№ 1 (2020)

Система (1- x )KNbO₃ - x NaNbO₃ является одной из наиболее изучаемых среди бессвинцовых керамик, перспективных для потенциального использования в пьезоэлектрической технике и замены свинецсодержащих элементов в подобных устройствах. Но, несмотря на множество работ, направленных на решение этой проблемы, на данный момент не было получено бессвинцовых материалов, сопоставимых по свойствам со свинецсодержащими пьезокерамиками. Это обусловлено различными технологическими трудностями создания твердых растворов (ТР) на основе бессвинцовых композиций, такими как летучесть щелочных компонентов, сильнейшая зависимость наблюдаемых свойств от условий получения (термодинамической предыстории). Одним из приемов, используемых для повышения технологичности, стабильности ТР, а также для улучшения их электрофизических свойств, является модифицирование. Работа посвящена исследованию влияния добавок пирониобатов кальция и стронция на структуру и свойства системы (1- x )KNbO₃ - x NaNbO₃. Оптимизированы условия синтеза и спекания для каждого ТР систем (1- x-у )KNbO₃ - y NaNbO₃ - x (Sr/Са)₂Nb₂O₇. Проведен рентгенофазовый и рентгенографический анализ полученных объектов. Проанализированы зависимости параметров, объема ячейки и плотностей керамики от концентрации введенного компонента (Sr/Са)₂Nb₂O₇. Установлено, что увеличение содержания пирониобатов кальция и стронция 0≤ х ≤10 % приводит к возникновению в системах (1- x-у )KNbO₃ - y NaNbO₃ - x (Sr/Са)₂Nb₂O₇ нескольких фазовых переходов, обусловленных перестройкой структуры. В целом симметрия вышеуказанных систем изменяется по-разному. Легирование пирониобатом стронция приводит к тетрагональному искажению структуры, а пирониобатом кальция - к формированию кубической кристаллической решетки. Также показано, что введение в систему (1- x) KNbO₃ - х NaNbO₃ пирониобатов (Sr/Са)₂Nb₂O₇ выше 2,5 % значительно снижает плотность полученных керамик.

Одна из основных проблем аустенитных нержавеющих сталей - низкие прочностные свойства и износостойкость - может быть частично или полностью устранена путем модификации поверхности изделий и создания упрочненных поверхностных слоев. Доступным и эффективным методом поверхностного упрочнения сложных деталей конструкций является ионно-плазменное насыщение сплавов атомами внедрения, которое проводится в смеси газов различного состава. При этом механические и пластические свойства обработанных материалов определяются комплексом свойств базового сплава и упрочненной поверхности, и определить их влияние на механические и пластические свойства каждого из составляющих композиционного материала не всегда возможно. Метод наноиндентирования позволяет установить локальные механические и пластические характеристики отдельных областей упрочненных материалов (базового сплава и поверхности) путем приложения нагрузки на локальные участки микроскопического объема. В данной работе с использованием метода наноиндентирования были установлены механические и пластические характеристики упрочненных слоев, полученных при ионно-плазменной обработке образцов аустенитной нержавеющей стали 01Х17Н13М3 с зеренно-субзеренной и крупнозернистой структурой. Ионно-плазменная обработка стальных образцов способствовала поверхностному упрочнению и образованию композиционного поверхностного слоя толщиной ≈20-25 мкм. Высокие показатели значения нанотвердости в композиционном слое обусловлены комплексным упрочнением образцов: твердорастворным упрочнением аустенита азотом и углеродом, дисперсионным твердением и образованием нитридов и карбонитридов различного состава, а также малой долей феррита. Экспериментально показано, что прочностные свойства и пластические характеристики такого слоя существенным образом зависят от исходной микроструктуры базового материала - формирование высокодефектной зеренно-субзеренной структуры способствует образованию более прочного поверхностного слоя по сравнению с крупнозернистыми образцами.

