CC BY
1
electroerosive charge have a grain size of about 0.45 microns. The metallographic studies carried out will expand the scope of practical application of powder materials obtained from metal waste of the ZhS6U alloy.
*The work was supported by a grant from the President of the Russian Federation (NSH-596.2022.4).
Key words: waste of heat-resistant alloy ZhS6U, electroerosive dispersion, water, powder, spark plasma sintering, grain size.
УДК 669.01
НАГЛЯДНАЯ МОДЕЛЬ ДИСЛОКАЦИИ И ЕЁ ПОВЕДЕНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ КРИСТАЛЛЕ Амосов Евгений Александрович, к.т.н., доцент (e-mail: amosov-ea@mail.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
В данной статье предложена своеобразная наглядная модель кристалла, содержащего дислокации, отражающее эффект упрочнения кристалла за счёт взаимного торможения дислокациями друг друга при деформации металла.
Ключевые слова: наглядная модель, поведение дислокации, модель кристалла
Как известно, наглядное моделирование, например, в рамках обучения в средней и высшей школе, является достаточно эффективным приёмом при обучении различных технических дисциплин [1-6]. Кроме того, наглядное моделирование развивает у исследователя такой важный навык, как умение проводить аналогии между различными процессами, который часто помогает при решении разнообразных технических и научных задач.
Следует отметить также, что решение вопроса придания металлическому материалу набора необходимых служебных характеристик является подчас сложной задачей и требует применения нестандартного мышления и творческого подхода, и умение представлять структуру и свойства материала необычным образом может быть весьма продуктивным подходом, что и делает такой приём, как наглядное моделирование процесса, одним из способов продуктивного мышления, который может привести в итоге к решению поставленной перед материаловедом производственной задачи.
Рассмотрим следующую своеобразную наглядную модель металлического материала, в котором нет дислокаций. (рисунок 1).
Кристалл в предлагаемой модели уподоблен некоторой книге, имеющей достаточно толстый переплёт. В настоящей модели листы книги являются аналогом кристаллографических плоскостей, а обложка книги - аналогом оболочки металла, сообщающей образцу поверхностное натяжение (которое, как известно из литературы [9], является у металлов достаточно за-
метным по сравнению с жидкостями) и препятствующее перемещению листов книги в вертикальном направлении.
На рисунке 2 представлена модель дислокации в кристалле (зубочистка, вставленная между страницами книги). Как видно из рисунка 2, появление дислокации вызывает изгиб кристаллографических плоскостей, что соответствует действительности, если мы сравним предлагаемую модель
Рисунок 1 - Наглядная модель металлического кристалла
Рисунок 2 - Наглядная модель дислокации в кристалле
Рисунок 3 - Изображение дислокации, полученное с помощью электронного микроскопа [10]
Рисунок 4 - Наглядная модель взаимного торможения дислокаций
дислокации с фото кристаллографических плоскостей, полученных с помощью электронного микроскопа, представленное ниже на рисунке 3.
Таким образом, визуально модельная «дислокация» напоминает реальную дислокацию в кристалле, а это означает, что предлагаемая нами модель вполне может быть использована как простой и наглядный образ искажения кристаллической структуры металла за счёт появления дислокации.
Из литературы известно [11, 12], что пластическую деформацию металла под действием внешней нагрузки можно представить себе как «пробега-ние» дислокации по кристаллу в случае, если напряжение превысит предел текучести материала. Аналогичным образом в нашей модели движение зубочистки своеобразно отражает движение дислокации по кристаллу, и при этом стоит отметить, что для старта движения зубочистки необходимо преодолеть некоторую силу трения, которая является аналогом предела текучести (напряжения, необходимого для старта дислокации в кристалле, то есть, для начала пластической деформации).
Итак, наша упрощённая наглядная модель отражает такую закономерность поведения дислокации, как её старт при достижении механическим напряжением в материале величины предела текучести.
