1. Научные основы технологического наследования микро- и наноразмерной структуры металла поверхностного слоя в процессах комбинированной упрочняющей обработки, эксплуатации и восстановления ответственных деталей машин.
Впервые выявлена проблема механики и разработана теория упрочнения поверхностным пластическим деформированием (ППД). Выполнено теоретическое численное моделирование процессов ППД и показана роль накопленной деформации и степени исчерпания запаса пластичности в технологическом обеспечении долговечности упрочненных деталей машин. Принципиальной новым направлением исследований является рассмотрение формирования и трансформации поверхностного слоя на стадиях механической обработки и последующей эксплуатации деталей как единого процесса непрерывного накопления деформаций и исчерпания запаса пластичности металла, протекающего под влиянием программ и истории нагружения. Представлены концептуальные положения теории технологического наследования, описанные в единых терминах и категориях механики деформируемых твердых тел. Дано решение проблемы повышения качества и долговечности деталей машин на основе раскрытия физических закономерностей формирования и трансформации состояния поверхностного слоя на стадиях жизненного цикла и представлена теория технологического наследования свойств поверхностного слоя деталей машин.
Уровень – соответствует мировому уровню.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.

2. Физические механизмы накопления деформации и исчерпания запаса пластичности металла при сложных немонотонных нагружениях (различной истории нагружения) в процессах упрочнения и эксплуатационного нагружения ответственных деталей машин.
Разработана методология решения задач механики технологического наследования свойств поверхностного слоя деталей машин, а также дано теоретическое описание программ нагружения как ключевых механизмов технологического наследования на стадиях жизненного цикла ответственных деталей машин. Разработаны математические модели для расчетов программ нагружения в виде зависимостей степени деформации сдвига от показателя схемы напряженного состояния на всех стадиях жизненного цикла деталей, учитывающие сложный немонотонный характер нагружения (историю нагружения) и накопления свойств поверхностного слоя при обработке и эксплуатации деталей машин. Представлена разработанная авторами методика оценки полей внутренних напряжений, определены внутренние напряжения в длительно работающем металле на различных этапах его жизненного цикла. Оценено влияние внутренних дальнодействующих напряжений, структурно-фазового состояния и физико-механических свойств на акустические характеристики и на работоспособность технических устройств, разработан комплексный критерий предельного состояния длительно работающего наноструктурированного металла оборудования на различных стадиях его жизненного цикла.
Уровень – соответствует лучшим отечественным образцам.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.

3. Теория формирования и методы нанесения многофункциональных ультрадисперсных сверхтвердых керамических покрытий ответственных деталей машин.
Решены актуальные задачи обеспечения высоких эксплуатационных свойств путем нанесения многофункциональных ультрадисперсных керамических покрытий микродуговым оксидированием (МДО) и электроэрозионным синтезом (ЭЭСП). Разработаны теоретические основы, описывающие физико-химические процессы формирования покрытий, установлена роль наследуемых свойств в обеспечении их качества. Установлено, что МДО и ЭЭСП могут эффективно использоваться в различных областях промышленности с целью создания износостойких, коррозионностойких, диэлектрических, теплостойких, эрозионностойких и других покрытий. Особенностью исследований является получение положительных результатов по комбинированию процессов нанесения многофункциональных покрытий и деформационных методов наноструктурирования металлов и сплавов. Результаты исследований представлены в виде совокупности теоретических и экспериментальных моделей, высокоэнергетических источников, технологий нанесения многофункциональных покрытий и методик их проектирования.
Уровень – соответствует мировому уровню.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.
4. Теория и методы неразрушающего прецизионного ультразвукового и акустико-эмиссионного контроля наноструктурированного состояния металла ответственных деталей машин и технических устройств опасных производственных объектов.
На базе теории технологического наследования представлены математические модели, учитывающие историю нагружения металла поверхностного слоя и описывающие закономерности технологического наследования в терминах и категориях ультразвуковых и акустико-эмиссионных сигналов. Показаны пути повышения долговечности ответственных упрочняемых деталей машин на основе раскрытия физических закономерностей при формировании наследуемых параметров качества поверхностного слоя методами акустической эмиссии и акустической структурометрии, приведены примеры практического применения научных результатов в НИИ и на промышленных предприятиях.
Уровень – соответствует лучшим отечественным образцам.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.

5. Физические механизмы прочности и пластичности деформированного металла ответственных деталей машин при эксплуатации в сложных условиях ползучести, циклической и контактной усталости, интенсивного износа и коррозионного разрушения.
На базе феноменологической теории рассмотрена концепция технического диагностирования потенциально опасного оборудования, оценено влияние процессов, протекающих в длительно работающем металле на его работоспособность, проанализированы существующие и перспективные методы контроля и исследования металла с целью применения их для технического диагностирования. Проведено экспериментальное изучение явлений ползучести, усталости, тепловой и коррозионно-термической усталости с привлечением физических неразрушающих методов (акустических и магнитных) как основы для разработки теоретических положений и критериев оценки работоспособности ТУОПО. Развиты теоретические основы процесса восстановления структурно-фазового состояния длительно работающего основного металла и сварных соединений ТУОПО с привлечением нанотехнологий и даны рекомендации по повышению жаростойкости, оптимизации физико-механических характеристик и структурно-фазового состояния длительно работающих сталей, используемых в тепловой энергетике.
Уровень – превосходит мировой уровень.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.

