Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения
Исследовалось влияние импульсов слабого магнитного поля (ИСМП) на характер процессов микропластической деформации (МПД) и деформационного старения (ДС) материала с помощью метода низкочастотного внутреннего трения (ВТ) The low-frequency internal friction method has been used to investigate the influ...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2003 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2003
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167964 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения / О.И. Дацко, В.С. Абрамов // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 84-90. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859626076908552192 |
|---|---|
| author | Дацко, О.И. Абрамов, В.С. |
| author_facet | Дацко, О.И. Абрамов, В.С. |
| citation_txt | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения / О.И. Дацко, В.С. Абрамов // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 84-90. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Исследовалось влияние импульсов слабого магнитного поля (ИСМП) на характер процессов микропластической деформации (МПД) и деформационного старения (ДС) материала с помощью метода низкочастотного внутреннего трения (ВТ)
The low-frequency internal friction method has been used to investigate the influence of weak magnetic field pulses on the character of microplastic deformation, aging processes in materials.
|
| first_indexed | 2025-11-29T10:55:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1
84
PACS: 62.90.+k
О.И. Дацко, В.С. Абрамов
ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСОВ СЛАБОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
НА ПРОЦЕССЫ МИКРОПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
И ДЕФОРМАЦИОННОГО СТАРЕНИЯ
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
83114, г. Донецк, ул. Р. Люксембург, 72
Исследовалось влияние импульсов слабого магнитного поля (ИСМП) на характер
процессов микропластической деформации (МПД) и деформационного старения
(ДС) материала с помощью метода низкочастотного внутреннего трения (ВТ).
Полученные ранее результаты [14] показали, что уровни ВТ, измеренные
в материале до ( 1
1
Q ) и после или во время ( 1
2
Q ) воздействия на него
ИСМП, могут различаться (на 2060%) либо совпадать в зависимости от
структуры материала. Уровни ВТ различаются, когда дислокации взаимодей-
ствуют со стопорами, и совпадают, когда дислокации свободны от послед-
них. Считается [2,5], что эффект воздействия ИСМП обусловлен реакцией
примесно-дефектных комплексов (ПДК) типа дислокациястопоры. В ре-
зультате этой реакции изменяются характер и степень взаимодействия дис-
локаций со стопорами, что приводит к изменению уровня ВТ
( 1
1
1
2
1 QQQ ). Следует ожидать, что в результате механической, тер-
мической или другой обработки материала направленные изменения струк-
турного состояния ПДК приведут к соответствующим изменениям величины
разности рассматриваемых уровней ВТ ( 1Q ). По-видимому, кинетика по-
ведения 1Q в этом случае может дать дополнительную информацию отно-
сительно изменений характера и степени взаимодействия дислокаций со сто-
порами, а также влияния ИСМП на структуру и свойства материала в процес-
се его различных обработок. С этих позиций подходящими объектами для
исследований являются процессы МПД и ДС материала, во время которых в
одном случае дислокации отрываются от стопоров (МПД), а в другом – за-
крепляются ими (ДС). Кроме того, вопрос о влиянии ИСМП на процессы
МПД и ДС представляет самостоятельный интерес.
При решении поставленной задачи воздействие ИСМП на материал вы-
полняли с амплитудой магнитного поля ~ 3105 A/m, длительностью передне-
го фронта импульса ~ 10–4 s, частотой следования импульсов ~ 1 Hz, време-
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1
85
нем воздействия порядка нескольких минут. Информацию о характере изме-
нений дислокационной структуры материала получали с помощью низкочас-
тотной установки ВТ типа обратного крутильного маятника с частотой около
1 Hz. Образцы для исследований в виде прямоугольных призм с размерами
3360 mm изготавливали путем механической обработки литых заготовок.
Исследуемый образец являлся составной частью маятника, располагался в
центре нагревательной печи, которая находилась внутри магнитного соле-
ноида. Это позволяло без демонтажа образца осуществлять его МПД круче-
ния, нагрев, воздействовать на него ИСМП, проводить измерения ВТ.
