CC BY
10PHYSICAL SCIENCES
LOCALIZED STATES OF ELECTRONS ON DOLNIKOWSKI DISLOCATIONS IN TERMS OF
ELECTROELASTICITY
Pakhomov D.V.,
Faculty of Physics and Engineering Mozyr State Pedagogical University named after I.P. Shamyakina
Belarus, Mozyr, Student 28 Savenko V.S., Doctor of Technical Sciences, Professor Mozyr State Pedagogical University named after I.P. Shamyakina
Belarus, Mozyr, Student 28 Timchenko V.N., Student of the Faculty of Physics and Engineering Mozyr State Pedagogical University named after I.P. Shamyakina
Belarus, Mozyr, Student 28 Berezovskaya S.V., Student of the Faculty of Physics and Engineering Mozyr State Pedagogical University named after I.P. Shamyakina
Belarus, Mozyr, Student 28 Okulich I.N. Faculty of Physics and Engineering Mozyr State Pedagogical University named after I.P. Shamyakina
Belaurs, Mozyr, Student 28
ЛОКАЛИЗИРОВАННЫЕ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ НА ДВОЙНИКУЮЩИХ ДИСЛОКАЦИЯХ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧНОСТИ
Пахомов Д.В.,
Студент физико-инженерного факультета Мозырский государственный педагогический университет им. И.П.Шамякина
Беларусь, Мозырь, Студенческая 28 Савенко В.С., Доктор технических наук, профессор Мозырский государственный педагогический университет им. И.П.Шамякина
Беларусь, Мозырь, Студенческая 28 Тимченко В.Н., Студентка физико-инженерного факультета Мозырский государственный педагогический университет им. И.П.Шамякина
Беларусь, Мозырь, Студенческая 28 Березовская С.В., Студентка физико-инженерного факультета Мозырский государственный педагогический университет им. И.П.Шамякина
Беларусь, Мозырь, Студенческая 28 Окулич И.Н.
Студент физико-инженерного факультета Мозырский государственный педагогический университет им. И.П.Шамякина
Белаурсь, Мозырь, Студенческая 28
Abstract
The theoretical and experimental aspects of the realization of electroplastic deformation by twinning of metals are considered. The physical foundations of the kinetics of the development of twinning under conditions of excitation of the electronic subsystem of metals, physical models of new channels for the realization of twinning under conditions of electroplasticity have been established. The mechanisms of the plasticizing effect of the surface electric charge and the contribution of the dynamic pinch effect to the elastic plastic deformation of metals with the participation of their own magnetic changes in the position of dislocation loops with an increase in the probability of separation of dislocations from stoppers.
Аннотация
Рассмотрены теоретические и экспериментальные аспекты реализации электропластической деформации двойникованием металлов. Установлены физические основы кинетики развития двойникования в
условиях возбуждения электронной подсистемы металлов, физические модели новых каналов реализации двойникования в условиях электропластичности. Предложены механизмы пластифицирующего влияния поверхностного электрического заряда и вклад динамического пинч-эффекта в упругой пластической деформации металлов с участием собственного магнитного поля тока, которое обуславливает пондеромо-торные факторы и как следствие ультразвуковую вибрацию решеточной системы с изменением кинетики пластической деформации за счет увеличения амплитуды колебаний прямолинейных дислокаций и периодического изменения позиции дислокационных петель с увеличением вероятности отрыва дислокаций от стопоров.
Keywords: electroplastic deformation, the ponderomotore action of the current, the pinch-effect, skin effect, magnetic field, vortex electric field, pulsed current.
Ключевые слова: электропластическая деформация, пондеромоторное действие тока, пинч-эффект, скин-эффект, магнитное поле, вихревое электрическое поле, импульсный ток.
