CC BY
96
Исследование характера деформации на мезомасштабном уровне и разрушения композиции «газотермическое покрытие - основа»
при растяжении
В.А. Клименов, С.В. Панин, В.П. Безбородов
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 634021, Россия
Исследованы механизмы и закономерности пластической деформации и разрушения на мезо- и макромасштабных уровнях образцов из низкоуглеродистой стали с напыленным и оплавленным покрытиями из порошка сплава на никелевой основе. Характеристики покрытия и состояние границы раздела «покрытие - основа» варьировались изменением толщины, свойствами напыляемых материалов и оплавлением. Показано, что соотношение площадей поперечного сечения покрытия и всего образца и свойства границы раздела определяют вид кривых течения. Основными параметрами, влияющими на развитие пластической деформации на мезомасштабном уровне, являются толщина покрытия, величина адгезионной прочности, наличие переходного слоя между покрытием и основой.
1. Введение
Проблема изучения поведения композиции «покрытие - основа» при нагружении является одной из центральных при создании конструкционных материалов с газотермическими напыленными покрытиями с заданными свойствами [1-12]. Это вызвано тем, что в процессе нанесения покрытий приходится решать задачи комплексного упрочнения конструкционных материалов, то есть обеспечивать высокие эксплуатационные свойства на поверхности и требуемую несущую способность в основе. При этом покрытие может определять механические характеристики всей композиции в целом.
Особенности поведения композиции «покрытие -основа» при нагружении во многом обусловлены действием двух основных факторов: наличием свободной поверхности, характеризуемой свойствами материала покрытия, и границы раздела (зоны контакта или соединения), характеристики которой зависят от свойств как основы, так и покрытия. В зависимости от соотношения их механических характеристик образование трещин может инициироваться как на поверхности, так и на границе раздела. Однако определяющая роль в процессах деформации и разрушения композиции принадлежит именно границе раздела, поскольку при нагружении на ней возникают осциллирующие концентраторы напряжений, действие которых приводит к фрагментации образца и, в конечном счете, его разрушению [13].
Анализ работ, выполненных как на модельных, так и на промышленно используемых сплавах, показал, что до сих пор нет обобщающих теоретических и экспериментальных данных о влиянии свойств основы и по-
крытия на интегральные и дифференциальные характеристики композиции «покрытие - основа». Во многом это связано с отсутствием фундаментальных представлений о механизмах совместного деформирования покрытия (или упрочненного слоя) и основы вследствие сложности изучения поведения таких систем. Среди основных факторов, влияющих на характер деформации композиций, при этом отмечают: а) существенное различие свойств компонентов, б) масштабный фактор (соотношение толщин покрытия и основы), в) структуру границы раздела [2].
Во многих случаях влияние толщины покрытий связано с тем, что, во-первых, прочность самих покрытий может подчиняться масштабному фактору и, во-вторых, механизм разрушения композиции может изменяться в зависимости от толщины покрытий (вследствие зарождения трещины в покрытии или на границе раздела).
Структура границы раздела также во многом определяет свойства гетерогенных материалов и играет решающую роль в процессах их разрушения. Отличительной особенностью композиции «напыленное покрытие - основа» является наличие границ раздела различных структурных уровней и физико-химической природы: межфазных границ в неоднородном материале покрытия, областей контакта частиц или слоев с основой и между собой и, наконец, границы между покрытием и основой в целом [12, 13]. Существование такого количества внутренних границ раздела затрудняет не только описание процессов деформирования, но и представление этих границ как элемента структуры
© Клименов В.А., Панин С.В., Безбородов В.П., 1999
композиции. Для описания поведения таких систем было разработано большое количество теорий, основанных на линейной механике разрушения [3, 7-10]. Однако эти теории не являются универсальными и, самое главное, не позволяют создать обобщающую модель поведения структурно-неоднородного материала под нагрузкой. Экспериментальные исследования, в свою очередь, дают информацию только о количественных характеристиках системы при нагружении, не раскрывая при этом механизмов происходящих процессов [1, 3, 4-6].
Развитие нового научного направления — физической мезомеханики [14-17] и ее приложение для изучения поведения структурно-неоднородных материалов при нагружении, в том числе и композиций «покрытие -основа» [18-21], открывает принципиально новые возможности для решения обсуждаемой проблемы. В настоящее время имеется большое количество экспериментальных подтверждений того, что упрочняющие покрытия, блокируя зарождение дислокаций на поверхности основы, подавляют дислокационную пластичность на микромасштабном уровне в приповерхностном слое и способствуют с самого начала пластического течения развитию процессов деформации мезомасш-табного уровня [14-17]. В рамках такого подхода одной из основных задач является установление роли внутренних границ раздела в ходе процессов деформации и разрушения сопряженных материалов, имеющих различные модули упругости [13, 17, 19]. В соответствии с теоретическими расчетами при нагружении на границах раздела таких композиций возникают осциллирующие концентраторы напряжений, являющиеся источниками потоков деформационных дефектов — мезо-полос локализованной деформации. Развитие последних обусловливает формирование мезообъемов, движение которых по схеме «сдвиг + поворот» вызывает возникновение трещин и несплошностей, и, в конечном итоге, приводит к разрушению композиции.
Таким образом, применение принципов и методов физической мезомеханики для изучения поведения композиции «покрытие - основа» при растяжении может дать более полное представление о механизмах ее деформации и разрушения, а также предоставляет возможность использовать результаты экспериментальных исследований для построения более адекватных и обобщающих моделей поведения материалов с различными типами покрытий при механических нагрузках.
2. Влияние покрытий на развитие деформации в материале основы и разрушение композиции «покрытие - основа»
Наиболее подробные теоретические исследования влияния покрытий на развитие деформации в основе проводились на волокнистых композиционных мате-
риалах с металлической матрицей [2, 3]. Для изучения проблем прочности волокна с прослойкой или с покрытиями было построено много моделей, основанных на получении аналитических выражений, описывающих зависимость прочности композиции от толщины покрытия. Большинство моделей основано на методах линейной механики разрушения, где влияние границы раздела в композициях вводилось посредством учета главной структурной характеристики — толщины покрытия. В результате было установлено, что существует критическая толщина покрытия, при которой аддитивный характер влияния покрытия на прочность всей композиции нарушается [3]. В основном это связано с тем, что в соответствии с концепцией надрезов при увеличении толщины покрытий возрастает отрицательное влияние трещины в покрытии на прочность всей композиции. При этом в качестве критерия разрушения использовались значения коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины в покрытии. Признаком разрушения такой системы являлось превышение значением указанного коэффициента величины соответствующего показателя в основе.
Применение такого подхода к системам с различными типами упрочняющих покрытий позволило авторам работы [7] сделать важный вывод об определяющей роли границы раздела в разрушении композиции «покрытие - основа» при растяжении. Было показано, что существует оптимальное соотношение адгезионной и когезионной прочности, определяющее прочность композиции в целом, условия зарождения трещины и возможные варианты ее распространения. В результате удалось описать механизмы фрагментации покрытия и влияния образующихся трещин на разупрочнение основы. Принципиальным моментом в данной работе явилось введение критерия адгезионно-когезионной равнопрочности, предусматривающего равновероятное растрескивание и отслоение покрытия и регламентирующего величину прочности сцепления с целью исключения распространения трещины в основу.
