WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Невский Сергей Андреевич

ВЛИЯНИЕ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ НА РЕЛАКСАЦИЮ НАПРЯЖЕНИЙ В АЛЮМИНИИ

Специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Сибирский государственный индустриальный университет” Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Громов Виктор Евгеньевич

Официальные оппоненты: Шаркеев Юрий Петрович, доктор физико-математических наук, профессор, ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, заведующий лабораторией наноструктурных биокомпозитов Молотков Сергей Григорьевич, кандидат физико-математических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Кузбасская государственная педагогическая академия», доцент кафедры физики и методики преподавания физики Ведущая организация ФГУП Центральный научноисследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина

Защита состоится "5" июня 2012 года в 12 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.04 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Сибирский государственный индустриальный университет” по адресу: 654007, г. Новокузнецк, Кемеровской области, ул.

Кирова, 42. Факс (3843) 46-57-92. E-mail: d212_252_04@sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Сибирского государственного индустриального университета Автореферат разослан «___» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор В.Ф. Горюшкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Экспериментальные исследования пластических и прочностных свойств металлов помимо методов активной деформации и ползучести предусматривают метод релаксации напряжений. Изучение релаксации напряжений важно не только с научной, но и с практической точки зрения. В условиях релаксации напряжений работают все напряженные механические соединения и упруго-напряженные детали. В ряде случаев, при расчетах на прочность, критерии релаксации напряжений становятся решающими. В этой связи актуальной проблемой физики конденсированного состояния и физического материаловедения является разработка способов управления релаксацией напряжений. Одним из таких способов являются внешние энергетические воздействия.

Однако для разработки способов управления пластической деформацией с помощью этих воздействий необходимо изучение физической природы влияния этих воздействий.

К настоящему времени установлено, что обработка токовыми импульсами, сильные электрические и магнитные поля, а также радиационные воздействия оказывают существенное влияние на процессы пластической деформации. Несмотря на большие успехи в этой области, остаются практически не изученными вопросы, связанные с влиянием слабых электрических воздействий, к числу которых относится воздействие слабыми электрическими потенциалами. До сих пор это воздействие исследовалось применительно к деформации ползучести. Релаксация напряжений в условиях приложения электрических потенциалов практически не исследовалась.

Цель работы: выявление закономерностей влияния слабых электрических потенциалов и контактной разности потенциалов на характеристики релаксации напряжений технически чистого алюминия и изменение дислокационной субструктуры.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1. Установить закономерности изменения характеристик процесса релаксации напряжений при влиянии электрического потенциала и контактной разности потенциалов.

2. Проанализировать эволюцию дислокационной субструктуры алюминия при релаксации напряжений как в обычных условиях, так и при воздействии электрического потенциала.

3. Выявить механизм влияния слабых электрических потенциалов и контактной разности потенциалов на релаксацию напряжений.

Научная новизна. Впервые проведены исследования влияния слабых электрических потенциалов на процесс релаксации напряжений в алюминии. Установлено, что при подключении к образцам технически чистого алюминия электрического потенциала от стабилизированного источника питания средняя скорость релаксации напряжений увеличивается, а активационные параметры снижаются. При подключении металлов с иной, чем у алюминия, работой выхода наблюдается немонотонное изменение средней скорости релаксации.

Исследования дислокационной подсистемы материала показали, что в образцах, испытанных на релаксацию напряжений при воздействии электрического потенциала, происходит увеличение объемных долей дислокационных субструктур и скалярной плотности дислокаций.

Предложен механизм влияния слабых электрических потенциалов на релаксацию напряжений, который заключается в том, что при подключении электрического потенциала происходит перераспределение электронной плотности в поверхностных слоях материала, которое приводит к изменению условий самоорганизации дислокационных субструктур, что проявляется в изменении их объемных долей.

Научная и практическая значимость исследования заключается в том, что его результаты способствуют более глубокому пониманию природы влияния слабых энергетических воздействий на структуру и свойства материалов, что позволит разработать принципы управления релаксацией напряжений в деталях ответственного назначения.

Сформированный в работе банк экспериментальных данных об изменении параметров процесса релаксации позволит провести математическое моделирование процесса релаксации напряжений в условиях слабых энергетических воздействий.

