Проведено експериментальне дослідження впливу електронного та гамма-опромінення на структуру та магнітні властивості аморфних і нанокристалічних сплавів системи Fe - Si - B. Показано, що динаміка змін структурного фактора аморфних сплавів даного виду під дією електронного та гамма-опромінення якісно однакова. На базі одержаних результатів обгрунтовано два механізми впливу опромінення на структуру аморфних металевих сплавів: радіаційно-стимульовану релаксацію та розупорядкування. Встановлено, що величина та напрям змін висоти першого максимуму структурного фактора, температури Кюрі та кристалізації сплавів Fe - Si - B під дією опромінення істотно залежать від концентрацій кремнію та бору в їх складі. Показано, що відмінність впливу опромінення на ближній порядок і процес кристалізації в аморфних сплавах Fe - Si - B імовірно пов'зана з різними механізмами радіаційно-стимулювальної дифузії атомів кремнію та бору. Встановлено, що в результаті легування сплавів Fe - Si - B нікелем і молібденом відбувається зменшення радіаційної чутливості структурного фактора, температури Кюрі та кристалізації, а також збільшення чутливості - магнітної проникності. Запропоновано якісну модель впливу легування даними елементами на радіаційно-стимульовані структурні зміни в аморфних сплавах на основі Fe - Si - B. Доведено вплив електронного опромінення за кімнатної температури на подальшу кристалізацію аморфно-кристалічного сплаву на основі Fe - Si - B, яка відбувається за механізмом зростання кристалів. Встановлено, що радіаційна чутливість магнітних характеристик нанокристалічних сплавів на базі системи Fe - Si - B - Cu - Nb

Досліджено процеси структуроутворення в поверхневих шарах нелегованих сталей під час лазерного легування диборидом титану залежно від режимів обробки та структурно-фазового стану матеріалу основи. Встановлено фізичні закономірності формування нового сплаву залежно від вмісту вуглецю під час лазерного легування борвміщуючою сполукою <$Eroman TiB sub 2>. Запропоновано механізм кристалізації ванни розплаву під час лазерного легування диборидом титану за умов надшвидкого нагрівання та охолодження, встановлено зв'язок між характером новоутворених фаз та вмістом вуглецю в базовому матеріалі. Досліджено процеси формування концентраційного поля зхалежно від технологічних параметрів лазерної обробки. Досліжено вплив легуючих елементів на тип новосформованої структури та фізико-механічні властивості зон лазерного легування. Результати моделювання розподілу температурного поля в області дії лазерного променя рекомендовано застосовувати для прогнозування умов, необхідних для формування певної структури поверхневого легованого шару, а також для розробки технологій зміцнення поверхневих шарів лазерним легуванням.

Дисертацію присвячено дослідженню формування структурного стану моно- та полікристалів заліза та сплавів на його основі в різко нерівноважних умовах імпульсної лазерної обробки. Показано, що значні швидкості нагріву-охолодження при лазерній обробці призводять до пониження температури gamma-alpha-перетворення і утворення gamma-фази. У цьому випадку спостерігається перекристалізація монокристалів alpha-заліза, внаслідок якої формуються полікристалічна складова alpha-заліза із параметром ОЦК решітки, який відповідає вихідному, а при оплавленні у вузькому інтервалі густин енергії відбувається також формування монокристалічних областей gamma-фази із збільшеним параметром ГЦК решітки та значною текстурою. Встановлено, що механічні властивості по глибині зони лазерного впливу визначаються переважно структурними факторами і змінюються по немонотонних кривих з максимумом. Виявлено вплив енергетичних параметрів імпульсного лазерного випромінювання на формування хвилястої мікрогеометрії поверхні. Описано залежність характеру залишкових напруг від режимів лазерної обробки вуглецевих сталей.

Показано, що лазерна імпульсна обробка зразків загартованих сплавів Fe - Al - C призводить до утворення в приповерхневій зоні шарів загальною товщиною 3 - 4 мм, що відрізняються між собою структурним станом аустеніту. Досліджено особливості утворення кристалів мартенситу в цих шарах. Мартенсит, що утворюється, відрізняється за варіантами орієнтацій відносно аустенітної матриці та за ступенем тетрагональності. Ці особливості пояснюються наявністю залишкових термічних спотворень кристалічної гратки аустеніту та порушенням когерентності між кристалічними гратками фазових складників. Встановлено, що в процесі лазерного впливу має місце дифузія легуючих елементів з глибини зразків до поверхні. Отримано закономірності зміни магнітних характеристик після лазерної обробки поверхні крупнокристалічних зразків у залежності від вмісту елементів у сплаві та від відстані до оплавленої поверхні. Максимальні значення магнітних характеристик після лазерного впливу зафіксовано в приповерхневому шарі приблизно 1 мм. Показано, що значний внесок у зміну магнітних характеристик за вищевказаного впливу вносить релаксація когерентних напружень між кристалічними гратками фазових складників.

