За годы научной деятельности, в лаборатории ФТИЭМ сформировались следующие ее направления, основанные на результатах выполненных госбюджетных; хоздоговорных НИР; конкурсных проектов, грантов и собственных разработок. Опубликованные сотрудниками, аспирантами, студентами по перечисленным направлениям труды и ссылки к ним представлены в научных трудах. В списке ссылок опубликованных трудов фамилии студентов подчеркнуты.

1. ФИЗИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

 Сегодня у нас в стране и за рубежом развивается традиционное направление "Физика прочности и пластичности", основанное на глубоком понимании эволюционных процессов упругой и пластической деформации, вплоть до разрушения под воздействием приложенных внешних нагрузок в условиях постоянства температур и скоростей деформирования. При этом используются простейшие схемы упруго-напряженного состояния материала (растяжение, сжатие, изгиб, кручение), а скорость пластической деформации принимается равной 10 ^-3 сек ^-1. Стремление ученых понять основные законы формирования дефектов кристаллического строения и их эволюционное изменение, вынуждает их привлекать для этих целей чистые металлы или однофазные сплавы.

 В условиях реальных процессов технологической обработки металлов давлением, как правило, сложно легированных, нередко полиморфных сплавов, в объеме деформируемых со скоростью 10 ⁺³ - 10 ⁺⁶ сек ^-1 заготовок, формируется индивидуальное для каждого упруго-напряженного состояния, поле внутренних напряжений. Под действием такого поля, металл, аккумулируя энергию, оказывается неравновесным, пересыщенным дефектами кристаллического строения и легирующими элементами. Переход металла в относительное равновесие, снятие внутренних напряжений, сопровождается, помимо превращения механической энергии в тепловую, формированием дислокационной структуры из атомов основы, а также перераспределением легирующих элементов, примесных атомов и точечных дефектов. Поведение такого неравновесного обрабатываемого материала, способность его сопротивляться разрушению и пластически деформироваться, характеризует уже его "технологическая прочность и пластичность". Эти комплексные характеристики обрабатываемого материала зависят не столько от исходных прочностных и пластических его свойств, сколько от локально сложившихся в зоне максимально действующего уровня внутренних напряжений, температуры, строения кристаллической решетки, дефектности, химического состава.

 Цель работы - повышение ресурса эксплуатации изделий из машиностроительных сплавов за счет оптимизации упруго-напряженного и структурно-фазового состояния их осевых и поверхностных слоев.

 Основные результаты изложены в следующих публикациях: [10,33-38,41-44,48,50-53,55,59, 63,65,81,95-96,98,101, 107,115,117-118,121-122,125,131-132].

2. РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ СТРУКТУРНЫХ И
ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТИТАНОВЫХ И
ДРУГИХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СПЛАВАХ
ПРИ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

 При технологической обработке металлических заготовок (прокатке, штамповке, шлифовке, точении и др.), в зоне контактного взаимодействия обрабатываемой детали и инструмента, возникает сложный многофакторный процесс взаимодействия деформирования вплоть до разрушения, трения и адгезии, на соотношение величин которых влияют физико-механические и химические свойства контактирующих материалов, смазка, геометрия инструмента, скорость и температура деформирования. В объеме заготовок из легированных сплавов формируются различные упруго-напряженные поля и развиваются самоорганизующие процессы. Способами диссипации избыточной энергии, помимо превращения механической энергии в тепловую (повышения температуры в контактной зоне), являются два многостадийных релаксационных процесса - структурный и концентрационный. Знание закономерностей и явлений, сопровождающих процесс технологической обработки, позволит найти пути повышения износостойкости инструмента, качества обработки, надежности деталей, снижения мощности обработки.