Исследования по МПД проводили на образцах из оловянистой бронзы
(БрО12). Их деформацию осуществляли в интервале (680)·10–5 путем сту-
пенчатого увеличения амплитуды деформации при крутильных колебаниях
маятника. Параллельно проводили измерения уровня ВТ в зависимости от
задаваемой амплитуды деформации (по числу свободно затухающих колеба-
ний за время уменьшения амплитуды деформации на 2545%). Время изме-
нения уровня ВТ не превышало
1 min, а всей амплитудной зави-
симости – 20 min. Погрешность
измерений составляла около 5%.
Вначале проводили измерения
амплитудной зависимости ВТ в
обычных условиях ( 1
1
Q ), а за-
тем под воздействием на ма-
териал ИСМП ( 1
2
Q ). Послед-
ние измерения выполняли через
несколько суток после первых,
когда структурное состояние ма-
териала становилось аналогич-
ным исходному.
На рис. 1,а представлены ре-
зультаты измерений амплитуд-
ных зависимостей уровня ВТ.
Зависимости имеют обычный
характер, описываемый извест-
ными механизмами МПД [6,7].
Сравнение показывает, что ам-
плитудная зависимость ВТ в
условиях воздействия на мате-
риал ИСМП отличается от тако-
вой при МПД в обычных усло-
виях (кривая 1). Это проявляет-
ся в возникновении более высо-
кого уровня ВТ (за исключени-
ем района амплитуд c
36·10–5), понижении значения
а
б
Рис. 1. Амплитудная зависимость: а уровня
ВТ (в бронзе) в обычных условиях – 1
1
Q (1) и
в условиях воздействия на материал ИСМП –
1
2
Q (2); б разности уровней ВТ
1
1
1
2
1 QQQ
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1
86
первой критической амплитуды деформации c (с 1310–5 до 1010–5), в
уменьшении угла наклона касательной к кривой Q1() на интервале c < <
c и его увеличении при > c .
Наблюдаемое в результате воздействия ИСМП повышение уровня ампли-
тудно-зависимого ВТ (за исключением района амплитуд c ), наиболее
вероятно, связано с происходящими при этом изменениями магнитоактивных
состояний ПДК типа дислокация–стопоры [3,5]. Изменения эти таковы, что
степень взаимодействия дислокаций со стопорами уменьшается. Отсутствие
изменений уровня амплитудной зависимости ВТ в районе амплитуд дефор-
маций c обусловлено тем, что новые дислокации, возникающие при этих
деформациях в материале, в течение некоторого отрезка времени остаются
незаблокированными стопорами, а следовательно, не реагируют на воздейст-
вие ИСМП [3,4].
На рис. 1,б приведена зависимость 1
1
1
2
1 QQQ от амплитуды де-
формации. Как видим, ее величина в процессе МПД изменяется немонотон-
но, обнаруживая аномальное поведение угла наклона касательной к кривой
Q–1(), которое сопровождается изменением знака tg при переходе через
точки экстремумов (максимума и минимума) на кривой Q–1 и постепенно
возрастающими по величине интервалами деформаций, соответствующими
этим изменениям (за исключением интервала c ).
Наиболее вероятно, что поведение Q–1 обусловлено изменением степени
взаимодействия дислокаций со стопорами:
сохранение уровня Q–1 при < c сохранением степени взаимодейст-
вия при движении дислокационных сегментов, закрепленных на концах сто-
порами;
увеличение уровня Q–1 при > c – повышением степени взаимодей-
ствия в процессе отрыва дислокационных сегментов от стопоров в условиях,
когда с ростом амплитуды деформации постепенно преодолеваются более
мощные стопоры;
уменьшение уровня Q–1 при c < < c – наложением двух процессов
(ослабевающего, связанного с отрывом дислокационных сегментов от стопо-
ров, и усиливающегося, вызванного рождением новых дислокаций), в резуль-
тате которого степень взаимодействия постепенно понижается. Этот процесс
происходит с более высокой скоростью, чем предшествующий;
сохранение уровня Q–1 при c – отсутствием взаимодействия но-
вых дислокаций со стопорами, когда в течение некоторого времени после
МПД дислокации остаются незакрепленными стопорами. Очевидно, в этот
момент МПД материал приобретает наиболее высокий уровень пластичности
(или сверхпластичности);
повышение уровня Q–1 при > c – увеличением степени взаимодейст-
вия. Этот процесс идет вначале со скоростью, характерной для процесса,
имеющего место при c < < c , а затем его скорость монотонно уменьша-
ется.
