CC BY
63
УДК 537.39:669.15.002
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1358-1360
ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ПОЛЕ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ
© О.А. Троицкий, В.И. Сташенко
Институт машиноведения РАН им. А.А. Благонравова, г. Москва, Российская Федерация, e-mail: [email protected]; [email protected]
Исследовано влияние СВЧ-излучения на процессы пластической деформации в нагруженных образцах нержавеющей стали при действии импульсов тока и СВЧ-излучения. Результаты свидетельствуют о наличии дополнительного механизма пластической деформации в скрещенных полях СВЧ-излучения и магнитного поля тока. Ключевые слова: нержавеющая сталь; пластичность; электромагнитные поля.
Установлено влияние СВЧ-излучения на процесс пластической деформации металла в двух постановках опыта: при активной деформации образцов растяжением и в опытах по релаксации механических напряжений в нагруженных образцах при ориентациях вектора напряженности электрического поля Е СВЧ-излучения продольно оси деформируемых образцов или поперечно. При продольной ориентации вектора Е СВЧ-излучения и суммарном действии тока эффект разупрочнения металла возрастал примерно на 8 % (с 22 до 30 %). Полученные результаты указывают о наличии дополнительного механизма разупрочнения, что не исключает наличие спинового разупрочнения металла или электронного парамагнитного резонанса на механические свойства металла в скрещенных полях СВЧ-излучения и магнитного поля тока.
Электропластический эффект (ЭПЭ) вобрал в себя несколько механизмов [1-2]: 1) действие «электронного ветра» [1-3]; 2) действие пинч-эффект [4]; 3) возможное спиновое разупрочнение металла [5-6].
При изучении влияния СВЧ-излучения на механические свойства металлов была выбрана нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, которая имеет ферро-магнитные железо и никель и парамагнитные примеси, обладающие собственным магнитным моментом и под воздействием внешних полей (под влиянием магнитного поля тока) ориентирующиеся по полю, создавая результирующее поле, превышающее внешние.
На рис. 1 приведены данные измерений скачков снижения напряжений в тонких образцах (200 мкм) при растяжении и действии импульсов тока порядка 1000 А/мм2, длительностью 250 мкс. Верхние данные (в границах пунктирных линий) относятся к тем же образцам при одновременном действии импульсов тока и СВЧ-излучения. Ориентация электрического поля Е СВЧ-излучения продольная. Данные получены на пяти образцах. Видно, что величина скачков разупрочнения ЭПЭ возрастает в поле СВЧ-излучения, что может быть связано со спиновым разупрочнением металла (СРМ).
Для реализации необходимо выполнение условий: а) магнитные поля (МП), а именно собственное магнитное поле импульсного тока, участвующего через
пинч-эффект в создании скачков разупрочнения деформируемого металла в момент прохождения импульсов тока, и электромагнитная компонента СВЧ-излу-чения, должны быть скрещены; б) должно быть обеспечено наличие в образцах термодинамических неравновесных процессов, в частности, генерации свежих дислокаций, что обеспечивается активной деформацией образцов при их растяжения с постоянной скоростью или в прерывистом режиме с чередованием растяжения с паузами релаксации напряжений без снятия нагрузки; в) должен быть обеспечен термодинамический выигрыш между начальным и конечным состоянием системы, что может быть достигнуто путем испытания образцов в прерывистом режиме, когда активная деформация периодически сменяется указанной релаксацией напряжений; г) время распада тг реакционной пары дислокация - парамагнитная примесь из триплетного Г-состояния должно быть меньше времени тт-х обратного перехода пар в синглетное S-сос-тояние, т. е. тг < тт--5, чтобы ситуация не вернулась к исходному состоянию и эффект совместного действия магнитных полей не свелся к нулю.