Полученные в работе данные о влиянии электрического потенциала на процесс релаксации напряжений могут быть использованы для разработки способов регулирования эффектов упругого механического последействия и эффекта Баушингера при операциях обработки металлов давлением. Рассмотренное внешнее воздействие может быть использовано в качестве способа снижения остаточных напряжений в сварных узлах после сварки проводников при производстве различных электромеханических устройств ответственного назначения.

Результаты работы могут быть использованы при разработке учебных программ и курсов лекций по физике конденсированного состояния и физическому материаловедению.

Реализация результатов. Установленные закономерности изменения параметров процесса релаксации напряжений при воздействии слабых электрических потенциалов реализованы: в ОАО «НИИ Электромеханических приборов» при отработке режимов термоэлектрической тренировки тонкопленочных наборов резисторов и гибридных интегральных схем; в Институте проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины при расчете и анализе напряженно-деформированного состояния деталей, работающих в условиях релаксации напряжений; в НОЦ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета при изучении механических свойств сплавов на основе алюминия, обладающих прерывистой текучестью; в Институте физики им.

Л.В. Киренского СО РАН при изучении электрических свойств материалов для датчиков, чувствительных к слабым электрическим полям; в НИТУ «Московский институт сталей и сплавов» при разработке тестовых механических испытаний на упругое последействие; в ООО «Сибирские промышленные технологии» при отработке операции заневоливания пружин подвески; в ООО «Ремкомплект» при отработке технологий операций листовой штамповки.

Личный вклад состоит в проведении экспериментов по установлению влияния слабых электрических потенциалов на процесс релаксации напряжений, в обработке полученных результатов, формулировке положений, выносимых на защиту, и основных выводов, а также в написании статей, тезисов докладов и подготовке их к публикации.

Достоверность полученных результатов обеспечена корректностью поставленных задач исследования, большим объемом экспериментальных данных и привлечением статистических методов их обработки, анализом литературных данных и критическим сопоставлением установленных в работе закономерностей с результатами других авторов, а также справками об использовании результатов.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Закономерности изменения характеристик релаксации напряжений при слабых электрических воздействиях, заключающиеся:

– в увеличении глубины релаксации, средней скорости релаксации и снижении активационного объема вне зависимости от знака подключаемого потенциала;

– в обнаружении немонотонной зависимости средней скорости релаксации напряжений и активационного объема от контактной разности потенциалов при подключении металлов с отличной от алюминия работой выхода.

2. Совокупность экспериментальных данных, показывающих влияние слабых электрических потенциалов на характеристики дислокационной субструктуры алюминия, которая позволяет установить закономерности изменения этой субструктуры в условиях данных воздействий.

3. Механизм влияния слабых электрических потенциалов, заключающийся в том, что при изменении электрического потенциала поверхности происходит изменение поверхностной энергии, меняющее условия самоорганизации дислокационной субструктуры в поверхностных слоях материала и, соответственно, скорость релаксации напряжений.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы доложены на следующих научных мероприятиях: 3–й Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва, 2009; IV научной школе «Физическое материаловедение», Тольятти, 2009; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, Технологии, Инновации», Новосибирск, 2009; V Научнотехнической конференции «Физические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 2009; Всероссийской Байкальской конференции по наноструктурным материалам:

«Байкал-Нано», Иркутск, 2009; X Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 2009; VI Всероссийской конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение», Екатеринбург, 2010; XVIII республиканской конференции «ФКС - 18», Гродно, 2010; 6-й Международной конференции: «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Черноголовка, 2010; Международной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2010; XXII международной конференции «Релаксационные явления в твердых телах». Воронеж, 2010; Международной научнотехнической конференции «Современное материаловедение и нанотехнологии», Комсомольск на Амуре, 2010; 50-м международном симпозиуме «Актуальные проблемы прочности», Витебск, 2010; VII Всероссийской конференции «Физико-химия неорганических материалов», Москва, 2010; 51-й Международной конференции «Актуальные проблемы прочности», Харьков, 2011; V Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 2011; XVII Международной конференции «Современная техника и технологии», Томск, 2011; V Международной научной школе «Физическое материаловедение», Тольятти, 2011; VI Научнотехнической конференции «Физические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 2011; II Московских чтениях по проблемам прочности, Черноголовка, 2011.

Работа выполнена в рамках грантов ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.г.» (гос. контракт № П411) и РФФИ (проекты 10-07-00172-а; 11-08-90712 - моб_ст).

