Радиопоглощающие материалы для электромагнитной совместимости и снижения отражений электромагнитных волн используются в радиоэлектронной аппаратуре. При практическом применении материалов в виде покрытий и прокладок важно учитывать механические свойства вследствие возможных совместных изменений микроволновых и механических характеристик. Исследовано влияние введения нанопорошка диоксида кремния (таркосила) на микроволновые характеристики и реологические свойства высоконаполненного композита на основе силиконового связующего SilcoTin 25 и микрочастиц карбонильного железа марки Р-10. Образцы изготовлены по методике получения высоконаполненных композитов с содержанием 80 мас. % микропорошка Р10, ранее апробированной для различных марок карбонильного железа. Микроволновые измерения выполнены методом прохождения/отражения в коаксиальной ячейке по S-параметрам с вычислением коэффициентов отражения, прохождения и поглощения в режиме «на просвет» слоя толщиной 2 мм без металлической подложки. Диапазон частотных измерений составляет 0,5 ‒ 18,0 ГГц. Показано, что введение таркосила (1 ‒ 3 мас. %) в композит с микропорошком Р10 приводит к неоднозначной перестройке баланса поглощения, отражения и прохождения. При умеренном изменении поглощения наблюдается рост отражения. По частотным зависимостям комплексных значений диэлектрической ε* и магнитной μ* проницаемостей рассчитаны диэлектрический и магнитный тангенсы угла потерь, а также модуль нормированного импеданса. Показано, что рост отражения связан преимущественно с ухудшением импедансного согласования при сохранении значительных магнитных потерь. Реологические испытания при деформации сдвига               0,001 ‒ 1,000 % выявили рост комплексных динамических модулей сдвига. Введение таркосила повышает модуль сдвига высоконаполненного композита с микропорошком Р10, причем наиболее выраженный рост наблюдается при введении 1 и 2 мас. % нанопорошка таркосил, что интерпретировано как структурирование системы полимер ‒ SiO₂ ‒ CIP, связанное с изменением согласования и коэффициента отражения. Наиболее вероятно, происходит усиление межфазных взаимодействий в композите. Такая микроструктурная перестройка, вероятно, усиливает межфазную поляризацию типа Максвелла – Вагнера – Сил-        ларса и проявляется в изменении комплексной диэлектрической проницаемости и импедансного согласования слоя.

Тепловое движение молекул и силы межмолекулярного взаимодействия являются фундаментальными причинами, определяющими частоту колебаний в жидкостях. В отличие от кристаллической структуры твердых тел, где атомы или молекулы зафиксированы в узлах решетки и вибрируют вокруг этих положений, в жидкостях частицы осуществляют колебательные движения вблизи изменчивых центров равновесия. Эти колебания сопровождаются периодическими «перескоками» молекул в новые, также временные, положения, что характеризует динамическую природу жидкого состояния. Связующим звеном между микроскопическим движением молекул и макроскопической вязкостью является время оседлой жизни – время, в течение которого молекула колеблется около одного положения равновесия, прежде чем совершить «перескок». Чем дольше молекула колеблется вблизи точки равновесия, тем реже происходят акты перемещения и выше вязкость. Концепция, описывающая рассматриваемую теорию, была развита Я.И. Френкелем. С другой стороны, А.Е. Бачинский установил, что вязкость жидкостей связана со «свободным» объемом, которая уже зависит от температуры. Проведено исследование частоты колебаний, времени оседлой жизни, энергии активации и свободного объема различных жидкостей. Для определения свободного объема были использованы данные плотностей и энтальпий испарений при различных температурах, которые были рассчитаны с помощью линейной экстраполяции и формулы К.М. Уотсона. Используя теории вязкости Г. Эйринга и Я.И. Френкеля, были получены значения частот колебаний, времени оседлой жизни для более двадцати различных жидкостей. Полученные расчеты показали, что вблизи точки кипения доля свободного объема возрастает до 7 ‒ 9 % (исключая муравьиную кислоту). Бачинский А.Е. установил, что при фиксированном объеме вязкость жидкости остается почти неизменной, несмотря на вариации давления и температуры. Экспериментальное подтверждение этого наблюдения позволило определить свободный объем в пределах 10 – 15 %. Для жидкостей с высокой вязкостью (н-додекан, н-гексадекан), имеющих водородные связи (вода, этанол, глицерин и т.д.), частота колебаний и энергия активации гораздо выше, чем у остальных жидкостей.

