Диссертация (1143855), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Если путьменьше этого расстояния, то дислокационная активность зависит только отпреодоленияслабыхпропорциональна 1препятствий., гдеПриэтомскоростьдислокацийконцентрация слабых препятствий. В магнитномполе число радикальных пар дислокации-препятствия в S состоянии с большимиэнергиями связи уменьшается и таким образом концентрацияэффективныхпрепятствий уменьшается. Это приводит к увеличению скорости дислокацийв1магнитномполеитакимобразомкувеличениюдислокационного пути для идентичного промежутка времениЗависимость среднего дислокационного путиሻот магнитного поляможет бытьзаписана как:гдеи.(1.67),- значения в отсутствии магнитного поля.Слабыепарамагнитныепрепятствиямогутостанавливатьдвижениедислокации только если радикальная пара сформируется в S-состоянии.
ЕслирадикальнаяпаравT-состояниидислокацияпреодолеваетпрепятствиепрактически свободно, следовательно в этом состоянии взаимодействие междудислокацией и препятствием очень слабое.56Авторы отмечают, что протекание тока через проводник не меняеттермоактивационный характер движения дислокаций. Тем не менее скоростьпластических деформаций металлов с током описывается следующим уравнением:гдеਲ਼䁠ਲ਼1 ܿ(1.68),- энергия активации пластических деформаций;напряжение сдвига, здесь-эффективное- приложенное напряжение,напряжения в дальней зоне;- внутренние- критическое напряжение, позволяющееܿдислокации преодолеть сопротивление препятствию.Если длина свободной дислокации (расстояние между непреодолимымипрепятствиями) ܿ , тогда для непроходимых препятствий:где- модуль сдвига,ܿܿ(1.69),- вектор Бюргерса.
Для точечных препятствийСледовательно любое изменение длины дислокацииܿܿ1ܿ.будет оказыватьвлияние на пластичность металлов. И автор делает предположение, что основнаяпричина ЭПЭ заключается в увеличении длины свободного участка дислокации ܿ ,вызванное магнитным полем H:ܿܿ1,(1.70)Наибольшее магнитное поле приходится на поверхность проводника. Такимобразом длина свободной дислокациибольше на поверхности проводника.ܿЭто приводит к тому, что электропластическое течение начинается с поверхности.Рассматривая провод круглого сечения, обычно используемого в экспериментахпо ЭПЭ, магнитное поле на поверхности определяется как:1(1.71),где j - плотность тока и r - радиус проволоки.Введя характерную плотность тока:(1.72),57соответствующую полю, можно переписатьтока:Увеличениедлиныܿܿ1свободнойܿкак функцию от плотности(1.73),дислокацииэлектрического тока приводит к скачку напряженияподܿдействиемпри измерении вэкспериментах по ЭПЭ, так что результирующее напряжениеприводит к такой же скорости пластической деформацииਲ਼,,как при напряжениив отсутствии электрического тока.
Это справедливо если отношениеܿܿв выражении (1.68) не зависит от тока, то есть:ܿ(1.74),ܿВ результате из уравнения (1.73) следует:(1.75),где. Уравнение (1.75) выражает вклад спин-зависимых процессов вмагнитном поле, индуцированном электрическим током в ЭПЭ.Сопоставляя модель магнитнопластического эффекта с результатамиэксперимента, авторы определили значение J0=3.1 кА/мм2 при H0=3.9∙105 А/м дляалюминия и J0=1-1.4 кА/мм2 при H0=1.2∙105-1.7∙105 А/м для меди [74].В работе [75] на основе обзора литературы на ряду с другими возможнымимеханизмами магнитопластического эффекта в слабых и сильных постоянных ипеременных магнитных полях, так же отмечается возможность механизма спинзависимогодепинингадислокаций,т.е.переходпарамагнитнойсвязидислокационное ядро- препятствие из S-состояния в T-состояние под действиемприложенного магнитного поля и дальнейшее термактивационное движениедислокации,такимобразомдислокацияпреодолеваетпрепятствие,способствует повышению деформируемости при приложении давления.58что1.5.2.
