сформированная при традиционном литье, отличается более крупным зерном и наличием детерминированной зависимости между баллом зернистости и плотностью границ, между баллом зернистости и фрактальной размерностью границ зерен.

На рис. 5 и 6 изображены результаты количественной обработки микроструктур, сформированных литьем в песчаную форму и по литейно-ковочной технологии. Учитывая, что рассматриваемые технологии связаны с производством заготовок, которые в дальнейшем подвергаются механической обработке, обеспечение необходимого балла зернистости является важным условием. Связь между баллом зернистости и плотностью границ зерен носит прямо пропорциональный характер, но сами численные значения рассматриваемых величин существенно разнятся в зависимости от условий формирования микроструктуры. Диапазон изменения балла зернистости в обоих случаях принимает практически одинаковые значения, но диапазон изменения плотности границ в случае формирования микроструктуры в песчаной форме значительно уже при более высокой степени детерминированности связи между ними.

Повышенное значение бала зернистости, плотности границ зерен и фрактальная размерность границ является отражением высокой развитости границ зерен и раздела фаз. Структура, сформированная по литейно-ковочной технологии, отличается более высокой развитостью границ, которая согласно физической мезомехани-ки, играет роль интерфейса структурного состояния и является структурным объектом, на котором происходит диссипация энергии при деформационном нагружении. Это указывает также на высокие прочностные свойства такой структуры. Значения микротвердости подтверждают такое предположение. Установлено, что микротвердость образцов, полученных по литейно-ковочной технологии, на 25...30% выше, чем при литье в песчаную форму.

б)

§ ьа

15 13 11 9 7 5

I

о о о

о

О О 00 0 0

0,4 0,6 0,8 '1 1,2 Плотность границ, 1 /мкм

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1.2 Плотность границ, 3/мкм

Рис. 5. Связь между плотностью границ и баллом зернистости для Структур, сформированных при литье:

а) в песчано-глинистую форму; б) по литейно-ковочной технологии

Образование микроструктуры в сварном шве при электронно-лучевой сварке определяется повышенной плотностью мощности энергетического воздействия на материал, приводящей к развитию высоких температур, превышающих температуру плавления и испарения металла и резкое охлаждение за счет теплопроводности. Развитие микроструктуры происходит в сильно неравновесных условиях. Высокие ско-

рости охлаждения стимулируют развитие закалочных неравновесных структур в центральной области сварного шва. По мере удаления от центра к периферии закалочные структуры плавно переходят в исходные, фиксируя микроструктуры всех стадий процессов термической обработки.

15

к

Р 13 § 11

с:

К 9

7 5

V0 00 «А

о * „ О

оЧ0ъ " 0°

(С

ьа

15 13 П 9 7 5 3

?.«$, 9 с

оо# а

о с® & .0

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Фрактальный размер

1.1

1.2 1,3 1,4 15 Фрактальный размер

Рис. 6. Связь между фрактальным размером и баллом зернистости для структур, сформированных при литье:

а) в песчано-глинистую форму;б) по литейно-ковочной технологии

о. 1,6

2

РЗ о. 1,5

ж

X Л 1,4

« 1,3

е

1,2

1,1

а 0,08 I 0,07

О ' [_

¡5 0,06

| 0,05

0

= 0,04

1 0,03

о

О 0,02 0,01

12 15 18 Номер точки

О

12 15 I8 Номер точки

Рис. 7. Изменение плотности границ зерен и фрактального размера по ширине сварного шва

На рис. 7 представлено изменение плотности границ зерен и фрактального размера по ширине сварного шва. Физико-механические свойства микроструктуры определяются совместным влиянием размера зерен и степенью развитости границ. Характер изменения микротвердости в большей степени идентичен характеру изменения фрактального размера. Подтверждением этого является распределение микротвердости по ширине сварного шва, представленного на рис. 8.

На основе представленных результатов можно заключить, что сварной шов при электронно-лучевой сварке представляет область повышенной концентрации напряжений и неравновесных микроструктурных образований. Область наиболее

развитых границ зерен характеризуется повышенной микротвердостью и образуется не в центре сварного шва, а в зоне, в которой присутствовали твердофазные и жид-кофазные образования. Высокая развитость границ раздела, формирующаяся в этой области, объясняется образованием микродендритов на поверхности крупных твердофазных образований, играющих роль тепловых стоков.

Номер точки

Рис. 8. Распределение микротвердости по ширине сварного шва

В качестве следующего объекта исследования рассмотрим структуры композиционного материала, полученного в результате газотермического напыления. Технология производства композиционных материалов каркасного типа заключается в изготовлении каркаса оболочковой конструкции из металлической сетки с малыми размерами ячеек и осаждением на нее металла методом газотермического напыления. Варьируя формой и размерами сетки, химическим составом напыляемого металла, режимами напыления и составом внешней среды можно изготавливать композиционные материалы, различные по физико-механическим и эксплуатационным свойствам; при этом сама металлическая матрица будет представлять композиционный материал дисперсного типа. В работе исследованы микроструктуры таких материалов на алюминиевой матрице и стальном каркасе.

Дисперсные частицы при формировании алюминиевой матрицы методом газотермического напыления возникают за счет растворения микропор и образования оксидных фаз. Зеренная структура матрицы при остывании может укрупняться за счет растворения границ и рекристаллизации. Повышенные прочностные свойства дисперсных металлических композиционных материалов определяются способностью дисперсных частиц блокировать подвижность дислокаций, поэтому эффективность таких материалов наблюдается при наличии повышенной плотности линейных дефектов кристаллического строения. Генерацию линейных дефектов производят объемной или локальной пластической деформацией, градиентным нагревом и другими способами. Для оптимизации этого процесса пластическую деформацию производили путем осадки с различивши усилиями. Процесс осадки сопровождался пластической деформацией и деформационным упрочнением.

Независимо от нагрузки алюминиевая матрица имеет высокую плотность дисперсных включений, следов выхода дислокаций и других микролокальных участков повышенной травимости, которые выявляются травлением без каких-либо идентификационных отличий. К сожалению, методика декорирования не позволяет разделять микрозоны травления следов выхода дислокаций и микрообласти вокруг дисперсных частиц.

Если предположить, что концентрация дисперсных частиц не зависит от усилия осадки, то характер зависимости плотности точечных фрагментов травления от усилия осадки будет отражать изменение плотности дефектов и локальных зон повышенной травимости, возникающих при пластической деформации. Назовем эту величину условной плотностью дефектов кристаллического строения, зависимость которой от усилия усадки представлена на рис. 9. Плотность условных дефектов определяли с помощью программы Image.Pro.PIus.5.1, используя подпрограмму «Кластер».

