Введение к работе
Актуальность темы диссертации. К настоящему времени практически не изучен электропластический эффект в условиях одновременного воздействия электрического поля и магнитного поля. Данные по этому вопросу единичны и относятся только к ионным кристаллам. В настоящей работе представлены результаты проведенных исследований по эф-
фекту пластификации в случае двойникования при микроиндентирова-нии монокристаллов висмута с одновременным приложением к образцу внешнего электромагнитного поля. Под внешним электромагнитным полем понимаются постоянное магнитное поле и импульсное электрическое поле. Векторы В и Е были ортогональны друг другу. В этом случае в исследуемых кристаллах висмута возникали два главных фактора пластификации: механический импульс и электрический заряд на поверхности.
К настоящему времени надежно установлено, что основная величина скачка деформации при электропластической обработке металлов осуществляется за счет энергии внутренних напряжений, накопленных в процессе предварительного деформирования. Импульс тока выступает только в качестве инициатора снижения локальных упругих напряжений, и поэтому может быть незначительным по уровню эквивалентного воздействия на дислокационный ансамбль. Вопрос же о природе физического механизма, лежащего в основе инициирования снижения упругих напряжений в дислокационных скоплениях, остается открытым. При пластической деформации двойникованием все дислокации расположены на границе раздела двойник-материнский кристалл. Поэтому в случае тонких двойниковых прослоек скопления двойникующих дислокаций близки по своим свойствам с плоскими дислокационными скоплениями, возникающими в плоскостях скольжения на стадии развитой пластической деформации. Последнее обстоятельство делает возможным простое (без применения метода избирательного травления) наблюдение коллективной неустойчивости скоплений двойникующих дислокаций, которая возникает при пропускании электрического тока большой плотности через кристалл висмута в случае одновременного приложения постоянного магнитного поля.
Связь работы с научными программами. Диссертационные исследования проводились в рамках тем, входящих в Планы важнейших научно-исследовательских работ в области естественных наук по республиканским комплексным программам «Исследование физических закономерностей механического двойникования металлов с гексагональной и ромбоэдрической структурами» (Материал 03). Исследования были частично поддержаны Фондом фундаментальных исследований Республики Беларусь.
Цели и задачи исследования. Целью работы являлись основные закономерности эффекта стимулирования двойникования в монокристаллах висмута на стадии развитой пластической деформации при приложении к образцу постоянного магнитного поля и пропускании через него импульса электрического тока большой плотности.
Для достижения поставленной цели было необходимо выполнить следующие задачи:
разработать методику микроиндентирования кристаллов висмута в условиях воздействия электромагнитного поля на образец;
изготовить экспериментальную установку для исследования процессов пластической деформации при приложении магнитного поля и пропускании электрического тока через кристалл;
исследовать зависимость эффекта пластификации при указанных условиях микроиндентирования от плотности тока в импульсе в большом диапазоне значений^';
исследовать зависимость эффекта пластификации от величины индукции магнитного поля в образце в большом диапазоне значений В;
определить вклад основных факторов пластификации в ЭПД.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являлось микроиндентирование монокристаллов висмута при условии воздействия на них постоянного магнитного поля и импульсного электрического поля. Выбор кристаллов висмута в качестве образцов для исследований обусловлен тем обстоятельством, что Ві является модельным материалом для изучения процесса пластической деформации двойникованием. Предметом исследования являлось стимулирующее воздействие внешнего электромагнитного поля на процесс пластической деформации металлов.
Методология и методы проведенного исследования. Для проведения исследований была создана специальная установка, являющаяся приставкой к стандартному микротвердомеру ПМТ-3, которая позволила исключить все инструментальные эффекты, возникающие при приложении к образцу магнитного поля. Геометрия приложения электрического поля и магнитного поля к образцу была такова что, вектор холловскои
напряженности Ен был всегда перпендикулярен индентируемой плоскости спайности (111). Использовался метод повторного опускания ин-дентора в ту же лунку.
Научная новизна и значимость полученных результатов.
-
Предложен запатентованный способ повышения пластичности детали для обработки металла давлением за счет приложения к металлу электрического и магнитного поля во взаимно перпендикулярных направлениях.
-
Впервые установлено, что на стадии развитой пластической деформации воздействие импульсного электрического поля и постоянного
магнитного поля, приложенных ортогонально друг другу - [BLE), существенно пластифицирует металл двойникованием.'
3. Установлено, что использованный режим микроиндентирования мо
нокристаллов висмута позволяет получить дополнительную пластиче
скую деформацию, которая по своим количественным параметрам
коррелирует с эффектом пластификации, возникающим при воздейст
вии только электрического поля. При этом получено, что плотность
электрического тока в образце в случае одновременного воздействия
полей Е и В ниже на один-два порядка.
-
Обнаружены новые особенности развития пластической деформации двойникованием кристаллов висмута.
-
Установлено влияние поверхностного электрического заряда, возникающего за счет гальваномагнитных эффектов, на процесс пластической деформации в приповерхностных слоях проводящих кристаллов.
Практическая значимость полученных результатов заключается в
возможности разработки новых электротехнологий обработки металлов давлением. Существующие электротехнологии неприменимы для деталей с большим поперечным сечением (25 мм2 и более), что связано с необходимостью пропускания через зону деформации тока большой плотности - порядка 1000 А/мм2 и выше. Способы обработки металлов давлением, базирующиеся на предложенном в данной работе способе приложения электромагнитного поля, позволят снизить плотность тока в образце на несколько порядков.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
установленные закономерности стимулирующего воздействия постоянного магнитного поля и импульсного электрического поля, приложенных в ортогональных направлениях, на двойникование в кристаллах висмута на стадии развитой пластической деформации при микро-индентировании образцов;
физическая модель стимулирующего воздействия ортогональных постоянного магнитного поля и импульсного электрического поля заключающаяся в том, что приложение полей на стадии развитой пластической деформации способствует частичному снижению локальных упругих напряжений на границах раздела двойник-матрица, генерированию двойникующих дислокаций и их трансляции вдоль двойниковых границ.
Личный вклад соискателя. Содержание диссертации отражает личный вклад автора. Он заключается в постановке, совместно с научным руководителем Савенко B.C., целей и задач исследований, создании специального лабораторного оборудования, выполнении эксперименталь-
ных исследований по теме диссертации, физической интерпретации полученных результатов. Другие соавторы выращивали кристаллы висмута и участвовали в проведении измерений.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссерта
ции были представлены и доложены на Всесоюзной конференции
«Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленно
сти», Всесоюзной конференции «Структура и прочность материалов в
широком диапазоне температур», Ш-ей школе-семинаре «Физика и тех
нология электромагнитных воздействий на структуру и механические
свойства кристаллов», Международной конференции «Прочность и пла
стичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий»,
Республиканской научно-технической конференции
"Ресурсосберегающие технологии" в г. Новополоцке, III Международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов», Международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов. Работа обсуждалась на семинарах кафедры физики твердого тела Белгосунивер-ситета.
Опубликованность результатов. По результатам исследований опубликовано 8 статей, 11 тезисов докладов на международных и республиканской конференциях, получен 1 патент. Общее количество страниц опубликованных материалов - 39.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, заключения, списка использованных источников. Полный объем диссертации составляет 115 страниц, иллюстраций - 20 страниц, количество использованных источников -122 наименования.