Исследовано влияние температуры испытания на кинетику локализованных фронтов пластичности в алюминиево-магниевом сплаве со структурной неоднородностью в виде сварного шва. Актуальность исследования обусловлена широким применением сварных конструкций из сплавов Al ‒ Mg в сочетании с присущей этим материалам склонностью к эффекту Портевена ‒ Ле Шателье (неустойчивости пластического течения, проявляющейся в виде скачкообразного изменения напряжения и локализации деформации). Исследования проводили в диапазоне температур от –20 до 30 °C при скорости деформирования 1 мм/мин. Методом цифровой корреляции изображений проанализированы поля локальных деформаций и кинетика распространения деформационных фронтов. Установлено, что при всех температурах на кривых деформации проявляется площадка текучести и прерывистое течение, при этом значения пределов текучести и прочности остаются неизменными. На площадке текучести от границ зоны перемешивания сварного шва монотонно распространяются фронты полос Людерса, представляющие собой автоволны переключения локализованной пластичности. При достижении напряжений, превышающих предел текучести, через образец начинают распространяться фронты локализованной деформации, являющиеся автоволнами возбуждения. Причем, повышение температуры до 30 °C сдвигает критическую деформацию начала эффекта Портевена ‒ Ле Шателье в область более высоких напряжений и сокращает продолжительность площадки текучести вдвое. При всех температурах область сварного шва с упрочненными границами способствует делокализации деформации: накопленная деформация в зоне шва почти в два раза ниже, чем в основном металле.

Представлены результаты исследования особенностей формирования границ сплавления биметаллических образцов, полученных методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства. В качестве исследуемых материалов использовали аустенитную нержавеющую (06Х18Н9Т), ферритно-перлитную (08Г2С) и износостойкую (40Х9С2) стали. Методами растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного спектрального анализа и механических испытаний на одноосное статическое растяжение были изучены микроструктура, распределение химических элементов и прочностные характеристики переходных зон. Установлено, что подобранные технологические параметры (скорость подачи проволоки 745 ‒ 1911 мм/мин; количество проволоки на слой 323 ‒ 828 мм; ток электронного луча 69,9 ‒ 26,0 мА) обеспечивают формирование биметаллических переходных зон, несодержащих макроскопических дефектов (трещин или расслоений). Выявлена выраженная структурная и химическая асимметрия, напрямую зависящая от последовательности нанесения слоев. При наплавлении стали марки 08Г2С поверх стали марок 06Х18Н9Т или 40Х9С2 наблюдается резкий скачок химического состава и минимальная взаимная диффузия легирующих элементов (зона диффузии не превышает 10 мкм). Напротив, при формировании аустенитной или износостойкой стали поверх ферритно-перлитной фиксируется значительное взаимное перемешивание расплавов и плавное, градиентное изменение концентрации основных химических элементов. Механические испытания образцов, вырезанных поперек границы структурного перехода, показали, что разрушение происходит в объеме основного металла наименее прочного компонента (сталь марки 08Г2С), минуя саму границу сплавления, что свидетельствует о высокой прочности биметаллического соединения. При продольных испытаниях прочностные показатели граничной зоны занимают промежуточное положение между свойствами исходных материалов. Полученные данные подчеркивают критическую важность учета последовательности формирования слоев при проектировании надежных биметаллических изделий аддитивными методами.

