Учебная работа. Реферат: Об энтропийной оценке сверхпластичности
Кыргызско-Русский Славянский Институт, Бишкек
Рассматривается задачка соответствия модели сверхпластичности процессу деформации с размытым фазовым переходом. Показано, что в хороших термодинамических режимах сверхпластичности минимизируется Создание энтропии, которому соответствует формирование равноосной ультрамелкозернистой структуры.
Эффект сверхпластичности металлов и сплавов снаружи проявляется в форме аномального квазиоднородного удлинения при малых значениях напряжений пластического течения. Металловедческими исследовательскими работами установлено [1,2], что специфичность схожей аномалии заключается в превалировании механизма зернограничного проскальзывания над иными формами массопереноса. Реализации обозначенного механизма содействует формирование ультрамелкозернистой структуры на подготовительном шаге (структурная либо микрозеренная сверхпластичность) либо в процессе нагрева и деформации (динамическая сверхпластичность). Разумеется, что динамическая сверхпластичность имеет пространство в промышленных железных материалах, которые реагируют на изменение температурных и кинематических критерий в виде различной природы структурных перевоплощений [3]. А именно, промышленные дюралевые сплавы в начальном литом и деформированном состояниях проявляют сверхпластические характеристики в термомеханических режимах структурного фазового перехода – динамической рекристаллизации [3 … 8]. В процессе крайней в материале возникает сбалансированная структура с весьма маленьким зерном, приблизительно совпадающим по размерам с субзернами. Так создается структурная ситуация, содействующая осуществлению зернограничного проскальзывания. наличие ультрамелкого зерна можно считать нужным, но недостающим условием развития эффекта. К микрозернистости следует добавить требование равноосности и несклонности к росту зерна при нагреве и деформации [2]. Принципиальным структурным элементом числятся также границы зернышек [9].
Отмеченный факт был применен при формулировке модели [10, 11], правильно с позиций механики деформируемого твердого тела отражающей скопленные экспериментальные данные. Модель обрисовывает естественно оценить модель [10, 11], исходя из убеждений определения представляющих настоящий энтузиазм физических величин и получения доборной инфы. Разумеется, что динамической сверхпластичности соответствует размытый фазовый переход [12] и потому целенаправлено проследить за поведением функций отклика, которые сравнимо просто определяются при известном аналитическом выражении плотности термодинамического потенциала. К обозначенным функциям можно, до этого всего, отнести энтропию.
исследование функции энтропии дозволяет разглядывать процесс деформации с позиций самоорганизации диссипативных структур растущей трудности в неравновесных открытых системах [13].
При формулировке модели энергетическая функция состояния была принята в форме термодинамического потенциала Ландау с учетом наружного поля
. (1)
тут
; 
— параметр порядка; 
— напряжение пластического течения; 
— скорость деформации; 
— управляющий параметр; 
— нормированная температура; 
— неизменная материала; при этом
, 
— внутренние другие характеристики состояния; 
— абсолютная температура; 
— нижняя и верхняя границы теплового спектра сверхпластичности.
Просто созидать аналогию функции (1) с очевидным выражением потенциала катастрофы сборки [14]. Разумеется сейчас, что если
, то конфигураций структурного нрава в деформируемом материале не происходит. Условие 
соответствует структурно неуравновешенному состоянию среды. отвечает переходным состояниям.
На параметр порядка накладываются последующие ограничения
на область структурных перевоплощений
; (2)
на спектр развития сверхпластичности
. (3)
Кинетическое уравнение для управляющего параметра имеет вид
, (4)
где 
— скорость возрастания нормированной температуры, 
— функция чувствительности среды к структурным превращениям, определяемая последующим образом
, (5)
при этом 
— степень полноты развития фазового перехода, равная
; (6)
— неизменные материала.
Для внутренних характеристик состояния получены эволюционные уравнения
, (7)
, (8)
где 
— неизменная материала;
, 
— изначальное
Уравнение состояния в соответствие (1) записывается так
. (9)
При анализе способностей модели воспользуемся принятым в необратимой термодинамике принципом локального равновесия. В рамках этого принципа эталон деформируемого материала будем, следуя [15], разглядывать как сложную систему, в любом элементе которой имеют пространство известные процессы – диффузионный массоперенос, движение дислокаций и зернограничное скольжение. При сверхпластичности добавляется и становится преимущественным смена соседей зернышек [1,2,4] с следующими аккомодационными действиями. Появление сверхпластичности не происходит во всем объеме однородно деформируемого эталона сразу. Потому естественно представить, что наступлению сверхпластичности предшествует метастабильное состояние, в режимах которого формируется становление механизма зернограничного проскальзывания. Зарождение обозначенного механизма происходит в диссипативной среде [15] и потому в качестве действенного инструмента осмысление на макроуровне эффекта сверхпластичности могут быть приняты положения нелинейной неравновесной термодинамики. Заметим, что в процессе неравновесных фазовых переходов формирование новейших структур не накладывается снаружи. Как следует, неравновесные открытые системы могут анализироваться как термодинамически самосогласованные структуры, в каких локализован квазиравновесный термодинамический процесс. Кинетика таковых структур рассматривается как переход через ряд термодинамически сбалансированных состояний, а зависимость системы от времени описывается через внутренние характеристики состояния.