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1
87
Исследования процесса ДС осуществляли на образцах цинка технической
чистоты после МПД материала амплитудами деформаций > c , равными
1·10–3 и 2·10–3 с выдержкой в течение 4 min (при этом в материале возникала
остаточная деформация, равная 5·10–5). Вначале МПД выполняли в обычных
условиях, а затем (через несколько дней, когда материал возвращался в ис-
ходное состояние) под воздействием на материал ИСМП. После прекраще-
ния МДП колебания маятника гасили и проводили измерения уровня ВТ в
амплитудно-независимой области ( 2·10–5). На все это уходило не более 1
min. Затем осуществляли измерения уровня ВТ в зависимости от времени (в
течение 4060 min).
На рис. 2,а представлены результаты измерений временных зависимостей
уровня ВТ. Зависимости имеют обычный характер [6], обусловлены процес-
сами возврата и ДС [6,7], описываются известным [3,5] аналитическим вы-
ражением 411
0
11 ])/][exp([ m
t tQQQQ
. Сравнение (кривые 1, 2)
показывают, что временная зависимость уровня ВТ после МПД в условиях
воздействия на материал ИСМП отличается от временной зависимости уров-
ня ВТ после МПД в обычных условиях. Это проявляется в более высоком
уровне ВТ, более слабом и более продолжительном уменьшении уровня ВТ с
течением времени.
а б
Рис. 2. Временная зависимость: а уровня (амплитудно-независимого) ВТ (в цинке)
после МПД материала в обычных условиях – 1
1
Q (1) и под воздействием на матери-
ал ИСМП – 1
2
Q (2); б разности уровней ВТ 1
1
1
2
1 QQQ
Наблюдаемое в результате воздействия ИСМП повышение уровня ВТ,
очевидно, обусловлено той же причиной, что была указана выше, в случае
исследования МПД материала.
Зависимость Q–1 от времени приведена на рис. 2,б. Ее величина в про-
цессе возврата и ДС материала изменяется немонотонно. Наиболее вероятно,
что поведение Q–1 зависит от изменения степени взаимодействия дислока-
ций со стопорами. Так, сохранение уровня Q–1 при t 2 min обусловлено
отсутствием этого взаимодействия, когда в течение некоторого времени по-
сле МПД дислокации остаются незакрепленными стопорами (напомним, что
измерения уровня ВТ осуществляются в амплитудно-независимой области).
Уменьшение уровня Q–1 при t > 2 min связано с увеличением степени взаи-
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1
88
модействия.
Сохранение уровня Q–1 при t < 2 min имеет место тогда, когда уровни ВТ
( 1
1
Q и 1
2
Q ) резко уменьшаются с течением времени. Это свидетельствует о
том, что в данных условиях в материале происходит резкое уменьшение
плотности незаблокированных дислокаций, за которое, наиболее вероятно,
ответственно явление возврата. Это положение позволяет считать, что про-
цесс ДС в материале начинается через 2 min после МПД. В таком случае для
t1 = 2 min и t2 = 20 min имеют место следующие экспериментальные значения
уровня ВТ: 1
0
Q = 150·10–4; 1
Q = 58·10–4; 1
)2(
Q = 108·10–4; 1
)20(
Q = 61·10–4
(для ДС после МПД в обычных условиях – кривая 1 на
рис. 2,а) и 1
0
Q = 300·10–4; 1
Q = 60·10–4; 1
)2(
Q = 140·10–4; 1
)20(
Q = 73·10–4
(для ДС после МДП в условиях воздействия ИСМП – кривая 2 на рис. 2,а).
По этим значениям из выражений m = ln(lnA1/lnA2)/ln(t1/t2) и m
)/ln()(4 2121 AAtt mm (где )()( 11
0
11
QQQQA t ) было соответст-
венно получено, что m1 = 0.749, m2 = 0.424 и 1 = 24 min, 2 = 42 min.
