Анализ связи структурных изменений и механических свойств металлических материалов при модификации поверхности с использованием мультифрактальных представлений

• Автор: Колмаков, Алексей Георгиевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 376 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
Глава 1. Особенности пластического течения поверхностных слоев металлов и сплавов в условиях статического и циклического деформирования
1.1. Закономерности пластического течения поверхностных слоев металлических материалов при деформации.
1.2. Барьерный эффект приповерхностного слоя на начальных стадиях деформирования. Формирование физического предела текучести
1.3. Роль приповерхностных слоев в накоплении усталостных повреждений и формировании физического предела выносливости.

1.4. Выводы по 1ой главе

Глава 2. Использование мультифрактальных представлений при изучении структуры и

особенностей пластической деформации и разрушения металлических материалов

2.1. Представления о системном характере строения материалов.

2.2. Количественное описание сложных структур и концепция фракталов

2.3. Мультифрактальная параметризация структур.
2.4. Цифровое представление и классификация параметризуемых структур.
2.5. Стадийность процессов пластической деформации и разрушения
2.6. Системные аспекты эффекта приповерхностного слоя
2.7. Возможность улучшения механических свойств металлических материалов путем поверхностного модифицирования
2.8. Выводы по 2ой главе
Глава 3. Влияние топографической структуры поверхности на механические свойства
металлических материалов.
3.1. Описание топографических структур.
3.2. Обзор исследований по влиянию топографической структуры поверхности на механические свойства металлических материалов
3.3. Экспериментальное исследование влияния топографической структуры поверхности на механические свойства сплавов на основе молибдена
3.4. Экспериментальное исследование влияния топографической структуры поверхности на механические свойства мартенситностареюгцсй стали.
3.5. Взаимосвязь механических свойств металлических материалов с мультифрактальными характеристиками топографической структуры их поверхности.
3.6. Влияние низкоэнергетического потока ионов аргона на топографическую структуру поверхности и механические свойства мартенситностареющсй стали.
3.7. Влияние топографической структуры поверхности на статические и циклические свойства ii сплавов
3.8. Выводы по главе
Глава 4. Влияние состояния поверхностных слоев и покрытий на механические свойства
металлических материалов
4.1. Обзор исследований по влиянию покрытий и состояния поверхностных слоев на изменение механических свойств материалов
4.2. Экспериментальное исследование влияния ренисвых и медных покрытий на свойства технически чистого молибдена при статическом растяжении
4.3. Влияние нанесения магнетронных покрытий из сплава Мо,8 на свойства молибденовых сплавов при статическом растяжении.
4.4. Особенности структурной самоорганизации в приповерхностных слоях молибдена с магнетронным покрытием на разных стадиях деформации
4.5. Влияние обезуглероживания на свойства и особенности разрушения технически чистого молибдена при статическом растяжении.
4.6. Влияния магнетронных покрытия из алюминия и нержавеющей стали ХНТ на механические свойства стали НК4М4Т2Ю при статическом растяжении
4.7. Феноменологическая модель влияния модифицированного поверхностного слоя на процессы структурной самоорганизации в приповерхностных слоях металлических материалов
4.8. Выводы по главе 4
Глава 5. Изучение структурных преобразований в поверхностных слоях металлических материалов в результате направленных внешних воздействияй различной природы
5.1. Изучение изменений зеренной структуры алюминиевого сплава при ударном
воздействии скоростной частицы
5.2. Исследование воздействия лазерного излучения на структуру тонких слоев медных сплавов
5.3. Исследование влияния импульсов дейтеривой плазмы на поверхность хромомарганцсвой стали
5.4. Исследование процессов самоорганизации топографической структуры покрытий, формирующихся из паровой фазы.
5.5. Оптимизация технологии микродугового оксидирования алюминиевого сплава
5.6. Изучение особенностей структурной самоорганизации эпитаксиальных слоев на сапфировой подложке
5.7. Исследование формирования наноструктурных композитных фуллереноосновных пленок Сбо
5.8. Выводы по главе
Общие выводы
Литература


При последующем деформировании это может приводить к возникновению таких эффектов, как площадка текучести, эффект Баушингера, эффект ХаазенаКелли и физический предел выносливости. Использование этих особенностей поведения приповерхностных слоев металлических материалов позволяет путем модифицирования поверхности существенно повысить механические свойства. Особенно сильно состояние приповерхностных слоев влияет на характеристики прочности и пластичности высокопрочных материалов, поскольку размер критического дефекта в этих материалах составляет от одного до несколько десятков микрон. При этом в ряде случаев для получения оптимального комплекса характеристик необходимо не упрочнять приповерхностный слой, а наоборот пластифицировать. В связи со сложностью, стадийностью и многоуровневостью процессов деформации и разрушения и необходимостью количественной оценки различий в особенностях деформирования приповерхностных и внутренних слоев металлических материалов возникает целесообразность использования при исследованиях системного подхода основные положения этого подхода будут рассмотрены в следующей главе. Глава 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МУЛЬТИФРАКТАЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРЫ И ОСОБЕННОСТЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ. Современные представления о структуре материала базируются на рассмотрении его как нелинейной системы, которая обменивается веществом, энергией и импульсом с окружающей средой 0. Имея ввиду многолетние исследования связи энтропии и информации можно говорить о наличии в случае открытых систем обмена информацией с окружающей средой. При этом свойства материала в условиях внешних воздействий определяются процессами структурообразования, протекающими при обмене системой энергией, веществом и информацией с окружающей средой . Указанные процессы в большинстве случаев носят необратимый и неравновесный характер, связаны с нарушением симметрии в системе и приводят к образованию в системах пространственных иили временных структур. При направленном характере взаимодействия между системой и внешней средой имеет место формирование устойчивых регулярных стохастически самоподобных структур на разных масштабных уровнях, в том числе возникает упорядоченность на крупномасштабном уровне. Для обозначения этого явления был предложен термин самоорганизация . Структурные изменения и процессы, протекающие в материалах при их обработке и эксплуатации, зависят от большого количества параметров, поэтому более адекватное их описание связано с использованием системного подхода , . Каждая система существует в определенном масштабном интервале. Строгое и однозначное определение границ существования системы в настоящее время еще не выработано 3. Развивающаяся в последнее время прикладная синергетика также рассматривает материал как открытую систему, свойства которой контролируются диссипативными структурами, формирующимися в ней в процессе обмена энергией, веществом и информацией с окружающей средой ,2. Под диссипативными системами понимаются неравновесные динамические системы, у которых энергия упорядоченного процесса переходит в энергию неупорядоченного процесса и в конечном счете в тепловую энергию ,3. Обозначение диссипативных систем как динамические подразумевает, что такие системы могут математически описываться системой уравнений, допускающих существование на бесконечном интервале времени единственного решения для каждого начального условия, а эволюция их математической модели однозначно определяется начальным состоянием 3. Подобным системам свойственно нелинейное поведение и неравновесные фазовые переходы. Это связано со спонтанным образованием в таких системах пространственных и временных структур. Близким к широко распространившемуся в синергетике термину самоорганизация 3,4 является термин эволюция. Под ним обычно понимают восходящее развитие системы в сторону более структурно организованного состояния под влиянием внешних воздействий. Необходимо отметить, что как эволюция систем, так и сопровождающие ее процессы самоорганизации структур могут протекать только в случае направленного обмена системами веществом, энергией и информацией с окружающей средой.