Пластическая деформация двойникованием осуществляется в случае невозможности протекания скольжения, например, при ориентационном запрете, при больших скоростях нагружения, а также при низких температурах. Двойникование начинается у концентраторов напряжений, развитие двойников осуществляется с большими скоростями, и напряжения деформации на границах двойников часто приводят к разрушению материала. Таким образом, если бы удалось контролировать развитие двойникования, снижать концентрацию напряжений на границах двойников, появилась бы реальная возможность использовать двойникование, как резерв пластичности материала. Кроме того, двойниковые границы естественные препятствия для полных дислокаций, поэтому созданием в кристаллической решетке системы тонких двойников, возможно эффективно упрочнять материал Возникающий электропластический эффект при действии одиночными импульсами тока во время деформации кристаллов растяжением и сжатием, проявляется в скачкообразных удлинениях образцов при прохождении импульса тока без существенного теплового эффекта и тепловой ди-латации образцов. Электропластический эффект обусловлен ускорением пластического течения металла потоком электронов проводимости, которые находятся в дрейфовом движении под влиянием
электромагнитного поля, или действием «электронного ветра» внутри деформируемого металла, то есть помимо джоулевого эффекта, свободные электроны способны оказывать особое специфическое электропластическое действие на металл, находящийся под механическими напряжениями выше предела текучести. [1-4]
В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния импульсного тока плотностью 103 А/мм2 и длительностью 10-4 с, частотой 600800 Гц на реализацию электропластической деформации. Возникающий электропластический эффект при действии одиночными импульсами тока во время деформации кристаллов растяжением и сжатием, проявляется в скачкообразных удлинениях образцов при прохождении импульса тока без какого-либо существенного теплового эффекта и тепловой дилатации образцов. Электропластический эффект обусловлен ускорением пластического течения металла потоком электронов проводимости, которые находятся в дрейфовом движении под влиянием электромагнитного поля, или действием «электронного ветра» внутри деформируемого металла, то есть помимо джоулевого эффекта, свободные электроны способны оказывать особое специфическое электропластическое действие на металл, находящийся под механическими напряжениями выше предела текучести. [1-4]
Рис.1.
Рис.2.
В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния импульсного тока плотностью 103 А/мм2 и длительностью 10-4 с, частотой 600-800 Гц на реализацию электропластической деформации. В течение по-
следних лет активно развиваются физические модели, описывающие влияние внешних энергетических воздействий на физико-механические характеристики металлов с целью их модификации за счет понижения дислокационных потенциальных барьеров и уменьшения стартовых напряжений для
срыва дислокаций со стопоров. Предложен один из возможных механизмов электронно-пластического эффекта (ЭПЭ) -при возбуждении локализованных состояний электронов на дислокациях в условиях внешних энергетических воздействий.
Электроны локализуются на положительной части деформационного потенциала дислокаций:
где ф - угол между векторами^ и г, v - коэффициент Пуассона, ze - заряд иона, ь - вектор Бюр-герса.
Внешние энергетические воздействия возбуждают локализованные электронные состояния на потенциале, при этом, очевидно, происходит размытие их волновых функций. Увеличение электронной плотности в ядре дислокаций понижает величину потенциального барьера Пайерлса-Набарро. Уменьшением крутизны рельефа этого барьера также объясняется и механизм магнитно-пластического эффекта в nacl и а1, суть которого заключается в перемещении под действием магнитного поля дислокаций в ненагруженных исследуемых кристаллах. До помещения кристалла в магнитное поле дислокации находятся в равновесии, зависая в дальнодействующем поле внутренних напряжений на локальных барьерах, связанных с точечными дефектами и рельефом Пайерлса. Понижая величину последнего наложением магнитного поля, можно привести дислокации в движение. Однако подобный механизм может быть применим для ионных и ковалентных кристаллов, в металлах же высота барьеров типа Пайерлса-Набарро невелика и величина активационного объема для них на несколько порядков меньше, чем для потенциальных барьеров, создаваемых другими дислокациями и точечными дефектами.
Рассмотрение наиболее вероятных механизмов влияния электромагнитных полей на пластическую деформацию металлов следует проводить с учетом состояния поверхности кристалла, так как возбуждение электронной подсистемы кристалла электромагнитным полем приводит к изменению его поверхностной энергии. При деформациях металлов выше придела текучести, движущиеся дислокации взаимодействуя со свободной поверхностью, приобретают избыточную свободную энергию, становятся неустойчивыми и стремятся выйти на поверхность кристалла. Следует отметить, что краевая дислокация притягивается к поверхности силой «зеркального изображения», которая определяется медленно меняющимся логарифмическим потенциалом. Вместе с тем выход дислокации на поверхность сопровождается появлением характерной ступеньки. При этом на создание новой ячейки затрачивается энергия Ь2 • у, где у - поверхностная энергия. Эта сила распределяется к оси кристалла на полуширину дислокации порядка нескольких ь и в непосредственной близости от поверхности может преобладать над силой «зеркального изображения». Поэтому уменьшение поверхностной энергии металла облегчит выход дислокаций одного знака на поверхность и приведет к увеличению скорости
пластической деформации и уменьшению деформационного наклепа. В то же время увеличение поверхностной энергии интенсифицирует работу поверхностных источников дислокаций за счет компенсации силы «зеркального изображения».
Проблема влияниясостояния поверхности твердых тел, в частности металлов, на их механические и физические свойства в настоящее время, является одной из наиболее актуальных и сложных в физике твердого тела и имеет большое прикладное значение.
