Проаналізовано розвиток досліджень і наукові результати з фізико-хімічної механіки матеріалів, яка є сучасним науковим напрямком у матеріалознавстві. Розглянуто основні етапи розвитку цього напрямку в НАН України, висвітлена роль Г. В. Карпенка у формуванні та розвитку цієї галузі науки. Синтезовані найважливіші результати, проілюстровані деякі їх практичні застосування, а також сформульовані актуальні задачі перспективних досліджень.

Показано роль Г. В. Карпенка у дослідженні корозійно-втомного руйнування металів, проаналізовано основні відмінності такого руйнування від втоми металів у повітрі. Наведено результати досліджень корозійної втоми нержавних сталей, запропоновано нові підходи до визначення границі корозійної втоми корозійнотривких сталей і сплавів на основі їх електрохімічних досліджень під час навантаження.

Викладено сучасні концепції до оцінки міцності та локального руйнування конструкційних металів і сплавів, що знаходяться під одночасною дією корозивних середовищ та довготривалих статичних або циклічних навантажень. Запропоновано модельні схеми та методологію досліджень локалізованої взаємодії корозивних середовищ з деформованими металами біля тріщиноподібних дефектів. Сформульовано критерії та підходи для визначення базових характеристик тріщиностійкості матеріалів з урахуванням напружено-деформованого стану матеріалу і фізико-хімічних процесів, що протікають під час його взаємодії з корозивним середовищем у вершині тріщини.

Для врахування впливу пусків-зупинок енергоблоків ТЕС на технічний стан деградованого металу парогонів запропоновано підхід, що передбачає побудову базових залежностей, які враховують механічний та технологічний показники експлуатованого металу. Механічним показником є ефективний поріг циклічної тріщиностійкості ΔKth eff, технологічним – ефективна тривалість експлуатації τ_eff. Базові залежності ΔK_{th eff} – τ_eff побудовано за результатами випроб на циклічну тріщиностійкість сталей 12Х1МФ та 15Х1М1Ф після їх різної історії експлуатації. Показано, що моделювання деградації в лабораторних умовах можна використовувати для визначення поточного технічного стану металу після його тривалої експлуатації без механічних випроб.

Розглянуто основні види руйнувань сталей у сірководневих середовищах та методи їх досліджень. Аналіз публікацій про сірководневе корозійне розтріскування низьколегованих конструкційних сталей показав, що для забезпечення високого опору руйнуванню необхідно зменшити кількість сірки в них до 0,002…0,005%. Позитивним є також легування сталей рідкісноземельними металами, внаслідок чого неметалічні включення набувають глобулярної форми і які зв’язують сірку в термодинамічно стійкі сульфіди. Зауважено, що серед нержавних сталей найтривкіші до сірководневого розтріскування феритно-аустенітні та хромонікельмолібденові аустенітні. Встановлено, що за асиметричних циклічних напружень висока опірність сталей СКНР не гарантує їх високої корозійної витривалості, при цьому вплив амплітуди напружень більший, ніж їх середнього значення. Окреслено напрямки подальших досліджень впливу сірководнево-хлоридних середовищ на роботоздатність металів.

Проаналізовані результати досліджень впливу водню на процеси фазоутворення в конструкційних матеріалах. На основі вивчення самодифузії, взаємодифузії і атомного впорядкування у наводненому нікелі та сплавах систем Fe–Ni, Ni–Mo, Ni–Mo–Rе виявлено, що водень пришвидшує ці процеси, збільшуючи ступінь атомного порядку і знижуючи критичні температури утворення-розпаду інтерметалічних фаз. На прикладі цих сплавів та сталі ВХ-4A показано можливості застосування отриманих результатів для поліпшення їх фізико-механічних властивостей.

Запропонована теоретико-експериментальна модель росту втомної тріщини у водневовмісному середовищі. В її основу покладені закономірності вичерпання енергетичних запасів матеріалу за циклічного руйнування та впливу водневовмісного середовища на механічні характеристики матеріалу. За деформаційним підходом механіки руйнування для визначення умов пружно-пластичного деформування матеріалу біля вершини тріщини отримано аналітичні залежності. Враховано ефекти закриття тріщини та асиметрію циклу навантаження. Оцінено взаємодію різних явищ, спричинених воднем, та їх загальний вплив на зміну швидкості росту втомної тріщини. Порівняно розрахункові значення швидкості росту втомної тріщини з експериментальними за різних умов для двох типів сталей.

