Отчет лаб. СТЗ по работе в рамках комплексных проектов ИФПМ СО РАН Проект 1. Основы физической мезомеханики конструкционных, инструментальных и функциональных материалов с наноструктурными и градиентными поверхностными слоями и внутренними границами раздела (рук-ль В.Е.Панин) ISPMS Сырямкин В.И., д.т.н., профессор, зав. лаб. СТЗ Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS

Отчет лаб. СТЗ по работе в рамках комплексных проектов ИФПМ СО РАН Проект 2. Разработка научных основ формирования неравновесных состояний с многоуровневой структурой методами ионно-плазменных и импульсных электронно- лучевых технологий в поверхностных слоях материалов и получение покрытий с высокими прочностными и функциональными свойствами. Разработка и создание методик, устройств и оборудования. (рук-ли С.Г.Псахье, А.И.Лотков) ISPMS Сырямкин В.И., д.т.н., профессор, зав. лаб. СТЗ Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS

ISPMS Проект 1.Задание. Разработка новых высокоэффективных алгоритмов и программного обеспечение для обработки и анализа изображений материалов с наноструктурными поверхностными слоями и их экспериментальное исследование. Будут разработаны алгоритмы и программное обеспечение для численного анализа поворотных мод деформации и накопленного деформационного рельефа на поверхности нагруженных наноструктурных материалов и покрытий, а также проведено их экспериментальное исследование на примере композиций с наноструктурными покрытиями.

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Проект 2.Задание. Провести исследования характера развития деформации и разрушения на мезоуровне при нагружении модифицированных ионами и электронами поверхностей и приповерхностных слоев в сплавах на основе TiNi. С использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC, средств электронной сканирующей микроскопии будут выявлены закономерности развития пластического течения и разрушения на различных структурных (масштабных) уровнях материалов с памятью формы, поверхностные слои которых модифицированы с использованных различных методов и режимов

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Диаграммы напряжение–деформация при сжатии борированных образцов стали Ст3: предварительно цементированные (толщина боридного слоя 70 мкм (1) и 250 мкм (3)), и не цементированные (толщина боридного слоя 70 мкм (2), 100 мкм (4))

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS a а) Схематическое представление боридного слоя (1) с зубчатой структурой и переходным градиентным слоем (2) на поверхности малоуглеродистой стали (3); б) РЭМ-изображение растрескавшегося боридного слоя. 330; Сжатие.

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS ВыводыПроект 1. Характер развития в покрытии (поверхностном упрочненном слое) трещин и фрагментированной мезоструктуры в объеме материала существенно зависит от геометрии границы раздела «покрытие (упрочненный поверхностный слой) – подложка». Плоская граница раздела обусловливает развитие в покрытии (упрочняющем поверхностном слое) квазипериодически распределенных на рабочей части образца трещин. Расстояние между трещинами и их глубина возрастают с увеличением толщины покрытия. В общем случае плоская граница раздела «покрытие (упрочненный поверхностный слой) – подложка» является нежелательной, так как сильно снижает пластичность материала и особенно его усталостную прочность. Игольчатый и зубчатый профили границы раздела «покрытие–основа» обусловливают при нагружении стохастическое распределение мезоконцентраторов напряжений на границе раздела и формирование при нагружении сетки микротрещин различной ориентации. Такая геометрия границы раздела всегда предпочтительна. При небольших толщинах покрытия игольчатая и зубчатая граница раздела обусловливает увеличение как прочности, так и пластичности материала с покрытием (по сравнению с материалом без покрытия). При возникновении на поверхности покрытия растягивающих напряжений в условиях трехточечного изгиба пластичность УЗО–оплавленного покрытия повышается примерно в два раза по сравнению с оплавленным без УЗО, что сопровождается увеличением предела прочности примерно на 200 МПа. Данный результат связан со значительным снижением роли локализации деформации при растрескивании покрытия, в связи с тем, что УЗО-оплавленные покрытия растрескиваются весьма мелко за счет диспергирования макроконцентраторов напряжений на большее количество менее мощных мезоконцентраторов, связанных с локальными затеканиями материала покрытия в подложку.

