Введение к работе
Актуальность. Необходимость и актуальность исследования ползучести материалов в условиях внешних энергетических воздействий диктуется как научной важностью проблемы, так и требованиями практики.
Нет необходимости особо подчеркивать важность для инженерной практики детального изучения механизмов ползучести и накопления повреждений, а также разрушения при ползучести. Можно рассчитывать, что углубленное изучение этих процессов даст возможность прогнозировать временную зависимость деформации ползучести, и, следовательно, скорость ползучести, долговечность при ползучести и предельную пластичность при разрушении.
Из уже имеющихся работ, связывающих пластические и прочностные свойства металлов с их электронной структурой, известно, что ползучесть металлов изменяется не только при пропускании электрического тока, но и при воздействии электрического и магнитного полей, а также при контакте с металлом, отличающимся от исходного уровнем Ферми. Так в работах академика СТ. Кишкина и А.А. Клыпина была исследована пластическая деформация при наличии электрического воздействия. В ходе анализа полученных экспериментальных данных было установлено, что в любом случае изменения электрического потенциала образца наблюдается изменение скорости ползучести, и характер влияния может быть различный.
Перспективным ігутем исследований в этом направлении является установление влияния слабых электрических потенциалов и контактной разности потенциалов на процесс пластической деформации, в частности, ползучести. Цель работы: установление влияния слабых электрических потенциалов и контактного воздействия металлов с иной электронной плотностью на процессы микроиндентирования и ползучести поликристаллического алюминия при комнатной температуре.
Для реализации поставленной цели в работе решены следующие задачи:
Разработка аппаратурного обеспечения для исследования процессов ползучести и микроиндентирования при воздействии слабыми электрическими потенциалами.
Анализ влияния слабых электрических потенциалов и контактной разности потенциалов на скорость низкотемпературной ползучести поликристаллического алюминия на установившейся стадии.
Установление влияния слабых электрических потенциалов на характер макролокализации пластической деформации при ползучести поликристаллического алюминия.
Установление закономерностей влияния внешнего электрического потенциала и контактной разности потенциалов на микротвердость металлов с разной кристаллической структурой.
Анализ влияния массы подключаемого к исследуемому материалу металла с отличной электронной плотностью на его микро- и нанотвер-
дость.
Научная новизна работы состоит в обнаружении и всестороннем анализе влияния малых электрических потенциалов и контактной разности потенциалов на механические свойства металлов. Впервые показано, что в зависимости от электронного строения металла эти воздействия могут приводить как к пластификации, так и к упрочнению исследуемых материалов. Установлено, что эффект не зависит от знака электрического потенциала и выходит на насыщение при ± 1 В.
Практическая значимость выполненных в работе исследований заключается в том, что обнаруженный эффект влиянии слабых электрических потенциалов на пластическую деформацию металлов и сплавов можно использовать для разработки принципов управления процессами обработки давлением и резанием путем наложения электрических потенциалов или создания контактной разности потенциалов в паре «инструмент - обрабатываемый материал».
Результаты работы способствуют более глубокому пониманию физической природы влияния слабых электрических потенциалов на механические и физические свойства металлов и сплавов и могут быть использованы в университетских курсах лекций по дисциплине «Физика конденсированного состояния» и «Физическое материаловедение».
Личный вклад автора состоит в создании установки по проведению испытаний на ползучесть и компьютерных программ по фиксированию и анализу результатов экспериментов, в проведении экспериментов по установлению влияния слабых электрических потенциалов на скорость ползучести, микро- и нанотвердость алюминия, в обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, подготовке публикаций.
Достоверность полученных экспериментальных результатов обеспечивается корректностью постановки решаемых задач, применением апробированных методов и методик современного физического материаловедения, большим объемом экспериментальных данных, их статистической обработкой, сопоставлением полученных результатов с результатами других авторов.
Положения, выносимые на защиту:
Обнаружен эффект увеличения скорости установившейся ползучести поликристаллического алюминия при наложении малых (до ± 1 В) электрических потенциалов и при создании контактной разности потенциалов за счет подключения к исследуемым образцам алюминия других металлов с отличающейся электронной плотностью.
Закономерности эффекта изменения микро- и нанотвердости металлических материалов при наложении электрических потенциалов и контактной разности при подключении других металлов с отличающейся электронной плотностью состоящие:
в снижении микротвердости при наложении электрических потенциалов в металлах с преимущественно электронной проводимостью (отрицательная постоянная Холла) и повышении - в металлах с преимущественно дырочной проводимостью (положительная постоянная Холла);
в независимости знака и величины эффекта от знака электрического потенциала и выходе эффекта на насыщение при потенциале ± 1 В;
- в повышении микротвердости металла с положительной постоянной
Холла при подключении к нему металла с отрицательной постоянной Хол
ла и наоборот снижении микротвердости при обратном подключении.
3. Зависимость величины эффекта изменения микротвердости от массы подключаемого металла, которая для всех исследуемых пар обнаруживает максимум в интервале 2х 10"3... 10"2 кг. При дальнейшем увеличении массы подключаемого металла величина эффекта уменьшается и в алюминии (отрицательная константа Холла) меняет знак. В остальных материалах с положительной константой Холла величина эффекта уменьшается, но знака не меняет.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: VI Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики: Теория, эксперимент и новые технологии», 2007, Новосибирск; VII Международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов», 2007, Воронеж; Международной конференции «Электрические контакты и электроды ЭК-2007», 2007, Киев; Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения», 2007, 2008, Новокузнецк; XIV Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, 2008, Екатеринбург; V Всероссийской конференции «Механика неоднородных материалов и разрушение», 2008, Екатеринбург; IV Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур», 2008, Москва; XVI Республиканская научная конференция аспирантов, магистрантов и студентов «Физика конденсированного состояния», 2008 Гродно; IV, V Всероссийских конференциях молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем", 2008, 2009, Томск; Всероссийской дистанционной научно - практической конференции «Актуальные проблемы современной физики», 2008, Краснодар; VI Международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах», 2008, Томск; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», 2008, Новосибирск.
Работа выполнялась в соответствии с грантами Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-02-90813-моб_ст), темами НИР ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный универси-
тет», «Томский государственный университет», Учреждении Российской академии наук Института физики прочности и материаловедения СО РАН; ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы» (государственный контракт № 02.442.11.7475); в рамках Аналитической ВЦП "Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2010 годы (проект 2.1.2/546); ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013гг» (государственный контракт № П 411).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 28 печатных работах, из которых 6 - статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Список основных работ приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 169 наименований, содержит 128 страниц машинописного текста, включая 5 таблиц и 57 рисунков.
Похожие диссертации на Влияние электрического потенциала и контактной разности потенциалов на пластическую деформацию металлов