Исследована структура сплава Ti ‒ 43,7Al ‒ 3,4Nb ‒ 1,1Mo (ат. %), определены температуры фазовых превращений, их последовательность при нагреве и в ходе термической обработки, направленной на активацию ячеистой реакции. Последняя заключается в образовании новых крупнопластинчатых (λ₂) в нанопластинчатых (λ₁) колониях (λ₂ >> λ₁). Теоретически и экспериментально определены с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии температура эвтектоидного (α₂ → γ)-превращения (1137 °С (расчетная температура 1071 °С)) и температура растворения γ-фазы (1273 °С (расчетная температура1262 °С)) при нагреве, а также смоделирована зависимость долей фаз от температуры. Закалкой из двухфазной (α + β)-фазовой области получена метастабильная α₂-зеренная структура с прослойками β-фазы. В результате последующего старения была получена гетерогенная структура, сформированная в ходе ячеистой реакции. После старения при температуре 800 °С продолжительностью 6 ч гетерогенная структура состояла из нанопластинчатых (α₂ + γ)-колоний с межпластинчатым расстоянием 0,01 мкм и крупнопластинчатых (α₂/β + γ)-колоний с межпластинчатым расстоянием 0,3 мкм и объемной долей 5 %. Увеличение температуры старения до 850 °С вело к росту межпластинчатого расстояния крупнопластинчатых колоний до 0,5 мкм и отсутствию изменений объемной доли 5 %. Полученные состояния были подвержены последующему отжигу при температуре 1050 °С, что привело к росту межпластинчатого расстояния нанопластинчатых колоний до 0,5 мкм и крупнопластинчатых колоний до 3,2 мкм, а также увеличению их доли до 23 об. % в случае старения при 800 °С. В результате отжига после старения при температуре 850 °С межпластинчатое расстояние в нанопластинчатых колониях составило 0,7 мкм, а в крупнопластинчатых 4,2 мкм, объемная доля которых достигла 22 %. В ходе отжига при        1050 °С наблюдалось активное протекание α → β превращение, приводящее к трансформации крупнопластинчатых (α₂/β + γ)-колоний в (β + γ)-колонии, а нанопластинчатые (α₂ + γ)-колонии в  (α₂/β + γ)-колонии.

Исследовано влияние контролируемой термической обработки при температурах ниже начала кристаллизации на комплекс механических свойств аморфного сплава на основе кобальта. Объектом исследования являлась аморфная лента состава 83,7 % Co + 3,7 % Fe + 3,2 % Cr + 9,4 % Si, полученная методом быстрой закалки из расплава. Установлены закономерностий изменения прочностных и деформационных характеристик сплава в зависимости от температуры и времени выдержки отжига после закалки, а также выявлены температурные интервалы, в которых происходят наиболее существенные структурные перестройки. Термическую обработку проводили в воздушной среде при температурах 150 – 350 °C с выдержкой 15 – 60 мин. Показано, что термическая обработка оказывает выраженное влияние на характер деформационных кривых и соотношение прочности и пластичности. В интервале температур 200 – 250 °C наблюдается увеличение относительного удлинения и появление стадии пластического течения, что является, по-видимому, следствием релаксации внутренних напряжений, перераспределения свободного объема и формирования локально упорядоченных кластеров, препятствующих неустойчивому развитию полос сдвига. Повышение температуры отжига выше 250 °C и времени выдержки более 15 мин приводит к снижению пластичности, росту склонности к охрупчиванию и деградации механических свойств вследствие интенсивной структурной релаксации и уплотнения аморфной матрицы. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации механических свойств аморфных лент на основе кобальта.