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Кривые течения композиций «покрытие-основа» с УЗО и без УЗО при приложении нагрузки со стороны покрытия (а) и со стороны подложки (б).

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS РЭМ–изображения растрескавшихся газотермических покрытий не подвергнутых (а) и подвергнутых воздействию ультразвуком (б) во время оплавления. Нагружение со стороны подложки. Увеличение 30

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Выводы Проект Развитие пластической деформации в композициях покрытие–основа при испытаниях на трехточечный изгиб практически с самого начала нагружения имеет вихревой характер, что связано с неоднородностью приложения к образцу нагрузки, а также различием физико-механических характеристик покрытия и основы. Однако в более пластичном ГПН-покрытии масштаб вихревого движения имеет значительно меньший размер, что связано с эффективной релаксацией напряжений за счет пористости и разбиением «мезовихря» на ряд более мелких фрагментов. 2. При нагружении композиции с более пластичным ГПН-покрытием со стороны последнего развитие пластической деформации носит характер послойной неоднородности: в приповерхностном слое покрытия действуют сжимающие напряжения; в нижележащий слой покрытия, прилегающем к границе раздела действуют растягивающие напряжения, передаваемые ему подложкой. Последние создают мезоконцентраторы растягивающих напряжения, которые релаксируют мезополосами локализованной деформации. 3. Полосы локализованной деформации распространяются от границы раздела ГПН покрытия в подложку при нагружении при обеих схемах нагружения. При приложении нагрузки со стороны покрытия их развития связано с действием растягивающих напряжений, в том числе за счет «дополнительного» деформирования покрытия. При приложении нагрузки со стороны подложки они возникают вследствие действия на подложку сжимающих напряжений. При этом можно говорить о действие в первом случае концентраторов растягивающих, а во втором сжимающих напряжений.

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Проект 1. Исполнители к.т.н. Панин С.В. (до 35 лет) к.т.н. Быдзан А.Ю. (до 35 лет) прогр. Глухих А.И. (до 35 лет) инж. Романенко А.В. (до 35 лет) асп. Любутин П.С. (до 35 лет) асп. Кириченко М.С. (до 35 лет) Руководитель Сырямкин В.И.

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Проект 2 Исполнители к.т.н. Панин С.В. (до 35 лет) вед. прогр. Сидорова В.М. Руководитель Сырямкин В.И.