По материалам диссертации опубликовано 29 печатных работ, в том числе 8 статей в журналах, включенных в Перечень ВАК.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует пункту 1 «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления» паспорта специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния (технические науки).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, приложения и списка цитируемой литературы, включающего 159 наименований. Диссертация включает 136 страниц, 63 рисунка, 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность научной работы, показана научная новизна и практическая ценность исследований, сформулированы положения, выносимые на защиту, излагается личный вклад автора.

Первый раздел «Пластическая деформация в условиях внешних электрических воздействий» является обзорным. В нем проанализировано состояние вопроса о влиянии внешних энергетических воздействий на процесс пластической деформации, приведены основные концепции релаксации механических напряжений. Рассмотрены работы по изучению импульсного токового воздействия и воздействия сильными электростатическими полями. Отмечено, что влияние слабых энергетических воздействий изучено в значительно меньшей степени. В заключительной части сформулирована цель работы и основные задачи.

Во втором разделе «Материал и методика исследований» обоснован выбор материала для исследований и методик экспериментов. Описаны принцип действия и схема установки для испытаний на релаксацию напряжений, способы подключения электрического потенциала, методы обработки релаксационных кривых и определения параметров процесса релаксации. Для выявления изменений тонкой структуры алюминия в процессе релаксации напряжений проводились электронно-микроскопические исследования на просвечивающем электронном микроскопе ЭМ – 125. Приведены методики определения характеристик дефектной субструктуры. Для решения поставленных в работе задач в качестве объекта исследования был выбран технически чистый алюминий А 85, образцы которого подвергались отжигу при температуре 773 К в течении 2-х часов.

Эксперимент на релаксацию напряжений проводился следующим образом. В течение 30 с проводилось нагружение образца, затем по достижении определенного напряжения, которое составляло во всех экспериментах 0 = 57 МПа, нагружение прекращалось, и далее фиксировался спад усилия. Подключение электрического потенциала от стабилизированного источника питания и металлов с разной работой выхода осуществлялось в момент начала релаксации напряжений. Во избежание протекания тока через образец, он и испытательная установка изолировались от земли. Статистическая обработка проводилась по 10 образцам во всех состояниях. Эффект влияния электрических воздействий характеризовался величинами относительных значений средней скорости релаксации и активационного объема, которые определялись как = (el – 0) / 0 ; = (el – 0)/0, где el, el – значения средней скорости релаксации и активационного объема в случае электрического воздействия, 0, 0 – значения данных параметров без воздействия.

В третьем разделе «Результаты экспериментальных исследований релаксации напряжений при изменении электрического потенциала поверхности» рассмотрены результаты исследований релаксации напряжений при влиянии электрического потенциала и контактной разности потенциалов. Установлено, что при подключении потенциала от стабилизированного источника питания средняя скорость релаксации напряжений увеличивается, а активационный объем уменьшается. Причем знак потенциала не играет роли. На рисунке 1 приведены зависимости изменений средней скорости релаксации (кривая 1) и активационного объема (кривая 2). Известно, что пластическая деформация при низких температурах протекает за счет скольжения дислокаций, которое блокировано препятствиями, преодолеваемыми термофлуктуационным путем. При этом активационный объем bld, где b – вектор Бюргерса (b= 0,2нм), d – поперечник локального стопора, l – длина дислокационной петли. Принимаем d b, тогда l / b2. Порядок величины l ~ -1/2, где – плотность дислокации «леса», может определяться средним расстоянием между локальными стопорами. В ГЦК материалах такими стопорами являются дислокации «леса». Оценки плотности дислокаций «леса», частоты колебаний дислокационного сегмента по формуле b, где D 0 D – частота Дебая, b – модуль вектора Бюргерса, – плотность дислокаций, которая вычисляется как = b4/2, показывают, что они увеличиваются с ростом потенциала (таблица 1).

