СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Электрофизика ВОЗДЕЙСТВИЕ СВЕРХВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСОВ НА МЕТАЛЛОРАСПЛАВЫ

ВОЗДЕЙСТВИЕ СВЕРХВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСОВ НА МЕТАЛЛОРАСПЛАВЫ

© Фейгин Олег Орестович

Контакт с автором: tor@3s.kharkov.ua

Воздействие сверхвысокоэнергетических электроимпульсов на кристаллизующиеся расплавы различных сталей и сплавов кардинальным образом меняет структурные свойства возникающих соединений. Впервые это уникальное явление всесторонне исследовалось академиком Дмитрием Ивановичем Корнеевым при создании им новых методов сварки и переплава [1-3]. В ходе разнообразных остроумных экспериментов им был открыт целый ряд новые электрометаллофизических эффектов, полностью изменивших наши представления о методологии варьирования решеточной микроструктуры и свойств рекристаллизованных металлов. Среди исследованных физических явлений в затвердевшей металломатрице выделяются, по своему практическому значению, механоупрочняющий и антикоррозиционный эффекты Корнеева. При этом академиком Д. И. Корнеевым была успешно решена задача технологического совмещения двух различных физических процессов – электрошлаковой сварки и термоциклического отжига. Научно-прикладные аспекты явления электротоковой импульсной обработки /ЭТИО/ металлорасплавов в режимах сверхвысоких энергий по методу академика Корнеева имеют фундаментальный характер и состоят в принципиальной возможности реструктуризации сложноконсистентных аморфнокристаллических решеток с приданием им необходимых физико-химических характеристик. В тоже время ЭТИО Корнеева решает и ряд специальных задач, позволяя получать сварные соединения с высокой стойкостью металла шва против механических и коррозионных разрушений без последующей термической обработки.

Несмотря на определенное количество публикаций /см. библиографии к [3-5]/ посвященных электрометаллофизическому эффекту Корнеева, некоторые стороны данного явления ещё не получили должного теоретического развития. Такое положение объясняется трудностями анализа многопараметрических синергетических моделей в их динамическом развитии при наличии группы трудноидентифицируемых факторов.

В настоящей работе рассматриваются отдельные электрофизические характеристики эффекта ЭТИО Корнеева, включающие элементы ранее предложенной [4-5] феноменологии прохождения сверхвысокоэнергетических импульсов тока через металлорасплавы различной фазовой консистенции. Введенные модельные представления основывались на коллективных механизмах генерации и рекомбинации ассоциированных носителей заряда – макроскопических квазиплазмонных образований. Подобные макроплазмонные носители могут эффективно инициировать возникновение метастабильных ионно-электронных каналов, генерирующих при релаксационном коллапсе гидродинамические колебания взрывного характера. Возникающие при этом фронтальные пакеты продольных колебаний плотности среды рассеиваются на полиуровневой структуре трансфазных конгломератов, определяя дальнейший ход реструктуризации решеточной металломатрицы.

Одним из основных характеристических параметров потока макроплазмонов является его спектральная интенсивность, как отношение рассматриваемой величины, взятой в бесконечно малом спектральном интервале к ширине этого интервала:

I(E) = ∫W (<Epl>, <Ee>) npl (Epl) ne (Ee) dEpl dEe, (1)

где W(Epl, Ee) –вероятность формирования плазмонов, как коллективизированных квазичастиц, из флуктуаций электронно-ионной плазмы импульсного разряда; npl(Epl), ne(Ee) –концентрации макроквазиплазмонов и коллективизированных электронов, как носителей заряда в локальной области плазмотокового шнурования; <Epl>, <Ee> -характеристические энергии макроплазмонов и электронов, усредненные по дистанции свободного пробега.

Локальная концентрация коллективизированных электронов, формирующих квази-плазмонные образования, будет определяться следующим выражением:

N (Ee) = (const) (Ee - Ec)0,5 {1+exp[(Ee - Ec) (kT)-1]}-1, (2)

где Ec –энергетический порог формирования макроквазиплазмонов. Проводя подстановку соотношения (2) в формулу (1) и интегрируя в энергетических пределах, получим:

I(E) = (const)W(Epl, Ee) ∫(Epl - Ee) {1+ exp [( Epl - Ee) (kT)-1]}-1 p(Epl)dE, (3)

где p(Epl) –спектральная плотность возможных энергетических состояний квазиплазмонных образований.