Проведены кинетические оценки преимущественного образования наночастиц γ-латуни Cu₅Zn₈ среди интерметаллидных фаз при испарении меди и цинка непрерывным пучком электронов высокой энергии с последующей быстрой конденсацией паров в потоке инертного газа аргона. Вычисленная зависимость изменения свободной энергии смешения компонентов цинка и меди в бинарной системе с учетом добавки на образование новой поверхности при дроблении на наночастицы от состава и размеров частиц имеет минимум, перекрывающий интервал концентраций на фазовой диаграмме Cu ‒ Zn, соответствующий γ- и β-латуни; наблюдается вертикальное смещение графика зависимости свободной энергии смешения в сторону меньших (по модулю) значений с уменьшением размеров наночастиц с 126 до 5 нм из-за роста поверхностного вклада. Показано, что зависимость изменения свободной энергии от состава смеси Cu ‒ Zn отражает термодинамику смешения и не определяет выбор кристаллической фазы. Для объяснения фазового состава использована классическая теория нуклеации с учетом межфазной поверхностной энергии на границе твердый зародыш ‒ переохлажденная жидко-кластерная среда. Расчеты изменения свободной энергии образования кристаллических зародышей проводили с введением эффективной межфазной энергии для β-латуни, дополнительно учитывающей энергетические затраты на установление дальнего подрешеточного порядка и вклад антифазных границ. Рассчитаны критические радиусы и энергетические барьеры нуклеации для наночастиц γ-и β-латуни и определено, что с увеличением переохлаждения кластера в момент кристаллизации критические радиусы и барьеры уменьшаются, а барьер нуклеации для γ-латуни существенно ниже, чем для β-латуни, вследствие меньших энергетических затрат на формирование структуры и отсутствия необходимости установления дальнего подрешеточного порядка. Полученные оценки качественно согласуются с экспериментальными данными и объясняют преимущественное формирование γ-фазы среди интерметаллидных фаз латуни в условиях быстрой конденсации.

Рассмотрены важные аспекты выбора материала для изготовления оборудования, эксплуатируемого в каустических растворах при различных температурах. В качестве базового объекта исследования служил сплав Никель 201, из которого изготовлено оборудование ряда предприятий, специализирующихся на производстве каустической соды. Благодаря устойчивости к воздействию щелочных сред рассматриваемый материал идеально подходит для применения в растворах гидроксида натрия. Однако сплав имеет невысокую твердость, что существенно снижает его износостойкость. Одним из весомых ограничений многотоннажного расходования сплава Никель 201 является его высокая стоимость. В растворах гидроксида натрия различной концентрации (50, 60, 70 и 80 %) проведены испытания образцов трех коррозионностойких материалов (сплав Никель 201, высоколегированная сталь марок 10Х23Н18 и 06ХН28МДТ) при разных температурах (20, 80 и 100 °C). Особенностью этих сталей является значительное содержание хрома и никеля, что обеспечивает им повышенную стойкость при контакте с едкими веществами, а также приемлемую стоимость в сравнении с никелевым сплавом. Установлено, что сталь марки 10Х23Н18 обладает наибольшей коррозионной стойкостью среди трех материалов при комнатной температуре. Этот сплав может быть рекомендован к изготовлению оборудования, применяемого на ранних стадиях производства каустической соды в условиях пониженных температур. В горячих щелочных растворах более стойким является сплав Никель 201. Для каждого материала в оболочке Statgraphics получено уравнение, позволяющее проводить расчетное прогнозирование скорости их коррозии, в том числе при повышенных температурах, характерных для технологических процессов производства каустической соды. Использование такого подхода призвано обеспечить не только значительное повышение долговечности металлического оборудования, но и существенную экономию материальных ресурсов отрасли.

Карбиды переходных металлов обладают сочетанием тугоплавкости, высокой твердости, химической инертности и электропроводности, что делает их незаменимыми материалами для современной промышленности и наукоемких технологий. Карбиды ванадия занимают среди них особое место, являясь ключевым компонентом износостойких покрытий режущего инструмента и легирующих добавок для высокопрочных сталей. Несмотря на разнообразие методов синтеза, наиболее перспективными для крупномасштабного производства остаются процессы, основанные на восстановлении оксидов активными металлами (Mg, Ca). Применение металлотермии позволяет реализовать реакцию в режиме горения, обеспечивая значительное сокращение энергозатрат и времени синтеза. Представлены результаты одностадийного синтеза карбида ванадия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе V₂O₅ – C – Ca. Проведены прямые измерения температур горения, подтверждающие высокую экзотермичность процесса. Показана эффективность кислотной очистки продуктов синтеза, позволившая выделить однофазный порошок карбида ванадия V₆C₅. При помощи методов рентгенофазового анализа и ультразвуковой лазерной дифракции установлены фазовый состав и дисперсионные характеристики полученных порошков. Выявлена закономерность, согласно которой содержание примесного кислорода коррелирует увеличение размера частиц порошка. Полученные результаты доказывают возможность формирования фазы карбида ванадия в одну стадию, что открывает широкие перспективы для их использования в функциональных материалах и энергетических устройствах. 