Следует отметить, что, несмотря на ряд имеющихся недостатков, рассмотренные теории нашли хорошее экспериментальное подтверждение и были использованы при решении ряда прикладных задач.
Экспериментальные исследования материалов с покрытиями строились, как правило, на установлении «критических» характеристик, при которых происходит разрушение, и «кинетических» свойств, определяющих процессы зарождения дефектов структуры и разрушения материала в зависимости от структурного состояния и условий его нагружения [4-6].
Исследования поведения композиций «газотермическое покрытие - основа» при нагружении показали, что в соответствии с теоретическими представлениями, характер разрушения композиции зависит от соотношения между когезионной прочностью материала по-
крытия и адгезионной прочностью на границе раздела «покрытие - основа». При этом нарушение сплошности покрытий с низкой когезионной прочностью происходит в области упругой деформации, а магистральные трещины в покрытиях образуются при напряжениях порядка предела текучести материала основы. Повышение адгезионной связи покрытий с основой в определенных условиях ведет к упрочнению первых, и, в результате, прочность покрытий, например плазменных и детонационных, может составлять от 0.5 до 0.7 предела текучести стт основы. В то же время радикальное увеличение адгезии покрытий, реализуемое, например, оплавлением, не всегда приводит к повышению прочности композиции «основа - покрытие» [7, 11]. Это может быть связано с разупрочнением основы, вызываемым структурными изменениями, происходящими в ее поверхностном слое. Другой причиной может являться развитие стесненной пластической деформации при нагружении, суть которой состоит в затруднении пластического деформирования основы твердым покрытием, скоплении дефектов вблизи образующихся трещин на свободных поверхностях и границах раздела и повышении концентрации пиковых напряжений у вершины трещины. Иными словами, стеснение пластической деформации приводит к охрупчиванию приграничного слоя материала основы и способствует распространению в нем трещин [4, 5].
Таким образом, большинство из разработанных на сегодняшний день экспериментальных подходов могут быть успешно использованы для решения отдельных задач исследования нагруженных материалов с покрытиями. Однако для получения более подробной информации о процессах, развивающихся в таких материалах при нагружении, и описания вызывающих их механизмов требовались новый методологический подход и соответствующая экспериментальная база.
В этом отношении принципы, методы и средства исследований, развиваемые на основе физической мезо-механики материалов, представляются наиболее перспективными для решения задач, связанных с изучением свойств композиции «покрытие - основа» при нагружении [13-22].
Для экспериментального изучения процессов пластической деформации и разрушения на мезомасштаб-ном уровне в настоящее время широко используются оптико-телевизионные измерительные комплексы серии TOMSC. Они имеют высокую разрешающую способность и обеспечивают возможность проведения наблюдений в широком диапазоне масштабов исследуемых поверхностей [23]. Принцип действия комплекса TOMSC основан на оперативной компьютерной обработке больших объемов видеоинформации о топографии и рельефе исследуемой поверхности образцов, получаемой in situ. Анализ результатов проводится на основе построенных полей векторов смещений участ-
ков поверхности, а также расчитанных компонент тензора дисторсии.
Применение комплекса TOMSC для исследования поведения материалов с различными покрытиями или поверхностно упрочненными слоями на мезомасштаб-ном уровне при нагружении позволило изучить закономерности и особенности развития деформации и разрушения в них. Среди основных закономерностей можно выделить развитие вдоль границы раздела эффекта «гофра» [17], образование в основе и покрытии упругих предвестников разрушения — деформационных доменов, по границам которых распространяется трещина [21, 22]. Кроме того, наглядно показана корреляция между толщиной покрытия, периодом его поперечного растрескивания и характером формирующейся в основе мезоструктуры [20]. Движение сформировавшихся в основе элементов мезоструктуры — мезообъе-мов, определяет характер развития деформации и разрушения композиции «покрытие - основа».
Газотермические покрытия в силу характерных условий их нанесения и формирования [1,4,5, 12,24,25] обладают специфическими свойствами. В отличие от тонких покрытий, получаемых методами вакуумного или электрохимического осаждения (толщиной порядка единиц или десятков микрометров) и толстых, получаемых наплавкой (до нескольких миллиметров), газотермические покрытия занимают в этой классификации промежуточное положение. Однако следует иметь ввиду, что особенности строения напыленных покрытий, а также требования, предъявляемые к ним в соответствии с заданными эксплуатационными свойствами, предполагают классификацию по критерию толщины. Тонким покрытиям, толщиной в несколько монослоев (8 = 100 мкм), свойственна открытая пористость и, как результат, пониженная когезионная прочность. В то же время с уменьшением толщины такого покрытия может возрастать роль прочного переходного слоя на границе контакта покрытия с основой, наличие которого было выявлено при изучении монослоев тонких газотермических покрытий [26]. Это свидетельствует о специфическом проявлении в данном случае масштабного фактора. Кроме того, в случае тонких напыленных покрытий соотношение толщин основы и покрытия может существенно изменяться, что может исключать аддитивное влияние последнего на свойства композиции. Для толстых покрытий исчезновение открытой пористости при наращивании толщины способствует формированию повышенных прочностных свойств, а ее аддитивное влияние на прочность композиции становится определяющим.
С другой стороны, эксплуатационные свойства композиции «напыленное покрытие - основа» зависят от структуры и геометрии границы их раздела. Механизм образования связей на границе раздела в композициях с газотермическими покрытиями обусловлен комплек-
сом физико-химических и механических взаимодействий. Роль последних в формировании прочности сцепления достаточно велика и часто является определяющей.
Характер взаимодействия, а следовательно характеристики границы раздела и прочность соединения покрытия с основой, могут регулироваться путем подготовки поверхности основы перед напылением, соответствующей организацией процесса напыления и последующей обработкой напыленных покрытий. Применение для предварительной подготовки поверхности дробеструйной обработки позволяет активировать основу для атомарных соединений и создать благоприятные условия для микросварки и зацепления покрытия на вершинах шероховатости. При напылении металлических и керамических порошковых материалов на специально подготовленные поверхности уровень адгезионной прочности имеет значение = 20 МПа [24]. Использование при напылении термореагирующих порошков позволяет в дополнение к эффекту от дробеструйной обработки увеличить адгезионную прочность покрытий до 40 МПа [25]. Однако радикальным способом повышения адгезии покрытий (> 100 МПа) является их оплавление на основе потоками плазмы или пламени, а также концентрированными потоками энергии. Но при этом следует учитывать, что для этой операции подходят, как правило, специальные самофлюсую-щиеся сплавы эвтектического состава, имеющие низкую температуру плавления, меньшую, чем у основы. Кроме того, дополнительные термические нагрузки на материал основы иногда нежелательны или даже недопустимы. Поэтому при решении практических задач нанесения покрытий проблема повышения прочности сцепления покрытия и основы часто оказывается достаточно серьезной и не всегда может быть эффективно решена. Как следствие, применение покрытий с низкой адгезионной прочностью часто является неизбежным.