Рисунок 1 – Зависимости относительных значений средней скорости релаксации (1) и активационного объема (2) от электрического потенциала Таблица 1 – Значение активационного объема, плотности дислокаций и частоты колебаний дислокационного сегмента при различных значениях потенциала , В -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1, , 10-27м3 1,19 1,35 1,29 1,70 1,41 1,27 1,, 1011 см-2 4,72 3,67 4,02 2,31 3,36 4,15 3,0, 1010 с-1 1,97 1,73 1,81 1,38 1,65 1,84 1,Влияние контактной разности потенциалов на процесс релаксации напряжений неоднозначно. Рисунок 2а демонстрирует изменение при подключении к образцам металлов с иной, чем у алюминия, работой выхода. Зависимость от возникающей контактной разности потенциалов носит немонотонный характер. В области положительной контактной разности потенциалов резкое возрастание наблюдается при подключении меди, а затем при подключении Ni и Cr она снижается. Присоединение железа не влияет на изменение средней скорости релаксации. Установленные изменения средней скорости релаксации связаны с изменением активационных параметров процесса релаксации напряжений. При подключении металлов с отличной от алюминия работой выхода наблюдается немонотонный характер ,В , В Рисунок 2 – Зависимость относительных значений средней скорости релаксации (а) и активационного объема (б) от контактной разности потенциалов зависимости изменения относительного значения активационного объема от (рисунок 2б). Минимальные значения наблюдаются при подключении меди и титана, а в случае Ni и Zr происходит его увеличение. При подключении свинца значение Pb = 0,02, то есть несколько меньше, чем при подключении титана (Ti = -0,01), но, повидимому, активационный объем должен увеличиваться, так как процесс релаксации в данном случае замедляется (рисунок 2а). Полученные результаты свидетельствуют об изменении частоты колебаний дислокационного сегмента, причем при = 0,15 В и = -0,25 В она будет максимальной. В таблице 2 приведены значения плотности дислокаций и частоты колебаний сегмента. Действительно, при подключении меди и свинца частота колебаний сегмента выше, чем при подключении других металлов.

Установленные выше изменения характеристик процесса релаксации напряжений связаны с изменением его поверхностной энергии. Анализ литературных источников показал, что при электрическом контакте металлов происходит выделение энергии, которая идет на перестройку дислокационной подсистемы материала, что и приводит к изменениям характеристик пластичности. При электрическом контакте алюминия с металлами с отличной работой выхода его поверхностная энергия принимает вид W=W0 + We, где We – составляющая поверхностной энергии, обусловленная перераспределением электронной плотности при электрическом воздействии, W0 – поверхностная энергия в обычных условиях.

Таблица 2 – Изменение плотности дислокаций и частоты колебаний дислокационного сегмента при подключении различных металлов Параметр Подключаемый металл Zr Pb Ti – Fe Cu Ni Cr Плотность 2,30 3,07 3,01 2,97 3,20 3,96 2,16 1,дислокаций, , 1011 см-Частота колебаний 1,37 1,58 1,57 1,56 1,62 1,80 1,33 1,сегмента, 0, 1010 Гц Результаты расчетов составляющей данной энергии по формулам (1) и (2), полученным, исходя из модели плоского конденсатора, согласно которой, образующийся, при изменении электрического состояния поверхности образца, двойной электрический слой представляется как конденсатор, показаны в таблицах 3 и 4.

We.

(1) d1 d1 В случае контакта алюминия со стабилизированным источником питания:

We. (2) d Видно, что при положительной контактной разности потенциалов идет рост величины We (таблица 3), причем при подключении Ni и Сr она больше, чем при подключении меди. Как было указано выше, при подключении Ni и Сr скорость релаксации замедляется, а при подключении Сu увеличивается. Это позволяет предположить двоякую роль изменения поверхностной энергии материала. С одной стороны, это изменение влияет на условия перемещения дислокаций, снижая силу сопротивления их движению и тем самым ускоряя процесс пластической деформации. С другой стороны, оно может способствовать образованию дефектов, блокирующих их перемещение.

Таблица 3 – Значения составляющей поверхностной энергии алюминия, обусловленной перераспределением электронной плотности при контакте с металлами, имеющими разную работу выхода Подключаемый Контактная разность |We|, Дж/мметалл потенциалов , В Цирконий -0,0,0Свинец -0,0,Титан -0,0,Железо 0,0,0Медь 0,0,Никель 0,0,Хром 0,0,При контакте со стабилизированным источником питания (таблица 4) энергия, выделяющаяся с единицы площади образца, за счет релаксации электронной плотности на порядок превышает величину поверхностной энергии материала без подключения потенциала. Выделение такой значительной энергии может повлиять на образование и размножение дислокаций, что не может не отразиться на дефектной субструктуре материала и, как следствие, на параметрах процесса релаксации напряжений.

