Dağılmaların sinerqetikası və mexaniki xassələri

Cədvəl 1

Metallar	G, M Pa	E, M Pa	G/E	∆	Wcd/Wcv
W	15836	40559	0,390	0,13	0,33
Mo	12435	32221	0,386	0,12	0.31
Nb	3751	10478	0,358	0,13	0,36
Ta	6931	18849	0,368	0,12	0,33
Ag	3009	8231	0,366	0,16	0,44
Ti	39788	105844	0,38	0,11	0,28
Au	2809	7993	0,351	0,15	0,42
Cr	12008	29758	0,403	0,11	0,27
V	4701	12808	0,367	0,11	0,30
Ni	8688	22513	0,364	0,16	0,44
Zn	36554	92120	0,400	0.21	0,53
Re	176400	463540	0,381	0,11	0,29
Hf	52920	138180	0,383	0,14	0,36
Zr	36064	95550	0,377	0,13	0,34
Co	74774	199920	0,374	0,11	0,29

(9)

burada C_p(T) materialın istilik həcmidir, (5) bərabərliyində (8) nəzərə alsaq alarıq:

(10)

Məlumdur ki, G/T temperaturun geniş diapazonunda tempuraturdan az aslıdır və əksər metallar üçün 0.4 – ə yaxındır (cədvəl 1). Eyni zamanda ərintinin gizli istiliyi hərarətlərdən asılı olmur. Beləliklə, (10) bəradərliyinin sol tərəfindəki parametrlər tempuraturdan az və ya hec asılı deyil. Bu o deməkdir ki, temperaturun artması (və ya azalması) ∆H_T azalmasına (və ya artmasına) buna mütənasib olaraq da ∆_T azalmasına (və ya artmasına) gətirib çıxardır.

Bunları nəzərə alaraq (5) bələ şəkildə də yazmaq olar:

(11)

Əksər metallar üçün G/E ≈ 0.4 bərabərdir. Bu zaman (11) aşağıdakı kimi olar:

(12)

Bu nöqtədə entalpiya entropiyaya bərabər olur. Belə ki, otaq temperaturunda və daha aşağı temperaturlarda ∆_T temperaturadan az asılı olur. Bunları nəzərə alaraq məqsədəuyğun olardı ki, ∆_T anlayışını determinasiya edək və ∆_T anlayışını 273 K temperaturda nəzərə alaq. Əksər metallar üçün ∆_T metalların kimyəvi tərkibindən də az asılıdır [12÷15].

Cədvəl 2

Polad		Ərintilər Ti		Ərintlər Al
Dəmir 20 1X13 3X13 X18H9T X18H9 30X 30H3 40 30Г2 30ХН3 Г13 Н28 50С2Г У8 У12	0,10 0,11 0,12 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0.11 0.11 0,11 0,11 0,12 0,11 0,11 ∆ср=0,11	ВТ3-1 ВТ-9 ВТ-18 ВТ-100 ВТ-10 ОТ4-0 ОТ4-1 ВТ5-1 ВТ5 ВТ6 ВТ20 ВТ14 ВТ23 ВТ15 ВТ18 ВТ22 ВТ20	0,14 0,11 0,12 0,13 0,14 0,12 0,11 0,14 0,11 0,12 0,12 0,13 0,12 0,12 0,11 0,11 0,11 ∆ср=0,12	Al АМЦ АМГ2 АМГ5 Д1 АК2 АК8 Ал19 Ал 13	0,22 0,20 0,22 0,24 0,23 0,22 0,24 0,20 0,21 ∆ср=0,22

Cədvəl 3

Ərintinin əsası	E, MPa	υ	K MPa m^½	Ṕé ·10^-3 MPa^3 ^° M	P״é ·10^-8 MPa^3° M
Fe Ti Al	215,500 105,200 72,200	0,28 0,34 0,34	40,3 29,5 18,5	2,67 1,78 0,70	6.250 2,13 0,73

Cədvəl 4

Məsafə, nm	Zaman, dəq
	0	15	45	60	90	180
Yenicə yaranan mikroçatlar arasında məsafə	6	6	5.2	5.6	5.6	5.6
Səthdəki magistral mikroçatdan ən yaxın yenicə yaranan çata kimi	40	12	4	3.2	2	2

Yerinə yetirilən tədqiqatlar mikronümunələrin materialının strukturunun kinetiki deqradasiyalarını aşağıdakı qaydada təsvir etmək üçün imkan verir.