Таким образом, газотермические покрытия обладают целым комплексом специфических свойств, связанных с особенностями их структуры и метода нанесения. В работе была поставлена задача изучить характер развития пластической деформации на мезомасштабном уровне и разрушения при растяжении композиций с газотермическими покрытиями, вскрыв при этом особую роль границы раздела и толщины покрытия. Подобные исследования позволят выявить природу возникновения мезоконцентраторов напряжений и связанных с ними мезополос локализованной деформации, а также определить механизмы зарождения и распространения трещин в композиции «покрытие - основа».
3. Материал и методика исследований
В качестве материала для напыления в работе использовались порошки, обеспечивающие различный уровень адгезии (за счет применения термоэффекта), имеющие подобный состав и допускающие, при необходимости, оплавление. В качестве материала основы была выбрана малоулеродистая сталь Ст3. Напыление покрытий из серийных порошков на основе №-Сг-В-Бьсплава ПТ-19Н-01 (термореагирующая композиция) и ПГ-12Н-01 осуществлялось при оптимальных режимах работы плазмотрона серийной установки типа УПУ-3Д [25-30] на образцы толщиной около 1 мм и 50 мм. Образцы первой серии имели форму двухсторонней плоской лопатки с размерами рабочей части 25x5 мм. Напыление покрытия осуществлялось на все стороны образца, после чего его полностью сошли-фовывали с одной или двух боковых граней. Для получения требуемой толщины покрытия производилась механическая шлифовка верхней и нижней плоскостей. Образцы второй серии также имели форму двусторонних лопаток и вырезались электроэрозионным методом из заготовок с напыленным, а затем оплавленным пла-
Ш
щ *
I
Рис. 1. Структура напыленного покрытия (а), граница раздела между основой и оплавленным покрытием (указано стрелкой) (б) и распределение микротвердости в образцах с напыленным (пунктирная линия) и оплавленным (сплошная линия) покрытиями (в)
Таблица 1
Механические характеристики материалов, составляющих композицию «покрытие - основа»
Материал Твердость Микротвердость Прочность Адгезионная
(по Виккерсу) Я, МПа при растяжении прочность
ЯV, МПа ав, МПа аа, МПа
Сталь Ст3 1800 2000 457 —
Покрытие напыленное ПГ-12Н-01 4260±620 7480±730 76±11 (14+20)
ПТ-19Н-01 4500±600 7500±850 106 ±16 (32+42)
Покрытие оплавленное ПГ-12Н-01 5400±380 6300±520 228±15 216±12
менем покрытием. Получение покрытий требуемой толщины также проводилось путем механической шлифовки плоских граней. Толщина напыленных покрытий изменялась от 0.15 мм до 0.35 мм, а оплавленных покрытий составляла 0.5 мм и 1.0 мм.
Напыление порошковых материалов на образцы с целью получения однородного по толщине покрытия осуществлялось путем сканирования струи плазмотрона по длине вращающейся лопатки. Исследование структуры таких покрытий показало, что они состоят из неоднородных по структуре частиц и наряду с основной границей раздела «покрытие - основа» содержат внутренние границы между слоями и отдельными частицами, а также несплошности и поры (рис. 1, а) [25-30]. После плазменного оплавления покрытия становятся менее пористыми и приобретают литую структуру, а в основе в результате термического воздействия происходят значительные структурные изменения (рис. 1, б). В самом покрытии непосредственно на границе раздела с основой обнаруживается однородный по структуре слой. Приведенные на рис. 1, в графики распределения микротвердости наглядно демонстрируют особенности изменения свойств основы и покрытия в области границы раздела. Видно, что для композиций с напыленными покрытиями характерно скачкообразное изменение свойств, в то время для оплавленных — наличие переходных зон как в покрытии, так и в основе.
Механические характеристики компонентов исследуемых в работе композиций «покрытие - основа» представлены в таблице 1. Приведенные значения прочностных характеристик покрытий были получены авторами ранее с помощью специально разработанных методик для аттестации покрытий [25, 27]. Анализ данных таблицы 1 показал, что напыленное покрытие из порошка марки ПГ-12Н-01 имеет при более высокой микротвердости значительно меньшие, чем оплавленное, показатели твердости, адгезионной и когезионной прочности. Все это свидетельствует о негативном влиянии границ раздела и дефектности покрытия на макрохарактеристики композиции. Повышение адгезионной, коге-
зионной прочности и твердости напыленных покрытий из термореагирующего порошка ПТ-19Н-01 сопровождается сохранением достаточно высокого значения микротвердости. Однако и в этом случае макрохарактеристики напыленных покрытий значительно уступают свойствам оплавленных покрытий.
Испытания образцов на одноосное статическое растяжение с автоматической записью кривой нагружения проводили на установке ИМАШ-2078. Характер развития деформации образцов изучали на боковой грани образцов в области границы раздела с использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса высокого разрешения TOMSC. Последний позволяет с помощью компьютерной обработки оптических изображений поверхности нагружаемого образца анализировать картину развития деформации на мезомасштаб-ном уровне в виде поля векторов смещений (до 28 500 векторов/мм2 при использовавшихся в работе увеличениях). Запись изображений производилась двухэкспозиционным методом с приращением деформации в промежутках между экспозициями при скорости нагружения образца 0.03 мм/мин. Оптическое увеличение комплекса позволяло получать изображение исследованного участка образца размерами 0.8х0.6, 1.7x1.3 и 3.3х2.5 мм2. Размер элементарной площадки, перемещение которой характеризуется вектором смещения, при этом составлял соответственно 20x20, 40x40 и 80x80 мкм2. Комплекс TOMSC обеспечивает возможность вести непрерывное наблюдение и проводить запись изображения любого участка поверхности исследуемого образца в процессе нагружения путем использования механизма сканирования.
4. Результаты эксперимента и их обсуждение
4.1. Макроскопическая картина деформации и разрушения
Процесс развития деформации при растяжении композиции с газотермическим покрытием имеет ряд отличительных особенностей, обусловленных использова-
и, МПа
600
500
400
300
200
100
7 2
* **3 **"** 1
\ А
- У 5Ч 4
1 1 1 8, % I I I -
12
16
20
24
Рис. 2. Кривые течения образцов стали Ст3 без покрытия (1); без покрытия с предварительной дробеструйной обработкой (2); с напыленными покрытиями: соотношение толщины покрытия к толщине композиции у = 17 (5), 33 (4), 37 (5), 41 % (6); с оплавленным покрытием у = 25 (7), 40 % (5)
нием в качестве материала основы стали Ст3, свойствами границы раздела между основой и покрытием и собственно наличием твердого хрупкого покрытия. Специфика пластической деформации стали Ст3, относящейся к классу низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества, заключается в наличии зуба и площадки текучести на кривой течения и распространении вдоль образца из такой стали полосы Людерса, формирующейся у одного или обоих захватов [31]. При прохождении полосы Людерса в основе возникают высокие градиенты деформаций и напряжений, а пластические сдвиги происходят во всем поперечном сечении образца. Действие в объеме материала сдвиговых и поворотных мод деформации изменяет состояние поверхности, воспринимаемое при оптическом наблюдении как развитие деформационного рельефа поверхности [23, 3134].