Модель (1) … (9), при формулировке которой применены отмеченные положения нелинейной неравновесной термодинамики, апробирована на группе промышленных дюралевых сплавов в начальном литом и деформированном состояниях, при этом сравнение теории и опыта приведено в [11].
В соответствие произнесенному будем считать сверхпластичность особенным состоянием деформируемого материала в иерархии состояний в меняющихся тепловых и кинематических критериях. Другими словами, полагаем, что имеет пространство процесс поочередных переходов диссипативных структур. Самоорганизация таковых структур связана со рвением открытых систем в критериях, дальних от термодинамического равновесия, к минимуму энтропии.
Функция энтропии при известной вольной энергии F определяется так
. (10)
Если учитывать, что плотность термодинамического потенциала и вольная энергия соединены зависимостью 
(k-постоянная Больцмана), для энтропии с внедрением соотношений (1)…(9) можем записать
, (11)
где
. (12)
Можно показать, что посреди высокоскоростного спектра сверхпластичности 
энтропия обращается в нуль. При всем этом, как разумеется из анализа (11), функция энтропии имеет минимум при выполнении условия
. (13)
Посреди теплового спектра сверхпластичности 
и
. Так как
, то значению параметра порядка 
соответствует меньшее
Приобретенные данные подтверждаются формированием в хороших тепловых и кинематических режимах упорядоченной сбалансированной ультрамелкозернистой структуры [4].
Самоорганизация, совершенно говоря, быть может вызвана разными методами [16]. Но в определенных вариантах одновременного нагрева и статического нагружения можно считать, что реализуется неспешное изменение действия окружающей среды, при котором открытая диссипативная система перебегает в новое состояние. Этот метод относится к самоорганизации через изменение управляющих характеристик [16]. Взаимодействие частей открытой системы безизбежно переносится на макро эффекты, порождаемые структурными переменами именуемые синергетическими.
Мысль связать сверхпластичность с синергетикой интуитивно высказана в [17]. Подход к разъяснению сверхпластичности с позиций синергетики, принятый в [18], не выходит за рамки лишь констатации факта формирования диссипативной структуры. Но не только лишь в [18], да и в подавляющем большинстве уникальных исследовательских работ сверхпластичность рассматривается раздельно, вне связи с предыдущими состояниями. Определенную нехорошую роль при всем этом играет оценка сверхпластичности по величине на физическом уровне безосновательного коэффициента высокоскоростной чувствительности, также недочет периодических экспериментальных данных механических исследовательских работ. Другими словами, история пришествия и окончания эффекта оказывается позабытой.
Приобретенные данные разрешают в принципе количественно оценить соответствие исследуемого явления самоорганизации диссипативных структур – синергетике.
Перечень литературы
Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов. — М.: Металлургия, 1984. – 264с.
Новиков И. И., Портной В. К. Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном. – М.: Металллургия,1981. – 264с.
Гуляев А. И. Сверхпластичность стали. – М.: Металллургия,1982. – 56с.
Вайнблат Ю.М., Шаршагин Н.А. Динамическая рекристаллизация дюралевых сплавов // Цветные сплавы. – 1984.- №2. – с.67-70.
Потапова Л. Л. Оценка сверхпластичности сплавов // разработка легких сплавов. – 1982. — №9. – с. 60-61.
Сверхпластичность неких дюралевых сплавов / Ю.С.Золотаревский, В.А.Паняев, Я.И.Рудаев и др. // Судостроительная индустрия, серия материаловедение. – 1990. – вып.16. – с.21-26.
Температурно-скоростная деформация литого дюралевого сплава 1561 / Н. В. Жданов, В. А. Паняев, Я. И. Рудаев, Д. И. Чашников // Судостроительная индустрия, серия материаловедение – 1990. Вып. 15. – с.45-49.
Паняев В. А., Рудаев Я. И., Чашников Д. И. О сверхпластичности дюралевых сплавов 1980 и В95 // Вопросцы материаловедения. – 1996. – вып.1. – с.34-38.
Кайбышев О. А., Валиев Р. З. Границы зернышек и характеристики металлов. – М.: Металлургия, 1987. – 214с.
Рудаев Я.И., Чашников Д.И. К вопросцу о математическом моделировании сверхпластического одноосного растяжения // Судостроительная индустрия, серия материаловедение. – 1989. – вып.12. – с.41-48.
Зотов В.В., Рудаев Я.И. О динамической сверхпластичности // Конверсионный потенциал Кыргызстана и проекты МНТЦ. ч.II. – Бишкек, 1999.-с.186-195.
Ролов Б.Н., Юркевич В.Э. Физика размытых фазовых переходов. – Ростов на дону: РГУ, 1983. – 320с.
Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, стойкости, флуктуаций. – М.: мир, 1973. – 280 с.
Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. ч.I. – М.: мир, 1984. – 285с.
Николис Г., Пригожин И. Зание сложного. Введение. – М.: мир, 1990. — 344с.
Хакен Г. Синергетика: иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. – М.: мир, 1985. – 423с.
Громов В. Г. О макроскопическом описании явления сверхпластичности // IV Всесоюзная конф. “Сверхпластичность” (Уфа, сентябрь,1989). Тез. Докл., ч. I. – Уфа: Б.Н., 1989. – с.20.
Механические характеристики металлов и сплавов с позиций синергетики / В. С. Иванова, Г. В. Вставский // Итоги науки и техники, материаловедение и тепловая обработка. – М.Ж ВИНИТИ, 1990. – т. 24. С.43-98.
]]>