Широкому внедрению магниевых сплавов в качестве конструкционных материалов препятствует их низкое сопротивление коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН). Считается, что КРН магниевых сплавов может быть связано с водородной хрупкостью. Тем не менее для магниевых сплавов роль водорода в механизме КРН в настоящий момент не вполне ясна. В предыдущих работах нами было установлено, что роль диффузионно-подвижного водорода в процессе КРН магниевых сплавов весьма сомнительна: результаты как механических испытаний, так и газового анализа указывают на то, что концентрация диффузионно-подвижного водорода в исследованных материалах ничтожно мала, в основном же водород сосредоточен в продуктах коррозии. Однако в данных исследованиях не было установлено влияние внешних напряжений на концентрацию и состояние водорода, поэтому неясно, являются полученные результаты характерными только для КРН или же справедливы и для коррозии без приложения внешней нагрузки. В связи с этим была поставлена цель исследования - определение концентрации и состояния водорода в магниевых сплавах после коррозионного воздействия без приложения внешних напряжений. Образцы сплавов МА14, МА2-1 и чистого магния подвергались выдержке в коррозионной среде, после чего каждый образец делился на две части: с первой продукты коррозии удалялись, на второй их оставляли нетронутыми. Далее образцы подвергали газовому анализу, для каждого из них были получены кривые экстракции и значения концентрации водорода. Результаты исследования показали, что удаление продуктов коррозии влечет сильное падение концентрации водорода, а при температурах ниже 300 °С он практически перестает выделяться. Это указывает на то, что большая часть водорода находится в продуктах коррозии, а не в диффузионно-подвижном виде в металлической матрице, что аналогично результатам, полученным при изучении КРН.

Лазерная наплавка применяется в различных отраслях машиностроения для получения упрочняющих и восстановительных покрытий. В качестве износостойких сплавов для наплавки хорошо зарекомендовали себя самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Cr-B-Si. Относительно низкая температура плавления NiCrBSi порошков позволяет добавлять твердые включения в материал матрицы и создавать тем самым композиционные покрытия с не растворившимися при наплавке частицами. В качестве упрочняющих карбидных частиц при создании композиционных покрытий на основе NiCrBSi используются добавки WC/W₂C, Cr₃C₂, SiC, TaC, NiC, VC, TiC. Особый научный и практический интерес представляет изучение закономерностей изнашивания композиционного покрытия NiCrBSi-Cr₃C₂, характеризующегося повышенной стойкостью к коррозии и окислению при высоких температурах. В работе осуществлялась добавка 15 мас. % порошка Cr₃C₂ гранулометрического состава 50-150 мкм в порошок ПГ-СР2 (химический состав, мас. %: 0,48 C; 14,8 Cr; 2,6 Fe; 2,9 Si; 2,1 B; остальное Ni) гранулометрического состава 40-160 мкм при газопорошковой лазерной наплавке. С помощью растровой электронной микроскопии установлено, что указанная добавка карбида хрома в NiCrBSi порошок привела к формированию при лазерной наплавке композиционного покрытия, так как в структуре присутствуют исходные нерастворившиеся карбиды хрома Cr₃C₂. NiCrBSi-Cr₃C₂ покрытие характеризуется повышенной микротвердостью. Проведены испытания на абразивное изнашивание по закрепленному абразиву - корунду, определены интенсивность абразивного изнашивания, коэффициент трения и удельная работа изнашивания, а также исследованы поверхности изнашивания NiCrBSi и NiCrBSi-Cr₃C₂ покрытий. Установлен существенный рост абразивной износостойкости композиционного покрытия вследствие смены основного механизма изнашивания (с микрорезания у покрытия NiCrBSi на царапание у покрытия NiCrBSi-Cr₃C₂).

Работа посвящена компьютерному моделированию внутренней механохимической коррозии линейной части длинных трубопроводов, находящихся под действием внутреннего и внешнего давления агрессивных сред. Полагается, что внешняя граница поперечного сечения трубы является круговой, а его внутренняя граница - эллиптической. Задача исследуется в двухмерной постановке. Многие решения, касающиеся неравномерного коррозионно-механического износа, основаны на предположениях о сохранении определенной формы корродирующего изделия. Кроме того, аналитическое решение для идеальной трубы дает существенно завышенную долговечность в случае трубы с отклонением по толщине стенки даже в пределах стандартных допусков. Следовательно, хорошим подходом для решения подобных задач труб с дефектами является компьютерное моделирование. В работе проведен численный эксперимент для конкретного примера по изучению влияния отклонения по толщине трубы на ее долговечность при помощи метода конечных элементов (МКЭ) в среде MATLAB. Предложена модель для моделирования коррозионного процесса. Обнаружено, что даже слабое изменение толщины стенки трубы вызывает концентрацию напряжений, при этом наличие механохимической коррозии приводит к еще большей разнотолщинности. Кроме того, к заметному сокращению долговечности трубы приводит как утонение, так и утолщение ее стенки. При этом чем больше разность внутреннего и внешнего давления, тем сильнее проявляется механохимический эффект и тем меньше прогнозируемый срок службы изделия. Наибольший рост абсолютных значений напряжений наблюдается на внутренней поверхности трубы в тех точках, где ее толщина имеет минимальные значения.