Форма кривых течения образцов из стали Ст3 с напыленными с двух сторон покрытиями толщиной
8 = 150, 250 и 350 мкм и соотношением площадей поперечного сечения покрытия и всего образца соответственно у = 17, 33 и 37 % (рис. 2, кривые 3-5) аналогична кривым течения указанной стали без покрытия в отожженном состоянии (рис. 2, кривая 1). Все кривые имеют площадку текучести, протяженные участки пластической деформации образца и локализованной деформации шейки.
Используемая дробеструйная обработка поверхности основы благодаря наклепу приводит к повышению прочностных характеристик основы и отсутствию на кривой течения площадки текучести (рис. 2, кривая 2). Однако влияние такой обработки практически не сказывается на прочностных характеристиках и виде кривых течения композиций с газотермическими покрытиями, так как при нанесении покрытия наклеп снимается в результате нагрева поверхности плазменной струей и напыленными частицами.
Критические значения прочности композиций определяются прочностью их компонентов, зависят от величины 8 и соотношения у и достаточно хорошо согласуются со значениями, рассчитанными по закону аддитивности (для величин прочности компонентов, приведенных в таблице 1). С увеличением соотношения у показатели прочности и пластичности композиций с напыленным покрытием снижаются (рис. 2, кривые 3-5). Поскольку наличие покрытия не влияет на предел текучести металла основы ст0 , величина ст0 всей композиции определяется отношением величины нагрузки (соответствующей пределу текучести основы) к площади поперечного сечения данной композиции.
Кривая течения композиции с напыленным на три стороны образца толстым покрытием (8 = 350 мкм) и соотношением у = 41 % (рис. 2, кривая 6) отличается от кривых 3-5 наличием двух коротких участков пластической деформации и деформации шейки (е = 7.3 %). На площадке текучести отмечается появление зубца, вызванного падением величины приложенной нагрузки при образовании магистральной трещины в покрытии. Вследствие малого размера таких зубцов на диаграммах растяжения они не видны на приведенных на рис. 2 кривых. Такой характер кривой течения можно объяс-
Рис. 3. Изображения покрытия на поверхности разрушенного образца: а — тонкое газотермическое покрытие, плоскость напыления; б — толстое покрытие, боковая грань; в — оплавленное покрытие, плоскость напыления
нить проявлением эффекта стесненной пластической деформации основы, приводящего к сосредоточенному удлинению образца на незначительном участке, и образованием в покрытии одной поперечной трещины, которая действует как структурный надрез, вызывая локализацию пластической деформации в основе и разрушение композиции.
На кривых течения композиций с оплавленными покрытиями (рис. 2, кривые 7, 8) площадка текучести отсутствует и наблюдаются два коротких участка пластической деформации и сосредоточенной деформации шейки. На начальном участке кривой течения имеется пилоообразный участок изменения приложенного напряжения, связанный с образованием поперечных трещин в покрытии. Высокие значения прочности (стВ и (70 2) композиций из стали Ст3 с оплавленным покрытием, полученные в экспериментах, имеют значительное расхождение с рассчитываемыми по закону аддитивности значениями для ее компонентов. Это связано с происходящими в металле основы структурными превращениями и обусловленным ими повышением прочности основы. Допуская, что в случае образцов с оплавленными покрытиями различной толщины произошло одинаковое изменение свойств в основе, можно констатировать аддитивное снижение прочности композиции при увеличении толщины покрытия (рис. 2, кривая 8).
Показательно, что предел прочности стВ композиций с оплавленным покрытием существенно выше (> 1.4 раза) предела прочности композиций, полученных из аналогичных по составу компонентов методом электронно-лучевой наплавки [22]. Однако, как и следовало ожидать, пластичность исследуемой композиции при этом в 2.5 раза ниже.
Помимо влияния на характер развития пластической деформации толщина покрытия и его оплавление определяют вид разрушения композиций. Разрушение композиций с покрытиями толщиной 150, 250 и 350 мкм (и соотношением у = 17, 33 и 37 %) характеризуется фрагментацией (рис. 3, а) и/или отслоением (рис. 3, б) покрытия, образованием симметричной шейки в основе с большим поперечным сужением и чашечным изломом, аналогичным для образцов без покрытий, но с большей степенью утонения на свободных от покрытия поверхностях.
При разрушении композиции с газотермическим покрытием, нанесенным на три стороны образца (8 = 350 мкм и у = 41 %) в основе формируется несимметричная шейка со значительным утонением со стороны боковой грани образца, не содержащей покрытия, и образованием в основе магистральной трещины, распространившейся под углом в 45° к оси приложенной нагрузки.
Распространение поперечных трещин в оплавленных покрытиях происходит по нормали к направлению приложенной нагрузки по прямолинейной или ломаной
траектории (рис. 3, в), что свидетельствует о сложном механизме образовании этих трещин. Магистральная трещина в основе распространяется от одной из поперечных трещин в покрытии по направлению максимальных касательных напряжений. Формирование короткой шейки происходит путем утонения материала основы на сторонах, свободных от покрытия.
Таким образом, результаты макроскопических исследований свидетельствуют о влиянии на механизм пластической деформации и разрушения композиции адгезионной прочности, границы раздела, величины 8 и соотношения у. Детальное исследование влияния указанных факторов было проведено при изучении характера пластической деформации композиции с газотермическим покрытием на мезомасштабном уровне.
4.2. Механизмы деформации и разрушения мезомасштабного уровня
Изучение кинетики развития пластической деформации в основе и газотермическом покрытии, а также разрушения всей композиции проводили путем наблюдения за поверхностью покрытия (в плоскости напыления) и границей раздела «покрытие - основа» (на боковой грани образцов) в течение всего времени нагружения. Полученные результаты, а также приведенные выше данные о макроскопических характеристиках композиций «напыленное покрытие - основа» (в том числе оплавленных), позволяют утверждать, что характер развития пластической деформации и разрушения таких композиций определяется следующими факторами:
1) подавлением тонким напыленным и оплавленным покрытиями развития полосы Людерса в основе;
2) взаимодействием материалов основы и покрытия, вызывающим квазипериодическое поперечное растрескивание или отслоение покрытия и формирование в основе мезоструктуры в виде трехгранных призм;
3) взаимодействием элементов мезоструктуры основы с фрагментами покрытия, обуславливающим адгезионно-когезионное растрескивание последних.
Рассмотрим более подробно наиболее характерные особенности деформации исследуемых композиций.
Нарушение сплошности покрытия уже в упругой области деформации происходит лишь при испытаниях композиций с тонкими газотермическими покрытиями (8 = 100+150 мкм). Процесс образования трещин в тонком хрупком покрытии носит стохастический характер и развивается во всей рабочей части образца по границам отдельных частиц или групп частиц, приводя к фрагментации покрытия (рис. 3, а).