Плотность энергетических состояний макроплазмонов при их метастабильной концентрации, с учетом ранее полученных результатов, будет составлять:

p (Epl) = nplp(Ee) {npl + Ncexp[(Epl - Ee) (kT)-1]}-1, (4)

где Nc –плотность возможных состояний носителей заряда при данной температуре. Таким образом, из рассмотренной модели следует, что импульсный разряд через энергетический барьер расплавленного металла сопровождается возникновением разветвленной структуры метастабильных электронно-ионно-плазмонных каналов разряда. Спектральная интенсивность носителей заряда в данных образованиях в самом общем виде описывается формулой (3), которая при учете соотношения (4) переходит в

(E) = (const)npl(npl + ne) ∫{(Epl - Ee)0,5 p(Epl - Ee) {1+exp[(Epl - Ee) (kT)-1]}-1}d(Epl - Ee). (5)

Полученная аналитическая форма модельного механизма квазиплазмонной генерации и релаксации нуждается в существенном уточнении по уровням возбуждения атомно-молекулярной системы металлорасплава. Для простейшего случая двухуровневой схемы из основного и возбужденного состояния справедливо следующее кинетическое уравнение:

dN’/dt = (N - N’)R - N’(R + Ar + An), (6)

где N,N –концентрационная заселенность основного и возбужденного состояния; R = Ф -скорость возбуждения электромагнитным разрядным импульсом, Ф –флюенс электромагнитной энергии, σ –сечение взаимодействия; Ar, An –скорости излучательного и безизлучательного распада возбужденного состояния, соответственно. Учитывая, что в основе ЭТИО Корнеева лежит квазигармоническое воздействие, модулированное функцией Ф=Ф0 [1+ exp(ωt)], решением уравнения (6) будет:

N’ = [NФ0σt (1+ ω2t2)-0, 5] exp [ωt - arctg (ωt)]. (7)

Следующим важным вопросом теории ЭТИО Корнеева является корректное описание генерации гидродинамических колебаний при коллапсионном схлопывании макроплазмонных каналов. В основе таких аналитических построений будет находиться неоднородное волновое уравнение, связывающее гидродинамическое давление p и его источник H:

grad2p - (const) d2p/dt2 = (const) dH/dt. (8)

Решения уравнения (8) позволяют вычислить термодинамическую энергию, выделившуюся к моменту времени t:

H(t) = WAn ΔtE’[1 - exp(-t/Δt)], (9)

где W –полное количество поглощенной электромагнитной энергии в процессе цикла ЭТИО Корнеева. Полученная аналитическая форма составляет существенную часть модельного механизма плазмонной генерации и релаксации при сверхвысоких энергиях электротокового импульса. Соотношения (2)-(5) описывают микроскопические параметры явления ЭТИО Корнеева в квазиплазмонном приближении, а уравнения (6)-(9) позволяют связать электромагнитные и гидродинамические эффекты.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Корнеев Д. И. Современные способы электроразрядной импульсной обработки металла шва и сварных конструкций. - Л.: ИПКРРССП, 1988. – 40 с.
  2. Корнеев Д. И. Исследование влияния параметров электротоковой импульсной обработки на изменение эксплуатационных свойств сварных соединений высоколегированных сталей типа Х18Н10Т // Сб. науч. работ УАННП /ЮРО/. – 2000. - №1.- С. 54 – 61.
  3. Корнеев Д. И. Влияние параметров электротоковой импульсной обработки на структуру и механические свойства сварных соединений низкоуглеродистых и низколегированных сталей // / там же /. – С. 62 – 72.
  4. Корнеев Д. И., Фейгин О. О. Модельные физические механизмы высокоэнергетического магнитно – импульсного воздействия на расплав металла// / там же /. – С. 52 – 53.
  5. Радюк И. А., Фейгин О. О. Двухуровневая модель рекомбинации, учитывающая взаимное влияние ловушек // Методы анализа и синтеза нелинейных цепей: Сб.- К.: ИПМЭ, 1982.- С. 91 – 95.
  6. Фейгин О. О. Механизмы коллективизации электронных возбуждений // Вопросы АН и Т: Сб.- Харьков: ВШ, 1985.- С. 52.
Дата публикации: 2 июня 2003
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.