Таблица 4 - Значения составляющей поверхностной энергии алюминия, обусловленной перераспределением электронной плотности при подключении электрического потенциала от стабилизированного источника питания Потенциал ||, В |We|, Дж/м0,5 5,1 23,1,5 51,Таким образом, предлагаемый механизм влияния электрического потенциала, заключается в следующем: при подключении к алюминию, испытуемому на релаксацию напряжений, электрического потенциала происходит изменение его поверхностной энергии за счет перераспределения электронов, которое интенсифицирует образование дислокаций и меняет условия их перемещения, что должно привести к перестройке его тонкой структуры и, соответственно, увеличению средней скорости релаксации и снижению активационного объема.

Раздел 4 «Влияние электрического потенциала на дислокационную субструктуру алюминия при релаксации напряжений» посвящен изучению эволюции дислокационной субструктуры при воздействии слабых электрических потенциалов Результаты электронно-микроскопических исследований показали, что в случае подключения электрического потенциала и в обычных условиях, в материале наблюдаются четыре типа субструктур: хаотическая, сетчатая, полосовая и фрагментированная.

В области, прилегающей к поверхности нагружения, в обычных условиях преобладает полосовая дислокационная субструктура (рисунок 3 а), тогда как при подключении потенциала ее объемная доля падает, но растет объемная доля равноосных фрагментов (рисунок 3 б).

а б Рисунок 3 – Дислокационные субструктуры при релаксации напряжений полосовая субструктура (а), фрагментированная (б) (область вблизи поверхности нагружения) На рисунке 4 приведены зависимости объемных долей этих дислокационных субструктур. Видно, что объемная доля равноосных фрагментов в поверхностном слое выше, чем в центре образца. Это говорит о том, что фрагментация зерен в поверхностных слоях протекает быстрее, чем в центральном слое. Приложение электрического потенциала увеличивает скорость фрагментации. Наличие субструктур, таких, как полосовая и фрагментированная, говорит о присутствии ротационной моды пластической деформации, проявление которой усиливается с подведением электрических потенциалов.

Основным типом субструктуры в объеме зерен и фрагментов является структура дислокационного хаоса, которая распределена по всему объему структурного элемента, а сетчатая субструктура располагается вблизи его границы. С приложением электрического потенциала в поверхностном слое материала снижается доля хаотической дислокационной субструктуры и, соответственно, увеличивается доля сетчатой субстуктуры.

При потенциале 0,5 В объемная доля хаотической субструктуры составляет 0,87, а при = 1 В – 0,6; тогда как в обычных условиях PV = 0,96. В центральном слое объемная доля дислокационного хаоса в обычных условиях составляет 0,97; при = 0,5 В – 0,865, соответственно при потенциале 1 В РV = 0,94.

Причиной такого расположения хаотической и сетчатой субструктур является несовместность деформации структурных элементов, которая является причиной возникновения изгибных экстинкционных контуров (рисунок 5). Расчет амплитуды полей внутренних дальнодействующих напряжений показал, что в обычных условиях она составляет 248 МПа, а при потенциалах 0,5 В и 1 В – 407 МПа и 300 МПа соответственно.

I II Рисунок 4 – Зависимости объемной доли типов дислокационной субструктуры от приложенного потенциала для разных мест препарирования образцов 1 – в центральной зоне; 2 – на поверхности. I, II – средняя объемная доля полосовой субструктуры и равноосных фрагментов, соответственно Значение скалярной плотности дислокаций составляет при потенциале 0,5 В – 0,61010 см-2, а при потенциале 1 В – 1,45 1010 см-2, тогда как в случае релаксации напряжений без подключения потенциала – 1,13 1010 см-2.

Структура области, удаленной от поверхности нагружения, отличается от области, прилегающей к ней. В ней отсутствует фрагментированная субструктура, объемная доля полосовой субструктуры в обычных условиях незначительна (рисунок 6 в). Основным Рисунок 5 – Изгибные экстинкционные контуры типом субструктуры, как и в области, (область вблизи поверхности нагружения) прилегающей к торцу образца, является субструктура дислокационного хаоса (рисунок 6 а), также выявлено формирование сетчатой субструктуры (рисунок 6 б).

При подключении потенциала 0,5 В объемная доля хаотической субструктуры в объеме зерен и в субграницах полосовой субструктуры уменьшается, тогда как объемная доля сетчатой субстуктуры растет. При потенциале 1 В доля хаотической субструктуры увеличивается, соответственно уменьшается доля сетчатой субструктуры (таблица 5). Объемная доля полосовой субструктуры с ростом потенциала увеличивается до 0,04 при потенциале 0,5 В и до 0,21 при = 1 В. В случае образцов, испытанных без подключения потенциала, ее Pv = 0,03.