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Список публикаций 1. Panin S.V. Application of Television-Optical Meter for Surface Characterization for improvement surface hardening modes and diagnostics of loaded materials. Proceedings Fracture Mechanics2004 Environment Effects on Fracture and Damage. Edited by G.C. Sih, S.T. Tu and Zh.D. Wang. Zhejiang University Press. PP Панин С.В. Закономерности пластической деформации и разрушения на мезоуровне материалов с покрытиями и поверхностным упрочнением. Физическая мезомеханика –Т. 7. Специальный выпуск, ч. 1. – С R.R. Balokhonov, S.V. Panin, V.A. Romanova, S. Schmauder, P.V. Makarov, Numerical simulation of deformation and fracture in low-carbon steel coated by diffusion borating, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2004, V. 41, Issues 1-3, P С.В. Панин, В.И. Сырямкин, В.Е. Панин, Р.Р. Балохонов, А.В. Романенко и А.Ю.Быдзан. Оптико-телевизионная измерительная система – приложение методов технического зрения к изучению закономерностей деформирования твердых тел и диагностике состояния нагруженных материалов. Изв. Вузов. Физика, 2004, 7, Приложение (тематический выпуск). С С.В. Панин, В.А. Клименов, М.П. Сейфуллина, Ю.И. Почивалов, Б.Б. Овечкин. Влияние обработки ультразвуком в процессе оплавления газотермических покрытий на характер деформирования и разрушения композиций покрытие-основа при трехточечном изгибе. Физическая мезомеханика –Т. 7. – 2. – С С.В. Панин, М.А. Белоцерковский, М.П. Сейфуллина, Ю.И. Почивалов, Б.Б. Овечкин. Исследования особенностей развития деформации на мезоуровне и разрушения композиций с напыленными покрытиями при трехточечном изгибе. Физическая мезомеханика –Т. 7. – 2. – С V.E. Panin, Yu.V. Grinyaev, A.V. Panin and S.V. Panin. Multilevel wave model of a deformed solid in physical mesomechanics. Proceedings of the 6 th International Conference on Multiscaling in Applied Science and Emerging Technologies. University of Patras, Greece, May 31-June 4, P Кириченко М.С., Панин С.В., Сырямкин В.И. Метод обработки и анализа оптических изображений для оценки локализованного развития деформации на мезоуровне при усталостном разрушении. Физическая мезомеханика –Т. 7. Специальный выпуск, ч. 2. – С A. Romanenko and S. Panin. Influence of hardened layer structure and interface profile on character of plastic deformation development and fracture of surface hardened low carbon steels at the mesolevel. Физическая мезомеханика –Т. 7. Специальный выпуск, ч. 2. – С M. Kirichenko, S. Panin. Development of adaptive method for estimating informative efficiency of dynamic attributes for image processing and analysis. Proceedings 8 th Korean-Russian International Symposium on Science and Technology KORUS2004. June 26-July 3, 2004, Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, Vol. 1, PP В.Е. Панин, С.В. Панин. Приложение оптико-телевизионной измерительной системы к изучению закономерностей деформирования твердых тел и диагностике состояния нагруженных материалов. Труды Всероссийской конференции Высокие технологии и обеспечение качества и надежности изделий машиностроения (21-25 июня 2004 г.). – Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, С Глухих А.И., Панин С.В., Сырямкин В.И. Программа для оценки фрактальной размерности двумерных изображений поверхности материалов. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ Глухих А.И., Панин С.В., Сырямкин В.И. Программа для Фурье–спектрального анализа изображений поверхности материалов. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ Любутин П.С., Панин С.В., Сапожников С.В., Сырямкин В.И. Программа построения векторов смещений и оценки деформаций поверхностей твердых тел. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ

ISPMS Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Список публикаций Интеграционный проект СО РАН 93 Бондарь М.П., Ободовский Е.С., Панин С.В. Формирование микрокристаллических структур при высокоскоростных больших пластических деформациях. Физическая мезомеханика –Т. 7. Специальный выпуск, ч. 1. – С Проект специализированного отделения РАН (ак. Горячева И.Г.) Panin S., Kolubaev E., Shakirov I., Glukhih A., Kustov A. Investigations of friction processes by registering emitted acoustic noise and analysis of images of its 2D Fourier spectrum. Proceedings 8 th Korean-Russian International Symposium on Science and Technology KORUS2004. June 26-July 3, 2004, Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, Vol. 3, PP Проект Президиума РАН (договор 251/04) S. Panin, I. Stepanova, D. Dudina, V. Panin and M. Korchagin. Investigations of structure, mechanical properties and mesoscale behavior of powder nanocomposites based on titanium diboride formed by SPS method. Proceedings 8 th Korean-Russian International Symposium on Science and Technology KORUS2004. June 26-July 3, 2004, Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, Vol. 3, PP V. Panin, M. Korchagin, O.I. Lomovskii, D. Dudina, S. Panin, I. Stepanova et al. Consolidation and mechanical properties of metal and intermetallic matrix nanocomposites produced using high–energy ball milling. Физическая мезомеханика –Т. 7. Специальный выпуск, ч. 2. – С Проект Минобразования (Компьютерное конструирование материалов - РосМЦ) S. Panin. Application of surface strain mapping for investigating mesoscale deformation behavior of coated and surface-hardened materials. Proceedings of the 6 th International Conference on Multiscaling in Applied Science and Emerging Technologies. University of Patras, Greece, May 31-June 4, P Грант Президента РФ поддержки ведущих научных школ «Школа академика: В. Е. Панина Физическая мезомеханика наноматериалов, тонких пленок и конструкционных материалов с наноструктурированным поверхностным слоем» Панин С.В., Башков О.В., Семашко Н.А. и др. Комбинированное исследование особенностей деформации плоских образцов и образцов с надрезом на микро- и мезоуровнях методами акустической эмиссии и построения карт деформации поверхности. Физическая мезомеханика –Т. 7. Специальный выпуск, ч. 2. – С