До. МП»
250 300 3S0 400 450 500 550 600 в, MI lu
Рис. 1. Скачки снижения напряжений при растяжении и действии импульсов тока
2016. Т. 21, вып. 3. Физика
{Нм «ПС 1мая|мымгам>
Расстояние г
Рис. 2. Схема механизма влияния магнитного поля на спиновые степени свободы
Механизм влияния МП на спиновые степени свободы внутри деформируемого твердого тела, включая металл, протекает путем спиновой конверсии (рис. 2). Существуют синглетное ^-состояние с 15,- = 0 и три-плетное Т-состояние с ЕТ,- = 1 реакционных пар (РП) дислокация - парамагнитная примесь (ПП) в реакционной ячейке со спинами S = ±1/2, с чем связано тор-
можение дислокаций. Разница в величине обменной энергии ит и и , т. е. (ит - и) на расстояниях г0 порядка межатомного, например, для ковалентной связи составляет примерно 1 эВ. Под влиянием МП величиной В = 1 Тл состояние РП не может изменяться, поскольку структурному элементу передается энергия не более g В = 10-4 эВ. Здесь g - фактор, который может иметь значение до 2 и более при развитых процессах СК. На больших расстояниях г > г0 разница в величине обменных энергий исчезает, и МП уже не может оказать существенное влияние на структурные перестройки в твердом теле. Тем не менее, на указанном в рисунке окне чувствительности к МП может реализоваться спиновое разупрочнение металла (СРМ).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Троицкий О.А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в ЖЭТФ. 1969. Т. 10. С. 18-22.
2. Багаутдинов А.Я., Громов В.Г., Головин Ю.И., Троицкий О.А. и др. Структура и свойства перспективных металлических материалов. Томск: Изд-во НТЛ, 2007. 575 с.
3. Зуев Л.Б., Громов В.Е., Курилова И.Ф. и др. // ДАН СССР. 1978. Т. 239. № 1. С. 84.
4. Троицкий О.А. Пластическая деформация металла, вызванная пинч-эффектом // Известия АН СССР. 1977. № 6. С. 118-122.
5. МоШяШ, М., Пеыгау V. // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. P. 38123816.
6. МолоцкийМ. // ФТТ. 1991. Т. 33. № 10. С. 3112.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 537.39:669.15.002
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1358-1360
ELECTROPLASTIC EFFECT IN THE FIELD OF MICROWAVE RADIATION
© O.A. Troitskiy, V.I. Stashenko
Institute for Machine Science named after A.A. Blagonravov RAS, Moscow, Russian Federation, e-mail: [email protected]; [email protected]
The influence of microwave radiation on processes of plastic deformation in loaded samples stainless steel under the action of current pulses and microwave radiation is studied. The results indicate the presence of an additional mechanism of plastic deformation in the crossed fields of microwave radiation and magnetic field current.
Key words: stainless steel; ductility; electromagnetic field.
REFERENCES
1. Troickij O.A. Jelektromehanicheskij jeffekt v metallah. Pis'ma v Zhurnaljeksperimental'noj i teoreticheskoj fiziki - JETP Letters, 1969, vol. 10, pp. 18-22.
2. Bagautdinov A.Ja., Gromov V.G., Golovin Ju.I., Troickij O.A. et al. Struktura i svojstva perspektivnyh metallicheskih materialov. Tomsk, Nauchno-tehnicheskaya literatura Publ., 2007. 575 p.
3. Zuev L.B., Gromov V.E., Kurilova I.F. et al. Doklady Akademii nauk SSSR - Proceedings of the USSR Academy of Sciences, 1978, vol. 239, no. 1, p. 84.
4. Troickij O.A. Plasticheskaja deformacija metalla, vyzvannaja pinch-jeffektom. Akademii nauk SSSR - Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR, 1977, no. 6, pp. 118-122.
5. Molotskii M., Fleurov V. J. Phys. Chem. B, 2000, vol. 104, pp. 3812-3816.
6. Molockij M. Fizika tverdogo tela - Physics of the SolidState, 1991, vol. 33, no. 10, p. 3112.
Received 10 April 2016
Троицкий Олег Александрович, Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, г. Москва, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: [email protected]
Troitskiy Oleg Aleksandrovich, Institute for Machine Science named after A.A. Blagonravov RAS, Moscow, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, Main research Worker, e-mail: [email protected]
Сташенко Владимир Иванович, Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, г. Москва, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник, e-mail: [email protected]
Stashenko Vladimir Ivanovich, Institute for Machine Science named after A.A. Blagonravov RAS, Moscow, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Senior Research Worker, Leading Research Worker, e-mail: vis20-11 @rambler.ru
