Физическая природа формирования градиентных структурно-фазовых состояний и свойств металлов и сплавов на основе комбинированных неустойчивостей при внешних энергетических воздействиях

Изучены процессы формирования градиентных структурно-фазовых состояний бинарных и тройных сплавов Ti-Y, Fe-C, Al-Si-Y, подвергнутых воздействию концентрированных потоков энергии, электрических полей и интенсивной пластической деформации. Воздействие импульсного электрического тока на локализацию пластического течения стали 08пс приводит к увеличению на 65 % скорости очагов локализации. Механизм этого увеличения заключается в том, что из-за различия электрических сопротивлений тела и границы зерна температура границы зерна выше, чем тела зерна. Это облегчает сдвиг зерен относительно друг друга и увеличивает скорость очагов локализации. На основе этого механизма с использованием фильтрационной модели пластичности рассчитана скорость распространения очагов локализации при воздействии импульсного электрического тока. Результаты моделирования показали полное соответствие с экспериментом. Причиной такого увеличения является изменение объемной доли возбужденной фазы на границах очага локализации. Впервые предложен механизм и разработана модель формирования волнообразного рельефа границы раздела «покрытие/подложки» при нанесении покрытия гетерогенным плазменным потоком, заключающаяся в образовании комбинированной неустойчивости Кельвина-Гельмгольца-Рэлея-Тейлора. Установлен механизм и впервые создана модель формирования поверхностных микро- и наноструктур титановых и алюминиевых сплавов при электронно-пучковой обработке на основе представлений о возникновении в расплавленном слое комбинированной термо-, концентрационно-, испарительно-капиллярной и термоэлектрической неустойчивости, которая приводит к образованию вихрей, являющихся предвестниками образования микро- и наноструктурно-фазовых состояний. Определен диапазон значений плотности энергии пучка электронов и термоэлектрического коэффициента, при которых максимум скорости роста находится в наноразмерном диапазоне. Предложена математическая модель формирования микро и наноструктурно-фазовых состояний рельсовой стали при длительной эксплуатации. Предполагалось, что образование наноструктур происходит за счет распада пластин цементита путем комбинированной неустойчивости Кельвина-Гельмгольца и Рэлея-Тейлора. Путем анализа дисперсионного уравнения определены скорости и ускорения слоев, динамических вязкостей материалов, при которых максимальное значение скорости роста возмущений наблюдается в микро- и наноразмерном диапазоне. Сравнение значений длины волны, на которую приходится максимум скорости роста и размеров структурных элементов, показало удовлетворительное согласие с экспериментом.