О 40 80 120 160 200

Напряжения осадки, МПа

Рис. 9. Влияние усилия осадки на условную плотность дефектов кристаллического строения алюминиевой матрицы

Характер приведенной зависимости показывает, что имеется усилие, при которой плотность дефектов кристаллического строения достигает минимума, аналогичная зависимость наблюдается для микротвердости, что говорит о наличии тесной связи между микротвердостью и плотностью дефектов кристаллического строения. Экстремальную зависимость условной плотности дефектов от усилия осадки можно объяснить следующим. Исходная структура, получаемая газотермическим напылением, отличается повышенной дефектностью за счет повышенной концентрации пор и оксидных включений. При приложении незначительных сжимающих напряжений происходит частичное сужение и растворение пор, и этот процесс с повышением нагрузки активизируется за счет появления теплового фактора, а влияние самой пластической деформации на развитие деформационных дефектов незначительно. С дальнейшим повышением нагрузки плотность деформационных дефектов возрастает. Таким образом, с повышением сжимающих напряжений протекают два конкури-

рующих процесса: снижение плотности и размеров пор, увеличение концентрации деформационных дефектов. В результате при определенной величине осадки общая концентрация структурных микролокальных дефектов достигает минимума, а плотность матрицы - максимума.

На рис. 10 показана взаимосвязь условной плотности дефектов кристаллического строения с микротвердостью алюминиевой матрицы, которую можно аппроксимировать линейной зависимостью вида

НУ = 5,48 +7,57-р, (10)

где НУ - твёрдость

р - условная плотность дефектов кристаллического строения.

2 4 6 8 10 12 Плотность условных дефектов, м'2

Рис. 10. Влияние плотности условных дефектов на микротвёрдость алюминиевой матрицы

На основании вышеизложенного можно заключить, что прочность композиционного материала каркасного типа, получаемого методом газотермического напыления можно повысить за счет пластической деформации алюминиевой матрицы, при этом с увеличением усилия осадки микротвердость возрастает.

Электронное строение является «генетическим кодом» материала, определяющим его механические, физические и химические свойства. Магнитные свойства материала имеют самую тесную связь с электронным строением, поэтому воздействием на материал магнитным полем можно целенаправленно управлять многими его свойствами. В работе проведены исследования по влиянию магнитной обработке на микроструктуру и свойства сталей.

Известно, что наиболее сильно эффект магнитного поля проявляется применительно к ферромагнетикам. Намагниченность ферромагнетиков повышает свободную энергию материала, повышая в целом потенциал Гиббса и понижая энтропию микроструктуры. На рис. 11 приведены микроструктуры полученные в результате различной термической обработки.

Изменения ферромагнитного материала при воздействии на него импульсным магнитным полем относительно небольшой напряженности происходят на уровне доменной структуры. А эффект упрочнения объясняется магнитострикцией и реализуется следующим образом. Каждый домен отличается своим направлением вектора

намагниченности, при этом граница домена в общем случае не совпадает с границами зерен. Магнитострикционный эффект характеризуется анизотропией, поэтому каждый тип кристаллической решетки имеет свое направление, относительно которого проявляется большая магнитострикция. При воздействии на ферромагнетик внешним магнитным полем, поглощенная доменом, магнитная энергия определяется скалярным произведением векторов напряженности поля и намагниченности

Микроструктура закаленной стали

Микроструктура закаленной стали после отпуска при 600°С

Микроструктура закаленной стали после отпуска при 400°С

Рисунок 11. Микроструктуры стали У10 после термической и магнитной обработки

домена. Магнитострикция в каждом домене происходит в определенном направлении, при этом максимальное смещение будет иметь место на границе доменов. Если эта величина смещения превысит параметр решетки, то возможно образование линейного дефекта кристаллического строения. Если в микроструктуре ферромагнетика имеются концентраторы упругой энергии, то магнитострикция может инициировать релаксационные процессы, повышая устойчивость структуры. На рис. 12 приведены зависимости фрактальной размерность от плотности границ зерен до (1) и после магнитной обработки (2) для стали У10 после: а) закалки и отпуска при 600°С б)закалки и отпуска при 400°С

а) б)

Плотность границ р, мкм

и 1. и 1. Плотность границ р, мкм

Рис. 12. Зависимость фрактальной размерность от плотности границ зерен до (1) и после магнитной обработки (2) для стали У10 после:

а) закалки и отпуска при 600°С; б)закалки и отпуска при 400°С

Экспериментально установлено, что магнитная обработка закаленных сталей выполняет роль отпуска и снижает содержание остаточного аустенита. Магнитная обработка после отпуска дает меньший эффект, при этом с повышением температуры отпуска эффект от магнитной обработки снижается. Указанные процессы адекватно отражаются на условном потенциале Гиббса.

В пятой главе приведены результаты исследований кинетики микро и мезо-структурных изменений в контактных слоях при сухом трении плоских поверхностей и в зоне стружкообразования при лезвийной обработке. Рассматриваемые процессы отличаются повышенной скоростью и степенью пластической деформации, на несколько порядков превышающие условия стандартных испытаний материала на разрушение.

Трибоструктурные исследования проводились по следующей методике. Два образца кольцевой формы, наружный и внутренний диаметры которых составляли соответственно 40 и 30 мм подвергались трению между собой торцевыми поверхностями. Неподвижный образец из стали 20Х крепился на столе вертикально сверлильного станка, а подвижный из закаленной стали У10 в сверлильном патроне. Трение осуществлялось всухую при номинальном контактном давлении 100 МПа. При длительном испытании нагрев образцов за счет работы трения приводил к размягчению контактных слоев, адгезионному схватыванию и сварке трением. Из образцов (сталь 20), прошедших различные стадии процесса трения, вырезались уча-

стки контактной поверхности, из которых приготавливались металлографические шлифы. Выбор исследуемых сталей обеспечивал локализацию пластической деформации в контактных слоях более мягкого материала (сталь 20).

В табл. 2 представлены значения фрактальной размерности и плотности границ поверхностных структур по истечении заданного времени трения.

Таблица 1

Плотность границ раздела и фрактальная размерность контактных

слоев образца из стали 20 при трении

Время Исходное состояние 10 мин 30 мин 60 мин

Плотность границ раздела, рг, 1/мкм 0,055 -0,065 0,045 -0,055 0,065-0,110 0,125 -0, 145

Фрактальная размерность, Б 1,0535- 1,0545 1,0540- 1,0555 1,0555 - 1,0565 1,0560 -1,0570

Анализ полученных результатов показывает:

- синергетические процессы формирования контактных структур при трении более полно отражаются на мезомасштабном уровне. Одной из форм организации диссипативной структуры при трении является образование границ раздела между мезокластерами. Косвенными количественными показателями оценки диссипатив-ности мезоструктуры можно использовать фрактальную размерность и плотность границ раздела;

- с повышением степени пластической деформации плотность границ раздела и фрактальная размерность границ возрастают.