Досліджено стійкість до електрохімічної корозі поверхневих шарів сталі ферито-мартенситного класу 12Х17Т у вихідному стані та після створення структурних бар'єрів лазерним легуванням ніобієм. Установлено, що після створення захисних бар'єрних шарів корозійна стійкість підвищується до 4,5 - 7,0 разів.

У межах динамічної постановки зв'язаної задачі термомеханіки досліджено напружено-деформований стан диска, що виникає за дії лазерного імпульсу або електронного пучка з урахуванням мікроструктурних перетворень, які супроводжують нагрівання і наступне охолодження матеріалу. Розв'язування вісесиметричної задачі проводиться числово з використанням термодинамічно узгодженої теорії непружної поведінки матеріалу із застосуванням скінченноелементної методики та врахуванням залежності фізико-механічних властивостей матеріалу від температури. Вивчено вплив мікроструктурних перетворень на динамічну і квазістатичну реакцію матеріалу, залишковий напружено-деформований стан в зоні опромінення.

Изучено влияние импульсного сильноточного релятивистского электронного пучка на механические свойства ряда низкоуглеродистых сталей. Установлено, что в зоне поглощения энергии излучения наблюдается скачкообразное увеличение значений микротвердости, что связано с мартенситными превращениями. Изучено влияние облучения на значения ударной вязкости, сделано предположение, что снижение ударной вязкости связано с возникновением дополнительных внутренних напряжений.

Проведено всебічне дослідження процесів формування та росту пор у типовій моделі бінарного стопу, підданому радіаційному впливові з використанням комбінованого підходу, що базується на теорії фазового поля та щвидкісній теорії. Показано, що формування пор викликане взаємодією радіаційно продукованих вакансій із пружніми деформаціями гратниці та полем композиції стопу. Одержано фазові діаграми, що ілюструють формування твердого розчину, фазового розшарування та структуроутворення. Встановлено, що формування пор із пересиченого розчину вакансій супроводжується перерозподілом композиційного поля. Показано, що пружна неоднорідність, яка відповідає за утворення анізотропних преципітатів у первинно приготовленому стопі призводить до формування надгратки пор у процесі опромінення. Виявлено, що нуклеація та ріст пор із ростом дози опромінення відповідає дифузійно керованим процесам випадіння фаз. Показано універсальність динаміки росту пор. Проведена оцінка основних параметрів і статистичних характеристик пор для більшості стопів і сталей надає добре узгодження з експериментально одержаними результатами.

Установлено, что при импульсном лазерном воздействии на поверхность сплава Fe - Al - C, содержащего алмазные кристаллы, образуются графитовые сферические частицы размером 100 - 300 мкм, а также сферические ультрадисперсные частицы из железа, алюминия и кислорода размером от 3 мкм и значительно меньше.

Проведено сравнительное исследование влияния типа примеси на формирование вакансионных кластеров в железе. Объектами исследования служили особо чистое железо, техническое железо, в котором основной примесью был углерод, занимающий в решетке междоузельные позиции, и сплав чистого железа с 0,3 % ат. меди, являющейся примесью замещения. В качестве метода исследования использована позитронная спектроскопия. Вакансии создавались облучением быстрыми нейтронами при температуре 60 <$E symbol Р>C. Измерены спектры времени жизни позитронов (ВЖП), которые для всех облученных образцов лучше всего аппроксимировались двумя экспоненциальными компонентами. Это свидетельствует о том, что позитроны аннигилируют как в свободном, так и в захваченном дефектами состоянии. Во всех образцах среднее ВЖП возрастает с увеличением дозы облучения, что указывает на последовательное накопление дефектов. Наибольший рост ВЖП наблюдается в чистом железе, наименьший - в техническом. При отжиге технического железа долгая компонента ВЖП, обусловленная аннигиляцией позитронов в дефектах, начинает уменьшаться уже при температуре 100 <$E symbol Р>C вследствие диссоциации вакансионных кластеров и ухода вакансий. В чистом железе и его сплаве с медью при такой температуре долгая компонента начинает возрастать, что указывает на агломерацию кластеров, сопровождающуюся увеличением их размеров. Полученные результаты обсуждены, исходя из различий подвижности комплексов вакансий с примесными атомами внедрения и замещения.

Исследованы особенности насыщения стальной матрицы элементами неметаллических включений при разных режимах лазерного воздействия. Показана роль этого процесса в формировании локальной структуры матрицы вблизи неметаллических включений в низко- и среднеуглеродистых сталях.

The influence of the impulse laser treatment of nickel steels on structure changes in the laser effect zone is investigated. In order to describe the processes of heat- and mass-transfer, a mathematical model is suggested. This model consists of the heat and diffusion problems with taking a nonlinear dependence of the carbon diffusion coefficient on temperature and concentration into account. Distributions of the temperature and concentration fields in the laser effect zone are determined. They well agree with experiment in the first approximation. The explanation of the mechanism of forming the oscillatory carbon concentration distribution over the depth of a sample is proposed.