Рисунок 6 – Дислокационные субструктуры алюминия, формирующиеся при релаксации напряжений, стрелкой на (г) обозначен изгибный экстинкционный контур (область, удаленная от поверхности нагружения) Таблица 5 – Влияние электрического потенциала на дислокационную субструктуру алюминия Объемная доля PV Потенциал, В Тип ДСС хаотическая сетчатая 0 0,89 0,0,5 0,87 0,1 0,97 0,На рисунке 7 представлены зависимости, демонстрирующие роль величины потенциала в формировании дислокационной субструктуры алюминия, подвергнутого испытанию на релаксацию напряжений в условиях сжатия, в области удаленной от поверхности нагружения.

Из анализа представленных на рисунке 7 зависимостей следует, что приложение электрического потенциала сопровождается существенным (в ~2,5 раза) ростом скалярной плотности дислокаций (кривая 1), снижением в ~2,7 раза линейной плотности изгибных экстинкционных контуров (кривая 3) и в ~1,2 раза величины средних поперечных размеров изгибных экстинкционных контуров (кривая 2). Линейная плотность изгибных экстинкционных контуров связана с потенциалом линейной зависимостью, подчиняющейся уравнению 0,26 0,4133 (коэффициент корреляции r2=0,998), 2,69а плотность дислокаций уравнением: 0,808 1,(r2 = 0,988). Ширина изгибных экстинкционных контуров связана с величиной электрического потенциала уравнением h exp( 0,516 0,7495 0,6064 ) (r2=0,986).

1,1,0,0,1,0, 0,1,2 0,0,0,0,0,0,0,0,0 0,5 1,, В Рисунок 7 – Зависимости скалярной плотности дислокаций (1), средних поперечных размеров изгибных экстинкционных контуров h (2) и линейной плотности изгибных экстинкционных контуров (3) от величины электрического потенциала Амплитуда полей внутренних дальнодействующих напряжений составила при потенциале 0,5 В – 191 МПа, а при потенциале 1 В – 177 МПа. В обычных условиях значение данной амплитуды составляет 153 МПа.

Таким образом, при подключении электрического потенциала к металлу, испытываемому на релаксацию напряжений, происходит перестройка дислокационных субструктур. Это выражается в формировании развитых дислокационных субструктур, характерных для поворотной моды пластичности, что возможно в случае повышения плотности дислокаций. Увеличение плотности дислокаций при подключении электрического потенциала свидетельствует об активизации дислокационных источников, что является возможной причиной повышения скорости релаксации напряжений.

Установленные в работе закономерности изменения параметров дислокационной субструктуры при воздействии потенциала позволяют сделать заключение о том, что предлагаемый механизм влияния электрического потенциала на процесс релаксации напряжений, выдвинутый в разделе 3, может иметь место.

В пятом разделе приведены направления реализации результатов диссертационного исследования.

В приложении приведены справки о практическом использовании результатов диссертационной работы.

Основные выводы:

1. Установлен эффект изменения характеристик процесса релаксации механических напряжений алюминия, который заключается в увеличении средней скорости релаксации в 1,1 раза при = 0,5 В и в 1,5 раза при = 1 В и уменьшении величины активационного объема в 1,2 раза при = 0,5 В и в 1,3 раза при = 1 В.

2. Показано, что контактная разность потенциалов, возникающая при подключении металлов с иной, чем у алюминия, работой выхода приводит к немонотонному изменению средней скорости релаксации в интервале -0,35 < < 0,33 В. Максимум эффекта влияния приходится на значение = +0,16 В (средняя скорость а --см h,нм ;

, мм релаксации увеличивается в 1,3 раза), а минимум на = -0,25 В (средняя скорости релаксации уменьшается в 1,2 раза).