Следующая серия экспериментов посвящена исследованию структурных изменений при стружкообразовании. Исследования проводились на «корнях» стружки, получаемых на специальной установке - откидном резце. Микроструктуры (рис. 13), образующиеся при повышенной пластической деформации, отличаются большим диапазоном разброса фрактальной размерности и плотности границ, численные значения которых в совокупности представляют бинарное множество^;, О;}.

исходная микроструктура начальная зона сдвига верхняя зона сдвига сформированная стружка

Рис. 13. Структуры образованные при резании

На рис.14 представлены множества, соответствующие разным стадиям развития стружки, изображенные в одноименных координатах. Тренд смещения бинар-

ных множеств отражает динамику деформационного процесса и раскрывает смену носителя пластической деформации. В зоне предшествующей пластическому сдвигу пластическая деформация локализуется внутри зерна и приводит к росту плотности границ и фрактальной размерности. В зоне сдвига деформация выходит на уровень межзеренных границ и фрагментированных элементов (кластеров), между которыми образуются границы раздела с высокой степенью подвижности; в результате фрактальная размерность и плотность границ раздела снижаются

О

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7

Рис. 14. Фрактальная размерность и плотность границ зерен и

фрагментированных элементов на разной стадии развития стружки: 1 - исходная структура, 2 - начальная зона сдвига, 3 - верхняя зона сдвига, 4 - сформированная стружка

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе термодинамики процесса кристаллизации, фазово-структурных превращений и физической мезомеханики разработаны количественные комплексные показатели микро- и мезоструктуры поликристаллических материалов, рассчитываемые по их геометрическим характеристикам с использованием методов компьютерной металлографии, позволяющие объективно оценивать структурное состояние материала и прогнозировать ряд его физико-механических свойств.

2. В структуре любого материала можно выделить составляющие, которые несут наиболее полную информацию и предысторию его развития. В поликристаллических материалах такой структурной составляющей является граница зерен и фаз (границы раздела), называемая интерфейсом микро и мезоструктуры. Предложены количественные характеристики границ раздела: плотность границ и фрактальная размерность границ раздела. Разработана методика определения этих характеристик.

3. Установлена количественная связь между баллом зернистости конструкционных сталей и плотностью границ зерен, позволяющая в более оперативном режиме оценивать структурное состояние материала по рекомендуемым ГОСТовским показателям.

4. Экспериментально установлена взаимосвязь между микротвердостью материала и количественными характеристиками структурного интерфейса, позволяющая прогнозировать механические свойства по микроструктуре металлических материалов.

5. Показано, что в области формирования микроструктуры материала в неравновесных условиях в режиме самоорганизации между плотностью границ зерен и фрактальной размерностью границ раздела проявляется Детерминированная зависимость.

6. Наиболее развитые границы раздела формируются в неравновесных условиях при воздействии на материал концентрированных источников энергии, при развитии микроструктуры из двухфазного (твердофазного и жидкофазного) состояния и при сильной пластической деформации.

7. При интенсивной пластической деформации, сопровождающей процесс стружкообразования и трения, происходит фрагментация структуры на мезомас-штабном уровне. Этот переход проявляется на тренде развития бинарного множества, состоящего из плотности границ раздела и фрактальной размерности границ, на котором отражается смена носителя пластической деформации.

8. Результаты работы нашли практическое воплощение на ОАО «Амуреме-талл» при определении балла зернистости, ОАО «РН-КНПЗ» при входном контроле всех конструкционных материалов, используемых на предприятии и в учебном процессе при изучении дисциплин материаловедческого направления.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1.Шпилева A.A. Зеренная структура и твердость титанового сплава ВТ20 после электронно-лучевой сварки // Металловедение и термическая обработка металлов. № 4(634). 2008. с. 40-43 (Ким В.А., Муравьев В.И)

2. Шпилева A.A. Reinforcing/hardening steels and titanium alloys by concentrated energy flows // Materials of international VIII Russia-China Sysposium "Modern materials and technologies 2007". - Khabarovsk, 2007/p. 40-43. (Kurgachov R.V., Belova I.V.)

3. Шпилева A.A. Composite materials on the basis of hot-gas spraying technologies // Materials of international VIII Russia-China Sysposium "Modern materials and technologies 2007". - Khabarovsk, 2007/ p. 249-253. (Salokhin A.V., Kim A.V., Belova I.V.)

4. Шпилева A.A. Определение деформационных свойств материала методом микротвердости // Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока: Ч. 1. Материалы всероссийской научно-практической конференции. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУ ВПО «КнАГТУ», 2007. с.32-35. (Ким A.B., Белова И.В.)

5. Шпнлсва А.А. Повышение износостойкости быстрорежущей стали высококонцентрированными потоками энергии // Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока: Ч. 1. Материалы всероссийской научно-практической конференции. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУ ВПО «КнАГТУ», 2007. с.36-38. (Ким В.А.)

6. Shpilyova А.А. The Mesomechanical presentation of the /2008 Joint China-Russia Symposium on Advanced Materials and Processing Technology, Harbin, China, June 16 - June 2. 2008. 409-4)3 p. (Kim A.V., Salokhin A.V., Belova I.V.)

Шин лева Анна Анатольевна

Разработка количественных структурно-энергетических показателей микроструктуры поликристаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 19.05.2009. Формат 60x84 1/16. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. Л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 22444.

Полиграфическая лаборатория ГОУВПО «КнАГТУ» 681013, Комсомольск - на - Амуре, пр. Ленина, 27

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Развитие границ зерен

1.2 Общие закономерности роста зерен

1.3 Влияние зерна на механические свойства 12 поликристаллов

1.4 Макроскопическая модель границ зерен

1.5 Дислокационные модели границ зерен

1.6 Диффузионные процессы при миграции границ зерен

1.7 Миграция границ зерен совместно с частицами включений

1.8 Теоретические основы изотермических превращений

1.9 Влияние границ зерен на процесс деформации и вид 27 кривой «напряжение - деформация»

1.10 Рекристаллизация

1.11 К обоснованию количественных характеристик микроструктуры

Выводы и постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ВОРОСЫ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методика металлографических исследований

2.2 Методика определения условной энергии Гиббса

2.3 Методика определения пластичности материала по твердости НВ

2.4 Определение количественных металлографических характеристик с помощью программы Image.Pro.Plus.5.

2.5 Методика приготовления образцов получаемых по литейно-ковочной технологии

2.6 Методика исследования микроструктуры титанового сплава, сформированного при электроннолучевой сварке

2.7 Методика приготовления образцов из композиционных материалов, получаемых методом газотермического осаждения

2.8 Методика исследования микро и мезоструктуры сталей после магнитной обработки

2.9 Методика исследования структурной динамики в зоне стружкообразования при резании

2.10 Методика исследования структурной динамики при трении

Выводы '

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУР

НЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ И ИХ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ

Imag.Pro.Plus.5.