Торможение или ускорение трещин при пропускании импульсного токаВ работах [76, 77] на установке, содержащей импульсную разрывнуюмашину с электродинамическим приводом, сверхскоростной фоторегистратор(СФР) и генератор импульсных токов ГИТ, при обеспечении электрическойсхемой их совместную работу, проводились эксперименты на кремнистом железе.Первоначально эксперимент проводился без пропускания тока черезобразец. В этих условиях он неизменно разрушался со средней скоростью 700800 м/с.
В дальнейшем импульсный ток длительностью ~100 мкс и амплитудойплотностью1кА/мм2 пропускали как до так и после старта трещины внаправлении, перпендикулярном к ее трассе.На зависимости конечной длины трещиныот времени включения ГИТ,см. Рисунок 1.16, можно выделить пять областей. В области I, когда импульсныйток пропускали задолго до старта трещины ( < -500 мкс), образцы разрушалисьа)б)Рисунок 1.16 а) Кинетика разрушения: 1 - без включения тока; 2 - с включениемимпульса тока (стрелками показаны моменты включения импульса тока).б) Зависимость конечной длины трещины от задержки включения импульсатока [76].59до конца.
В области II (-500 << -200 мкс) наблюдалась остановка трещины наразных расстояниях от края образца. При этом чем больше , тем меньше путьуспевала проходить трещина. В области III (-200 < с < 0 мкс) исходная трещинавообще неросла. Таким образом, пропускание тока в моменты времени,непосредственно предшествующие страту трещины, наиболее благоприятны сточки зрения предупреждения разрушения. В области IV (0 << 80 мкс), когдаГИТ включался с относительно небольшой задержкой после старта трещины,наблюдалось устойчивое её торможение до полной остановки. Тормозной путьредко превышал 2-3 мм.
И, наконец, в области V (100 мкс) пропусканиеимпульсного тока вызывало, напротив, ускоренный рост трещины с оплавлениемеё берегов.Отличительной особенностью торможения является образование в вершинетрещины "кратера" - сквозного отверстия диаметром от нескольких десятков досотен микрон, края которого носили следы сильного оплавления. Этосвидетельствует о повышении температуры в устье трещины по меньшей мере до1500°C, в то время как нагрев всего образца не превышал нескольких десятков °C.При пропускании импульсного электрического тока в вершине трещиныобразуетсязонаповышеннойтемпературыиподдействиемтепловогорасширения металла происходит снижение растягивающих усилий, что приводитк замедлению трещины.
Помимо этого испарение металла в вершине трещиныпод действием температуры увеличивает диаметр кончика трещины, что так жеуменьшает растягивающие напряжения в вершине трещины и тоже приводит к еёзамедлению.Однако при увеличении амплитуды плотности тока можно ожидать режимиспарения металла в вершине и увеличения скорости распространения трещиныпод силовым действием импульсного магнитного поля.Так же и в слабопроводящих материалах в условиях воздействиявысокочастотными электромагнитными полями может наблюдаться развитиетрещин [78, 79].601.5.3.
Залечивание микротрещин при пропускании импульсного токаВ работе [80] показан механизм залечивания микротрещин при пропусканииимпульсного электрического тока на образцах из стали. Образцы сначаларастягивали до появления трещины. Затем поверхность образца с трещинойотчищали от оксидной плёнки и наносили тонки слой титана. Это выполнялось сцелью повышения адгезионных свойств образовавшихся границ трещины.
Затемпо образцу пропускали несколько импульсов тока и в зависимости от количестваимпульсов тока наблюдалось залечивание трещины, см. Рисунок 1.17а.Залечивание микротрещины авторы статьи описывают за счет термическогонапряжения в вершине трещины при протекании электрического и адгезии стенокIIIРисунок 1.17.
