Деловая слава России


Новости




Экспертное мнение

Деловая слава России » Российская инженерная академия » Сверхпластичность металлов

Российская инженерная академия, Наука: Сверхпластичность металлов - 23-09-2010, 09:37

 

 

Генрих Степанович Ивасышин,

 доктор технических наук, профессор,

руководитель учебно-научного центра

инновационной нанотрибологии

Псковского государственного

политехнического института,

председатель Псковского отделения РИА,

заслуженный инженер России.

 

 

 

Наука не стоит на месте


 

 «...Если кто­то заявляет, что знает, что такое квантовая теория,

он не понял ее...»

Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии, 1965.

 

«...существует оценка, что 30% валового национального продукта США

зависит от приложений квантовой меха-ники в той или иной форме.

Неплохо для теории, которую никто не понимает...»

Питер Эткинз.

 

 

Рассматриваются трибофизические модели на основе реализации углеродно-азотного и протон-протонного циклов холодного ядерного синтеза, в результате которых в зоне трения (внутреннего и внешнего) водород превращается в гелий. Приложения феноменологической квантовой теории трения, сверхпластичности и сверхпроводимости в той или иной форме могут быть использованы при изготовлении сложных крупногабаритных деталей авиационно-космической техники, а также в электроэнергетике.

 

Инновационно­ориентированное развитие российской экономики возможно только на основе превращения науки в реальную производительную силу путем создания и эффективного использования научных открытий, патентов. Использование пар трения с гелиевым изнашиванием даст возможность управлять трением (за счет сверхтекучести гелия) в микротрибосистемах.

 

Цель настоящей работы — обеспечение условий управления трением (внутренним и внешним) и сверхпластичностью на основе синтеза гелия в объемных и поверхностных слоях пар трения, а также на основе квантовой теории трения, сверхпластичности.

 

Постановка задач:


 Создание трибофизических моделей на основе реализации углеродно­азотного и протон-протонного циклов холодного ядерного синтеза, в результате которых в зоне трения (внутреннего и внешнего) водород превращается в гелий;

 Создание феноменологических основ квантовой теории трения, сверхпластичности и сверхпроводимости.

 

       

 

Сверхпластичность металлов
     

Рис. 1. Модель магмы-плазмы.


1 — исходная структура;

2 — расплавленная структура;
3 — плазма;

4 — электроны трибоэмиссии;
5 — атомы, фотоны, фононы, ионы, возбужденные молекулы, быстрые электроны.

 

 

 

И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов, анализируя критические точки, характеризующие условия перехода от одного вида фрикционного взаимодействия к другому утверждали: «Отдельные участки тонкого поверхностного слоя металла вследствие развивающихся на них при трении значительных напряжений и деформаций, а также высоких контактных температур переходят в особое активизированное неустойчивое состояние. Это состояние позже П. А. Тиссен назовет «магма­плазма». Вещество в таком состоянии способно вступать в реакции с материалом контртела и окружающей средой, причем даже с нейтральными газами».

 

Этот процесс (рис. 1) сопровождается, в частности, механоэмиссионными и механохимическими процессами, химическими реакциями, газоразрядными процессами, синтезом некоторых веществ, а также возникновением частиц с большой энергией, возбужденных молекул, атомов, ионов, быстрых электронов, фононов (звуковых квантов), фотонов (квантов электромагнитного излучения).

 

       

Закономерность аддитивности диффузионного магнитного последействия в объемных частях и поверхностных слоях пар трения из ферромагнитных материалов и сплавов (научное открытие, диплом № 289).

 

В упругой и пластической областях твердых тел в зоне их фрикционного контакта происходит суммирование (аддитивность) диффузионных магнитных последействий, сопровождающих упругие и пластические последействия, определяющая поведение внедренных атомов углерода и азота и обусловленная направленным перемещением дислокаций, несущих внедренные атомы углерода и азота в зону фрикционного контакта из упругой и пластической областей пары трения и влияющих на структуру и подвижность доменных стенок.

 

Создана трибофизическая модель на основе реализации углеродно­азотного цикла холодного ядерного синтеза, в результате которого в зоне трения (внутреннего и внешнего) водород превращается в гелий.

 

Использование водорода в качестве топлива в автомобильном двигателе, а также развитие водородной энергетики актуализирует создание материалов на основе указанного научного открытия для пар трения с гелиевым изнашиванием в трибосистемах с возможностью подавления водородного изнашивания на основе реализации углеродно­азотного цикла (эффекта) в зоне трения. Использование пар трения с гелиевым изнашиванием даст возможность управлять трением (за счет сверхтекучести гелия) в микротрибосистемах.