Провели исследование по модифицированию полимерно-минеральных композитов на основе вторичных полиолефинов с мусорных полигонов и добавкой песка в виде металлургических отходов. Рассмотрели возможность использования доменного шлака и высушенного доменного шлама в качестве частичной и полной замены песка при фиксированном соотношении полимерной матрицы и минерального наполнителя. В качестве полимерной матрицы использовали смесь полиэтиленов высокого и низкого давления. Рассмотрены особенности технологии переработки, включающей стадии пластификации, гранулирования, повторной гомогенизации и последующего прессования. Это обеспечивало более равномерное распределение минеральной фазы в объеме композита. Оценили влияние соотношения песка и шлако-шламовой смеси на прочность при сжатии образцов. Установили, что при увеличении доли металлургических компонентов в составе наполнителя максимальное напряжение при сжатии возрастает с 25,21 до 28,87 МПа. Полученный результат указывает на положительное влияние шлако-шламовой смеси на прочностные свойства композита в исследованных условиях. Показано, что доменные шлак и шлам могут рассматриваться не только как замена части природного минерального сырья, но и как функциональная минеральная фаза в составе полимерно-минеральных композитов. Полученные данные позволяют рассматривать совместное использование вторичных полиолефинов и металлургических отходов как одно из перспективных направлений утилизации промышленных и бытовых отходов. Результаты подтверждают целесообразность дальнейших исследований таких композитов применительно к производству маслобензостойких плит и элементов дорожных покрытий, не несущих конструктивных нагрузок.

Исследована структура, фазовый состав и дислокационная субструктура колоний перлита пластинчатой морфологии металла выкружки рельсов категории ДТ400ИК из заэвтектоидной стали на глубине 10 мм от поверхности катания после пропущенного тоннажа 175,9 млн т на Восточно-Сибирской железной дороге. Анализ структуры выполнен на нескольких структурно-масштабных уровнях (макро-, микро-, субмикро- и наномасштабном). Показано, что на макроскопическом уровне колонии перлита изогнуты, на микроуровне выявлено присутствие в стали колоний перлита с разрушенными пластинами цементита, на субмикромасштабном уровне отмечено явление фрагментации пластин феррита перлитных колоний, на наномасштабном уровне – фрагментация пластин цементита. В объеме пластин феррита наблюдаются наноразмерные (10 ‒ 15 нм) частицы цементита, которые следует отнести к третичному цементиту, формирующемуся при распаде твердого раствора на основе α-железа. Они располагаются на линиях дислокаций. Отмечено, что дислокационная субструктура наблюдается только в пластинах феррита. Она представлена хаотически распределенными дислокациями, формирующими скопления, и сетчатой дислокационной субструктурой. Показано, что исследуемая сталь характеризуется наличием внутренних полей напряжений, имеющих чисто упругий характер. Источниками полей напряжений являются внутри- и межфазные границы (границы раздела колоний перлита и некоторой совокупности пластин в пределах одной колонии, границы раздела пластин феррита и цементита). Выявленные источники внутренних полей напряжений будут приводить к формированию микротрещин, которые в свою очередь способствуют преждевременному разрушению металла рельс при эксплуатации. 