Отметим также, что перемещение зубочистки в рассматриваемой модели требует затрат механической энергии, также, как и перемещение дислокации в кристалле. Действительно, попытка переместить зубочистку по листам книги (аналог смещения дислокации по плоскости скольжения) приводит к необходимости подъёма обложки и части листов книги, то есть, требует затрат механической энергии (работы против силы тяжести). Аналогичным образом, перемещение дислокации требует совершения механической работы (за счёт силы внешнего нагружения материала).
Покажем, что предлагаемая модель отражает тот факт, что накопление дислокаций в металле препятствует их движению, и таким образом, накопление дислокаций является одной из причин уменьшения пластичности материала при механическом нагружении.
Пусть в модельном кристалле имеются две дислокации, расположенные так, как показано на рисунке 4. Допустим, движение правой зубочистки на рисунке по каким-то причинам требует меньших усилий, чем левой. Тогда
очевидно, что наличие левой зубочистки будет создавать дополнительные препятствия для движения правой зубочистки, иначе говоря, одна зубочистка мешает движению другой (аналогично тому, как дислокации создают друг другу помехи для перемещения), поэтому можно считать, ч наша модель своеобразно отражает взаимодействие дислокаций в кристалле.
Определим теперь, отражает ли наша модель существующие представления о том, что скопление дислокаций около какого-то препятствия (частица второй фазы, граница зерна и т.д.) приводит к рождению разрушающей трещины (иначе говоря, возникновению разрывов в кристаллическом материале) [15].
Наглядная модель скопления дислокаций в рамках развиваемых нами представлений изброжена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Наглядная модель скопления дислокаций и образования разрыва в кристалле (трещины) около скопления
Как видно из рисунка 5, скопление зубочисток приводит к приподнимаю листов книги и обложки, и между листами возникает разрыв (если количество зубочисток в месте скопления превышает некоторое критическое значение. Следовательно, наши модельные представления своеобразно отражают и возможный механизм рождения трещины в кристалле - скопление дислокаций около некоторого препятствия в количестве, превышающем некоторое критическое значение [13].
Таким образом, предлагаемая нами модель своеобразно отражает следующие закономерности, присущие дислокациям в металлических кристаллах:
-изгиб кристаллографических плоскостей за счёт появления дислокации, -взаимное торможение дислокациями перемещения друг друга в плоскости скольжения,
-зарождение разрушающей трещины в кристалле в месте образования скопления дислокаций,
-необходимость определённого механического усилия для старта дислокации (и начала пластической деформации металлического кристалла).
Следовательно, предлагаемая наглядная (пусть даже упрощённая) модель отражает основные закономерности поведения дислокаций, которые оказывают существенное влияние на механические свойства материалов.
Данная наглядная модель вполне может быть интересна исследователям -материаловедам и студентам высших учебных заведений, изучающим механические свойства кристаллических материалов на основе металлов и их сплавов.
Список литературы
1. Амосов, Е.А. Физическое моделирование в металловедении / Е.А. Амосов и др. -Самара: СамГТУ, 2012. - 54 с.
2. Амосов, Е.А. Простые модели некоторых процессов / Е.А. Амосов. - LAP, 2012.
- 63 с.
3. Фридман, Л.М. Наглядность и моделирование в обучении / Л.М. Фридман. - М.: Знание, 1984. - 92 с.
4. Артемов, В.А. Психология наглядности при обучении /В.А. Артемов. - М.: Высш. школа, 2008. - 119 с.
5. Осмоловская, И.М. Наглядные методы обучения /И.М. Осмоловская. - М., 2009.
- 192 с.
6. Костченко, Р.Ю. Аналогии в науке и обучении / Р.Ю. Костюченко // Вестник СИБИТ. - №4. - 2017. - С. 136-132.
7. Яворский, Б.М. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / Б.М.
8. Павлов, П.В. Физика твердого тела / П.В. Павлов, А.Ф. Хохлов. - М., 200. - 494
с.
