Одной из важных проблем практического использования высокопрочных плазменных наплавок быстрорежущими сталями в среде азота является анализ демпфирующих свойств и адгезии наплавки и подложки, поскольку именно эти свойства во многом определяют преждевременное зарождение хрупких микротрещин в зоне контакта. Такие результаты могут быть получены лишь с использованием высокоинформативных методов современного материаловедения (сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии). Наплавка вольфрам-молибденовой стали марки Р2М9 находит в последнее время широкое применение вместо хорошо известных вольфрамовых (Р18, Р9) и вольфрам-молибденовых сталей с повышенным содержанием вольфрама (Р6М5, Р6Ф2К8М6 и другие). Это связано с необходимостью замены дорогого и дефицитного вольфрама на молибден, который оказывает подобное влияние на структуру и свойства быстрорежущих сталей. Проведены исследования структурно-фазовых состояний, морфологии и элементного состава переходной зоны контакта системы наплавленная быстрорежущая сталь марки Р2М9 ‒ подложка (сталь марки 30ХГСА) в исходном состоянии и после трехкратного высокотемпературного отпуска. В исходном состоянии переходная зона имеет мартенситную структуру с прослойками остаточного аустенита по границам пластин мартенсита. Выявлены частицы второй фазы наноразмерного (2 ‒ 60 нм) диапазона: карбиды ванадия, молибдена, вольфрама и железа, локализованные на дислокациях, на границах и объеме пластин мартенсита. Трехкратный высокотемпературный отпуск не изменяет морфологию частиц карбидной фазы переходной зоны. Представлены возможные физические причины наблюдаемых закономерностей.

Полимерные самоклеящиеся материалы находят широкое применение в различных отраслях промышленности (строительстве, медицине, упаковке, автомобилестроении, рекламе, электроники и бытовой сфере). Их популярность обусловлена эксплуатационными характеристиками: устойчивость к внешним воздействиям и простота использования. Представлены результаты исследований поверхностных свойств полипропиленовых (ПП) пленок, модифицированных с использованием низкотемпературной плазмы тлеющего разряда атмосферного давления. Время обработки составляло 3, 5, 10, 15 с, плазму инициировали в средах технического аргона, воздуха и их смесей в пропорциях 70:30, 50:50 и 30:70. Исследование показывает, что плазменная модификация значительно улучшает адгезионные свойства полипропилена, увеличивая их в два раза по сравнению с исходным образцом. Максимальная работа адгезии (135,5 мДж/м²) ПП достигнута при модификации в аргоне 15 с, что вдвое улучшило адгезионные свойства по сравнению с исходным образцом. Увеличение времени обработки более 15 с не влияет на адгезионные свойства и краевой угол смачивания. Для снижения расхода аргона использована смесь аргона с воздухом. Оптимальное соотношение 50:50 обеспечило краевой угол смачивания 42 ± 1° и работу адгезии 127,9 мДж/м² (близкие к показателям чистого аргона). Отмечено повышение шероховатости поверхности модифицированных ПП пленок с 52,6 до 199,4 нм в аргоне, до 133,1 нм в смеси аргон ‒ воздуха (50:50). Повышение шероховатости облегчает нанесение клея и укрепляет адгезионную связь. В исследовании изучали кинетику изменений электретных свойств ПП пленок и их влияние на адгезионные свойства. Полученные в ходе исследования результаты рекомендуются для разработки базовых материалов для самоклеящихся изделий с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Проведено исследование микроструктуры и свойств титанового сплава, сформировавшегося при электронно-лучевой печати проволокой ВТ6св, после обработки импульсным ионным пучком. Образцы были получены на лабораторной установке электронно-лучевого аддитивного производства, разработанной в ИФПМ СО РАН. Процесс формирования образцов осуществляли путем сплавления титановой сварочной проволоки марки ВТ6св диаметром 1,6 мм в условиях вакуума при давлении 10^–3 ‒ 10^–2 Па. Энергетическое воздействие с применением импульсной ионной обработки осуществляли на ускорителе ТЭМП-4М при ускоряющем напряжении 200 кВ, длительности импульса на половине максимума 100 нс и плотности энергии 2 Дж/см². Методами просвечивающей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии и измерениями микротвердости установлено, что воздействие импульсного ионного пучка приводит к существенным изменениям в микроструктуре поверхности: наблюдается трансформация β-фазы в α-фазу, а также образование наночастиц интерметаллического соединения Al₃V. Толщина модифицированного слоя составляет около 5,5 мкм. Выявлено незначительное увеличение микротвердости (с 254,39 до 261,37 HV) при этом достигается более равномерное распределение значений твердости. Ионно-пучковая обработка может способствовать улучшению биосовместимости титановых имплантатов за счет устранения острых краев, возникающих в процессе механической обработки и снижения шероховатости. В сравнении с традиционными методами термического воздействия ионная обработка демонстрирует высокую степень управляемости и адаптивности, что делает ее перспективной для применения в медико-биологических системах. Полученные результаты открывают новые возможности функционализации поверхности титановых сплавов и обладают высоким прикладным потенциалом.