В случае металлов, полуметаллов и полупроводников изменение поверхностной энергии может быть достигнуто в результате создания в кристалле поля Холла при одновременном наложении в ортогональных направлениях электрического и магнитного полей.
Поверхностный электрический заряд может оказывать пластифицирующее действие за счет изменения поверхностной энергии. Механические напряжения в кристалле, создаваемые силой Ампера, действуют во всем объеме образца. Поэтому, увеличивая нагрузку на индентор, можно вычленить вклад импульсного механического поля и электрического поля Холла в наблюдаемом суммарном эффекте пластификации. Экспериментально получено, что отношение средней диагонали <d> отпечатка алмазной пирамидки при наличии заряда на индентируемой плоскости (111) монокристаллов висмута к средней диагонали <d0> отпечатка в отсутствие заряда практически постоянно и не зависит от нагрузки на индентор Р и равно <d>/<d0> ~ 1,3. Следовательно, по отношению <d><L>, где (L) - средняя длина механического двойника на плоскости спайности (111), можно судить о степени пластифицирующего действия поверхностного электрического заряда, появляющегося в результате холловской поляризации образца. Последнее возможно благодаря тому, что двойниковая граница представляет собой набор двойнику-ющих дислокаций, дислокаций леса, каждая из которых в данном случае взаимодействует со свободной поверхностью, имеющей различное энергетическое состояние. С ростом напряженности электрического поля в кристалле во время деформации, увеличивается пробег и генерирование двойникующих дислокаций с преобладанием процессов возбуждения дислокационных источников со стадиями развития двойников: образования и трансляции двойникующих дислокаций вдоль готовой поверхности раздела двойников. Двойники обычно зарождаются на дислокационных скоплениях и приводят к релаксации внутренних напряжений. В условиях электропластичности релаксация внутренних напряжений осуществляется в результате развития новых двойников как на скоплениях полныхдислокаций,так и на скоплениях двойнику-ющих дислокаций, при этом разряжаются дислокационные скопления и уменьшается вероятность хрупкого разрушения в перенапряженных местах материала. Таким образом, в условиях электропластичности одновременное действие нагрузки выше
предела и электрических импульсов дает возможность дополнительной пластификации материала за счет двойниковани с увеличением резерва пластичности
References
1. Savenko, V.S. Electroplasticeffect under the simultaneous superposition and magnetic fields/ V.S. Savenko// Journal of applied physics. - 1999. -№5. -Р1-4.
2. Khrushchev M.M., Troitskiy O.A., Stashenko V.I., LevinI.S. (2017), Change in the phase composition of steel under the influence of current pulses and
microwave radiation under deformation, Ferrous metallurgy, 7, 82-87.
3. Krajewski,A.,Wlosinski W., Chmielewski T., Kolodziejczak P. (2012), Ultrasonic-vibration assisted arc-welding of aluminum alloys, Bulletin of the Polish Academy of Technical Sciences, 60 (4),841-852.
4. SavenkoV.S.(2017), The contribution of pon-deromotive factors to the realization of electroplastic deformation / V.S. Savenko, O.A. Troitsky, A.G. Sili-vonets // Izvestiya NAN RB,A series of physical and technical sciences, 1, 85-91.
MATHEMATICAL MODELING OF THE MOTION OF A MATERIAL POINT OF MASS m ALONG
A SPIRAL TRAJECTORY
Gurevich G.,
Doctor in Physics and Mathematics, Institute for Integration and Professional Adaptation,
Israel, Netanya Lutmanov S.,
PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor, Perm State University, Russia, Perm
Ilyev O.,
Dr.-Engineer (energetic), Israel, Netanya Institute for Integration and Professional Adaptation,
Russia, Moscow
Pensky O.
Doctor of Technical Sciences, Professor, Perm State University, Russia, Perm
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ МАССЫ m ПО СПИРАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИИ
Гуревич Г.С.,
Доктор физико-математических наук, Институт интеграции и профессиональной адаптации,
Израиль, г. Нетания Лутманов С.В.,
Кандидат физико-математических наук, доцент, Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия, г.Пермь Ильев О.И., Др .— инженер (энергетик) Институт интеграции и профессиональной адаптации,
Израиль, г. Нетания Пенский О.Г. Доктор технических наук, профессор, Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия, г.Пермь
Abstract
The first part of the article examines the motion of a material point of mass m along a spiral trajectory.
The interaction with the environment of a material point of mass m, moving along a spiral trajectory, is described.
A vector form of the equation is introduced to describe the motion of a material point of mass m along a spiral trajectory.
The second part of the article provides evidence that a material point of mass m, flying out of the central force field, it moves only along a spiral trajectory.