3.1 Основы физической мезомеханики

3.2 Внутренних границ раздела, как носитель информации деформационного процесса

3.3 Фрактальный подход к описанию зеренной структуры металлов и сплавов

3.3 Новые количественные показатели зернистости и методы их вычисления

3.4 Количественное описание балла зернистости

3.5 Определение удельных энергетических затрат на 82 пластическую деформацию материала методом микротвердости

Выводы

В связи с непрерывно растущими требованиями к надежности и долговечности металлопродукции, повышаются требования к контролю качества, одним из аспектов которого является контроль микроструктуры металла.

Микроструктура материала отражает все кинетические процессы кристаллизации, полиморфные и другие структурные превращения при производстве самого материала, технологии обработки изделия и его эксплуатации [24, 27].

Анализ микроструктуры носит в большинстве случаев субъективный характер, где много зависит от квалификации металловеда, при этом объективные количественные характеристики до последнего- времени использовались ограниченно. Можно выделить только один показатель -балл зернистости, количественная оценка которого узаконена ГОСТом. Исследование микроструктуры сводится обычно к рассмотрению металлографического шлифа под микроскопом и сравнению увиденного изображения с изображениями, приведенными в соответствующей литературе и ГОСТе.

С развитием вычислительной техники металлография стала компьютерной, появилась масса программных продуктов, позволяющих измерять и рассчитывать многие количественные характеристики изображений и производить с ними различные математические и логические операции, но единых общепринятых количественных показателей микроструктур не существует. Достоинство количественного показателя определяется тем, насколько глубоко он отражает физические процессы структурных изменений при производстве материала, изготовлении и эксплуатации изделия. Количественные термодинамические показатели микроструктур отличаются тем, что отражают принципиальные стороны процесса и носят универсальный характер. Это и послужило основанием для выполнения данной диссертационной работы.

Целью настоящей работы является разработка и применение количественных структурно-энергетических показателей микроструктуры поликристаллических материалов и исследование с их помощью структурообразования материала при различных видах обработки изделий машиностроения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи исследования:

1. Проведение анализа количественного описания структуры материала, как набора геометрических объектов и оценка их информативных свойств.

2. Разработка количественных соотношений, отображающих состояние микроструктуры, базирующихся на термодинамике структурных изменений.

3. Разработка методики определения количественных структурно -энергетических показателей микроструктуры материалов.

3. Исследование микроструктурных изменений при различной технологической обработке материала, используя разработанные количественные микроструктурные соотношения.

4. Внедрение результатов работы в учебный и производственный процесс.

Научная новизна состоит в следующем:

1. Предложены количественные показатели и комплексы для описания интерфейса микроструктуры, отражающие его структурно-энергетическое состояние и активно реагирующие на структурные изменения деформационного и термического воздействия на материал.

2. Получены экспериментально-теоретические зависимости, позволяющие по микроструктурным показателям вычислять некоторые физико-механические свойства материала.

3. Установлено, что в области синергетического развития микроструктур между отдельными количественными показателями устанавливается детерминированная связь.

Практическая значимость: разработана методика определения количественных показателей микроструктуры поликристаллического материала.

Предложен метод определения балла зернистости, учитывающий все ГОСТовские требования и позволяющий определять балл зерна в более оперативном режиме.

Получены количественные соотношения, позволяющие рассчитывать некоторые механические характеристики материала по показателям микроструктур.

Результаты работы внедрены на ОАО «РН-Комсомольский НПЗ», ОАО «Амурметалл», ООО «Дальконтех» и учебный процесс.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждаются проведением экспериментальных исследований с применением современного оборудования на основе цифровых технологий, прошедшего государственную поверку; многократным повторением экспериментов в соответствии с положениями математической статистики; использованием общепринятых и специальных методик, а так е результатами промышленных внедрений на предприятиях Хабаровского края.

Выводы

1. Развитие вторичных контактных структур при трения носит синер-гетический характер и связан с образованием диссипативных структур. Одной из форм организации диссипативной структуры на мезоуровне является образование границ раздела между мезокластерами. Косвенными количественными показателями оценки диссипативности мезоструктуры можно использовать фрактальную размерность и плотность границ раздела.

2. С повышением степени пластической деформации плотность границ раздела и фрактальная размерность границ возрастают.

3. Количественный структурный анализ стружкообразования показывает, что пластическая деформация до зоны сдвига сопровождается измельчением зерна и повышением степени развитости межзеренных границ, а диссипация осуществляется за счет дислокационной динамики и зерно-граничного скольжения.

4. В области сдвига образуются фрагментированные элементы стружки, плотность которых повышается по мере повышения степени пластической деформации. Низкая степень развитости границ раздела кластеров указывает на их высокую подвижность и диссипативную активность.

5. В поликристаллическом материале границы раздела выполняют функцию структурного интерфейса и могут быть количественно представлены в виде бинарного множества, включающего фрактальную размерность и плотность границ раздела. Количественный структурный анализ стружкообразования показывает, что пластическая деформация до зоны сдвига сопровождается измельчением зерна и повышением степени развитости межзеренных границ, а диссипация осуществляется за счет дислокационной динамики и зернограничного скольжения. В области сдвига образуются фрагментированные элементы стружки, плотность которых повышается по мере повышения степени пластической деформации. Низкая степень развитости границ раздела кластеров указывает на их высокую подвижность и диссипативную активность.

24 Якунин Н.К. Новые эффективные материалы и изделия из древесного сырья за рубежом / Н.К. Якунин - М.: Лесн. пром-сть, 1974 - 140с.

25 Коротаев Э. И, Клименко М. И. Производство строительных материалов из древесных отходов. /Э. И. Коротаев, М. И. Клименко.- 2-е изд., перераб. и доп.- М. :Лесн.пром-ть, 1977 - 168с

26 Коледин В.В.Деревобетон — прогрессивный строительный материал для ограждающих конструкций, используемых в северной строительно-климатической зоне./ Коледин В.В., Коледина A.M., Осипович Л.М., Иванова О.Е// Труды НГАСУ, Т.6, № 6 (27) - Новосибирск: НГАСУ, 2003 - с.229 - 232.

27 Коледин В.В.Стеновые материалы на основе минеральных вяжущих и отходов древесины./ Коледин В.В., Осипович Л.М., Коледина А.М// «Современные материалы и технологии в строительстве». Юбилейный двадцать пятый Международный сборник научных трудов. - Новосибирск, НГАУ, 2003 - с. 100- 102.

28 Коледин В.В.Деревобетон — прогрессивный строительный материал для ограждающих конструкций, используемых в северной строительно-климатической зоне./ Коледин В.В.Дол едина A.M.,Осипович Л.М.,Иванова О.Е.// «Современные материалы и технологии в строительстве» Юбилейный двадцать пятый Международный сборник научных трудов - Новосибирск, НГАУ, 2003 — с.74 — 75.