Модифицирование поверхностных слоев изделий из металлических материалов сопровождается изменением эксплуатационных характеристик: повышаются твердость, износостойкость, жаростойкость. В настоящее время для модифицирования поверхности применяются лазерная обработка, электронно-лучевое и плазменное легирование, в том числе электровзрывное легирование. Применение современных методов упрочнения поверхности с использованием концентрированных потоков энергии (электровзрывное легирование и электронно-пучковая обработка) особенно актуально для локального воздействия на изделия из титана и титановых сплавов. Целью работы являлось выявление формирования структурно-фазовых состояний при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке поверхности технически чистого титана марки ВТ1-0 с точки зрения повышения функциональных свойств для практического применения. Разработанный способ упрочнения поверхности титана включает электровзрывное науглероживание и последующую электронно-пучковую обработку зоны легирования. Особенности каждого метода определяют выбор режимов обработки. Проведено изучение тепловых процессов при этих обработках с учетом особенностей каждого метода, позволяющее обоснованно выбирать режимы обработки. Установлено влияние режимов электронно-пучковой обработки на микротвердость поверхностных слоев, формирование максимумов в глубине зоны легирования и кратное повышение микротвердости поверхностных слоев. Выявлены особенности структурно-фазовых состояний и механизмы упрочнения поверхностных слоев технически чистого титана при электровзрывном науглероживании и последующей электронно-пучковой обработке. В зоне обработки формируется градиентная многофазная структура, толщина слоев которой коррелирует с распределением микротвердости по глубине. На основании полученных экспериментальных данных сделан вывод, что комбинированная обработка поверхности технически чистого титана марки ВТ1-0, сочетающая электровзрывное науглероживание и последующую электронно-пучковую обработку зоны легирования, обеспечивает повышение микротвердости и глубины зоны упрочнения.

Методом прямого лазерного выращивания на установке ИЛИСТ-L были получены образцы из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т при мощности лазерного излучения 1100 ‒ 1500 Вт с толщиной стенки 10 мм для случая горизонтального и вертикального направлений выращивания образцов относительно большей стороны. Проведено исследование твердости и микротвердости образцов, выявлены их зависимости от режима выращивания. Установлено, что наиболее рациональным режимом, при котором достигаются однородность и высокий уровень свойств, является режим, мощность которого составляет 1400 Вт. Вертикальное направление выращивания, вызывающее более интенсивное охлаждение образцов, позволяет получить в среднем на 5 ‒ 15 % более высокую микротвердость, чем горизонтальное направление выращивания. Повышение мощности от 1100 до 1400 Вт приводит к уменьшению этой разницы до нуля, но дальнейшее увеличение мощности до 1500 Вт вызывает повышение различий до 15 % за счет снижения микротвердости горизонтально выращенных образцов. Независимо от направления выращивания во всем диапазоне значений мощности (от 1100 до 1500 Вт) твердость стали марки 12Х18Н10Т в приповерхностных областях имеет пониженные на 15 ‒ 17 % значения по сравнению с центральной областью образцов. Исследование влияния параметров режима наплавления слоев на твердость и микротвердость изготавливаемой продукции из стали марки 12Х18Н10Т методом прямого лазерного выращивания предоставляет основу для выбора мощности лазера и понимания его воздействия на механические свойства нержавеющей стали при разных направлениях выращивания.

