Досліджено вплив тривалості багатоциклового навантаження на комплекс механіч-них властивостей низькоміцних сталей, що визначають їх конструктивну міцність. Виділено три стадії циклування, яким відповідають чітко виражені закономірності зміни їх властивостей. Встановлено, що впродовж першої чутливі до втоми характеристики міняються практично однаково: дещо підвищується твердість та знижуються відносне видовження і ударна в’язкість. Мікротріщини, що з’являються та розвиваються на другій стадії, впливають тільки на ударну в’язкість: вона падає майже наполовину. Після утворення макротріщини на третій стадії подальше циклування практично не змінює механічні властивості сталей. Показано, що багатоциклова втома викликає подібні зміни стану металу, які притаманні сталям вантажних портових конструкцій упродовж тривалої експлуатації, і її можна використовувати для моделювання у лабораторних умовах експлуатаційної деградації їх механічних властивостей.

Досліджено зміну мікроструктури, мікромеханізму руйнування та характеристик циклічної тріщиностійкості сталей високо- (типу КП-Т) та середньоміцних (типу КП-2) залізничних коліс за умов, що моделюють гальмування пари колесорейка. Показано, що в зоні контакту їх вихідна перлітна структура трансформується в мартенситну, а вихідні стискальні залишкові напруження ІІ роду змінюються на розтягальні тим сильніше, що вищі вміст вуглецю в сталі та швидкість її охолодження. Ці процеси зумовлюють реалізацію низькоенергоємного відкольного міжзеренного механізму руйнування сталей за циклічного навантаження і значне (~ у 2 рази) зниження їх циклічної в’язкості руйнування ΔK_fc.

Виявлено позитивний вплив мікродомішок рідкісноземельних металів (РЗМ) на міцність, пластичність, ударну в’язкість і циклічну тріщиностійкість трубної сталі 17Г1С. Завдяки поділу ударної в’язкості на роботу зародження аi і поширення аp тріщини виявлено особливості в температурних залежностях аp: за підвищених температур випроб, які забезпечують в’язке руйнування сталі, позитивний ефект від легування РЗМ зберігається, однак за понижених температур крихкого руйнування він стає негативним: робота а_p зменшується. Дистильована вода дещо знижує циклічну тріщиностійкість сталі, а позитивний ефект від домішок РЗМ проявляється тільки у підвищенні циклічної в’язкості руйнування сталі.

Отримано аналітичний розв’язок нестаціонарної теплової задачі тертя для двох півпросторів з узагальненими крайовими умовами Дж. Барбера за сталої питомої потужності тертя. На його основі за допомогою формули Дюамеля побудовано розв’язок теплової задачі тертя під час гальмування зі сталим сповільненням. Для фрикційної пари чавун–металокераміка досліджено вплив коефіцієнтів термічної провідності контакту та розподілу теплових потоків на температурне поле трибосистеми.

За допомогою розробленої математичної моделі та комплексу методів фізичного матеріалознавства встановлено параметри гарячого допресовування алмазовмісних композицій, які дають змогу набувати кращих фізико-механічних властивостей порівняно з композитами, виготовленими за промисловими технологіями. Доведено, що механізм поліпшення структури перехідної зони алмаз?матриця та властивостей композитів алмаз-51% Fe–32% Cu–9% Ni–8% Sn полягає у дифузії атомів вуглецю, утворених за графітизації алмазів на етапі вільного спікання композицій, в кристалічну решітку α-Fe під час їх гарячого допресовування за тиску ≥200 МPа впродовж ≥3 min.

На прикладі титанового сплаву ВТ1-0 проілюстровано еволюцію мікроструктури приповерхневого шару металу залежно від рівня його регламентованого градієнтного твердорозчинного зміцнення. Показано, що за цих умов формується певний тип мікроструктури.

Проаналізовано розподіли переміщень і напружень в плоскопаралельному шарі за умов антиплоскої деформації за лінійної залежності модуля зсуву від температури. На поверхнях шару підтримуються сталі температури, верхня поверхня вільна, а до нижньої прикладено зосереджену силу. Розв’язок задачі отримано в квадратурах. Досліджено особливість напружень в місці дії зосередженої сили.

Встановлено, що холодне вальцювання сплавів системи Ti–Al з вмістом алюмінію 2...4% призводить до розвитку в листах текстури з відхиленням базисних полюсів у поздовжньому напрямку, характерного для текстур “типу цинку”, але за деформації 80% сплавів з вмістом алюмінію ~2% додається ще компонента з відхиленням полюсів [0001] в поперечному напрямку, характерним для текстур “типу титану”. Для сплаву Ti–4% Al при 80% деформації текстура вальцювання базисна центральна. Відповідно до текстурних перетворень у листах сплавів титану з різним вмістом алюмінію зі збільшенням деформації вальцюванням зростає внесок функції анізотропії з періодичністю [0–π/2] в анізотропію пружних властивостей, що проявляється в зміщенні значень максимумів модуля Юнґа в бік менших кутів від нап-рямку вальцювання в промислових сплавах Ti–3Al–1,5V і ПТ3-В.

На основі математичної моделі сплавів, що містять графітові включення, отримано аналітичні залежності для прогнозування механічних властивостей матеріалу (границі міцності σ_В, статичної тріщиностійкості K_ІС) залежно від форми та об’ємного вмісту цих включень.

Аналітично змодельовано високотемпературне (Т = 1000 ^oС) азотування титану. Проаналізовано роль азоту як α-стабілізатора у формуванні тришарової дифузійної зони. Розв’язано задачу про дифузію азоту в такому неоднорідному середовищі з урахуванням переміщень міжфазних границь. Розраховано константи параболічного росту шарів, що дало можливість передбачити розподіл азоту в дифузійній зоні. Зафіксовано еволюцію (після витримок 1 і 5 h) мікроструктури дифузійного шару, зумовлену структурно-фазовими перетвореннями під час дифузії азоту.