29 Завадский В.Ф., Косач А.Ф., Дерябин П.П. Стеновые материалы и изделия. Учебное пособие / В.Ф. Завадский, А.Ф. Косач, П.П.Дерябин - Омск: СибАДИ, 2005-254с.

30 А.с. 93050195 (RU) Способ изготовления деревобетона / В.В .Коледин, В.А.Безбородов, В.И.Белан, Ю.В.Чурбанова - Опубл. в Б.И., 1996, № 4. 31Коледин В.В., Осипович Л.М., Коледина A.M., Гашунин С.А.Конструктивно-теплоизоляционные материалы на основе мелкозернистого бетона с неметаллическим армированием - Тезисы докладов 61-ой научно-технической конференции НГАСУ (Сибстрин). - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2004. -55 - 57с.

32 Евсеев Г. А. Исследование процессов гидратации цемента в присутствии водорастворимых экстрактивных веществ древесины (на примере получения арболита): Автореф. дис.канд. техн. Наук. М., 1970. - 22с.

33 Евсеев Г.А. Ускорение процессов твердения легкого бетона на основе цемента и отходов древесины // ИВУЗ. «Лесной журнал». 1970. № 2. - С.

34 Щербаков А.С. и др. Комплексное использование древесины при производстве древесно-цементных материалов/ А.С.Щербаков,^В.М.Бутерин, В.С.Подчуфаров - М.: 1990- 178с - (Научные труды /Московский 4 лесотехн. ин-т; вып.231)

35 Поздняков А.А. Прочность и упругость композиционных древесных материалов/А.А.Поздняков- М.:Лесн.пром-ть,1988-136с.

36 Басин В.Е. Адгезионная прочность / В.Е.Басин - М.: Химия, 1981 — 208с

37 Наназашвили И.Х. Адгезия ранней и поздней древесины с цементным камнем // Пути совершенствования технологических режимов в производстве сборных строительных деталей для сельскохозяйственного строительства: Труды ЦНИИЭПсельстроя, М., 1980 - 79 - 84с.

38 Кудяков А. И., Пименова Л. Н., Кривда В. В. О контактных взаимодействиях в цементно-древесных композициях на начальной стадии структурооб-разования // Известия вузов. Строительство.- .№11, 12. - С. 49 - 53.

39 Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б.Н. Уголев - М.: Лесная пром-ть, 1975 - 384с.

40ФенгелД.,ВегенерГ.Древесина.Химия.Ультраструктура.Реакция./Д.Фенгел, Г.Вегенер - М. Лесная пром-ть, 1988 - 512с.

41 Оснач Н.А. Исследование проницаемости древесины: Автореф. дис.канд. техн. наук. Киев, 1962 - 19с.

42 Хрулев В.М., Рыков Р.И. Применение отходов химической промышленности для защиты древесины / В.М.Хрулев, Р.И.Рыков - М.: ВНИЛИЭПлеспром, 1979-30с.

43 Кондратьев С.Ф. Защита древесины / С.Ф.Кондратьев - Киев: «Будивель-ник», 1976-185

1. Агеев, Е.П. Неравновесная термодинамика в вопросах и ответах/ Агеев, Е.П. М.: МЦНМО, 2005. 160 с.

2. Анциферов, В.Н. Порошковая металлургия и напыленные покрытия/ В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. М.: Металлургия, 1987.-792с.

3. Атлури, С., Экспериментальная механика: В 2-х книгах./ С. Атлури, А.Кобаяси, Д.Делли и др; Пер с англ. М.: Мир. 1990. Книга 1 - 616 е., Книга 2 - 552 с.

4. Базаров, И.П. Термодинамика: учеб. для вузов/ И.П. Базаров, М.: Высшая школа, 1991. - 376 с.

5. Барвинок, В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий/ А.В. Барвинок.—М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

6. Бернштейн, М.Л. Структура и механические свойства металлов/ М.Л. Берштейн, Займовский В.А. М.: Металлургия, 1970. - 472 с.

7. Бернштейн, М.Л. Структура деформированных металлов/М.Л. Берштейн М.: Металлургия, 1977. 432 с.

8. Бобылев, А.В. Механические и технологические свойства металлов/А.В. Бобылев. М.: Металлургия, 1987. - 208 с.

9. Божокин, С.В. Фракталы и мультифракталы/ С.В. Божокин, Д.А Паршин. -Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 128 с.

10. Ю.Бойко, B.C. Обратимая пластиченость кристаллов/ B.C. Бойко, Р.И. Гар-бер, A.M. Косевич. М.: Наука, 1991.-280 с.

11. П.Бокштейн, Б.С. Диффузия в металлах/ Б.С. Бокштейн. М.: Металлургия, 1978. - 248 с.

12. Боровик, Е.С. Лекции по магнетизму/ Е.С. Боровик, В.В. Еременко, А.С. Мильнер. -М.: Физматлит, 2005. 512 с.

13. Борисов, В.Г. Актуальные вопросы теории роста металлических кристаллов: учеб. пособие/ В.Г. Борисов Киев.: Наукова думка, 1982 - 88с.

14. Братухин, А.Г. Штамповка, сварка, пайка и термообработка титана а его сплавов в авиастроении/ А.Г. Братухин, Ю.Л.Иванов, Б.Н. Марьин и др. — М.: Машиностроение, 1997. 600 с.

15. Бунин, И.Ж. Концепция фрактального материаловедения/И.Ж.Бунин// Металлы. 1996. - №6. - С. 29 - 36.

16. Булат, С.И. Деформируемость структурно-неоднородных сталей и сплавов/ С.И. Булат, А.С. Тихонов, А.К. Дубровин. М.: Металлургия, 1975. 362 с.

17. Буслаев, Ю.А. Фундаментальные и прикладные прблемы материаловедения/ Ю.А. Буслаев// Вестник РАН. 1994. - Т.64. - № 5. - С. 387 - 393.

18. Вайнгард, У. Введение в физику кристаллизации металлов/У.Вайнгард: Пер. с англ; Под ред. Я.С. Уманского. М.: Мир, 1967. 180 с.

19. Walgraef D. Dislocation patterning in fatigued metals as a result of dynamical instabilities/ Walgraef D., Aifantis E.G. // J.Appl.Phys. -1985.- V.58.- N2. -P.668-691.

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

21. Введение в физику твёрдого тела. /Под ред. Киттеля Ч.; пер с англ. Н.Н. Слепова; М.: Металлургия, 1982. - 794 с.

22. Верещагин И.К. Физика твердого тела/ И.К.Верещагин, С.М. Кокин, В.А. Никитенко и др. М.: Высшая школа, 2001. 237 с.

23. Верхотуров А.Д. Некоторые вопросы современного состояния и перспективы развития материаловедения/А,Д, Верхотуров, B.C. Фадеев. Ч. 1. — Владивосток: Дальнаука, 2004. 320 с.