1. 
   Deformasiyanın böyüməsi prosesində məhdud deformasiya zonasının yaranması baş verir;
   
2. 
   Bu zonada strukturun fraqmentləşməsi və qüsürların yaranmasına rast gəlinir;
   
3. 
   Fraqmentasya mərhələsi başlanır, bu zaman mikrohəcimlərdə faza keçidləri yaranır kristalik haldan amorf hala keçid və dislokasiya itir;
   
4. 
   Sonrakı təzyiqin artması, çatların yaranmasına və böyüməsinə səbəb olur;
   
5. 
   Çatların artması onların birləşməsinə və ümumi boyük çatların əmələ gəlməsinə səbəb olur;
   
6. 
   Mikroçatların hərəkəti nəticəsində onların magistral çatla birləşməsinə və dalğavari xəttlərin əmələ gəlməsinə səbəb olur.
   

Beləliklə, mexanizmin mikroqoparmalarının sinerqetik dağılma yanaşmaları kritik şərt kimi nəzərdən keçirilməlidir. Daxili enerjinin yığılması nəticəsində kritik həddə üç fazanın yaranması baş verir: kristalik, amorf, destruktiv (dağıdıcı).

Bundan sonra belə qeyd edilir ki, Δ – sabiti parçalanmanın mikromexanizminin dəyişilməsinə cavab verən bifurkasiya nöqtələrində mexaniki xassələr arasında əlaqələrin müəyyən edilməsi üçün istifadə edilir.

Trikritik nöqtə və onun özəllikləri. Qeyri-bərabər stasionar vəziyyətlərin və bərabər stasionar vəziyyətlərin termodinamikası fazalı keçidlərə yaxın olan nöqtələrlə sıx əlaqədardır; xassələrinə görə tamamilə fərqlənən fərqli sistemlərin hərəkətində oxşarlığa rast gəlinir [16, 17]. Bununla əlaqədar olaraq, pozulma zamanı trikritik nöqtə ilə əlaqəli olan xüsusiyyətlər analizi maraq doğurur.

Artıq məlum olduğu kimi, trikritik nöqtələrin mövcudluğu zamanı I növdən olan faza keçidlərinin xətti II növdən olan faza keçidlərinin üç xəttinə ayrılır. Belə ki, trikritik nöqtə elə bir nöqtədir ki, bu nöqtədə II növdən olan dönən və dönməyən keçidlərin xəttləri I növdən olan faza keçidlərinin xəttləri ilə kəsişir. Trikritik nöqtənin yaxınlığında olan üç A, B və C fazaları bir-birindən seçilmir (adi kritik nöqtələrdə yalnız iki faza bir-birindən ayrılmır). Trikritik nöqtə miqyaslı invariantlığa və universallığa malikdir. Miqyaslı invariantlıq (skeylinq) o mənanı verir ki, bu nöqtələrdə vəziyyətin bərabərləşməsinə cavab verən bütün əyrilər vahid miqyaslı-invariant asılılığa istiqamətlənir, universallıq isə – əgər “universallığın sinifləri” üzrə bütün sinifləri bölməli olsaq bu zaman Mendeleyev cədvəlinin bəzi oxşarlarının qurulması imkanlarına malikdir. Universallığın bir sinifinin sistemi vəziyyətin eyni kritik göstəricilərinə və eyni skeylinq bərabərliyinə malikdir. Materialın dağılmasının plastik deformasiyasını bu günlərə qədər. ya onun xüsusiyyətlərinin konkret reoloji modeli üçün müəyyən edilmiş bərk cismin deformasiyaya uğrayan mexaniki mövqeyi ilə, ya da dağılmanın plastik deformasiya proseslərinin mərhələlərini və ya elementar aktlarını nəzərdən keçirən dislokasiya və disklinasiya modellərinin əsasında fiziki dayanıqlıq mövqeyi ilə təqdim edirdilər [3÷7]. Bu yanaşmalar müəyyən məsələlərin həll edilməsi üçün kifayət qədər effektivdir, amma bütün dağılma prosesini deformasiyanın ilkin mərhələlərindən başa düşmək üçün ziyanların toplanması və onun dağılmasına qədərdir, həmçinin korlanma mərhələsindən dağılma mərhələsinə keçid səbəbi kifayət deyil.