Досліджено трибологічну поведінку комбінованих металооксидокерамічних шарів, синтезованих на електродугових покривах, сформованих зі суцільних електродних дротів у парі зі стальними контртілами в серійному мінеральному мастилі з додатком гліцерину та наночастинок срібла. Виявлено, що фрикційні характеристики таких покривів залежать від їх провідності.

Встановлено інтенсивність руйнування високоазотних марганцевих сталей під час сухого тертя кочення з проковзуванням за навантажень від 40 до 60 kg. Під час тертя спостерігали зменшення інтенсивності зношування зі збільшенням навантаження, що пов’язано з припрацюванням матеріалів. Важливим чинником, що запобігає інтенсивному зношуванню сплавів, є пасивувальна плівка, яка відновлюється під час тертя за присутності кисню. Під час схоплювання розміри продуктів зношування за навантаження 50 kg становлять 30…50 μm. На поверхні тертя в зонах виривів спостерігають підвищений вміст карбідоутворювальних елементів, що свідчить про інтенсивне руйнування матеріалу біля цих елементів.

З допомогою двовимірної дискретної моделі виявлено, що залежно від температури кристалічна ґратка може перебувати у стані стійкої або нестійкої рівноваги. Під час кристалізації утворюється стійка кристалічна ґратка. З пониженням температури переходить у стан нестійкої рівноваги. Зроблено висновок, що пластична деформація за низьких температур, як і під час поліморфних перетворень, є наслідком втрати стійкості. Але, не зважаючи на те, що в основі двійникування і мартенситного перетворення лежить один і той самий процес – зміщення атомів у кристалі, причини дестабілізації кристалічної ґратки тут різні.

Лінеаризовані співвідношення локально градієнтної теорії неферомагнетних діелектриків застосовано для вивчення механічних коливань безмежного шару кристала кубічної симетрії, що перебуває під дією змінного в часі електричного поля. Показано, що на відміну від класичної теорії п’єзоелектриків локально градієнтна описує п’єзоелектричний ефект у кристалах з високою симетрією. За врахування локального зміщення маси короткі хвилі є дисперсійні, що теж поза увагою лінійної класичної теорії п’єзоелектриків. Порівняно отримані результати із такими, що ґрунтуються на співвідношеннях градієнтної теорії діелектриків Міндліна. Кількісно оцінено деякі параметри моделі.

Змодельовано та проаналізовано вплив похибок визначення поля напружень на точність обчислення коефіцієнтів розкладу Вільямса та похибку відтворення поля напружень за нормального відриву.

Запропоновано теоретико-експериментальний підхід для прогнозування кінетики росту тріщини та визначення залишкової довговічності посудин у газоподібному водні. Побудовано кінетичні діаграми водневого розтріскування (КДВР) литої мартенситної сталі ВНЛ-1М (05Х13Н8М3) за різного тиску зовнішньої водневої атмосфери та концентрації заздалегідь поглиненого за високих температур водню, встановлено порогові значення коефіцієнта інтенсивності напружень (КІН), розраховано залишкову довговічність трубопроводу та газового балона високого тиску. Встановлено, що на першій ділянці КДВР з ростом тиску і концентрації водню зменшується порогове значення КІН, а на другій – зростає швидкість докритичного росту тріщини.

Розглянуто особливості генерування акустичної емісії за втомного руйнування термічно зміцненого алюмінієвого сплаву марки 1201-Т. Металографічними та фрактографічними дослідженнями, а також аналізом типових сигналів встановлено, що сплав руйнується за крихко-в’язким механізмом. Характер випромінювання акустичної емісії залежить від його мікроструктури та механічних характеристик, а площа утвореного дефекту пропорційна сумі амплітуд зареєстрованих сигналів. Перехід від зародження до стабільного поширення втомної тріщини супроводжується різким стрибком АЕ-активності.

Досліджено особливості атмосферної корозії вуглецевої сталі за умов утворення адсорбційних та фазових плівок вологи за допомогою восьмиелектродних електрохімічних давачів швидкості атмосферної корозії. Встановлено, що зі зменшенням відносної вологості повітря від 100 до 80% швидкість корозії знижується майже на три порядки – від 10^–2 mm/year до 10^–5 mm/year. Швидкість корозії вуглецевої сталі на охолоджуваній поверхні за відносної вологості повітря 100% майже на порядок нижча, ніж на неохолоджуваній, а при 80% – на порядок вища. На охолоджуваній поверхні за відносної вологості 80% конденсація вологи починається за температури 50 ^oС, тоді як на неохолоджуваній поверхні конденсацію не спостерігали. В щілинах висотою 1 mm, де температура нижньої та верхньої поверхонь нижча, ніж температура навколишнього повітря, конденсація вологи на поверхні давача починалась за температури 40^oС, що прискорювало перебіг корозійних процесів.

Запропоновано систему для корозійних випробувань методом поляризаційного опору з комп’ютерною реєстрацією результатів вимірювання. Система містить: двохелектродний давач швидкості корозії, індикатор поляризаційного опору Р5126, який підключений до аналогово-цифрового перетворювача та комп’ютера. На комп’ютері встановлено програмне забезпечення, що дає можливість реєструвати в часі всі виміряні значення поляризаційного опору. Описано реалізацію схеми із використанням доступного на сьогодні обладнання та програмного забезпечення ТМ “ОВЕН” (Росія). Система полегшує та пришвидшує експерименти, оскільки результати вимірювання отримують відразу в цифровому вигляді на комп’ютері. Також значно полегшується їх подальша обробка.