Характер растрескивания тонкого покрытия в плоскости напыления наблюдали на специально приготовленном образце, в центральной части плоской грани которого было сделано углубление (размерами
Рис. 4. Растрескивание тонкого газотермического слоя (вид в плоскости в подложке полосы Людерса (б, в, г): е ~ 0.1 (а), 0.2 (б, в), 3 % (г). x16
=5x2x0.! мм), в которое затем был напылен материал покрытия (рис. 4). На упругом участке диаграммы нагружения наблюдалось стохастическое когезионное растрескивание напыленного покрытия (рис. 4, а). При прохождении полосы Людерса через этот участок образца происходит образование поперечных фрагментов (рис. 4, б, в), а пространственный период поперечного растрескивания соответствует нескольким толщинам покрытия. На представленном поле векторов смещений (рис. 4, в) отчетливо видна граница между двумя соседними фрагментами покрытия, которые при этом смещаются в различных направлениях. Значительный изгиб фрагментов покрытия в плоскости напыления, идентифицируемый по изменению освещенности левого и правого краев фрагментов (рис. 4, г), свидетельствует о совместной деформации фрагментов покрытия и нижележащего материала основы, развивающейся без отслоения покрытия. Подобный характер квазиперио-дического растрескивания покрытия, сопровождающегося изгибом его фрагментов, свидетельствует о развитии на границе раздела «покрытие - основа» эффекта гофра, приводящего к образованию в композиции пространственной волнообразной мезоструктуры.
Исследование на мезомасштабном уровне характера зарождения и распространения трещин в тонком газотермическом покрытии, а также процессов пластической деформации в основе проводили на поверхности
напыления) в упругой области деформации (а) и при распространении
боковых граней образцов. При нагружении композиции, вследствие более низкой прочности и высокой хрупкости тонкого газотермического покрытия, на его поверхности зарождаются отдельные поперечные трещины, распространяющиеся от поверхности к границе раздела (рис. 5, а). Подобный эффект возникает по следующей причине. При достижении внешней нагрузкой величины, равной пределу прочности покрытия стВ=100 МПа, когда еще не достигнут предел текучести металла основы (ст0 = 250 МПа), последняя сдерживает развитие деформации на границе раздела в материале покрытия. Это способствует зарождению трещин лишь на «незакрепленной» внешней поверхности покрытия. Если при выходе локальной поперечной трещины на границу раздела концентрация напряжений сдвига в вершине трещины достигает значения, равного прочности связи покрытия с основой, происходит частичное отслоение покрытия (рис. 5, б).
При величине деформирующих напряжений, соответствующих началу распространения в основе полосы Людерса, на поверхности боковой грани образца наблюдается формирование деформационного рельефа (рис. 6, а, в). Развитие последнего протекает как фронтально распространяющийся процесс (подобно полосе Людерса) и сопровождается растрескиванием тонкого покрытия по адгезионно-когезионному механизму с образованием квазипериодических поперечных тре-
Рис. 5. Распространение поперечной трещины от поверхности газотермического покрытия (а) и адгезионное отслаивание покрытия при выходе трещины на границу раздела (б) (боковая грань): е = 0.1 (а), 1 % (б). x65
Рис. 6. Оптические изображения боковой грани и соответствующие поля векторов смещений композиции с тонким газотермическим покрытием
(8 = 150 мкм): е = 0.2 (а, б), 2 (в, г), 4 (д, е), 10 % (ж, з)
12187172
щин, а также продольных трещин, распространяющихся как по границе раздела, так и параллельно ей в покрытии (рис. 6, а, в).
Процесс поперечного растрескивания тонкого газотермического покрытия имеет преимущественно эстафетный характер. На первом этапе в области возникновения новой поперечной трещины в покрытии накапливается мощный изгибающий момент (рис. 6, а, б), действие которого приводит к образованию в покрытии деформационных доменов, выявляющихся при анализе полей векторов смещений (рис. 6, г). Возникновение в покрытии мощного изгибающего момента обусловлено сопряжением двух материалов, характеризующихся различными степенями пластичности. Второй этап характеризуется возникновением в покрытии очередной поперечной трещины, распространяющейся как раз по границе деформационных доменов от границы раздела к поверхности (рис. 6, в, г).
Пространственный период первичных поперечных трещин в тонком газотермическом покрытии составляет величину, равную нескольким его толщинам (рис. 6, д). Образующиеся поперечные трещины могут играть роль структурных надрезов, от которых распространяются мезополосы локализованной деформации (рис. 6, д, е). Их развитие происходит с невысокой скоростью по мере увеличения внешней приложенной нагрузки, что связано, очевидно, с низкими напряжениями вблизи действующего мезоконцентратора (рис. 6, д, е). Характерно, что тонкие газотермические покрытия полностью не отслаиваются даже при больших степенях деформации, сдерживая тем самым однородное развитие пластической деформации в материале основы (рис. 6, ж, з).
Образование в основе системы мезополос приводит к образованию в образце мезоструктуры в виде явно выраженных трехгранных призм, основанием которых является адгезионная граница контакта основы с покрытием. В ходе последующего нагружения образца, в результате взаимодействия материала призмы и фрагмента покрытия, в последнем образуются вторичные поперечные трещины, распространяющиеся от границы раздела к поверхности. Подобный эффект можно объяснить следующим образом. Фрагмент жесткого хрупкого покрытия препятствует развитию однородной пластической деформации в основе. Большее по сравнению с хрупким покрытием удлинение пластичной основы приводит к изгибу фрагмента покрытия, центральная часть которого как бы вовлекается вглубь образца. В результате материал покрытия на границе раздела испытывает большие растягивающие напряжения по сравнению с материалом на «незакрепленной» поверхности, которые и приводят к зарождению трещины на границе раздела «покрытие - основа» (рис. 6, д, ж). Значительный изгиб, который испытывает центральная часть фрагмента покрытия может обусловливать дополнительную дефор-
мацию материала основы и способствовать более быстрому отслоению фрагмента покрытия (рис. 6, ж).
При высоких степенях деформации фрагменты покрытия почти не оказывают влияния на ход пластического течения основы, а мезополосы, сформировавшиеся в ней на предыдущих стадиях пластической деформации, размываются.
В целом процесс растрескивания тонкого газотермического покрытия и формирования деформационного рельефа напоминает эстафетный механизм поперечного растрескивания деформируемого покрытия, нанесенного методом электронно-лучевой наплавки на основу из малоуглеродистой стали [22]. Однако там распространение полосы Людерса протекало скачкообразно: ее скорость была максимальной сразу после образования поперечной трещины и уменьшалась почти до нулевого значения перед образованием очередной поперечной трещины. При нагружении композиций с хрупкими газотермическими покрытиями, подавляющими развитие полосы Людерса, в них возникает большое количество трещин различной природы, что уменьшает уровень напряжений вблизи мезоконцентраторов напряжений, действующих на границе раздела «покрытие - основа» в области растрескивания. Это обеспечивает более плавный, по сравнению с образцами с электронно-лучевым наплавленным покрытием, характер релаксации концентраторов напряжений и повышает способность к пластическому деформированию всей композиции.