 

Представляют интерес результаты экспериментальных исследований. О. В. Клявин считает, в частности, что «… гелий как среда может оказывать влияние на механические характеристики и дислокационную структуру кристаллических материалов». И далее: «… Благодаря полной химической инертности, весьма малой массе и размерам атомов гелия можно предположить, что они могут проникать в кристаллическую решетку, когда она находится в механически активированном состоянии по дефектам, возникающим в процессе пластической деформации материала, например, по зарождающимся и движущимся дислокациям».

 

О. В. Клявин утверждает: «…эксперименты указывают на то, что в микротрещинах и неподвижных дислокациях гелий не содержится. Поэтому следует сделать заключение, что, так как он проникает в решетки только в процессе деформации кристалла, то это явление обусловлено захватом атомов гелия с поверхности и переносом их в глубь кристалла по зарождающимся и движущимся дислокациям».

      

 На основе научных открытий (диплом № 277, диплом № 302) анализируются также трибофизические модели на основе реализации протон-протонного циклов холодного ядерного синтеза, в результате которых в зоне трения (внутреннего и внешнего) водород превращается в гелий. Приложения квантовой теории трения и сверхпластичности в той или иной форме могут быть использованы при изготовлении сложных крупногабаритных деталей авиационно-космической техники и тому подобных.

 

 

Эффект сверхпластичности

 

       

 

Сверхпластичность металлов

Рис. 2. Стандартные
размеры зерна.

 

Сверхпластичность металлов и сплавов внешне проявляется в форме аномально большого удлинения при малых значениях напряжений пластического течения. Причина возникновения этой аномалии — переход при определенных условиях к зернограничному проскальзыванию как превалирующему механизму пластической деформации. Профессора Г. С. Казакевич и А. И. Рудской считают: «Реализации названного механизма способствует формирование ультрамелкозернистой структуры на предварительном этапе обработки материала (структурная сверхпластичность) или в процессе нагрева и деформации при осуществлении той или иной технологии обработки давлением (динамическая сверхпластичность)».

 

Знакомство со специальной литературой по сверхпластичности показывает, что исследования проблемы связаны с металловедческими, физико-металлургическими и синергетическими понятиями и подходами. На основании того, что реализация сверхпластичности не происходит во всем объеме одновременно, сделан вывод, что наступлению сверхпластичности предшествует метастабильное состояние, связанное со становлением механизма зернограничного проскальзывания при пластической деформации.

 

Изучение ядерных процессов, индуцированных кристаллической решеткой, показывает, что реализация эффекта сверхпластичности в кристаллических телах действительно не происходит во всем объеме одновременно. Сверхпластичность — состояние тела, при котором возможность его деформирования без разрушения резко возрастает.

 

Состояние сверхпластичности характеризуется:


1) повышенной чувствительностью напряжения течения сверхпластичных материалов к изменению скорости деформации;

2) большим ресурсом деформационной способности;

3) напряжением течения материала в состоянии сверхпластичности, значительно меньшим предела текучести, характеризующего тот же материал в пластическом состоянии.

Признаки состояния сверхпластичности проявляются в определенных условиях; из них принципиальное значение имеют структурное состояние деформируемого материала, температурные условия и скорость деформации.

 

 


По структурному признаку различают:


а) сверхпластичность, обусловленную чрезвычайно мелкозернистой структурой (структурная пластичность);

б) сверхпластичность, связанную с фазовыми превращениями (пластичность при превращении).

 

 

 

Сверхпластичность металлов

 

Рис. 3.  Трибоплазма — трибофизическая
модель эффекта сверхпластичности.

 

 

Механизм деформации в состоянии сверхпластичности представляет собой результат сложного взаимодействия различных процессов движения точечных, линейных и объемных дефектов кристаллической решетки и границ зерен.

На первых стадиях деформация осуществляется в основном в результате межзеренного скольжения; далее увеличивается влияние внутризеренной деформации, которая становится основным механизмом деформации при повышенных и высоких скоростях деформации.

 

Межзеренное скольжение осуществляется при движении зернограничных дислокаций, внутризеренная — при движении дислокаций решетки. Условиями проявления физического эффекта сверхпластичности являются мелкозернистая структура материала, оптимальная скорость и температура деформации.

 

Эффект сверхпластичности используется при формовке деталей сложной конфигурации с большой точностью из труднодеформируемых металлов и сплавов на основе никеля, магния, алюминия, железа. Может быть использован также для соединения металлических материалов в твердом состоянии.

 

Явление сверхпластичности во многом сходно с ползучестью (крипом), но отличается от последнего значительно большей чувствительностью процесса к размерам и форме зерен и более резкой зависимостью напряжения от скорости деформации.