Одним из направлений повышения эффективности сталеплавильного производства является увеличение срока службы огнеупорной футеровки. Стойкость футеровки определяется составом и свойствами огнеупоров, условиями ее выполнения и последующей эксплуатацией. Изучено влияние параметров выплавки стали на стойкость огнеупорной футеровки гибких модульных печей (ГМП), эксплуатируемых в условиях электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) АО «Уральская Сталь» с 2019 г. Особенностью ГМП является возможность работы как в режиме дуговой сталеплавильной печи (ДСП), так и в режиме без использования электрической энергии, то есть по технологии конвертерной плавки с повышенной долей чугуна. Стойкость футеровки ГМП за исследуемые кампании изменялась в широких пределах от 270 до 450 плавок при среднем значении в 328 плавок. Приведены результаты исследования влияния основных технологических параметров выплавки стали в гибкой модульной печи на стойкость футеровки стен и подины. Показано, что основными технологическими факторами, определяющими стойкость футеровки и длительность кампании ГМП, являются продолжительность простоев (межплавочных периодов), окисленность шлака и содержание в нем оксида MgO. Получены количественные зависимости влияния исследуемых технологических параметров плавки на стойкость огнеупорной футеровки. Разработаны технологические рекомендации, позволяющие продлить срок службы огнеупорной футеровки: снижение продолжительность межплавочных периодов, уменьшение переокисления металла и шлака в результате остановки продувки при заданном содержании углерода (в соответствии с выплавляемой маркой стали), повышение содержания оксида MgO в шлаке до 8 ‒ 10 %. Выполнение технологических рекомендаций позволит увеличить стойкость огнеупорной футеровки минимум на 25 % с соответствующим снижением расходов на огнеупоры и ремонты.

Рассмотрены структурно-фазовое состояние, дюрометрия, металлография образцов, вырезанных из плоского листового проката стали марки 20, подвергнутых пластической деформации на растяжение. Часть образцов перед растяжением была подвергнута поверхностному упрочнению методом химико-термической обработки (ХТО), вторая часть – термической обработке (ТО). Оба метода обработки осуществляли при одном и том же температурном режиме (850 °С с выдержкой 180 мин). При этом для рассматриваемого материала не ставили задачу изменения механических свойств при термической обработке. Микроструктуру исследовали в направлениях вдоль и поперек направления прокатки. Исследовали влияние термической и химико-термической обработок на показатели статической прочности и ударной вязкости образцов после соответствующих процессов. При пластической деформации растяжения толщина диффузионного слоя не изменяется за исключением области, находящейся в зоне разрушения: толщина диффузионного слоя несколько увеличивается, но сам слой при этом уже представляет конгломерат раздробленных осколков боридных игл, тем не менее достаточно прочно связанных с матричным материалом. Показано, что пластическая деформация приводит к росту анизотропии зерна в направлении действия сил, а также при пластической деформации происходит его измельчение путем дробления чрезмерно вытянутых включений на более мелкие фрагменты в направлении, перпендикулярном действию деформирующей силы. Проведенные измерения анизотропии зерна показывают, что в обоих случаях она близка к единице (0,99 при ХТО и 1,02 при ТО), что позволяет говорить о том, что в обоих случаях наблюдаются равноосные зерна, по форме близкие к глобулярной. Сравнение микроструктуры сердцевины образцов (борированного и не борированного), претерпевших идентичное термическое воздействие, показало, что микроструктура сердцевины рассматриваемых образцов абсолютно идентична: совпадают как фазовый состав, так и структурное состояние.

Рабочее пространство конвертера рассматривается как совокупность отдельных реакционных зон, что способствует изучению механизма физико-химических явлений в каждой зоне и в целом в системе кислородные струи – металл – шлак – отходящий поток газов. Выполнение условий подобия позволяет в некотором диапазоне качественно реализовывать высокотемпературное моделирование, а частичное нарушение тех или иных условий подобия будет приводить к осуществлению только приближенного моделирования. Выполнены анализ и обоснование основных положений методики высокотемпературного моделирования конвертерного процесса с комбинированной продувкой конвертерной ванны. Сформированы основные условия аэрогидродинамического и динамического подобия при использовании для продувки расплава разноимпульсных газовых потоков, которые в совокупности с условиями геометрического и физического подобий позволяют с большей достоверностью переносить полученные результаты с модели на образец. Предварительно для каждого эксперимента разрабатывается технологическая карта, обеспечивающая заданные параметры дутьевого и шлакового режимов плавки с использованием присадок фракционных извести и плавикового шпата. Рассмотренные условия и основные безразмерные критерии подобия позволяют переносить полученные результаты на промышленные образцы. Разработан и усовершенствован комплекс лабораторных установок и методик, позволяющих с использованием фото- и видеосъемки визуализировать процесс взаимодействия газовых струй с шлако-металлической эмульсией в конвертере, получать информацию о параметрах образующихся реакционных зон и выходе газов на поверхность металлической ванны.