 Поэтому для научно-обоснованного выбора режимов технологической обработки современных машиностроительных материалов, необходимо разработать единую теорию структурных и фазовых превращений, используя комплексный подход с учетом всех производственных факторов и специфических особенностей самих многокомпонентных сплавов: учет создаваемых упруго-напряженных полей, температуры и скорости деформирования, фрикционных явлений, массопереноса, физико-механических, кристалло-геометрических факторов.

 Цель работы - разработка единой теории структурных и фазовых превращений, а также сопутствующего перераспределения легирующих элементов и примесных атомов в машиностроительных титановых и других сплавах, с учетом температурно-временных особенностей формирования и распада пересыщенных твердых растворов под влиянием упруго-напряженных полей, создаваемых в объеме деформируемых заготовок в ходе их технологических обработок, в частности, скоростного деформирования; в выдаче рекомендаций по совершенствованию технологических режимов обработки заготовок. Основные результаты изложены в следующих публикациях: [64,69-70,72,77-79,82-84,87.92-94, 97,102-103,106,108-110,116].

3. РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ПРИНЦИПОВ
МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ И ВЫБОРА
ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ДВУХФАЗНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ
ТИТАНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И ПОЛУФАБРИКАТОВ

 При металлургическом переделе заготовок из титановых сплавов, под влиянием термических и механических воздействий (например, при горячей прокатке или сварочном цикле), по их сечению возникают значительные внутренние напряжения. Вероятно, поэтому на практике при производстве титановых изделий и полуфабрикатов (особенно больших толщин) нередко сталкиваются с неоднозначностью и нестабильностью механических свойств, несмотря на близкие режимы обработки. Особенно чувствительны к напряжениям вязко- пластические свойства, характеризующие релаксационную способность материала к снятию областей пиков перенапряжений во время испытаний и последующей эксплуатации. Так, например, известно, что вязко- пластические свойства снижаются с увеличением габаритов горячедеформированных титановых полуфабрикатов.

 Предлагается комплексный подход к исследованию структурно-фазового состояния и физико-механических свойств промышленных титановых сплавов разного легирования с использованием представлений о механизмах образования, формирования и распада альфа- и бета- твердых растворов и перераспределения между ними легирующих элементов, а также механизмов структурообразования в процессе проведения окончательной термической обработки. Такой подход позволит разработать научно-обоснованный технологический режим металлургического передела титановых полуфабрикатов, внедрить его в производство.

 Цель работы - совершенствование технологии производства изделий и полуфабрикатов из титановых сплавов и повышение их вязко- пластических свойств за счет микролегирования и выбора оптимального режима термической и термомеханической обработок.

 Основные результаты изложены в следующих публикациях: [1-2,6,11,13-14,16,19,21,23-24,30,32,39,45-46,49,54,56-58,61,66-68,71,73-74,80,91].

4. РАСПАД НЕРАВНОВЕСНЫХ ТВЕРДЫХ
РАСТВОРОВ И СВОЙСТВА СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ
ИМПУЛЬСНОЙ ДЕФОРМАЦИИ И
СКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКИ

 В настоящее время применение высокоскоростной лезвийной обработки деталей машин является перспективным направлением повышения производительности труда и качества получаемых поверхностей. При этом возникает проблема повышения износа инструмента, особенно с увеличением скорости резания сверх определенного уровня. Существуют гипотезы о наличии здесь связи с изменением механизма деформации металла изделия в процессе стружкообразования. Однако это предположение нуждается в проверке. Анализ литературных данных показал, что пока отсутствует единая научно-обоснованная точка зрения на возможность применения скоростного деформирования в условиях металлургического передела. Мало изучено явление перераспределения легирующих элементов между отдельными фазами во время металлургического передела. Недостаточно изучены процессы статической и динамической рекристаллизации сплавов в двухфазном состоянии.

 Предлагается комплексный подход к исследованию структурно-фазового состояния и физико-механических свойств промышленных двухфазных сплавов на основе железа, алюминия, а также титана с разной степенью легирования с использованием представлений о механизмах образования, формирования и распада альфа - и бета - твердых растворов и перераспределения между ними легирующих элементов в процессе обработки металла давлением с разной скоростью деформирования. Такой подход позволит разработать научно-обоснованные технологические режимы металлургического передела полуфабрикатов, внедрить их в производство.