Проанализирована литература, посвященная лазерному поверхностному легированию стальных изделий. Исследованы процессы, происходящие при формировании структуры поверхностных слоев при лазерном легировании сталей. Приведены примеры практического применения лазерного поверхностного легирования сталей различными материалами и смесями. Показано, что при лазерном легировании обеспечивается возможность формирования поверхности стальных изделий, которые имеют высокий уровень твердости, теплостойкости, износостойкости, коррозионной стойкости и других физико-механических характеристик. Установлено, что работы, выполненные в этом направлении, не носили системного характера, а зачастую были направлены на решение локализованной задачи повышения эксплуатационных характеристик отдельно взятого материала или деталей из него. Поэтому полученные разными авторами результаты не поддаются систематизации из-за существенных различий в схемах и условиях проведения исследований.

Досліджено двостадійний процес легування поверхні сталі алюмінієм за допомогою електронного променя. Обговорено й досліджено вплив основних параметрів процесу (потужності, перерізу і швидкості сканування променя) на структуру отриманого легованого шару. Для розгляду структури використано оптичну й електронну мікроскопію. Обговорено проблеми масо- і теплопереносу. Запропоновано одномірне рішення задачі поширення тепла при нагріванні променем двошарової системи субстрата з покриттям.

Зазначено, що на сьогодні немає повного розуміння розвитку основних радіаційних явищ, таких як, розпухання за взаємодії пошкоджень з гелієм і воднем, які утворюються під час ядерних реакцій. Відсутність розуміння обумовлена тим, що практично такі експерименти до нас ніхто не проводив, у світової наукової спільноти немає експериментального обладнання для утворення великих пошкоджень (до та вище 200 зна). Наведено результати дослідження поведінки розпухання стандартної ферито-мартенситної сталі ЕП-450 за різних умов опромінення: за високих доз пошкодження до 300 зна, а також за двопучкового опромінення іонами газів (гелій або водень). Вивчено розпухання ферито-мартенситної сталі ЕП-450 у процесі опромінення іонами хрому до доз 300 зна. В інтервалі температур 430 - 550 °C одержано результати з параметрів пористості; тривалості інкубаційного періоду; області доз, в якій реалізується перехід до стаціонарної стадії; швидкості розпухання. Показано, що значення розпухання феритної сталі може перевищувати ~ 20 %. Для імітації радіаційних пошкоджень, характерних для реакторів майбутнього покоління опромінення сталі ЕП-450 проведено на електростатичному прискорювачі з зовнішнім інжектором, який розроблено в ННЦ ХФТІ. Двопучкове іонне опромінення проведено за 1,8 МеВ Cr⁺³, 40 кеВ He⁺ і 20 кеВ H⁺. Показано, що поведінка радіаційного розпухання залежить від концентрації гелію та водню; гелій і водень по-різному впливають на кінетику та розмір розпухання. В інкубаційному періоді гелій пришвидшує процес зародження пор, таким чином, збільшує їх концентрацію. На стаціонарній стадії гелій знижує розпухання сталей за рахунок зменшення розміру пор. Водень також ефективний, як і гелій в прискоренні початку розпухання, але має менший вплив на зародження пор, це може призвести навіть до збільшення розпухання на стаціонарній стадії за рахунок помірного росту концентрації пор.

Ідентифіковано та кількісно проаналізовано цифрові зображення впорядкованого рельєфу на поверхні сталі 15Х13МФ, обробленої потужним лазерним імпульсом. Стан поверхні оцінено після опромінення в різних середовищах. Установлено, що рельєф, сформований на поверхні модифікованого матеріалу, має ознаки хвилястої структури, для якої визначено певні інтегральні параметри зображення.

Досліджено фазовий склад, структуру і властивості зони лазерної дії після лазерного легування вуглецевовмісними обмазками в сплаві заліза з хромом. Показано, що легування сплаву маслоподібною вуглецевовмісною речовиною (алмазною пастою) з великою в'язкістю призводить до насичення заліза вуглецем і утворення аустенітно-мартенситної структури з високою мікротвердістю.

Розглянуто проблему визначення впливу різних факторів на тепловіддачу зразків, оброблених іонною імплантацією. За допомогою методу відновлювання одновимірних залежностей експериментально перевірено силу впливу кожного вихідного показника на коефіцієнт конвективної тепловіддачі.

С позиций возможных механизмов разрушения аустенитных сталей, подверженных интенсивному нейтронному облучению, проанализированы результаты механических испытаний и фотографических исследований образцов. Предложены механизмы, связывающие <$E gamma~symbol О~alpha>-превращение с возникновением вязкохрупкого перехода в облученных аустенитных сталях, а также критерий, позволяющий определить условия облучения, при которых <$E gamma~symbol О~alpha>-превращение приводит к вязкохрупкому переходу. Рассмотрены возможные причины снижения предела прочности материала при очень высоком (более 20 %) уровне распухания.

Досліджено структуру та властивості поверхневих шарів сплавів заліза після насичення азотом та вуглецем під дією лазерного опромінення за допомогою мікроструктурного, мікродюрометричного та рентгенофазового методів. Показано, що проведення процесу лазерної обробки в газовому середовищі призводить до насичення заліза вуглецем та азотом і сприяє його поверхневому зміцненню.