4.3. Влияние толщины газотермического покрытия
Основным фактором, определяющим характер развития пластической деформации на мезоуровне и разрушения в образцах с толстыми газотермическими покрытиями (>200 мкм), является соотношение толщин покрытия и основы. В качестве характерных особенностей деформирования таких композиций можно выделить следующее. Во-первых, толстые газотермические покрытия в силу отсутствия сквозной пористости сохраняют свою сплошность вплоть до напряжений порядка предела текучести основы. Во-вторых, по мере увеличения толщины газотермического покрытия превышение когезионной прочности над адгезионной обусловливает преимущественно адгезионный характер разрушения композиции. В результате распространение полосы Людерса в основе не подавляется.
Исследование процесса пластической деформации композиций с толстым газотермическим покрытием проводили на образцах из порошка ПГ-12Н-01 с у = 33, 37 и 41 %. Проведенные эксперименты показали, что в упругой области диаграммы нагружения никаких признаков разделения композиции и явного нарушения сплошности покрытия не наблюдалось. Отслоение газотермического покрытия инициируется и развивается
Рис. 7. Отслоение толстого газотермического покрытия (у ~ 33 %) при є ~ 0.2 (а, б), 2 % (в, г). х30
одновременно с распространением в основе полосы Людерса, начинающимся от одного из захватов (рис. 7). В результате процесс отслоения покрытия не оказывает значительного воздействия на процесс пластического течения материала основы. Анализ картины распределения векторов смещений показывает, что при отслоении покрытия направление векторов относительно основной части основы изменяется только на незначительном по глубине участке (рис. 7, б), расположенном перед фронтом полосы Людерса (т.е. под еще не отслоившимся участком покрытия).
При увеличении соотношения площадей поперечного сечения покрытия и композиции до у = 41 % влияние покрытия на ход пластической деформации всего образца оказывается решающим. Начало пластического течения такой композиции соответствует возникновению магистральной поперечной трещины в газотермическом покрытии в непосредственной близости от одного из галтельных переходов образца. Образование магистральной поперечной трещины, проходящей через все сечение покрытия, инициирует распространение в основе полосы Людерса (происходящего медленнее, чем в образце без покрытия, и сопровождающегося отслоением покрытия от основы). Однако значительное сопротивление, которое покрытие, нанесенное на верхнюю, нижнюю и одну из боковых граней, оказывает развитию пластической деформации в основе (продвижению фронта полосы Людерса), приводит к локали-
б
в основе полосы Людерса (на фото покрытие вверху):
зации деформации композиции в области первой поперечной трещины, играющей роль структурного надреза. В результате образец разрушается еще до того, как полоса Людерса распространилась вдоль всей рабочей части основы (рис. 3, б).
Таким образом, при нагружении композиций с толстыми газотермическими покрытиями в последних не наблюдаются ни формирование доменной мезострук-туры, ни видимые следы когезионного разрушения. При этом основа как бы подготавливается к отслоению очередного участка покрытия, что выявляется при анализе картин распределения векторов смещений. Величина сдвиговых напряжений, действующих в полосе Лю-дерса, превосходит величину адгезионной прочности покрытия и оказывается достаточной для отслоения покрытия по границе раздела без нарушения целостности покрытия. Пластическая деформация основы позади фронта полосы Людерса развивается однородно (рис. 7, в, г).
Особенности пластического деформирования образцов с газотермическим покрытием качественно подобны характеру деформирования образцов технического алюминия с хрупким пористым керамическим покрытием А1203 [21]. При деформировании таких образцов керамическое покрытие стохатически растрескивалось с образованием коротких поперечных трещин длиной =150 мкм, при этом на кривой течения появлялась площадка текучести [21]. Тонкое газотермическое покры-
Рис. 8. Оптические изображения (а, в) и соответствующие поля векторов смещения (б, г) при отслоении газотермического покрытия с повышенной адгезионной прочностью (боковая грань): е = 0.2 (а, б), 0.3 % (в, г)
тие также стохастически растрескивается, что обусловливает сохранение покрытия на поверхности основы без отслоения вплоть до высоких степеней деформации, что обеспечивает высокую пластичность всей композиции. При деформировании образцов с толстым газотермическим покрытием высокая когезионная прочность последнего препятствует его растрескиванию. В результате происходит полное отслоение толстого покрытия.
4.4. Влияние адгезионной прочности покрытий
Применение термореагирующих порошков позволяет повысить адгезионную прочность покрытий. Соответственно меняется характер развития пластической деформации таких композиций. При этом для адгезионного отслоения толстого газотермического покрытия величины сдвиговых напряжений, действующих в полосе Людерса, недостаточно. Поэтому основным механизмом преодоления адгезионной связи покрытия и основы в области фронта полосы Людерса становится изгиб образца. На картинах распределения векторов смещений рис. 8, б видно, что в области отслоения покрытия от основы в последней возникает значительный изгибающий момент. Его действие приводит к отслоению покрытия, которое при этом выгибается в противоположную от основы сторону без образования поперечных трещин (рис. 8, а, б). Процесс отслоения покрытия в таких композициях приводит к дополнитель-
ной деформации основы, что проявляется на картине векторов смещений в виде образования протяженных областей (мезофрагментов), испытывающих смещения в направлении, противоположном границе раздела (рис. 8, г).
Отличительной особенностью пластической деформации подобных композиций является то, что основная приложенная к образцу нагрузка расходуется как на развитие пластической деформации в основе (путем распространение полосы Людерса), так и на преодоление силы адгезионной связи покрытия и основы. Как отмечалось выше, в композициях со слабой адгезионной прочностью направления векторов смещений в покрытии и основе перед фронтом полосы Людерса (в области готовящегося отслоения) отличаются (рис. 7). В композициях с высокой адгезионной прочностью в области, где полоса Людерса еще не распространилась, направление и длина векторов смещений в покрытии и основе совпадают (рис. 8). Это является дополнительным подтверждением того, что преимущественным механизмом разрушения таких композиций является не действие сдвиговых напряжений в полосе Людерса, а действие изгибающего момента в основе.