Как видно, значения m у рассматриваемых процессов ДС отличаются от
единицы. Это говорит о том, что каждый из них не описывается временной
зависимостью типа экспоненты и одним механизмом. Более того, сами про-
цессы отличаются друг от друга различными временными зависимостями,
близкими к степенным, с различными временами релаксации, что свидетельст-
вует в пользу представлений о наличии состояний с фрактальной структурой.
Наиболее вероятно, что такое положение обусловлено наличием различных
структурных состояний дислокаций или ансамбля дислокаций, возникших в ма-
териале после его МПД в обычных условиях и в условиях воздействия на мате-
риал ИСМП.
В этом случае в материале в результате МПД с > c в условиях ИСМП
должно возникать другое, новое структурное состояние ансамбля дислокаций и
значений его параметров, в частности величины энергии активации движения
дислокаций относительно исходного структурного состояния. Для проверки
данного положения использовался следующий прием.
Как известно [68], уровень ВТ релаксационной природы может быть
представлен выражением Q–1 /(1 + 22), где = 0exp(H/RT). В случае,
если >> 1, Q–1 1/, зависимость lnQ–1 ~ –H/RT должна представлять
собой прямую линию. Тогда величина энергии активации может быть найде-
на путем измерения уровня ВТ при различных температурах нагрева мате-
риала T1 и T2 (T1 > T2) и расчета по формуле
)/1/1()ln(ln/ 21
1
1
1
2 TTQQRH .
При рассмотрении этого вопроса МПД материала в условиях воздействия
ИСМП осуществляли при 20; 80; 140 и 200С. Уровень ВТ измеряли в ампли-
тудно-независимой области при различных температурах нагрева материала
после его МПД. Каждое новое измерение уровня ВТ выполняли через неко-
торое время после МПД материала (12 дня) с целью снятия внутренних на-
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1
89
пряжений, возникающих в материале в результате его МПД.
Исследования показали, что уровень ВТ в исходном материале составляет
6.810–3, после МПД с = 110–3 и = 210–3 – соответственно 11.310–3 и
21.510–3, а в условиях воздействия ИСМП – 1510–3 и 36.510–3.
С ростом температуры на-
грева уровень ВТ в материале
в исходном состоянии (до
МПД) и после МПД в услови-
ях воздействия ИСМП моно-
тонно повышается, обнару-
живая более интенсивные из-
менения после МПД материа-
ла (рис. 3).
Полученные зависимости в
координатах lnQ–1 –H/RT
имели линейный характер.
Расчетные значения энергии
активации движения дислока-
ций оказались равными Н =
= 0.05 eV в исходном мате-
риале (до МПД) и Н = 0.06 eV в материале, претерпевшем МПД в условиях
воздействия ИСМП. Этот результат свидетельствует в пользу высказанного
выше положения.
Выводы
1. Показано, что влияние ИСМП на структуру и свойства ПДК материала
типа дислокация–стопоры зависит от степени взаимодействия дислокаций со
стопорами и имеет экстремальный характер. Это положение позволяет пред-
полагать, что влияние ИСМП на структуру и свойства ПДК материала типа
дислокация–стопоры будет иметь экстремальный характер также в зависимо-
сти от различных режимов и условий воздействия ИСМП на материал.
2. Воздействие ИСМП на материал в процессе его МПД оказывает влия-
ние на кинетику процесса МПД и кинетику последующего процесса – ДС
материала.
1. О.И. Дацко, В.И. Алексеенко, А.Д. Шахова, ФТТ 38, 1799 (1996).
2. О.И. Дацко, В.И. Алексеенко, ФТТ 39, 1234 (1997).
3. О.И. Дацко, В.И. Алексеенко, В.Н. Варюхин, Металлофизика и новейшие техноло-
гии 21, № 10, 60 (1999).
4. О.И. Дацко, ФТТ 44, 289 (2002).
5. С.Н. Постников, В.П. Сидоров, А.Б. Иляхинский и др., в сб.: Прикладные проблемы
прочности и пластичности, статика и динамика деформируемых систем, Горьков-
ский ун-т, Горький (1980), с. 138.