Bu onunla əlaqədardır ki, plastik deformasiyanın və dağılmanın bütün mövcud nəzəriyyələri qapalı sistem kimi gərginlik altında bərk cismin müzakirəyə qoyulmasına əsaslanır, eyni zamanda gərginlik altında ətraf mühitdə enerji və maddələrlə dəyişik salınan metal kimi açıq sistemdir. Tarazlıqdan uzaqda yerləşən sistemlər bərpa edilməz xarakter daşıdığı andan etibarən qeyri-xəttidir və onda gedən dəyişikliklərdir [17].

Sistemin təsvir edilməsi üçün plastik qeyri-bərabər faza keçidləri kimi nəzərdən keçirilmək üçün zəruri olan deformasiya və dağılma kimi sinergetikanın prinsiplərini tətbiq etmək zəruridir. Böyük plastik demormasiyalar sahəsində formadəyişdirmə prosesi özündə quruluşların intensiv dispergirləşməsini ehtiva edir. Plastik deformasiya zamanı meydana gələn dislokasiyanın ahəngi əksər dislokasiyaların qarşılıqlı əlaqələrində əks etdirilir.

V.A.Pavlov [5] metal və ərintilərin quruluş və xassələrinin deformasiyanın yüksək mərhələsi ilə təhlil əsasında o belə bir nəticəyə gəlib ki, deformasiyanın ən yüksək mərhələlərində amorf fazalarının formalaşdırılmasına gətirib çıxaran kristal quruluşunun amorfizasiya prosesi baş verir. Bu amorf quruluşu dispergirləşmə prosesinin və deformasiyanın rotasiya növlərinin inkişafı zamanı şəbəkə qüsurlarının yığılmasının nəticəsidir. İşlə əlaqədar olaraq, kristal vəziyyətdən amorf vəziyyətə fazalı keçid, kristal blokların kritik ölçülərinə nail olmaqla və şəbəkənin qüsurlarının toplanması ilə həyata keçir. Bununla belə, proses vaxta görə uzanır ki, kritik şərtlər bütün materiallarda deyil, məhz lokal sahələrdə realizə edilir. Plastik deformasiyalar zamanı faza keçidlərinin mövcudluğu haqqında olduqca qənaətbəxş məlumatlar dəmir aşqarlarının və silisium nikelinin quruluşlarına, mexaniki və fiziki xüsusiyyətlərinə təsirinə dair aparılan kompleksli araşdırmalarda meydana çıxmışdır.

Aşqar elementi qismində silisiumun seçilməsi onunla əsaslanır ki, o ərintinin amorf vəziyyətini yaratmaq gücünə malikdir. Ərintini aşağıdakı tərkibdə tədqiq ediblər: (kütlədə %): Ni+1% Si, Ni→+2.9% Si, Ni₆₀Fe₄₀+1%Si, Ni₆₀Fe₄₀+4.6%Si, Fe+1%Si, Fe+3.2%Si (elektrotexniki dəmir). Tədqiqatlar göstərdi ki, Fe və Ni silisium aşqarları minimumları və maksimumları yaratmaqla deformasiyanın ən yüksək mərhələlərində axan, möhkəm və maqnit xüsusiyyətlərinin gərginliyinin qeyri-yeknəsək asılılığına gətirib çıxardır. Deformasiyanın son dərəcə yüksək mərhələlərinə nail olmaqla maqnit xüsusiyyətlərin təkmilləşməsi qeydə alınır ki, bu da strukturda amorf fazasının aşkar edilməsinə gətirib çıxardır. Bu nəticə elektron-mikroskopik araşdırmalar əsasında təsdiq edilib və göstərir ki, deformasiyadan sonra ψ=99.0% – ə cavab verən və Fe – 3.2% ərintinin quruluşundakı minimum elektromaqnit itkilər iki fazadan ibarətdir: güclü təhrif olunmuş qəfəsdəki (şəbəkədəki) kristal faza elektroqrammalarda güclü dağılmış difraksion miqdarlarla və amorf fazası isə xalis və parçalanmış haloidlə xarakterizə edilir. Əldə edilmiş nəticələr daha əvvəl əldə edilmiş elektromikroskopik araşdırmalara uyğundur [18÷20].