Рассмотрены основные технологические особенности конвертерной плавки при использовании для продувки двухъярусных кислородных фурм. Проанализированы причины формирования металлошлаковых настылей на стволе фурмы при верхней продувке расплава в большегрузных конвертерах в зависимости от особенностей организации дутьевого режима и различном уровне вспененной шлакометаллической эмульсии в рабочем пространстве агрегата. Предложена сопряженная трехмерная математическая модель гидродинамических и массопереносных процессов в шлаковой и металлической фазах конвертера, которая может быть использована для изучения закономерностей формирования и направленности циркуляционных потоков расплава в ванне при положениях двухъярусной фурмы, количестве сопел в нижнем и верхнем ярусах, углах наклона сопел, расходах кислорода через ярусы сопел и прочих конструктивных и технологических параметрах. Сформулирована физическая модель и выполнено численное моделирование процесса продувки металла в конвертере емкостью 350 т с использованием двухъярусной фурмы с четырьмя соплами Лаваля в нижнем наконечнике и двенадцатью соплами в верхнем ярусе. Представленные данные позволяют получить достоверную информацию о характере движения металлической и газошлаковой фаз при продувке в конвертере и механизме образования шлакометаллической настыли на стволе фурмы.

Проведено металлографическое исследование распределения глубины видимого обезуглероженного слоя по периметру железнодорожных рельсов Р65, произведенных из непрерывнолитых заготовок сечением 300 × 360 мм из стали марки 76ХФ на универсальном рельсопрокатном стане. Установлено, что глубина видимого обезуглероженного слоя по периметру рельсового профиля распределена неравномерно, находится в интервале 45 – 184 мкм и изменяется фактически в 6 раз. В области поверхности катания головки рельсов глубина обезуглероженного слоя составляет всего 170 мкм. Наименьшая глубина обезуглероженного слоя характерна для выкружек, соединяющих подошву и шейку рельсового профиля (участки 12 и 24). Максимальная глубина обезуглероженного слоя 184 мкм соответствует участку 20, находящемуся в области перьев подошвы рельсового профиля. Сравнительный анализ полученных данных с результатами ранее выполненных работ для рельсов, полученных из непрерывнолитых заготовок (сталь марки Э76Ф) показывает, что в области снижения видимого обезуглероженного слоя в рельсовой продукции филиала Западно-Сибирского металлургического комбината ПАО «ЕВРАЗ» достигнут значительный прогресс. Техническое перевооружение предприятия обеспечило снижение максимальной глубины видимого обезуглероженного слоя по сечению рельсового профиля с 1000 до 184 мкм, при этом его среднее арифметическое значение по результатам замеров в 32 точках по периметру профиля снижено с 346 до 123 мкм, то есть в 2,8 раза. Неравномерность распределения глубины обезуглероженного слоя снижена с 33 до 6 (в 5,5 раз).

Современное состояние и развитие конвертерного производства стали в значительной степени связывают с применением различного энергетического топлива. На основании теоретических и экспериментальных исследований рассмотрены вопросы возможности регулирования окислительной способности газокислородных факелов при продувке углеродистой и легированной стали при различной степени разбавления факела природным газом. Установлено, что по мере увеличения диссоциации продуктов горения количество тепла, передаваемого из зоны продувки в объем металла, уменьшается, причем при продувке легированной стали процесс идет более интенсивно за счет реакции образования оксидов хрома, молибдена и других химических элементов, которые более эндотермичны, чем окисление железа до FeO. При продувке углеродистой стали среднее значение степени  химического взаимодействия СО₂ и Н₂О с элементами расплава составляет 0,69, в то время как для легированной стали прежде всего из-за наличия хрома оно смещается ближе к единице (  = 0,74), что способствует уменьшению количества тепла, выделяющегося в реакционной зоне. Добавка топлива в кислородные струи и реализация газокислородной продувки является эффективным способом уменьшения пылеобразования в конвертерной плавке, обеспечивает возможности улучшения теплового баланса плавки, снижает температуру реакционной зоны и, соответственно, развитие процесса дымовыделения, изменяет характер окисления и конденсации распыленных капель металла, способствуя коагуляции частиц и возвращения их в ванну. Для дальнейшего повышения эффективности работы системы газоочистки необходимо повсеместное снижение содержания пыли в отходящих газах и применение различных технологических способов уменьшения пылевыделения в процессе продувки.