При підвищених температурах водень неоднаково впливає на різні механічні характеристики мартенситних та дисперсно твердких аустенітних сталей. За довговічністю, пластичністю, критичними значеннями статичної та циклічної тріщиностійкості мартенситностарка сталь за 450…600 K переважає аустенітну з інтерметалідним зміцненням. Внаслідок інтенсивного температурного знеміцнення вона суттєво поступається аустенітній за тимчасовим опором та границею текучості. За значенням порогового ΔK_th опірніша аустенітна сталь. При кімнатній температурі найчутливіша до водню малоциклова довговічність, при 673 K параметр K_fc мартенситностаркої сталі зменшується.

Розвинуто метод розв’язування двовимірних динамічних задач теорії пружності для нескінченних тіл з гладкими криволінійними тріщинами, який поєднує модифікований метод скінченних різниць за часом і метод сингулярних інтегро-диференційних рівнянь за просторовими змінними. Побудовано інтегральні зображення хвильових потенціалів і на їх основі зведено першу крайову задачу до послідовного розв’язування систем інтегро-диференційних рівнянь методом механічних квадратур. Проаналізовано залежності розрахованих динамічних коефіцієнтів інтенсивності напружень від часу у вершинах прямолінійної тріщини за різних ударних та імпульсних навантажень на її берегах.

На основі механіки розсіяного руйнування розроблено континуальну модель росту тріщин внаслідок корозійного розтріскування сталей для визначення ресурсу елементів конструкцій. Шляхом розрахункового моделювання росту тріщин у зразках із аустенітної нержавної сталі типу 18-8 на основі літературних експериментальних даних показано достовірність запропонованої моделі. Отримано розв’язки задачі про ресурс прямолінійної ділянки теплообмінних труб парогенераторів атомних електростанцій, за результатами яких встановлено суттєву залежність ресурсу від розмірів труб, тиску у першому контурі та хімічного складу агресивного середовища.

Запропоновано циклічну термічну обробку кераміки ScCeSZ–NiO, кожний окремий цикл якої полягає у відновленні матеріалу у високочистому водні (99,99 vol.%H₂, надлишковий тиск 0,12 MPa) упродовж 4 h при 600°С та подальшому окисненні в повітрі (без надлишкового тиску) за цих же умов. Це дає можливість після третього циклу обробки одержати матеріал зі стабілізованою і підвищеною електропровідністю, незважаючи на понижений вміст оксиду нікелю.

Запропоновано альтернативний спосіб виведення формул Ю. М. Работнова для часу до корозійного руйнування металів в агресивному середовищі під постійним і змінним напруженнями. Показано, що ці формули можна використовувати для визначення часу до корозійного руйнування тіл довільної геометрії.

Протестовано аморфний сплав Fe_73,1Cu_1,0Nb_3,0Si_15,5B_7,4 на зміну магнетних властивостей з переходом від стрічкової форми до порошку та після модифікації полімерними покривами. Показано, що диспергування до частинок менших 10 μm, а також модифікація практично не погіршують його магнетних властивостей.

Описано спосіб отримання оксидних покривів на основі Al₂O₃, сформованих на підкладці сплаву AlMg₂ анодуванням у трикомпонентному електроліті. Мікроструктурні особливості шарів Al₂O₃ досліджено за допомогою сканівного електронного мікроскопа (SEM). Для вивчення фазового складу покривів використовували рентгенодифракційний аналіз. Виявлено, що оксидні покриви з Al₂O₃, отримані анодним оксидуванням у трикомпонентному електроліті, аморфні. Подано хімічний склад покривів та порівняно його з результатами стехіометричних обчислень. Проаналізовано морфологію поверхні оксидних покривів та обговорено їх поведінку на нано- та макрорівнях. Морфологія поверхні суттєво змінює інші властивості, зокрема, їх здатність до подальшої модифікації (включення графіту), зносотривкість та схильність до сорбції компонентів мастил.