24. Верхотуров А.Д. Начала материалогии: учебное пособие/А.Д. Верхотуров, Шпилев A.M. Комсомольск-на-Амуре: Изд-во КнАГТУ, 2008. 437 с.

25. Верхотуров, А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании/А.Д. Верхотуров. Владивосток: Дальнаука, 1995.- 321 с.

26. Верхотуров, А.Д. Особенности формирования покрытий на металлах методом электроискрового легирования/ А.Д. Верхотуров, Э.Г. Бабенко. -Хабаровск: ДВГУПС, 1998.-89 с.

27. Верхотуров, А.Д. Предмет исследования, концептуальные и методологические основы становления и развития материалогии/ А.Д. Верхотуров, A.M. Шпилёв, JI.A. Коневцов.// Химическая технология. 2008. - № 5. ■ С.197-204.

28. Владимиров,В.И. Дисклинации в металлах/В.И. Владимиров, А.Е. Романов. Л.: Наука, 1986. - 224с.

29. Внук, М.П. Мезомеханика нелинейных явлений, связанных с процессами деформации и разрушения твердых тел/АМ.П. Внук //Физическая мезомеханика, 2001. Т. 4. - № 4. с. 5 - 8.

30. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали/Ю.А.Геллер. М.: Металлургия, 1983. - 527 с.

31. Герберих, В.В. Роль границ зёрен в процессе роста трещин/ В.В. Гербе-рих, В.Ф. Заккей, Д. Портер; Пер. с англ. -М.: Металургия, 1973. 88с.

32. Гордиенко, Л.К. Субструктурное упрочнение металлов и сплавов/ Л.К.Гордиенко. М.: Наука, 1973. - 234 с.

33. Горелик, С.С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ/ С.С. Горелик, Ю.А. Скачков, Л.Н. Расторгуев. М.: МИСИС, 2002. - 358 с.

34. ГОСТ 5639 — 82. Стали исплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 1982 08 - 26. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 22с.

35. Грановский, Г.И. Резание металлов/ И.Г. Грановский, В.Г. Грановский. -М.: Высшая школа, 1985. 304 с.

36. Гуляев, А.П. Металловедение. Учебник для ВУЗов. 6-е изд.,перераб. и дополн. — М: «Металлургия», 1986 544 с.

37. Гуревич, С.М. и др. Металлургия и технология сварки титана и его спла-вов/С.М. Гуревич, В.Н. Замков, В.Е. Блащук. — Киев: Наукова думка, 1986. 400 с.

38. Ермаков, С.С. Физика металлов и дефекты кристаллического строения. — Д.: Издательство ЛГУ, 1989. 280 с.

39. Джон, Дж. Бурк. Сверхмелкое зерно в металлах/ Джон Дж. Бурк, Уолкер Вейс; пер. с англ. В.В. Романёва, А.А. Григорьяна; под ред. Л.К. Гордиен-ко. -М.: Металлургия, 1973. 384.

40. Жуков, А.А. Геометрическая термодинамика сплавов железа/А.А. Жуков. -М.: Металлургия, 1971. 272 с.

41. Иванова, B.C. Синергетика и фракталы в материаловедении/ B.C. Иванова, Л.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. М.: Наука, 1994. - 383 с.

42. Иванова, B.C. О связи стадийности процесса поластической деформации с фрактальной структурой/ B.C. Иванова, А.А. Оксогоев. //Физическая ме-зомеханика. Т. 9. № 6, 2006. с. 17 27.

43. Иванова, B.C. Мезомеханика устойчивости фрактальных структур твердых тел/ B.C. Иванова, Г.В. Встовский//Физическая мезомеханика. Т.2. № 5, 1999.-с. 19

44. Каминский, В.А. Параметры порядка и стадийность пластического течения структурно-неоднородных сред/ В.А. Каминский, Ю.А. Хон //Физическая мезомеханика 3 2(2000). с. 37-46.

45. Казаров, Ю.Г. Одновременное выращивание нескольких монокристаллов заданной формы и ориентации/ Ю.Г. Казаров, Ф.Ф. Лаврентьев. Киев.: Наукова думка, 1982. - 180с.

46. Карапетьянц, М.Х. Строение вещества/ М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин . -М.: Высшая школа, 1970. 312 с.

47. Канн, Р. Физическое металловедение. Вып. 3. Дефекты кристаллического строения, механические свойства металлов и сплавов/Р.Канн. — М.: Мир, 1968. 484 с.

48. Кейн, Р.Х. Рекристализация и измельчение зерна/ Р.Х. Кейн, Н.Дж. Грант; Пер. с англ. -М.: Металлургия, 1973. 82с.

49. Ким, В.А. Физические свойства металлов: учеб. пособие/В.А.Ким.- Комсомольск на - Амуре:ГОУ ВПО «КнАГТУ», 2006.- 156с.

50. Ким, В.А. Зеренная структура и твердость титанового сплава ВТ20 после электронно-лучевой сварки/ В.А. Ким, В.И.Муравьев, А.А. Шпилева// Металловедение и термическая обработка металлов. № 4(634). 2008. с. 40-43.

51. Kim, A.V. The Mesomechanical presentation of the. 2008 Joint China-Russia Symposium on Advanced Materials and Processing Technology/ A.V. Kim, A.V. Salokhin, A.A. Shpilyova, I.V. Belova, Harbin, China, June 16 - June 2. 2008. 409-413 p.

52. Климонтович, Ю.Л. Статистическая теория открытых систем/Ю.Л. Кли-монтевич. М.: Янус-К. -1995. -662с.

53. Козлов, Э.В. Параметры мезоструктуры и механические свойства однофазных металлических материалов/ Э.В. Козлов// Вопросы материаловедения.- 2002.- №1(29). -С.50-69.

54. Колачев, В.А. Титановые сплавы в конструкциях и производстве авиадвигателей и авиационно-космической техники/ В.А. Колачев, Ю.С. Елисеев, А.Г. Братухин, В.Д. Талалаев М.: Изд-во МАИ, 2001. - 412 с.

55. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов/ Б.А. Колачёв, В.И. Елагин, Б.А. Ливанов М.: «МИСИС», 1999. - 416 с.

56. Косевич, A.M. Дислокации в теории упругости/А.М. Косевич. Киев: Наук. Думка. -1978. -220с.

57. Костина, М.В., Влияние пластической деформации на структуру и свойства высокоазотистых сплавов системы Fe Cr / М.В. Костина, А.В. Дымов, И.М. Блинов, О.А. Банных //Металловедение и термическая обработка металлов. 2002, № 1. с. 8 — 13.

58. Кривцов, A.M. Деформирование и разрушение твердых тел с микроструктурой/ A.M. Кривцов. М.: ФИЗМАТЛИТ.- 2007. -304с.