3. Установлены закономерности изменения характеристик дислокационных субструктур в условиях слабых электрических потенциалов, которые заключаются в том, что при подключении к образцам, испытуемым на релаксацию напряжений, слабых электрических потенциалов происходит увеличение объемной доли равноосных фрагментов в 1,6 раза при = 0,5 В и в 3,9 раза при = 1 В в области вблизи поверхности нагружения. Объемная доля полосовой субструктуры в данной области уменьшается в 1,2 раза и в 3,1 раза при = 0,5 В и 1 В соответственно. В области, удаленной от поверхности нагружения, объемная доля полосовой субструктуры увеличивается в 1,3 раза при потенциале 0,5 В и в 7 раз при = В, а фрагментированная субструктура практически отсутствует. Совокупность этих результатов позволяет сделать заключение об усилении ротационной моды пластичности при подключении электрических потенциалов.

4. Обнаружено, что в образцах, испытанных на релаксацию напряжений с подключением электрического потенциала, скалярная плотность дислокаций увеличивается в 2,5 раза в области, удаленной от поверхности нагружения и в 1,3 раза в области вблизи поверхности нагружения при потенциале 1 В по сравнению с образцами, испытанными на релаксацию напряжений без подключения электрического потенциала.

5. Предложен механизм влияния электрического потенциала на процесс релаксации напряжений, заключающийся в изменении поверхностной энергии, вследствие перераспределения электронной плотности, которая приводит к перестройке дислокационной субструктуры, приводящей к увеличению средней скорости релаксации напряжений и снижению активационного объема.

6. Установленный факт увеличения средней скорости релаксации при подключении электрических потенциалов использован: для снижения напряжений в сварном узле при компрессионной сварке алюминиевых проводников в интегральных схемах цифро-аналоговых преобразователей, что позволило улучшить их электрические характеристики (ОАО «НИИ ЭМП»); для минимизации влияния эффекта упругого механического последействия и эффекта Баушингера при операциях листовой штамповки, что позволило повысить выход готовой продукции на 8 % (ООО «Сибпромтех» и ООО «Ремкомплект»).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

В журналах из Перечня ВАК 1. Невский, С. А. Изменение активационного объема процесса релаксации напряжений алюминия при воздействии слабых электрических потенциалов и подключения различных металлов [Текст] / С. А. Невский, С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения – 2010. – № 1. – С. 17–20.

2. Невский, С. А. Релаксация напряжений алюминия при подключении разнородных металлов [Текст] / С. А. Невский, С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки – 2010. – № 6. – С. 49–51.

3. Невский, С. А. Влияние электрического потенциала поверхности алюминия на релаксацию напряжений [Текст] / С. А. Невский, С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Журнал технической физики. – 2011. – Т. 81. – Вып. 6. – С. 133–136.

4. Невский, С. А. Эволюция дислокационной субструктуры алюминия при релаксации напряжений в условиях слабых электрических воздействий [Текст] / С. А.

Невский, Ю. Ф. Иванов, С. В. Коновалов [и др.] // Вопросы материаловедения. – 2011. – № 4. – С. 45–51.

5. Невский С. А. Влияние внешних электрических воздействий на процесс релаксации механических напряжений алюминия [Текст] / С. А. Невский, С. В. Коновалов, С. Н. Кульков [и др.]. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2011. – № 4. – С. 23–26.

6. Иванов, Ю. Ф. Влияние электрического потенциала на процесс перестройки дислокационных субструктур алюминия при релаксации напряжений [Текст] / Ю.

Ф. Иванов, С. А. Невский, С. В. Коновалов [и др.] // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия "Физико-математические науки". – №1(116). – 2011. – С. 78– 81.

7. Петрунин, В. А. О влиянии слабых электрических воздействий на релаксацию механических напряжений в алюминии [Текст] / В. А. Петрунин, С. А. Невский, С. В. Коновалов [и др.] // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия «Естественные и технические науки». – 2011. – № 2 (115). – С. 85–88.

8. Петрунин, В. А. Исследование релаксации напряжений при изменении электрического потенциала поверхности алюминия, деформированного сжатием [Текст] / В. А. Петрунин, С. А. Невский, С. В. Коновалов [и др.] // Вестник Тамбовского университета. Серия «Естественные и технические науки». – 2011. – Т. 16. – Вып.

3. – С. 826–828.

В других изданиях 1. Невский, С. А. Методическое обеспечение исследования релаксации напряжений при внешних энергетических воздействиях [Текст] / С. А. Невский, С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии. – 2009. – Вып. 24. – С. 179–184.

2. Невский, С. А. О влиянии слабых электрических потенциалов на релаксацию напряжений в алюминии [Текст] / С. А. Невский, С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлурги. – 2009.– Вып. 25. – С. 119–123.

