Введение к работе
Актуальность. В настоящее время непрерывно возрастают требования к увеличению прочности, надежности, выносливости современных инженерных материалов, эксплуатирующихся в различных условиях пластической деформации. Ползучесть является одним из видов пластической деформации, которому подвергаются практически все изделия и конструкции. Однако, несмотря на многолетнюю историю исследований процесса ползучести и накопления обширных знаний о нем, многие важные аспекты ползучести изучены недостаточно. В частности, не установлены закономерности эволюции дислокационных субструктур (ДСС) в широком диапазоне температур и напряжений. Для прогнозирования поведения материала при эксплуатации под действием статических механических нагрузок весьма существенно изучение накопления дефектов и эволюции дефектной субструктуры. Углубленное изучение этих процессов дает возможность прогнозировать временную зависимость деформации ползучести и, следовательно, скорость ползучести, долговечность при ползучести, предельную пластичность при разрушении. Следует ожидать, что это позволит направленно воздействовать на структуру материала с целью повышения сопротивляемости ползучести при одновременном повышении пластичности при разрушении. В тоже время известно, что механические свойства металлических материалов чувствительны к состоянию тонких приповерхностных слоев, поэтому можно ожидать, что изменение удельной поверхностной энергии, вызванное электрическим потенциалом, может существенно сказаться на процессе самоорганизации дефектной подсистемы твердого тела при пластической деформации. Все вышесказанное и определяет актуальность настоящей работы.
Цель работы. Установление закономерностей эволюции тонкой структуры и поверхности разрушения технически чистого алюминия в условиях ползучести с приложением слабого электрического потенциала.
Для реализации цели в работе поставлены следующие задачи:
1) качественные и количественные исследования поверхности
разрушения алюминия при ползучести с приложением электрического
потенциала +1В и без него;
2) исследования тонкой структуры алюминия в исходном состоянии,
ее эволюции при ползучести в стандартных условиях и с приложением
электрического потенциала;
3) исследование закономерностей формирования структурного градиента алюминия при ползучести.
Научная новизна. Впервые выполнены комплексные фрактографи-ческие исследования поверхности разрушения алюминия при ползучести с приложением электрического потенциала +1В. Впервые установлено влияние приложения электрического потенциала к алюминию на изменение тонких параметров структуры и дислокационных субструктур в процессе ползучести. Показано формирование градиентности параметров субструктур при ползучести с приложением электрического потенциала.
Научная и практическая значимость полученных в работе результатов заключается в том, что они расширяют банк экспериментальных данных в физике конденсированного состояния и позволят установить физическую природу влияния электрического потенциала на физические и механические свойства изделий из алюминия, эксплуатирующихся в режимах ползучести. Результаты работы способствуют разработке рекомендаций по электрическому воздействию на изделия из алюминия, эксплуатирующиеся в режиме ползучести.
Результаты работы могут быть использованы студентами и аспирантами, обучающимися по специальностям «Физика конденсированного состояния» и «Физическое материаловедение».
Реализация результатов. Количественные закономерности по влиянию электрического потенциала на скорость ползучести реализованы в научной деятельности: для проведения электрической изоляции элементов испытательной системы от деформируемых наноматериалов с целью исключения влияния электрических зарядов и для модернизации установки для проведения испытаний металлических стекол на ползучесть в Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина; при изучении закономерностей диспергирования зеренно-субзеренной структуры и формирования наноструктуры при пластической деформации в Сибирском физико-техническом институте имени академика В.Д. Кузнецова Томского государственного университета.
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 влияния электрических потенциалов на формоизменение при ударных нагрузках в ООО «Институт электропластической деформации материалов»; при исследовании физических свойств твердых
тел в условиях внешних энергетических воздействий в Институте физики им. Л.В. Киренского СО РАН.
Достоверность полученных результатов обеспечивается комплексным подходом к решению поставленных задач использованных современных широко апробированных методов и методик исследования, применением статистических методов обработки экспериментальных результатов, критическим сопоставлением установленных в работе закономерностей фактам, полученным другими исследователями, справками об использовании результатов работы.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в проведении испытаний на ползучесть с приложением электрического потенциала и без него, в получении данных фрактографических, электронно-микроскопических и др. исследований, в обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании тезисов докладов, материалов и трудов, а также статей по теме диссертации.
Научные результаты, выносимые на защиту:
1) закономерности формирования поверхности разрушения алюминия при ползучести с приложением электрического потенциала и без него;
2) совокупность экспериментальных результатов о структурных пре
вращениях в зоне разрушения алюминия при ползучести с приложением
электрического потенциала +1В и без него;
3) градиентный характер зоны разрушения алюминия при ползучести.
Апробация работы и публикации. Основные результаты
проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: IX, X Международных научно-технических Уральских школах-семинарах металловедов-молодых ученых. Екатеринбург. 2008, 2009; II Международном российско-китайском семинаре «Влияние электромагнитных полей на структуру и характеристики материалов». Москва. 2009; IV Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций. Екатеринбург. 2009; XVII Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов". Самара. 2009; Международном симпозиуме «Перспективные материалы и технологии». Витебск. 2009; Международном семинаре "Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий". Обнинск. 2009; Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых
материалов. Томск. 2009; 48-51 Международных конференциях «Актуальные проблемы прочности». Тольятти. Киев. Витебск. Харьков. 2009-2011; IV Международной школе «Физическое материаловедение». Тольятти. 2009; III, IV международных конференциях «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва. 2009, 2011; V Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов». Екатеринбург. 2009; I, II московских чтениях по проблемам прочности. Москва, Черноголовка. 2009, 2011; XX Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы фазовых и структурных превращений в сталях и сплавах». Екатеринбург. 2010; XIX Петербургских чтениях по проблемам прочности. Санкт-Петербург. 2010; V Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур». Москва. 2010; XI Международной научной школы для молодежи «Материаловедение и металлофизика легких сплавов». Екатеринбург. 2010; VI международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов. Черноголовка. 2010; XVIII республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов «Физика конденсированного состояния: материалы». Гродно. 2010; V Международной школе «Физическое материаловедение» с элементами научной школы для молодежи. Тольятти. 2011.
Работа выполнялась в соответствии с темами НИР ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», 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 2009-2013 г.г.» (госконтракты П332, П411, 02.740.11.0538).
Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 18 печатных работах, из которых 2 монографии и 5 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 состоя-
ния» (технические науки).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, списка литературы из 126 наименований, приложения. Диссертация содержит ПО страниц машинописного текста, в том числе 3 таблицы и 46 рисунков.