 Цель работы - совершенствование технологии производства изделий из титановых и других сплавов за счет увеличения скорости их деформирования.

 Основные результаты изложены в следующих публикациях: [7,12,15,17,26,28,85,99-100,105,113-114,119-120,123-124,126-127,129-130,134].

5. ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ СТАТИЧЕСКОГО И
ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ

 О пригодности машиностроительных материалов к работе в конкретных условиях эксплуатации деталей машин и конструкций судят по комплексу характеристик, полученных при исследовании ползучести, длительной прочности и пластичности, релаксации напряжений в интервале возможных рабочих температур, коррозионной стойкости и жаропрочности в рабочих средах, усталости в условиях циклических нагрузок, теплосмен и контакта с рабочими средами. Однако опыт эксплуатации показывает, что принятый комплекс исследований недостаточен для полной оценки сопротивляемости изделий разрушению в процессе их службы. Известно много случаев разрушений изделий из материалов, которые отвечали всем требованиям. Поэтому, нужно учитывать и то, что в процессе эксплуатации, в определенных температурно-временных интервалах, под действием внутренних напряжений протекают релаксационные тепловые и структурно-фазовые изменения в металле конструкции. Такие изменения могут привести к преждевременному разрушению конструкции.

 Цель работы - повышение ресурса эксплуатации изделий из машиностроительных сплавов за счет оптимизации структурно-фазового состояния их осевых и поверхностных слоев.

 Основные результаты изложены в следующих публикациях: [3-5,8-9,18,20,22,25,27,29,31,40,57,60,62,75,86,88-90,104,111,112].

6. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ВНУТРЕННИХ
НАПРЯЖЕНИЙ ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ
ТЕПЛОСМЕНАХ НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА
В ГПУ МЕТАЛЛАХ

 Известно, что границы полос прокатки, сварных и наплавочных соединений, а также границы раздела биметаллов и отдельных зерен в поликристаллических материалах являются поверхностными дефектами кристаллического строения и источниками внутренних напряжений. Эти напряжения усиливаются при теплосменах и неодинаковом тепловом расширении вблизи таких границ раздела.

 Для металлов и сплавов с кубической кристаллической решеткой, теплопроводность и тепловое расширение изотропны, то есть при нагреве или охлаждении изменения объема кристаллической решетки и всего объема материала изделия в целом, происходят равномерно во всех направлениях. Для металлов с гексагональной решеткой тепловые свойства сильно анизотропны. При нагреве, увеличение размера ГПУ-решетки вдоль оси "с" значительно превышает увеличение их поперечных размеров, вдоль осей "а" и "в". При нагревании поликристаллических материалов от циркония до цинка, т.е. по мере увеличения анизотропии теплового расширения, вблизи границ раздела, эллипсоиды теплового расширения все более вытягиваются, так как возрастает разница между продольным и поперечным главными коэффициентами теплового расширения. При этом вблизи границ раздела при нагреве, возникают области, которые в одном направлении расширяются, а в другом - сжимаются. Поэтому, формируется направление, вдоль которого теплового расширения нет. Атомные плоскости материала перпендикулярные такому направлению при нагревании и охлаждении не будут изменять свои размеры в соответствии с коэффициентом теплового расширения и, следовательно, возникнут вблизи границ раздела не скомпенсированные внутренние напряжения термической анизотропии. Если изменения температуры окажутся достаточно большими, такие внутренние напряжения могут привести к пластической деформации и разрушению.

 Цель работы - повышение ресурса эксплуатации изделий из машиностроительных сплавов за счет оптимизации внутренних напряжений в осевых и поверхностных слоях. Основные результаты изложены в следующих публикациях: [47,76,128,133].