Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, Москва, Россия

В. И. Сташенко, ведущий научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук, эл. адрес: vis20-11@rambler.ru
О. Б. Скворцов, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. адрес: oleg.b.skvorcov@gmail.com

При электропластическом эффекте (ЭПЭ) экспериментально установлено наличие быстропротекающих ударно-волновых процессов в металлических материалах, которые возникают в поверхностном слое образца на фронтах электрического импульса (ЭИ). Электродинамическое воздействие ЭИ включает короткий ударно-колебательный импульс продолжительностью около 10 мкс и затухающие колебания, которые длятся не более 300 мкс. Эти колебания совпадают по времени с обычными скачками деформации и существенно влияют на процесс пластической деформации. Действие ЭИ сопровождается изгибным характером поперечных деформаций в образцах и значительными вибрационными перемещениями слоев образца как в поперечном, так и осевом направлении. Это важно учитывать при оценке уровня вибраций в конструкционных элементах силовых электроустановок. Установленные закономерности не вызваны скин-, пинч-, пондеромоторным или тепловыми эффектами в металле, а являются независимыми. Исследования ударно-волновых процессов, проведенные на образцах из цветных металлов, позволили расширить понимание ЭПЭ. Полученные результаты будут способствовать созданию непротиворечивого описания электропластичности и структурных преобразований в металлах при использовании ЭПЭ и разработке новых технологий на его основе. Для контроля пластической деформации при обработке металлов давлением с использованием ЭПЭ можно применить датчики, измеряющие быстропротекающие процессы. Они фиксируют изменения в материале по вибрационному отклику, что позволяет отслеживать процесс деформации в реальном времени.

1. Троицкий О. А. Электропластический эффект в металлах // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2018. № 9. С. 65–76.
2. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. A study of the electroplastic effect in metals // Scripta Metallurgica. 1978. Vol. 12, Iss. 11. P. 1063–1069.
3. Conrad H. Thermally activated plastic flow of metals and ceramics an electric field or current // Materials Science and Engineering: A. 2002. Vol. 322, Iss. 1–2. P. 100–107.
4. Кравченко В. Я. Взаимодействие направленного потока электронов с движущимися дислокациями // ЖЭТФ. 1966. Т. 51, № 36. С. 1676–1681.
5. Батаронов И. Л., Горнов С. К., Рощупкин А. М. Формирование термоупругих напряжений импульсным электрическим током и их роль в электропластической деформации металла // Известия вузов. Черная металлургия. 1992. № 6. С. 105–108.
6. Троицкий О. А. Моделирование действия пинч-эффекта импульсного тока на пластическую деформацию металла // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2011. № 4. С. 124–127.
7. Батаронов И. Л., Рощупкин А. М. Электропластическая деформация металла и динамический пинч-эффект // Известия вузов. Черная металлургия. 1993. № 8. С. 57–61.
8. Зуев Л. Б., Громов В. Е., Курилов В. Ф., Гуревич Л. И. Подвижность дислокаций в монокристаллах Zn при действии импульсов тока // ДАН СССР. 1978. Т. 239, № 1. С. 84–86.
9. Минько Д. В. Анализ перспектив применения электропластического эффекта в процессах обработки металлов давлением // Литье и металлургия. 2020. № 4. С. 125–130. DOI: 10.21122/1683-6065-2020-4-125-130
10. Абдуллина Д. У., Бебихов Ю. В., Татаринов П. С., Дмитриев С. В. Обзор последних достижений в области электропластической обработки металлов давлением // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2023. Т. 20, № 4. С. 469–483. DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2023.04.006
11. Sutton A. P., Todorov T. N. Theory of electroplasticity based on electromagnetic induction // Physical Review Materials. 2021. Vol. 5. 113605. DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.113605
12. Троицкий О. А., Скворцов О. Б., Сташенко В. И. Измерение вибраций, созданных импульсами тока в элементах электротехнических конструкций // Электротехника. 2018. № 3. С. 8–12.
13. Баранов Ю. В., Троицкий О. А., Аврамов Ю. С., Шляпин А. Д. Физические основы электроимпульсной и электропластической обработок и новые материалы. – М. : МГИУ, ИМАШ РАН, 2001. – 843 с.
14. Троицкий О. А., Сташенко В. И. Электропластическое волочение проволоки – перспективный способ производства облегченных проводов и кабелей // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2014. № 1. С. 156–164.
15. Савенко В. С., Шаврей С. Д., Соловьев М. Б., Марцевич А. Л. Электропластический эффект в деформационном алюминии // Веснік МДПУ імя І. П. Шамякіна. 2008. № 4. С. 164–168.
16. Троицкий О. А., Сташенко В. И. Модернизация станочного оборудования под электропластическую деформацию металла // Станкоинструмент. 2019. № 1. С. 56–62. DOI: 10.22184/2499-9407.2019.14.01.56.62
17. Rudolf C., Goswami R., Kang W., Thomas J. Effects of electric current on the plastic deformation behavior of pure copper, iron, and titanium // Acta Materialia. 2021. Vol. 209. 116776. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116776
18. Сташенко В. И., Скворцов О. Б. Повышение технологической деформируемости титанового сплава при прокатке импульсами электрического тока // Цветные металлы. 2024. № 12. С. 80–84.
19. Скворцов О. Б. Контроль вибрации с применением аппаратуры National Instruments / Инженерные и научные приложения на базе технологий National Instru ments – 2013 : сб. трудов XII Между народной научно-практической конференции – М. : ДМКпресс, 2013. С. 78–80.
20. Скворцов О. Б. Перспективы развития нормативной базы и расширения вибрационного мониторинга роторного оборудования // Электрические станции. 2017. № 8. С. 46–53.
21. Haiyang Zhou. Ultrasonic vibration induced softening and residual effects on the lightweight metals: aluminium and titanium // A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy of The Australian National University, 29th of March 2018. – 161 p.
22. De’an Meng, Xuzhe Zhao, Shengdun Zhao, Qingyou Han. Effects of vibration direction on the mechanical behavior and microstructure of a metal sheet undergoing vibration-assisted uniaxial tension // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 743. P. 472–481.
23. Siu K. V., Liu H., Ngan A. H. V. The universal law of the influence of metallurgical processes on acoustoplasticity // Materialia. 2019. Vol. 5. 100214. DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100214