6. Математическое, методическое и программное обеспечение систем автоматизированного проектирования и контроля качества технологий наноструктурирования и нанесения многофункциональных ультрадисперсных сверхтвердых керамических покрытий на поверхности ответственных деталей машин.
Разработан пакет технологических рекомендаций, принятых к внедрению в авиационной, автомобильной и тракторной промышленности, а также на ряде предприятий горношахтного машиностроения. В основе рекомендаций лежат представления о механике накопления деформаций и исчерпания запаса пластичности металлом поверхностного слоя, физические закономерности влияния накопленных свойств на долговечность упрочненных деталей машин. Указанные закономерности составили расчетный аппарат разработанных проектных методик. Предложена методика автоматизированного проектирования технологических процессов, в основу которой положены установленные закономерности формирования поверхностного слоя на стадиях жизненного цикла деталей машин. Результаты исследований приведены к виду, удобному для инженерного использования при сохранении целостности представлений о наследуемом состоянии поверхностного слоя. Разработана база данных технологического наследования (БДТН), позволяющая накапливать и систематизировать исходные данные, преобразовывать их в требуемые расчетные формы, выполнять автоматизированное проектирование технологии упрочняющей обработки с использованием пакета встроенных специальных программ, в том числе, прошедших официальную регистрацию и включенных в реестр программ для ЭВМ Российского агентства по патентам и товарным знакам.
Уровень – соответствует лучшим отечественным образцам.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.

7. Cпособ получения ультрамелкозернистых структур прокаткой.
При моделировании формирования напряженно-деформированного состояния установлено, что при деформационном наноструктурировании методом равноканального углового прессования качественная картина распределения компонентов тензоров напряжений и деформаций не зависит от особенностей реализации метода. Таким образом, учитывая результаты теоретических исследований закономерности формирования напряженно-деформированного состояния при деформационном наноструктурировании могут быть определены независимо от технической реализации метода обработки. Показано, что для реализации деформационного наноструктурирования необходимым условием является осуществление деформации сдвига в условиях сжатия.
На основе полученных результатов был разработан способ получения ультрамелкозернистых структур прокаткой. Особенностью способа является реализация в процессе обработки схемы деформирования сдвигом в условиях сжатия за счет специальным образом расположенных прокатных валков. Результаты экспериментальных исследований показывают, что увеличение механических свойств материала, обработанного с использованием разработанного способа, действительно связано с реализацией схемы деформирования сдвигом в условиях сжатия. Так, прокатка образца без сдвига не приводит к какому-либо значимому изменению размеров структурных фрагментов, тогда как после прокатки со сдвигом все зерна фрагментированы, наблюдается существенное перераспределение гистограммы размеров фрагментов структуры. Отсутствие сжатия приводит к тому, что микротвердость образцов практически не изменятся, тогда как при наличии сжатия в зоне обработки микротвердость образцов увеличивается на 39%.
Уровень – соответствует лучшим отечественным образцам.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.

8. Взаимосвязи величины остаточных напряжений поверхностного слоя с параметрами, измеряемыми магнитными методами неразрушающего контроля/
Выявлены взаимосвязи расчетной величины остаточных напряжений поверхностного слоя ответственных деталей машин, полученной в результате моделирования, с экспериментально измеренными физическими характеристиками (интенсивностью магнитного шума и коэрцитивной силой), фиксируемыми магнитными методами неразрушающего контроля.
Исследованию подвергались образцы квадратного сечения после 3-х точечного изгиба и образцы кольцевой формы после обработки наружной поверхности поверхностным пластическим деформированием роликам с традиционной формой профиля и роликами со специальной (предложенной научным коллективом) формой профиля.
Разработана методика оценки знака и величины компонент тензора остаточных напряжений на основе использования метода конечных элементов и исследования металла магнитными методами неразрушающего контроля.
Уровень – соответствует лучшим отечественным образцам.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.

9. Конструкции роликов обкатных со специальными формами профиля/
В результате применения для обработки наружных цилиндрических поверхностей роликов обкатных со специальными формами профиля рабочей части металл поверхностного слоя детали при обработке, находясь в условиях сложного напряженного состояния, испытывает пластическую деформацию с неоднократной сменой знака, что приводит к частичному залечиванию дефектов и восстановлению запаса пластичности металла в зонах смены знака деформации.
Результаты исследований показали, что при обработке роликом представленной конструкции накопление деформации и исчерпание запаса пластичности происходит волнообразно. При этом накапливаются значительно меньшие (в 10-12 раз) значения исчерпания запаса пластичности по сравнению с обработкой деталей ППД роликами с постоянным профильным радиусом по ГОСТ 16344-70.
Проведенные исследования показывают, что разработанные конструкции профиля рабочей части обкатного ролика позволяют накапливать большие значения деформаций без разрушения поверхностного слоя и увеличить максимально достижимые значения параметров механического состояния металла поверхностного слоя при обработке.
Уровень – соответствует мировому уровню.
Область использования результатов — машиностроительное производство изделий.