6. В.С. Постников, Внутреннее трение в металлах, Металлургия, Москва (1974).
7. М.А. Криштал, С.А. Головин, Внутреннее трение и структура металлов, Металлур-
гия, Москва (1976).
8. Кэ. Тин-суй, в сб.: Упругость и неупругость металлов, Иностранная литература,
Москва (1954), с. 237.
Рис. 3. Температурная зависимость уровня
(амплитудно-независимого) ВТ (в цинке): 1
в исходном материале, 2 после МПД мате-
риала в условиях воздействия ИСМП
Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1
90
O.I. Datsko, V.S. Abramov
INFLUENCE OF WEAK MAGNETIC FIELD PULSES
ON MICROPLASTIC DEFORMATION
AND DEFORMATION AGING PROCESSES
The low-frequency internal friction method has been used to investigate the influence of
weak magnetic field pulses on the character of microplastic deformation, aging processes in
materials.
Fig. 1. The amplitude dependence of: а the internal-friction level (in bronze) in normal
conditions – 1
1
Q (1) and under the influence of weak magnetic field pulses (WMFP) –
1
2
Q (2); б the difference of internal friction levels 1
1
1
2
1 QQQ
Fig. 2. The time dependence of: а the level (amplitude-independent) of internal friction
(in zinc) after the microplastic deformation under normal conditions – 1
1
Q (1) and in con-
ditions of WMFP effect – 1
2
Q (2); б the difference of internal friction levels
1
1
1
2
1 QQQ
Fig. 3. The temperature dependence of the level (amplitude-independent) of internal friction
(in zinc): 1 in original material, 2 past the microplastic deformation under the influence
of WMFP
ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСОВ СЛАБОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ �НА ПРОЦЕССЫ МИКРОПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ �И ДЕФОРМАЦИОННОГО СТАРЕНИЯ
INFLUENCE OF WEAK MAGNETIC FIELD PULSES �ON MICROPLASTIC DEFORMATION �AND DEFORMATION AGING PROCESSES
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167964 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T10:55:18Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дацко, О.И. Абрамов, В.С. 2020-04-18T07:49:15Z 2020-04-18T07:49:15Z 2003 Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения / О.И. Дацко, В.С. Абрамов // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 84-90. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.90.+k https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167964 Исследовалось влияние импульсов слабого магнитного поля (ИСМП) на характер процессов микропластической деформации (МПД) и деформационного старения (ДС) материала с помощью метода низкочастотного внутреннего трения (ВТ) The low-frequency internal friction method has been used to investigate the influence of weak magnetic field pulses on the character of microplastic deformation, aging processes in materials. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения Вплив імпульсів слабкого магнітного поля на процеси мікропластичної деформації і деформаційного старіння Influence of weak magnetic field pulses on microplastic deformation and deformation aging processes Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения Дацко, О.И. Абрамов, В.С. |
| title | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения |
| title_alt | Вплив імпульсів слабкого магнітного поля на процеси мікропластичної деформації і деформаційного старіння Influence of weak magnetic field pulses on microplastic deformation and deformation aging processes |
| title_full | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения |
| title_fullStr | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения |
| title_full_unstemmed | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения |
| title_short | Влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения |
| title_sort | влияние импульсов слабого магнитного поля на процессы микропластической деформации и деформационного старения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167964 |
| work_keys_str_mv | AT dackooi vliânieimpulʹsovslabogomagnitnogopolânaprocessymikroplastičeskoideformaciiideformacionnogostareniâ AT abramovvs vliânieimpulʹsovslabogomagnitnogopolânaprocessymikroplastičeskoideformaciiideformacionnogostareniâ AT dackooi vplivímpulʹsívslabkogomagnítnogopolânaprocesimíkroplastičnoídeformacííídeformacíinogostarínnâ AT abramovvs vplivímpulʹsívslabkogomagnítnogopolânaprocesimíkroplastičnoídeformacííídeformacíinogostarínnâ AT dackooi influenceofweakmagneticfieldpulsesonmicroplasticdeformationanddeformationagingprocesses AT abramovvs influenceofweakmagneticfieldpulsesonmicroplasticdeformationanddeformationagingprocesses |