9. 9.Юров, В.М. Размерные эффекты и поверхностное натяжение чистых металлов / В.М. Юров и др. // Успехи современного естествознания. - №7. - 2012. - С.88-93.
10. https://slovar.cc/enc/bse/1993636.html
11. Фридель, Ж. Дислокации /Ж. Фридель. - М.: Мир, 1967. - 643 с.
12. Залужный, А.Г. Дислокации в кристаллах, их движение и упругие свойства /
A.Г. Залужный. - М.: Металлургия, 1990. - 336 с.
13. Бурдуковский, В. Г. Механические свойства металлов и модели разрушения /
B.Г. Бурдуковский. - Екатеринбург, 2020. - 364 с.
14. Лившиц, Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б.Г. Лифшиц и др. - М., 1980. - 320 с.
15. Амосов, А. П. Основы материаловедения и технологии новых материалов / А. П. Амосов. — Самара: СамГТУ, ЭБС АСВ, 2016. — 203 с.
16. Энергетическая модель технологий упрочнения сплавов/ Амосов Е.А.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 2 (2). С. 196-199.
17. Взаимодействие расплава железа и карбосилицида титана/ Латухин Е.И., Амосов Е.А., Умеров Э.Р.// Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 6 (14). С. 54-60.
18. О взаимодействии частиц графита разного размера с расплавом титана в ходе СВС реакции/ Рыбаков А.Д., Амосов Е.А., Умеров Э.Р.// Современные материалы, техника и технологии. 2019. № 5 (26). С. 154-158.
19. Получение порошка нитрида кремния по азидной технологии СВС/ Белова Г.С., Амосов Е.А.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 32-36.
Amosov Evgeniy Aleksandrovich, cand.tech.sci., associate professor
(e-mail: amosov-ea@mail.ru)
Samara state technical university, Samara, Russia
VISUAL MODEL OF DISLOCATION AND ITS BEHAVIOR IN A METAL CRYSTAL
Abstract. In this article, a kind of visual model of a crystal containing dislocations is proposed, reflecting the effect of crystal hardening due to mutual inhibition by dislocations of each other during metal deformation.
Keywords: visual model, dislocation behavior, crystal model
УДК 621.785.532
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ОСАДКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ СУЛЬФАТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ ЭЛЕКТРОЛИЗА Воробьев Юнис Сергеевич, аспирант Агеева Екатерина Владимировна, д.т.н., профессор E-mail: ageevа-ev@yandex.ru Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
Приведены результаты исследования влияния режимов (коэффициента асимметрии и плотности катодного тока) электроосаждения железа на асиметричном переменном токе из сульфатного электролита. Показано, что использование переменного тока (нестационарного режима) позволяет значительно повысить скорость осаждения железа с формированием слоистой структуры осадков.
Ключевые слова: электроосажденное железо, асимметричный ток, толщина железных осадков, слоистая микроструктура.
Железные электрохимические покрытия широко используются в ремонтном производстве для компенсации износа стальных деталей после длительной эксплуатации. Толщина таких покрытий может варьироваться от долей миллиметра до нескольких миллиметров, что позволяет компенсировать износы практически любых автомобильных деталей [1-3].
Электрохимическое железо, используемое для восстановления изношенных деталей, имеет некоторые преимущества перед хромированием, также используемым для этих целей [4-11].
Во-первых, скорость осаждения железа значительно выше, чем скорость осаждения хрома, так как электрохимический эквивалент железа 1,042 г/(А*ч) в три раза больше, чем хрома 0,345 г/(А*ч). Во - вторых, выход металла по току при железнении в 7...8 раз больше, чем Хрома. Если даже принять, что плотность катодного тока при хромировании в 5 раз больше, чем при железнении, то скорость процесса железнения всё равно будет больше, чем скорость процесса электроосаждения хрома примерно в 4.5 раз.
Благодаря своим уникальным свойствам электроосажденное железо может использоваться для получения композиционных электрохимических