3. Невский, С. А. Релаксация напряжений в алюминии при воздействии электрического потенциала [Текст] / С. А. Невский, В. А. Петрунин, С. В. Коновалов [и др.] // Вестник РАЕН. Западно-Сибирское отделение. – 2010. – Вып. 12. – С. 143– 146.

4. Невский, С. А. Возможный механизм релаксации механических напряжений при воздействии электрических потенциалов [Текст] : сб. науч. тр / С. А. Невский, С.

В. Коновалов, В. Е. Громов // Влияние электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов. – Новокузнецк: СибГИУ, 2011. – С. 46–50.

5. Невский, С. А. Влияние электрического потенциала на энергетические параметры процесса релаксации напряжений в алюминии [Текст] / С. А. Невский, С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Материалы 3–й Международной конференции: «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». – Москва: ИМЕТ РАН им.

А.А. Байкова, 2009. – Ч. 1. – С. 151.

6. Невский, С. А. О влиянии электрического потенциала на процесс релаксации напряжений в алюминии / С.А. Невский, С. В. Коновалов, М. В. Пономарева // Сборник трудов X Международной научно-технической Уральской школысеминара металловедов-молодых ученых. – Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2009. – С. 254–256.

7. Невский, С. А. Релаксация напряжений в алюминии в условиях влияния электрических потенциалов [Текст] : сб. тез. докл. / С. А. Невский С. В. Коновалов, В. Е.

Громов // Сборник трудов IV научной школы: «Физическое материаловедение» – Тольятти: ТГУ, 2009. – С. 79–80.

8. Невский, С. А. Роль электрического потенциала в изменении скорости релаксации напряжений алюминия [Текст] : сб. тез. докл. / С. А. Невский С. В. Коновалов, В. Е. Громов // Материалы 6-й Международной конференции: «Фазовые превращения и прочность кристаллов». – Черноголовка: ИФТТ РАН, 2010. – С.143.

9. Невский, С. А. Отклик параметров процесса релаксации напряжений на воздействие электрическими потенциалами [Текст] : сб. материалов / С. А. Невский С.

В. Коновалов, В. Я. Целлермаер [и др.] // Материалы Международной научнотехнической конференции « Современное материаловедение и нанотехнологии».

– Комсомольск на Амуре: КнАГТУ, 2010. – С. 210–213.

10. Невский, С. А. Роль контактной разности потенциалов в изменении активационных параметров процесса релаксации напряжений в алюминии [Текст] : сб.

материалов / С. А. Невский, С. В. Коновалов, М. В. Пономарева [и др.] // Материалы 50-го международного симпозиума «Актуальные проблемы прочности». – Витебск: ИТА НАН Беларуси, 2010. –Т.1 – С. 116.

11. Невский, С. А. Поведение параметров процесса релаксации напряжений алюминия А 85 при воздействии электрического потенциала [Текст] : сб. материалов / С. А. Невский // Сборник материалов VII Всероссийской конференции «Физикохимия неорганических материалов». – Москва: ИМЕТ РАН им. А.А. Байкова, 2010 – С. 509–510.

12. Невский, С. А. Исследование влияния электрического потенциала на величину релаксационной податливости алюминия [Текст] : сб. тез. докл. / С. А. Невский, С. В. Коновалов, М. В. Пономарева [и др.] // Тезисы докладов XXII международной конференции «Релаксационные явления в твердых телах». –Воронеж: ВГТУ.

2010. – С.17–18.

13. Невский, С. А. Влияние электрического потенциала на процесс перестройки дислокационных субструктур алюминия [Текст] : сб. материалов / С. А. Невский, С. В. Коновалов, Ю.Ф.

Иванов [и др.] // Материалы 51-й Международной конференции «Актуальные проблемы прочности». – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2011. – С. 63.

14. Невский, С. А. Влияние электрического потенциала на эволюцию дислокационных субструктур алюминия [Текст] : сб. материалов / С. А. Невский, С. В. Коновалов, М. В. Пономарева [и др.] // Материалы V Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций». – Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2011. – С. 4.

Подписано в печать «__» ______ 2012 г. Формат 60 х Бумага писчая. Печать офсетная Усл. печ.л. Уч.-изд. л. Тираж Заказ Издательский центр ФГБОУ ВПО «СибГИУ», 654007, Новокузнецк, ул. Кирова, 42.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.