I - Фотографии микротрещины [80]. Сверху вниз соответственно: допропускания электрического токаю, после пропускания одного импульса тока,после 4-х импульсов, после шести, после двенадцати.II -Схематичное изображения процесса залечивания микротрещин придействии импульсного электрического тока [81].61микротрещины под действием этих напряжений, см. Рисунок 1.17б [81].Аналогичное залечивание микротрещин также наблюдаются в работах [82, 83, 84,85, 86].В работе [87] на основе численного моделирования также показано, чтопропускание электрического тока приводит к расплавлению, испарению изалечиванию микротрещин за счет гидродинамического течения материала исближения стенок трещин под действием тепловых напряжений и так жеотмечается проявление данного эффекта и на дефектах других форм (дисковых,цилиндрических).В работе [88] так же говорится, что процесс залечивания микротрещинсопровождается концентрированием плотности тока вблизи микротрещин, чтовызываетэкстремальновысокиетемпературныеградиентыибольшиесжимающие напряжениям, что приводит материл к течению и схлопываниюмикротрещин.
Одновременно производится достаточное тепловыделение, чтобысвязать атомы. Экспериментально это подтверждается на микроструктуре имеханических свойства титанового сплава. Процесс выполняется на короткомвременном диапазоне, позволяет автоматически обнаруживать и воздействоватьнепосредственно на внутренние дефекты металлов, а так же восстанавливатьповреждение без какого-либо восстанавливающего агента или долгого временинагрева.
В работе [88] при помощи программы ANSYS Multiphysics/LS-DYNAполучены распределения температур, градиентов температур и механическийнапряжений вызванных пропусканием тока вблизи микродефектов для титан. НаРисунке 1.18 представлен результат такого расчет для нагрева и ширинымикротрещины от времени.За счет формирования вблизи микродефекта высокой плотности тока инагрева, материал нагревается и вызывает тепловые напряжения, что приводит кдвижению берегов микродефекта к схлопыванию, на Рисунке 1.18 этот процессотмечен как стадия 1. При схлопывании дефекта температура берегов достигаетзначений достаточных для связывания атомов – стадия 2.62Рисунок 1.18 Моделирование нагрева и ширины микродефекта при пропусканиитока [88].На Рисунке 1.19I в разных масштабах приведена микроструктура образцовтитана после предварительного растяжения, на которых видны микродефекты.
Поданному образцу пропустили импульсный электрический ток, в результате наРисунке 1.19II наблюдает улучшение микроструктуры за счет залечиваниямикротрещин.Экспериментальные деформационные зависимости испытуемых титановыхобразцов (см. Рисунок 1.20) выявляют, что пропускание тока приводит кIIIРисунок 1.19 Микроструктура титановых образцов до (I) и после (II) пропусканияимпульсного тока при разных масштабах [88].63Рисунок 1.20 Деформационные зависимости титана [88].увеличению предельных пластических деформаций титана до разрушения иснижению сопротивления титана к деформированию, что так же наблюдается вработах [89, 90, 91] и для других металлов.1.5.4.Изменение плотности дислокаций и рекристаллизацияВ работе [92] при пропускании импульсного тока при квазистатическомдеформировании стали отмечается её упрочнение при приложении относительнонизкого напряжения и разупрочнение с увеличение пластических деформаций доразрушения при приложении относительно высокого напряжения.
На основеснимков микроструктуры, при низком напряжении авторы отмечают устойчивуюструктуру и предполагают, что упрочнение связано со снижением плотностидвижущихсядислокаций,аразупрочнениеприотносительновысокомнапряжении вызвано рекристаллизацией - зарождением и ростом новых зёрен.64Аналогичный процесс снижения плотности дислокаций и рекристаллизациипри пропускании импульсного тока также отмечен в работах [93, 94] для стали.1.21 иллюстрирует данный механизм с точки зрения поведения дислокаций,включающее зарождение и рост дислокационных ячеек или субзёрен иформированиерекристаллизации.наблюдаеттитановомвпрепятствуютсплаведальнейшемуБольшоечислопослехолоднойдвижениюзапутанных дислокацийдислокаций,деформации,какэтокоторыевиднонаРисунке 1.21а.Быстрое распадение запутанных дислокаций и последующая их миграция иперераспределениевызываютсянетепловымдействиемимпульсногоэлектрического тока, как это показано на Рисунке 1.21b.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