4.5. Влияние оплавления газотермических покрытий
Как отмечено выше, основное влияние процесса оплавления газотермических покрытий заключается в повышении прочности покрытий и частично основы (за
Рис. 9. Развитие первичной (а, б) и вторичной (в, г) поперечных трещин в оплавленном газотермическом покрытии (покрытие вверху): е = 1.8 (а, б), 2.5 % (в, г). х20
счет структурных изменений в процессе термического воздействия), а также значительном повышении адгезионной прочности. Механизмы деформации на мезо-и макромасштабных уровнях образцов с оплавленными покрытиями изучали при увеличении оптической системы, позволяющем наблюдать всю боковую грань (рис. 9). Характерной особенностью пластической деформации таких образцов является отсутствие на кривой течения площадки текучести, что вызвано сдерживанием дислокационной пластичности основы за счет наличия на поверхности прочного покрытия. При достижении внешней нагрузкой величины, соответствующей напряжению начала растрескивания покрытия, в последнем образуется первичная поперечная трещина. Ее распространение, как и в образцах с покрытием,
нанесенным электронно-лучевой наплавкой, происходит от границы раздела по направлению к поверхности покрытия (рис. 9, а). Образование первичных поперечных трещин в покрытии происходит при величине внешнего приложенного напряжения порядка 550 МПа, что превосходит предел текучести основы. Таким образом, большее удлинение пластичной основы по сравнению с жестким покрытием обусловливает действие растягивающих напряжений на границе раздела, которые и приводят к зарождению поперечной трещины. Одновременно в основе в направлении максимальных касательных напряжений развивается пара сопряженных мезополос (рис. 9, а, б). По мере увеличения внешней нагрузки в покрытии формируется система поперечных трещин, приводящая к фрагментации всего об-
Таблица 2
Закономерности деформирования композиции «напыленное покрытие - основа»
Преимущественное растрескивание покрытия Отслоение покрытия Полоса Людерса в основе
Тонкие Поперечное и адгезионно-когезионное (по границам частиц) При небольших и средних степенях деформации Слабовыраженная
Толстые Адгезионное В области распространения полосы Людерса в основе Распространяется в случае адгезионного отслоения покрытия
Толстые с повышенной адгезией Адгезионное В области распространения полосы Людерса в основе Распространяется в случае адгезионного отслоения покрытия
Оплавленные Поперечное, через все сечение покрытия Только в области зарождения трещины на границе раздела Нет
Рис. 10. Оптическое изображение боковой грани образца с оплавленным газотермическим покрытием после разрушения: 1 — первичная поперечная трещина; 2 — вторичная поперечная трещина; 3 — третичная адгезионная трещина
разца. В случае, если размер фрагмента покрытия превосходит пространственный период растрескивания, в нем развиваются вторичные трещины (рис. 9, в, г), характеризующиеся меньшей интенсивностью концентратора напряжений, действующего на границе раздела.
Поперечное растрескивание покрытия приводит к значительной неоднородности развития пластической деформации композиции, которая локализуется в области поперечных трещин в покрытии, что обусловливает малую пластичность композиции (є < 4 %).
Таким образом, несмотря на различие структуры и свойств композиций с оплавленными покрытиями, механизмы их пластической деформации и разрушения во многом подобны механизмам для напыленных образцов, а также для образцов с элекронно-лучевыми наплавленными покрытиями. В качестве характерных особенностей можно выделить:
1) образование первичных трещин, приводящее к фрагментации покрытия и, в конечном итоге, фрагментации всего образца;
2) возникновение и развитие вторичных поперечных трещин, а также продольных трещин адгезионной природы, обусловливающих частичное отслоение покрытия.
Сравнительные показатели, описывающие характер деформирования образцов из малоуглеродистой стали с покрытием, имеющим различные характеристики
(толщина, характер границы раздела и т. д.), приведены в таблице 2.
4.6. Роль границы раздела при зарождении трещин
Для более детального исследования механизма зарождения трещин в образцах с оплавленными газотермическими покрытиями был проведен анализ строения покрытия и основы в области границы раздела. Общий вид разрушенного образца с оплавленным покрытием приведен на рис. 10. Видно, что первичные поперечные трещины являются источниками мезополос локализованной пластической деформации в основе, а размеры образованных ими мезообъемов хорошо коррелируют с толщиной покрытия. Однако, если имеет место частичное отслоение покрытия (рис. 10), полоса локализованной деформации развивается вдоль границы раздела, а лишь затем распространяется вглубь основы. Наряду с первичными трещинами, разделяющими покрытие на фрагменты, в композициях с оплавленными покрытиями развиваются вторичные и третичные трещины. Их образование и распространение обусловливает разбиение фрагментов покрытия и трехгранных призм в основе на более мелкие.
Следует отметить, что в то время как первичные трещины расширяются к поверхности покрытия, вторичные расширены вблизи границы раздела и не всегда выходят на поверхность. Особенности зарождения, характер распространения, а также форма и размеры трещин видны на рис. 11.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что в оплавленных покрытиях формируются четыре вида трещин: а) первичные поперечные, б) вторичные поперечные, в) продольные адгезионные (третичные), г) продольные когезионные (четвертичные). Системы адгезионных и когезионных трещин соединяют поперечные трещины в покрытии.
Характерной особенностью строения границы раздела в образце с оплавленным покрытием является образование между покрытием и основой промежуточно-
Рис. 11. Особенности зарождения и распространения трещин в оплавленном покрытии: а — первичные (1) и вторичные (2); б, в — вторичные (2), третичные адгезионные (3) и четвертичные когезионные (4)
го слоя толщиной 8 = 10^20 мкм (на рис. 1, б обозначен стрелкой). Анализ границы раздела в зоне трещины показывает (рис. 12, 13), что этот подслой демонстрирует большую пластичность по сравнению с материалом покрытия. При образовании в композиции первичной трещины, сопровождающемся развитием локализованной пластической деформации в нижележащем слое основы, промежуточный слой растрескивается. При этом его фрагмент остается на участке основы, расположенном между двумя «расходящимися» фрагментами покрытия (на рис. 12 обозначен стрелкой). Адгезионное отслоение фрагментов покрытия происходит по границе между таким промежуточным слоем покрытия и основой (рис. 12). При распространении в покрытии вторичной трещины растягивающие напряжения, действующие на границе раздела, существенно меньше, поэтому
Рис. 13. Оптическое изображение вторичной трещины в разрушенном образце с оплавленным покрытием
промежуточный слой покрытия сохраняет свою целостность (рис. 13).
5. Заключение
В работе на мезо- и макромасштабных уровнях изучены особенности развития деформации и разрушения при растяжении композиций с газотермическими покрытиями. Показано, что основными определяющими факторами при этом являются соотношение толщин покрытия и основы, адгезионная прочность и характер границы раздела (изменявшийся в процессе оплавления покрытия). Варьирование этих факторов приводит к изменению прочностных характеристик, пластичности и характера разрушения композиции.
В качестве основных закономерностей развития деформации на мезомасштабном уровне в образцах с тонкими газотермическими покрытиями, обладающими достаточно высокой адгезионной прочностью, можно выделить следующие:
1) несовместность деформации хрупкого жесткого покрытия и пластичной основы обусловливает возникновение и действие в металле основы мощных изгибающих моментов,
2) квазипериодическое поперечное растрескивание покрытия и формирование мезоструктуры в виде системы трехгранных призм при малых и средних степенях деформации,
3) совместная деформация трехгранной призмы в основе с вышележащим фрагментом покрытия приводит к возникновению в последнем изгибающего момента, действие которого обусловливает образование вторичных поперечных и продольных адгезионных и когезионных трещин.
Увеличение толщины газотермического покрытия приводит к тому, что величина когезионной прочности превосходит адгезионную. В результате преимущественным механизмом разрушения композиции является адгезионное отслоение газотермического покрытия.
Повышение адгезионной прочности газотермического покрытия при нагружении вызывает локальный изгиб образца в области адгезионной трещины, что и является основным механизмом отслоения газотермического покрытия.
Изменение характера границы раздела путем оплавления газотермического покрытия определяет поперечное растрескивание в качестве преимущественного механизма разрушения покрытия и в значительной мере снижает пластичность композиции.