59. Кристиан, Д. Теория превращения в металлах и сплавах. Термодинамика и общая кинетическая теория/Д. Кристиан; пер. с англ. А.Я. Беленького и Д.Е. Темкина. М.: Мир, 1978. - 808 с

60. Кузьмин, Б.А. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы/Б. А. Кузьмин, А.И. Самохоцкий. — М.: Высшая школа, 1984. 256с.

61. Курдюмов, Г.В. О природе бездиффузионных превращений/ Г.В Курдю-мов//МИТОМ. 1997. - №2. - С. 31 - 36

62. Курдюмов. Г.В. Явления закалки и отпуска стали/ Г.В. Курдюмов. М.: Металлургиздат, 1960. - 64с.

63. Лаборатория металлографии/Под ред. Б.Г. Лившица М: Гос. научно-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1957 - 696

64. Ландау, Л.Д. Статистическая физика/Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц,- М.: Наука.- 1976. -584с.

65. Лариков, Л.Н. Залечивание дефектов кристаллического строения в ме-таллах/Л.Н. Лариков. — Киев: Наукова думка, 1980. 277 с.

66. Лашко, Н.Ф. Физико-химический фазовый анализ сталей и сплавов: Изд. 2-е/ Н.Ф. Лашко, Л.В. Заславская, М.Н. Козлова и др. М.: Металлургия, 1987.-336 с.

67. Либенсон, Г.А. Процессы порошковой металлурги. В 2 т. Т.1. Производство металлических порошков/ Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Ко-марницкий. -М.: «МИСИС», 2001

68. Любов, В.Я. Кинетическая теория фазовых превращений/Я.В. Любов. -М.: Металлургия, 1969. 263 с.

69. Любов, Б.Я. Теория кристаллов в больших объёмах: учеб. пособие/ Б.Я. Любов. Киев.: Наукова думка, 1982. - 95с.

70. Майборода, В.П. Структурные аспекты теории плавления и затвердевания./ В.П. Майборода, А.П. Шпак, Ю.А. Куницкий Киев: Академперио-дика, 2002. - 124 с.

71. Малыгин, Г.А. Процессы самоорганизации дислокаций и пластичность кристаллов/Г.А. МАлыгин// Успехи физических наук. 1999. - Т. 169. — Вып.9.

72. Манин, В.Е. Масштабные уровни гомеостаза в деформируемом твердом теле/ Е.В. Манин, Л.Е. Панин //Физическая мезомеханика, 2004. Т. 7. № 4. с. 5-23.

73. Мандельброт, Б.Б. Фрактальная геометрия природы/Б.Б. Мандельброт; пер. с англ. — М.: Институт компьютерных исследований, 2002. 656 с.

74. Марвина, Л.А. Диффузионные процессы и деградация структуры в металлах/Л. А. Марвина, В.Б. Марвин. Владивосток: Дальнаука, 1996. - 259 с.

75. Мелихов, И.В. Сокристаллизация/ И.В. Мелихов, М.С. Меркулова М.: Химия, 1975.-280 с.

76. Мирошниченко, М.С. Влияние скорости охлаждения на процессы кристаллизации металлических сплавов: учебное пособие для студентов вузов/ М.С. Мирошниченко-Киев.: Наукова думка, 1982. — 203с.

77. Моррисон, В.Б. Пластичность сплавов со сверхмелким зерном/ В.Б. Мор-рисон, P.J1. Миллер; Пер. с англ.- М.:Металлургия, 1972. 182с.

78. Смирнов, Н.А. Современные методы анализа и контроля продуктов производства. 2-е изд., дополн. и перераб/Н.А. Смирнов. М: «Металлургия», 1985-256 с.

79. Николис, Г. Самоорганизация в неравновесных системах/ Г. Николис, И. Пригожин. М.: Мир. - 1979.- 512с.

80. Новиков, И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М.: Металлургия, 1983. - 232 с.

81. Одиноков, В.И., Связь диаграмм состояния заливаемых в кристаллизатор сплавов с его тепловыми режимами/ В.В. Черномас, А.В. Зайцев, Б.М. Соболев. //Проблемы машиностроения и надежность машин, 2004. № 3, с. 82 -84.

82. Онами, М. Введение в микромеханику/ М. Онами, С. Ивасимидзу, К. Генка, К. Сиодзава, К. Танака. -М.: Металлургия, 1997. 280 с.

83. Оно. А. Затвердевание металлов/ А.Оно: Пер. с англ. М.: Металлургия», 1980. - 262с.

84. Орлов, А.Н., Границы зёрен в металлах/А.Н. Орлов, В.Н. Перевезенцев, В.В. Рыбин. -М.: Металлургия, 1980. 198с.

85. Шьюмон, П. Диффузия в твёрдых телах/ П. Шьюмон: пер. с англ.Б.С. Бокштейна. -М.:Металлургия, 1966. — 198 с.

86. Панин, С.В. Мезомеханика пластической деформации и разрушения низ-коуглерордистой стали с высокопрочным деформируемым покрыти-ем/С.В. Панин, В.Г. Дураков, Г.А. Прибытков //Физическая мезомеханика, 1998. Т.1.№2.с. 51-58.

87. Панин, В.Е. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов /В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин, П.В. Макаров и др. Новосибирск: Наука, 1995. 618 с.

88. Панин, В.Е. Неравновесная термодинамика деформируемого твердого тела как многоуровневая система. Корпускулярно-волновой дуализм пластического сдвига/В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин//Физическая мезомеханика, 2008, Т.11, № 2. с. 9-30.

89. Панин, В.Е. Фундаментальная роль наномасштабного структурного уровня пластической деформации твердых тел/ В.Е. Панин, А.В. Панин //Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. № 12. с. 5 -10.

90. Панин, Л.Е. Эффект «шахматной доски» и процессы массопереноса в интерфейсных средах живой и неживой природы./Л.Е. Панин, В.Е. Панин //Физическая мезомеханика. Т. 10. № 6, 2007. с. 5 -20.

91. Панин, В.Е. Эффект поверхностного слоя в деформируемом твердом теле./ В.Е. Панин, А.В. Панин. //Физическая мезомеханика. Т.8. № 5, 2005. с.7-15.

92. Панин, В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики //Физическая мезомеханика. 2000. Т. 3, № 6. с. 5-36.

93. Балахонов, Р.Р.Поверхностные слои и внутренние границы раздела в гетерогенных материалах /P.P. Балахонов, А.В. Болеста, М.П. Бондарь и др.; отв. ред. В.Е. Панин. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - 520 с.

94. Полухин, П.И. Физические основы пластической деформации/П.И. Полухин, С.С.Горелик, В.К. Воронцов -М.: Металлургия, 1982. 584 с.