 

Исходя из этого, можно определить сверхпластичность как способность поликристаллических (ультрамелкозернистых) материалов равномерно пластически деформироваться на очень большие степени, при относительно высоких температурах и малых напряжениях и соответственно — малых скоростях деформации, к величине которых напряжение течения крайне чувствительно (П. И. Полухин, С. С. Горелик, В. К. Воронцов). Важнейшей особенностью сверхпластичности является большая равномерность пластического течения.

 

В настоящее время нет единого критерия, который мог бы однозначно характеризовать склонность материала к сверхпластичности. Сверхпластичность — сложное явление, связанное с одновременным протеканием нескольких элементарных процессов, удельная роль которых зависит от многих факторов.

 

Уже в первых исследованиях сверхпластичности было установлено, что обязательным условием ее проявления является ультрамелкозернистость структуры. Выяснение атомного механизма сверхпластичности является необходимым условием обоснованного выбора оптимальных технологических режимов сверхпластической деформации, состава сплавов и их исходного структурного и фазового состояния. Выяснение механизма процесса принципиально важно также для физики. Роль процессов, протекающих на границах зерен усиливается тем, что ультрамелкозернистость является важнейшим условием проявлением сверхпластичности.

 

Обеспечение условий для проявления эффекта трибоплазмы на основе углеродно­азотного цикла и протон-протонного циклов холодного ядерного синтеза, в результате которых в зоне трения (внутреннего и внешнего) водород превращается в гелий, дает возможность не только изучить механизм зернограничного проскальзывания в зависимости от размеров зерна (рис. 2) на принципиально новом уровне (рис. 3, 4), но и создать оригинальные технологии для реализации приложений квантовой механики — сверхпластичности и сверхпроводимости.

 

Сверхпластическая деформация относится к одному из весьма перспективных методов обработки металлов давлением. Во многих случаях этот метод значительно экономичнее обычных методов деформации. Кроме того, он создает качественно новые возможности для улучшения свойств и деформируемости материалов.

 

В панелях авиационных крыльев сверхпластическая деформация позволяет получить более высокую жесткость за счет того, что удается избежать утонения в кромках. В панелях авиационных грузовых переборок за счет отсутствия макронапряжений удается избежать обратного пружинения листа.

 

В последнее время усиливается тенденция использования сверхпластичности для получения деталей из хрупких жаропрочных сплавов, ранее изготавливавшихся литьем (диски турбин с лопатками и так далее). Это позволяет получить существенно лучшие свойства за счет более однородной микроструктуры.

 

Выводы


1. Предлагаемые трибофизические модели составляют феноменологические основы квантовой теории трения, сверхпластичности и сверхпроводимости.

 

2. Приложения феноменологической квантовой теории трения, сверхпластичности и сверхпроводимости в той или иной форме могут быть использованы при изготовлении сложных крупногабаритных деталей авиационно-космической техники, а также в электроэнергетике.

 

3. Технология сверхпроводимости, основанная на реализации нанотрибологических моделей (научные открытия диплом № 258, диплом № 277, диплом № 289, диплом № 302) кардинально изменит всю сферу производства, передачи и использования электроэнергии.

 

4. Трибологические эффекты (трибоэмиссия, триболюминесценция, трибоэлектричество и другие), возникающие при взаимодействии наноконтактов при трении, можно целенаправленно использовать не только для создания эффекта сверхпроводимости — сверхтекучести своеобразной жидкости — электронной, для изучения холодного ядерного синтеза, но и для получения в перспективе неиссякаемого источника экологически чистой энергии на основе синтеза из более легкого водорода более тяжелого гелия.

 

5. Обеспечение условий для проявления эффекта трибоплазмы на основе углеродно­азотного цикла (диплом № 289) и протон-протонного цикла (диплом № 277, диплом № 302) холодного ядерного синтеза дает возможность не только изучить механизм зернограничного проскальзывания в зависимости от размеров зерна на принципиально новом уровне, но и создать оригинальные технологии для реализации приложений квантовой механики — сверхпластичности и сверхпроводимости.

 

       

G. S. Ivasyshin. Tribophysical models on the basis of realization of the carbon-nitrogen and proton-proton cycles of cold nuclear fusion resulting in a formation of helium from hydrogen in the friction zone (internal and external) are considered. The applications of quantum friction theory, superelasticity and superconductivity can be used in one or another form in manufacturing sophisticated large-sized parts of avia-space equipment as well as in electric power engineering.



 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

АДИ СЛАВИЦА

Агентство деловой информации





МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты


Стройинвестиндустрия

КАЛЕНДАРЬ СОБЫТИЙ:

«    Сентябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 

АРХИВ НОВОСТЕЙ:

Сентябрь 2017 (2)
Август 2017 (3)
Июль 2017 (5)
Февраль 2017 (1)
Декабрь 2016 (1)
Ноябрь 2016 (7)