Спосіб визначення закономірності опору сплавів дії імпульсів електричного струму

Запропонована корисна модель відноситься до засобів дослідження міцності металевих матеріалів, зокрема, міцності сплавів під дією зовнішнього навантаження у тому числі в умовах криогенних температурах і дії імпульсів електричного струму. Найбільш близьким до пропонованого за кількістю суттєви х ознак є спосіб визначення закономірності опору металевого сплаву дії імпульсів електричного струму, який включає операції вирізання серії зразків з листа металевого сплаву, розміщення кожного зразка у захвата х дослідної навантажувальної установки, створення заданого температурного режиму, навантажування робочої частини зразка, пропускання імпульсів електричного струму через робочу частину зразка в напрямку дії навантаження, реєстрації параметрів навантажування і деформування робочої частини зразка, за якими визначають закономірності опору металевого сплаву дії імпульсів електричного струму в залежності від вибраної величини деформації і параметрів імпульсів - густини струму і тривалості імпульсу [Писаренко Г.С., Стрижало В.А., Новогрудский Л.С. О сопротивлении металлических материалов пластифицирующему действию импульсов электрического тока// Проблемы прочности. - 1989. - №7. - С. 21-24]. Недолік описаного способу полягає у недостатній достовірності та інформативності отриманих результатів, оскільки він не враховує анізотропії механічних властивостей металевих сплавів. (Анізотропія - це залежність властивостей тіла від напрямку, в якому вони досліджуються [УСЕ Універсальний словник-енциклопедія/ Гол. ред. ради М.Попович. - Київ: "Ірина" - 1999. - С. 61]). У основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого способу визначення закономірностей опору сплавів дії імпульсів електричного струму, який би дозволив підвищити інформативність та достовірність за рахунок створення умов для врахування анізотропії механічних власти востей металевих сплавів. Поставлена задача вирішується пропонованим способом, який, як і відомий спосіб визначення закономірності опору металевого сплаву дії імпульсів електричного струму, включає операції вирізки серії зразків з листа металевого сплаву, розміщення кожного зразка у захвата х дослідної навантажувальної установки, створення заданого температурного режиму, навантажування робочої частини зразка, пропускання імпульсів електричного струму через робочу частину зразка в напрямку дії навантаження, реєстрації параметрів навантажування і деформування робочої частини зразка, за якими визначають закономірності опору металевого сплаву дії імпульсів електричного струму в залежності від вибраної величини деформації і параметрів імпульсів - густини струму і тривалості імпульсу, а, відповідно до пропозиції, вирізають, щонайменше, дві серії зразків з одного листа металевого матеріалу, напрямок вирізки, що відповідає заданому куту до напрямку прокатки листа, встановлюють однаковим для всіх зразків одної серії, а напрямки вирізки серій зразків встановлюють різними. Встановлено, що для багатьох металевих сплавів різниця у стр уктурному стані зразків, вирізаних вздовж та поперек напрямку прокатки є суттєвою, тому надзвичайно важливим є визначення закономірностей опору металевого сплаву дії імпульсів електричного струму в залежності від напряму такої дії по відношенню до напряму прокату листа. На Фіг.1 показана залежність електричного опору (DR/R1) від пластичної деформації (ε). Залежність 1 відповідає температурі 293К, залежність 2 відповідає температурі 77К, залежність 3 відповідає температурі 4,2К. Світлі крапки відповідають дослідженню зразків, вирізаних вздовж напрямку прокатки, темні - впоперек прокатки. Приклад: Досліджували економнолеговану сталь 07Х13Н4АГ20, що має у стані поставки аустенітну стр уктур у. Аустенітна структура зберігається, за даними деяких дослідників, при охолодженні до 20К 6 [див.: Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Липецкий Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.]