95. Портной, К.И. Структура и свойства композиционных материалов/ К.И. Портной, С.Е. Салибеков, И.Л. Светлов, В.М. Чубаров. М.: Машиностроение, 1979. -255с.

96. Приоритетные авиационные технологии: в 2-х кн. /Науч. Ред. А.Г. Бра-тухин. М.: Изд-во МАИ, 2004. Кн. 1 - 696 е., Кн. 2 -640 с.

97. Прэтт, У. Цифровая обработка изображений/У. Прэт; Пер. с англ. -М: Мир, 1982 Кн. 2 - 480 е., ил.

98. Прядко, Л.Ф. Конфигурационная модель вещества (КМВ) в свете современной электронной теории/Л.Ф. Прядко, А.Д. Верхотуров, М.М. Рис-тич, Ю.А. Куницкий// Вестник ДВО. №2.2003.С. 169-172.

99. Плехов, О.А. Накопление и диссипация энергии в металлах как результат структурно-скейлинговых переходов в ансамбле мезодефектов/ И.А. Пантелеев, О.Б. Наймарк //Физическая мезомеханика, 2007. Т. 10, № 4, с. 5-13.

100. Рост и дефекты кристаллического строения./Под ред. Д.Е. Овсиенко. -Киев.: Нукова думка, 1982. 482с.

101. Ри, Хосен. Тепловая теория затвердевания отливок: учебное пособие/ Ри Хосен, Ри Э.Х. Комсомольск-на-Амуре. Изд-во КаАГТУ. 2001, - 270 с.

102. Рыбакова, Л.К. Структура и износостойкость металлов/Л.К. Рыбакова, Л.И. Куксенова. М.: Машиностроение, 1982. - 212 с.

103. Рыбин, В.В. Большие пластические деформации и разрушение метал-лов/В.В. Рыбин. М.: Металлургия. -1986.- 224с.

104. Rybin, V.V. Regularities of Mesostructures Development in Metals in the Course of Plastic Deformation// Problems of material science.- 2003.- N1(33).-P.9-28.

105. Rybin V.V. Junction disclinations in plastically deformed crystal/ Rybin V.V., Zisman A.A., Zolotorevsky N.Yu. // Acta Met. Mater., -1993.- V.41. -P.2211-2217.

106. Рыкалин, H.H. Лазерная обработка материалов/ H.H. Рыкалин, А.А. Углов, А.Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

107. Сарафанов, Г.Ф. Коллективные эффекты в ансамбле дислокаций и формировании сбграниц при деформации металлов: автореф. Дис. На соискание уч. степени док. физ. мат. наук/ Сарафанова Георгия Фёдоровича. - Белгород, 2008. - 36с.

108. Seefeldt, М. Dislocation in large-strain plastic deformation and work-hardening//Rev.Adv.Mater.Sci. -2001.-N2. -P.44-79.

109. Смагоринский, M.E. Справочник по термомеханической и термоциклической обработке металлов/ M.E. Смагоринский, А.А. Булямда, С.В. Кудряшов. СПб.: Политехника, 1992. - 416 с.

110. Смирнов, Б.И. Дислокационная структура и упрочнение кристаллов/Б.И. Смирнов.- Л.:Наука. -1981. -275с.

111. Справочник по трибонике /Под общ. ред. М. Хебды и А.В. Чичинадзе. Т.1. Теоретические основы. М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.

112. Специальные способы литья: Справочник В.А. Ефимов, Г.А. Анисович, В.Н. Бабич и др.; Под общ. ред. В.А. Ефремова -М.: Машиностроение, 1991.-436с.

113. Струнин, Б.М. О распределении внутренних напряжений при случайном расположении дислокаций/ Б.М. Струнин// Физика твердого тела. -1967. -Т.9. -Вып.З.- С.805-812.

114. Сычев, В.В. Дифференциальные уравнения термодинамики/В.В. Сычёв. М.: Высшая школа, 1991. - 224 с.

115. Термическая обработка в машиностроении: Справочник /Под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта. -М.: Машиностроение, 1980. 783 с.

116. Темкин, Д.Е. Кинематика нормального движения размытой грани-цы/Д.Е. Тёмкин. -М.Машиностроение, 1986. 304с.

117. Трефилов, В.И Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических материалов/В.И. Трефилов, В.Ф. Моисеев, Э.П. Печковский и др.- Киев: Наук. Думка,- 1987.- 245с.

118. Уманский, Я.С., Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов /Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков М.: Атомиздат, 1978. - 352 с

119. Федер, Е. Фракталы/Е. Федер; Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 254 с.

120. Физические основы торможения разрушения. /Под ред. Финкеля В.М. -М.: Металлургия, 1977. 382с.

121. Фиргер, И.В. Термическая обработка сплавов: Справочник/И.В. Фир-гер-Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1982. 304 с.

122. Фридман, Я.Б. Механические свойства металлов. В двух частях/Я.Б. Фриддман. — М.: Машиностроение, 1974. 1- 480 с. 2- 368 с.

123. Фомичёв, О.И. Исследование многофазных кристаллов/ О.И. Фомичёв Г.А. Сахно, Т.М. Мальченко Киев.: Наукова думка, 1982. — 150с.

124. Харт, Е.У. Межзеренное разрушение/ Е.У. Харт; Пер. с нгл. М.: Металлургия, 1973.- 112с.

125. Хецберг, Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов/Р.В. Хецберг; Пер. с англ. под ред. Л.И. Берштейна и С.П. Ефименко.

126. Хирт, Дж. Теория дислокаций/Дж. Хирт, И. Лоте; пер. с англ. М.: Металлургия, 1989. 576 с.

127. Хоникомб, Р.Ф. Пластическая деформация металлов/ Р.Ф. Хоникомб; Пер. с англ. -М.:Мир, 1972. 408с.

128. Чернов, А.А. Устойчивость формирования роста кристаллов: учебное пособие/ А.А. Чернов Киев.: Наукова думка, 1982. - 152с.

129. Эбелинг, В. Образование структур при необратимых процесс.сах/В Эбелинг. М.: Мир, 1970. - 279 с.

130. Электронномикроскопические изображения дислокаций и дефектов упаковки: справочное руководство/ под ред. В.М.Косевича и Л.С. Палат-ника. -М.: Наука, 1976. 223с.

131. Юм-Розери. В. Введение в физическое металловедение. М.: Металлургия, 1965. - 204 с

132. Яковлев, А.В. Методы и аппаратура анализа структуры микрошлифов металлов/А.В. Яковлев, Е.Н. Сидоренко, Муром, ин-т Владимир, гос. унта - Муром, 2001 - 25 с.

133. Якубов, Ф.Я. Структурно-энергетические аспекты упрочнения и повышения стойкости режущего инструмента/Ф.Я. Якубов, В.А. Ким. -Симферополь: Учпедгиз (Крымское отделение), 2005. 300 с.