Благодарности
Работа была выполнена в рамках программ интеграционного проекта СО РАН «Физические процессы на границах раздела при получении гетерогенных материалов и покрытий» и приоритетного направления «Компьютерное конструирование материалов». Авторы выражают глубокую признательность руководителю этих проектов академику Панину В.Е. за участие в постановке задачи и постоянное обсуждение результатов. Авторы также благодарят сотрудников лаборатории газотермических покрытий ИФПМ СО РАН: ведущего технолога А.И. Толмачева и аспиранта О.Н. Нехорошко-ва за помощь в подготовке и проведении экспериментов.
Литература
1. Максимович Г.Г., ШатинскийВ.Ф, Копылов В.Н. Физико-механические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями. - Киев: Наукова думка, 1983. - 264 с.
2. КопъевИ.М., ОвчинскийА.С. Разрушение металлов, армированных
волокнами. - М.: Наука, 1977. - 240 с.
3. Шоршоров М.Х., Устинов Л.М., Гукасян Л.Е. и др. Физика прочности волокнистых композиционных материалов с металлической матрицей. - М.: Металлургия. - 1989. - 206 с.
4. Тушинский Л.И., Столбов А.В., Синдеев В.И. Конструктивная прочность композиции основной металл - покрытие. - Новосибирск: Наука, 1996. - 296 с.
5. Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. - Новосибирск: Наука, 1990. - 306 с.
6. Голъдфайн В.Н., Красильников Г.Б., Орлов Л.П. и др. Разрушение газотермических покрытий при совместном деформировании с основой // Порошковая металлургия. - 1988. - № 10. - С. 45-48.
7. Лященко Б.А., Цыгулев О.В., Курицов П.Б. Необходимо ли всегда повышать адгезионную прочность защитных покрытий? // Проблемы прочности. - 1987. - Т. 15. - С. 70-74.
8. Цыгулев О.В. Методы повышения долговечности элементов конструкций многофункциональными упрочняющими покрытиями. Автореф. докт. дис. - Киев: Институт проблем прочности НАНУ, 1989. - 32 с.
9. Черепанов Г.П. Современные проблемы механики разрушения // Проблемы прочности. - 1978. - № 8. - С. 3-13.
10. Похмурский В.И., Бережницкий Л.Т., ГныпИ.П. и др. Аналитическое определение условий разрушения материалов с защитными покрытиями // Защитные покрытия на металлах. Вып. 18. -Киев: Наукова думка, 1984. - С. 25-27.
11. ИлъинскийК.Л., Васильченко Г.С., Попов А.А. и др. Влияние коррозионной наплавки на вязкость разрушения стали 15Х2НМФА // Проблемы прочности. - 1983. - № 12. - С. 46-48.
12. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е. и др. Нанесение покрытий плазмой. - М.: Наука, 1990. - 407 с.
13. Панин В.Е., Фомин В.М., Титов В.М. и др. Физические процессы на границах раздела при получении гетерогенных материалов и покрытий // Интеграционная программа фундаментальных исследований. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. - С. 343-356.
14. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: В 2-х т. / Под ред. В.Е. Панина.- Новосибирск: Наука,
1995. - 298 с. и 320 с.
15. Панин В.Е. Основы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. - 1998. - Т. 1. - № 1. - C. 5-22.
16. Панин В.Е. Современные проблемы пластичности и прочности твердых тел // Изв. вузов. Физика. - 1998. - № 1. - С. 7-33.
17. Панин В.Е., Коротаев А.Д., Макаров П.В., Кузнецов В.М. Физическая мезомеханика материалов // Изв. вузов. Физика. - 1998. -№ 9. - С. 8-36.
18. Макаров П.В. Подход физической мезомеханики к моделированию процессов деформации и разрушения // Физическая мезомеханика. - 1998. - Т. 1. - № 1. - C. 61-81.
19. Псахъе С.Г., Моисеенко Д.Д., Смолин А.Ю. и др. Исследование особенностей разрушения хрупких керамических покрытий на основе метода подвижных клеточных автоматов // Физическая мезомеханика. - 1998. - Т. 2. - № 2. - С. 95-100.
20. Панин В.Е., Слосман А.И., Колесова Н.А. Закономерности пластической деформации и разрушения на мезоуровне поверхностей упрочненных образцов при статическом растяжении // ФММ. -
1996. - Т. 82. - № 2. - С. 129-136.
21. Панин В.Е., Панин С.В., Мамаев А.И. Деформационные домены на мезоуровне в деформируемом твердом теле // ДАН. - 1996. -Т. 350. - № 1. - С. 35-38.
22. Панин С.В., Дураков В.Г., Прибытков Г.А. Мезомеханика пластической деформации и разрушения низкоуглеродистой стали с высокопрочным деформируемым покрытием // Физическая мезо-механика. - 1998. - Т 1. - № 2. - С. 51-58.
23. Сыгрямкин В.И., Панин В.Е., Дерюгин Е.Е. и др. Оптико-телевизионные методы исследования и диагностики материалов на мезоуровне // Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов. - Новосибирск: Наука, 1995. - Т. 1. -C. 176-194.
24. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. - М.: Наука, 1977. - 184 с.
25. Панин В.Е., Клименов В.А., Псахъе С.Г. и др. Новые материалы и технологии. Конструирование новых материалов и упрочняющих технологий. - Новосибирск: Наука, 1993. - 152 с.
26. Солоненко О.П., Смирнов А.В., Клименов В.А. и др. Роль границ раздела при формировании сплэтов и структуры покрытий // Физическая мезомеханика. - 1999. - Т. 2. - № 1-2. - С. 123-140.
27. Панин В.Е., Клименов В.А., Безбородов В.П. и др. Особенности формирования, структура и свойства газотермических покрытий, нанесенных в условиях ультразвукового воздействия. - Томск, 1985. - 48 с. / Препринт ТФ СО РАН № 27.
28. Панин В.Е., Клименов В.А., Безбородов В.П. и др. Микроструктура и фазовый состав газотермического покрытия Ni-Cr-B-Si-Fe-C-Al // ФизХОМ. - 1993. - № 2. - С. 100-106.
29. Klimenov VA., Perevalova O.B., Bezborodov VP et al. Investigation of the structural and phase transformations in the plasma-spray powder coatings by powerful ultrasound loading and laser melting // Proc. 14th Int. Thermal Spray Conf., Kobe, Japan. - 1995. - P. 1005-1009.
30. Клименов В.А., Панин В.Е., Безбородов В.П., Перевалова О.Б. и др. Исследование структуры и свойств никелевых порошковых покрытий после оплавления // ФизХОМ. -1997. - № 6. - С. 68-75.
31. Мак Лин Д. Механические свойства металлов. - М. : Металлургия, 1965. - 431 с.
Ъ2. Дударев Е.Ф. Микропластическая деформация и предел текучести поликристаллов. - Томск: Изд-во ТГУ, 1988. - 256 с.
33.Дерюгин Е.Е. Метод элементов релаксации. - Новосибирск: Наука. - 1998. - 253 с.
34. Супрапеди, Тойоока С. Пространственно-временное наблюдение пластической деформации и разрушения методом лазерной спекл-интерферометрии // Физическая мезомеханика. - 1998. - Т. 1. -№ 1. - С . 55-60.