. Виготовляли дві серії геометрично тотожних циліндричних п'ятикратних зразків (початковий діаметр робочої частини 4,00мм). Зразки вирізали з листа товщиною 12,0мм. Першу серію вздовж, а другу - поперек напрямку прокатування. Додатковій термообробці сталь не піддавали. Зразки досліджували на одновісне розтягування при постійній швидкості деформування на установці УТН-10 в умовах температур 293К (на повітрі), 77К (в середовищі рідкого азоту) та 4,2К (в середовищі рідкого гелію). Зразки у процесі навантажування піддавали дії імпульсів електричного струму (ІЕС). ІЕС амплітудою 3кА, тривалістю 10-2с пропускали через робочу частину зразка по напряму діючої сили при заданих рівнях залишкової деформації 0 (0,25 s0,2 ; 0,5 s0,2); 0,4; 0,8; 6,0% і далі з кроком 5% до руйнування. У процесі навантажування дискретно вимірювали і електричний опір зразків. В однакових умовах досліджували п'ять-сім зразків. Результати вимірювань осереднювували. Як значимі приймали зміни осереднених значень лише тоді, коли різниця між значеннями характеристик, визначених на кожному зразку серії, у порівнюваних точках, перевищувала чутливість системи вимірювання по даному параметру. У процесі деформування якісно і інтегрально зміни структурного стану металу оцінювали по зміні електричного опору. Анізотропія електричного опору наклепаного металу пов'язана з неоднаковими скривлюваннями по напрямам прострової гратки. Менш значний вплив на таку анізотропію спричиняє невідповідність у змінах міжатомних зв'язків і викликане цим збільшення міжатомних відстаней. Із зниженням температури до температури близької до абсолютного нуля, опір наклепаного металу зменшується, але має залишкове значення та залишається більшим ніж у відпаленого металу, опір якого при T ® 0 К також наближається до нуля. Тобто, при таких температурах анізотропія електричного опору визначає анізотропію, викликану наклепом. Це відноситься і до таких гетерогенних структур, якими є конструкційні матеріали. Результати вимірювання електричного опору зразків із сталі 07Х13Н4АГ20 показані на Фіг.1 (на осі ординат відкладено відносну зміну електричного опору DR/R1 , де DR=Re–R1; Re- поточне значення опору у процесі навантажування; R1 - значення опору без навантажування при даній температурі). Як видно, для обох напрямків вирізки зразків із збільшенням деформації електричний опір збільшується. При цьому спостерігається суттєва різниця у значеннях електричного опору по напрямках. Порівнюючи залежності DR - e одержані для зразків, вирізаних вздовж в поперек напрямку прокатки, необхідно відмітити наступне. ПоR1 перше, максимальна відмінність у значеннях електричного опору для зразків ортогональної вирізки має місце при температурі 77К. По-друге, за цієї ж температури для зразків, вирізаних вздовж напрямку прокатки, спостерігається максимальне значення електричного опору у всьому діапазоні деформацій, в той же час для зразків, вирізаних поперек напрямку прокатки, величина електричного опору зменшується із зниженням температури досліду. Така відмінність зміни електричного опору, напевно, пов'язана з появою під час деформування зразків сталі в умовах температури 77К магнітної фази. Утворення такої фази для текстурованих матеріалів носить переважний за кристалографічними напрямками характер, а електроопір є структурно залежною характеристикою, що залежить не лише од кількості, але й од розташування структурних складових. Як видно з наведених у таблиці 1 даних, дія ІЕС суттєвим чином змінює і анізотропію механічних властивостей сталі, нівелюючи її практично до нуля за температури рідкого азоту. Таблиця 1 Анізотропия механічних характеристик сталі 07Х13Н4АГ20 Аsв Аs0,2 Аd 1,6 0,6 6.3 8.1 11,4 12,8 8,5 15,6 4,0 0,5 1,1 1,6 2,5 6,8 4.5 3,4 6,8 13,3 Т,К 293 77 4.2 Аy 1,3 8,6 24,4 2,6 8,5 1,2 Примітка: Над рискою наведені значення, одержані у ви хідному стані, під рискою - під час дії ІЕС. Анізотропія електричного опору сталі 07Х13Н4АГ20 æ ö ç A R = Rmax - Rmin .% ÷ ç ÷ Rmax è ø Таблиця 2 Напруга s=0 s®0 у ви хідному стані під час дії ІЕС Т= 293К 23,1 Т =77К 37,0 Т =4,2К 70,1 6,1 138,0 94,2 16,8 60,4 98,6 Таким чином, використання пропонованого способу дозволило одержати нову інформацію, а саме: дія ІЕС суттєво змінює анізотропію механічних характеристик сталі 07Х13Н4АГ20, а між анізотропією механічних характеристик сталі і анізотропією її електричного опору існує стійкий кореляційний зв’язок як у ви хідному стані, так і під час дії ІЕС.