Введение к работе
Актуальность. Одной из фундаментальных проблем физики твердого тела является взаимодействие поля с веществом. В литературе давно и подробно рассматриваются влияния электрических и магнитных полей на физические и механические свойства металлов, обсуждаются наблюдения, связанные с полевым воздействием на материалы. Тем не менее, вопрос о возможном влиянии магнитного поля на пластические свойства немагнитных металлов долго не ставился.
Впервые магнитопластический эффект был обнаружен в 1987 г. группой ученых под руководством профессора Алыпица В.И. Было установлено явление перемещения дислокаций под действием постоянного магнитного поля в кристаллах NaCl в отсутствие механических напряжений, которое в дальнейшем получило название магнитопластического эффекта. Последующие исследования в этой области показали, что магнитопластический эффект приводит к понижению предела текучести, уменьшению микротвердости и внутреннего трения различных монокристаллических материалов. Однако, влияние магнитного поля на пластические свойства поликристаллических металлов, обладающих парамагнитными свойствами, изучено недостаточно.
Особо выделим актуальность и практическую значимость исследований изменения пластических свойств в магнитном поле поликристаллических металлов. Влияние магнитного поля на пластические свойства поликристаллических металлов и сплавов имеет большое значение для оценки изменения свойств материалов энергетических установок, работающих в магнитных полях.
В связи с вышеизложенным диссертационная работа, в которой приводятся результаты исследований влияния постоянного и импульсного магнитных полей на пластические свойства и дислокационную субструктуру поликристаллического алюминия и их анализ, представляется актуальной.
Цель работы. Исследование влияния постоянного и импульсного магнитных полей на микротвердость, параметры ползучести на установившейся стадии и дислокационную структуру поликристаллического алюминия.
Для реализации цели в работе поставлены следующие задачи:
1) исследование изменения микротвердости поликристаллического
алюминия в постоянном и импульсном магнитных полях;
2) установление закономерностей изменения процесса ползучести при
воздействии постоянным магнитным полем;
3) исследование поверхности разрушения поликристаллического
алюминия при ползучести в условиях воздействия постоянного магнитного
поля;
4) анализ формирования и эволюции дислокационных субструктур в
алюминии при ползучести в постоянном магнитном поле.
Научная новизна. Впервые проведены комплексные исследования по установлению влияния слабых магнитных полей на деформационное поведение
и тонкую структуру поликристаллического алюминия марки А85 при микроиндентировании и ползучести.
Установлено, что воздействие постоянным магнитным полем с индукцией до 0,3 Тл и импульсным до 1,2 Тл снижает микротвердость поликристаллического алюминия. Наблюдается линейный характер снижения микротвердости алюминия при воздействии постоянным магнитным полем. Изменение микротвердости после воздействия импульсным магнитным полем имеет характер кривой с насыщением.
Впервые определено, что постоянное магнитное поле в зависимости от его величины может как ускорять процесс ползучести при индукции до 0,1 Тл, так и замедлять в интервале 0,1 - 0,3 Тл. Анализ дефектной субструктуры материала показал, что ползучесть в условиях воздействия магнитного поля 0,3 Тл сопровождается увеличением скалярной плотности дислокаций и дислокационных петель, что приводит к снижению скорости ползучести.
Научная и практическая значимость работы. В диссертационной работе сформирован банк данных и установлены закономерности, расширяющие представления о влиянии магнитных полей на деформационное поведение алюминия. Экспериментальные результаты, полученные в работе, и их анализ могут явиться основой разработки метода диагностики ресурса работоспособности изделий из алюминия, эксплуатирующихся при действии магнитных полей.
Комплексный подход к изучению влияния магнитных полей на микротвердость и ползучесть алюминия способствует более глубокому пониманию физической природы указанного воздействия.
Полученные в работе данные о влиянии магнитных полей на механические свойства алюминия должны учитываться на практике при решении производственных задач, связанных с разработкой перспективных технологических методов обработки металлов, включая новые методы получения нанокристаллических и субмикрокристаллических материалов (например, равноканальное угловое прессование и др.). Кроме того, влияние слабых магнитных полей необходимо учитывать при эксплуатации в режимах ползучести деталей ответственного назначения из алюминия и точных электромеханических приборов.
Результаты работы могут быть использованы студентами и аспирантами, обучающимися по специальностям «Физика конденсированного состояния» и «Физическое материаловедение».
Реализация результатов. Количественные закономерности изменения деформационного поведения материалов в магнитных полях реализованы в научной деятельности: при установлении режимов магнито-термической обработки наноструктурированных сплавов из магнитно-мягких материалов в Институте металловедения и физики металлов им. Г.В. Курдюмова ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина; при изучении свойств наноструктурированных сплавов с памятью формы в Сибирском физико-техническом институте при Томском государственном университете и наноцентре Тамбовского
государственного университета им. Г.Р. Державина. Экспериментальная установка, сконструированная в работе, внедрена в учебный процесс СибГИУ, и используется студентами при изучении курса общей физики.
Результаты работы могут быть использованы: при модификации поверхности металлов и сплавов на электронно-ионно-плазменных установках, разрабатываемых в ЛПЭЭ института сильноточной электроники СО РАН; при исследовании физических свойств твердых тел в сверхсильных стационарных и импульсных магнитных полях в институте физики им. Л.В. Киренского СО РАН.
Достоверность результатов работы обеспечивается комплексным подходом к решению поставленных задач и использованием апробированных методик современного физического материаловедения, анализом литературных источников, применением статистических методов обработки экспериментальных данных, корреляцией полученных результатов с результатами других авторов, справками об использовании результатов работы.
Личный вклад автора состоит в проведении испытаний на ползучесть и микроиндентирование в условиях воздействия магнитными полями, анализе данных фрактограмм поверхности разрушения и картин дислокационной субструктуры алюминия, в обработке полученных данных, сопоставлении полученных результатов с результатами других авторов, формулировании выводов и положений, выносимых на защиту, написании и подготовке статей к публикации.
Научные результаты, выносимые на защиту:
экспериментальные зависимости уменьшения микротвердости алюминия при действии постоянного и импульсного магнитных полей.
немонотонный характер изменения скорости установившейся ползучести алюминия при действии слабого постоянного магнитного поля.
3) закономерности изменения параметров дислокационной субструктуры
и поверхности разрушения алюминия при ползучести в магнитном поле.
Апробация работы и публикации. Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов «Физика конденсированного состояния», 2008, 2009, Гродно; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации», 2008, Новосибирск; V Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем», 2009, Томск; 15-й, 16-й Всероссийских научных конференциях студентов физиков и молодых ученых, 2009, 2010, Кемерово, Волгоград; XLVIII Международной конференции, посвященной памяти М.А. Криштала «Актуальные проблемы прочности», 2009, Тольятти; третьей Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», 2009, Москва; VII Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», 2009, Санкт - Петербург; V Евразийской научно-
практическая конференции «Прочность неоднородных структур», 2010, Москва; VI Всероссийской конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение», 2010, Екатеринбург; VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов, 2010, Москва; Международной научно-технической конференции «Современное материаловедение и нанотехнологии», 2010, Комсомольск-на-Амуре.
Работа выполнялась в соответствии с темами НИР ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», в рамках Аналитической ВЦП "Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2011 годы (проекты 2.1.2/546, 2.1.2/13482), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013г.» (госконтракты П332, П411, 02.740.11.0538).
Результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в 20 печатных работах, из которых 8 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ.
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. Работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, приложений, списка литературы из 134 наименований. Диссертация содержит 146 страниц машинописного текста, в том числе 5 таблиц и 50 рисунков.
