ш

•Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическое строение,

характеризующееся тем, что атомы в кристаллах располагаются в местах устойчивого равновесия в строго определенном для каждого металла порядке. При особых условиях охлаждения металл затвердевает в виде большого кристалла правильной формы,

называемого монокристаллом. Строение монокристалла определяется соответствующей кристаллической решеткой. B промышленных условиях это не возможно, и затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации. Поэтому после затвердевания такой металл состоит не из одного кристалла, а из большого числа прочно сросшихся друг с другом кристалликов неправильной формы, называемых кристаллитами, гранулами или зернами. Металлы такого строения называются поликристаллическими.

ИПД обработка — это новая технология обработки металлов давлением, позволяющая получать объемные наноструктурные материалы с уникальными свойствами посредством сильного измельчения зерна до наноразмеров.

Для осуществления больших пластических деформаций в принципе можно использовать традиционные процессы обработки давлением:

прокатку, волочение, прессование и др. Однако этому, прежде всего,

мешает недостаточно высокая пластичность металлов. Кроме того,

монотонное формоизменение заготовки (постоянное увеличение длины при прокатке и волочении, уменьшение высоты при осадке), очевидно,

приводит к тому, что при больших деформациях ее размер, хотя бы в одном из направлений, становится чрезвычайно малым.

Исследования показывают, что эффект больших деформаций при определенных условиях можно получить путем немонотонного формоизменения заготовок, что как раз и используется в процессах обработки давлением, основной целью которых является накопление

деформации в заготовках, а не изменение их формы. Именно такие процессы причисляют, в настоящее время, к ИПД. Поскольку форма заготовки после ИПД практически совпадает с исходной, то имеется возможность их многократной обработки для накопления достаточной деформации.

С одной стороны, операции ИПД являются процессами обработки давлением. Поэтому их реализация невозможна без решения характерных для таких процессов задач: определения напряженно-

деформированного состояния заготовки, расчета силовых параметров процесса, проектирования и изготовления деформирующего инструмента и оснастки, подбора смазок и т.д.

С другой стороны, ИПД — это не обычные операции обработки давлением, целью которых является, прежде всего, формоизменение заготовок, а процессы, призванные формировать структуру материалов,

обеспечивающую заданные физико-механические свойства. Поэтому для эффективного применения ИПД необходимо иметь представления о возможностях тех или иных схем нагружения в плане структурообразования, о влиянии температурно-скоростных режимов деформирования на структуру и свойства обрабатываемых материалов.

3333333333333333333333333333333333333333333333333333333

Головчан Вопрос 1

1) Теория неравновесных, хаотических состояний с рассеиванием энергии, вещества и энтропии (информации) возникла в результате развития следующих научных направлений:

1.Исследование необратимых процессов с помощью методов статистической физики и линейной теории Онсагера.

2.Построение теории открытых систем, которые находятся в стационарном состоянии и сохраняют устойчивость в определенном спектре внешних воздействий.

3.Выяснение условий возникновения из хаоса самоорганизующихся,

упорядочивающихся структур.

4. Качественный и количественный анализ нелинейных динамических систем (бифуркации, фракталы, катастрофы, солитоны и др.).

Объединение этих направлений привело к созданию совершенно нового общего подхода к устройству природы и общества. Новая наука имеет разные названия: теория о самоорганизации, синергетика, теория открытых систем, теория диссипативных структур, термодинамика необратимых процессов, теория нелинейных динамических систем.

Синергетика – это наука об общих закономерностях возникновения,

существования, устойчивости и эволюции самоорганизующихся диссипативных структур, возникающих в разных по природе открытых системах при протекании необратимых процессов

Синергетика состоит из исследований в области термодинамики неравновесных процессов, нелинейной динамики, хаоса, фракталов,

катастроф, бифуркаций, волн, солитонов, полевых и других эффектов

2. Понятие неустойчивости

Если диссипативная система располагается в локальном или глобальном минимуме, то при малых внешних воздействиях она находится в окрестности устойчивого состояния (рис. 1.6). С нарастанием амплитуды внешних воздействий система может перейти в новое и возможно неустойчивое состояние (локальный максимум или лабильное состояние на рис. 1.6). В природных системах всегда возникают случайные процессы,

которые обусловлены изменениями во внешней среде.

Эти изменения могут перевести систему в неустойчивые состояния,

которые различаются по виду и по своей природе. Зачастую возникающие неустойчивости могут способствовать переходу открытой системы в состояние с качественно новыми характеристиками (например, фазовый переход газ-жидкость; возникновение областей упорядоченности при хаотическом перемещении частиц).

Вопрос 2

3. Неравновесные системы и нелинейная динамика

Изолированные и закрытые термодинамические системы с течением времени переходят в равновесное состояние. Оно характеризуется постоянством интенсивных величин (давления P , температуры T и

химических потенциалов компонентов µ i (i =1чl, l – число компонентов в системе)), изменения которых вызывает возникновение потоков интенсивных величин (внутренней энергии U, объёма

V и числа частиц N i ). В изолированных системах число частиц неизменно, поэтому происходит сохранение всех интенсивных параметров системы. Возникающие термодинамические силы и соответствующие им потоки стремятся вернуть систему в положение равновесия. Закрытая система обменивается с внешней средой энергией, однако протекающие процессы приводят к уравновешиванию энергетических потоков, которые исходят из системы и возвращаются в неё. Закрытая система переходит в стационарное равновесное состояние. В этом состоянии частицы совершают

броуновские движения, которые определяют тепловой хаос. Снижение температуры до критической Tc приводит к выделению подсистемы с частичной упорядоченностью (фазовый переход), которая характеризуется возникновением ближнего порядка в некоторых областях системы. Эти подсистемы стремятся к объединению, что приводит к выделению новой фазы. Новое состояние системы отличается от предыдущего состояния как по виду, так и по физико-химическим свойствам. Дальнейшее снижение температуры приводит к появлению дальнего порядка и скоррелированному поведению частиц (эффект когерентности).

Когерентность поведения связана с проявлением пространственно-временной или периодической структуры системы, которая присуща материи в любом агрегатном состоянии, но нивелируется тепловыми и другими процессами. Кооперативные явления объясняются возникновением дальнодействующих сил. Так в реакции Белоусова-Жаботинского они проявляются в виде колебаний концентраций реагентов, несмотря на то, что радиус взаимодействия между молекулами в миллиард раз меньше линейных размеров самой системы. Возникновение порядка в изначально хаотической среде является проявлением неравновесности, неустойчивости и

нелинейности динамического поведения исследуемой системы.

Ещё более наглядно эти эффекты проявляются в открытых системах,

которые обмениваются с термостатом не только энергией, но и частицами.

Чем дальше такая система уходит от равновесия, тем больше гармонических мод проявляется в её поведении. Внешние воздействия способствуют усилению одних и подавлению других гармоник.

Вопрос 3

Динамические системы: хаос, информация, обратимость, циклы

Динамические системы характеризуются набором переменных,

значения которых могут быть определены из уравнений её движения.

Мгновенное положение системы определяется местоположением и