Araşdırmalar nəticəsində nikel və alüminiumdan (99.99%) olan nazik obyektlərə, 1%-li niobiya, sirkonium ərintilərinə, COX16H55HB austenit paslanmayan polada, həmçinin ion hissəciklərində və ya ion-vakumunda daş, duz kristalarına metalın toz şəkilində əlavə edilməsi ilə əldə edilən Fe–Ni texnesiya, mis, dəmir, amorf ərintilərindən plyonkalara gətirib çıxartdı. Bu yolla əldə edilən nazik pərdələrin (plyonka, qat) istifadə edilməsi qatın bütün qalınlığı üzrə “in situ” parçalanmasının təkamülünü müşahidə etməklə elektron mikroskopun sütununda parçalanmanın mikroproseslərini tədqiq etmək imkanlarını təmin edən qatın bütün qalınlığı üzrə bərabər səviyyələr əldə etməyə imkan verdi. Nazik qatların nazik quruluşlarında gedən prosesləri araşdırmaq üçün plastik deformasiya proseslərində plyonka nümunələrini 50 nm qalınlığında olan platin və ya misdən olan qəlbə yerləşdirdilər. Cihazın götürdüklərinin yerləşdirilməsinin sürəti 0.05 mkm/dəq – dir.

Aparılmış eksperimentlər onu göstərdi ki, kütləvi materiallardan ibarət olan plyonkalarda və nazik obyektlərdə plastik deformasiya və parçalanma proseslərinin baş verməsi oxşardır. Belə ki, bütün araşdırılan materiallarda (amorf plyonkasından başqa) prosesin kinetikası oxşardır, ona alüminiumun nümunəsində baxaq (2 x 4 x 0.3 mm ölçüdə olan nümunələri sınaqdan keçirilmişdir) [19, 20].

Nümunə vasitəsi ilə elektron dəstələrinin keçməsi zamanı bir düz dəstə və difragirasiya dəstələri əmələ gəlir. Əgər obyektiv linzanın apertur diafraqmasının köməyi ilə mərkəzi dəstəni ayırsaq və bu dəstədə təsvir əldə etsək bu zaman həmin təsvir parlaq olacaqdır. Təsvir istənilən difragirasiya dəstələrinin birində və ya diafraqmanı mərkəzi vəziyyətdən kənarda olan tərəfdə qarışdırmaqla əldə edilə bilər. Nəticədə tünd rəngli təsvir meydana çıxır. Bu üsuldan istifadə etməklə gərginlik altında obyektinin hərəkəti haqqında mühüm məlumatları əldə etmək olar.

Alüminiumun mikrodifraksiya rejiminin köməyi ilə tədqiq edilməsi nəticəsində nümunənin mikroçatlı sahəsindən elektronoqrammasını əldə etdilər. Elektronoqrammanın eyniləşdirilməsi həyata keçirildi və daha sonra düz və difragirasiya dəstələrindəki obyektlərin sahələrində elektron-mikroskopik mikrofotoqrafiya əldə edildi. Əgər obyektin sahəsi əks edilməyən vəziyyətdədirsə, və yaxud difragirasiya dəstəsi üçün Breqqanın şərtinə əməl edilmirsə, bu zaman həmin sahə tündrəngli təsvirdə tünd kontrasta malik olur. Bərabər səviyyədə bu həmdə materialın amorf vəziyyətinə aiddir, belə ki, amorf materialı üçün Breqqa şərti atomların xaotik yerləşməsinə görə yerinə yetirilmir. Müxtəlif difragirasiya dəstəsində əldə edilən tünd sahəli təsvirlərdə mikroçatların uzunluğunun ölçüsünü həyata keçirilir və onları açıqrəngli sahədə təsvir edilən obyektlə müqayisə edirlər.

Materialın quruluşunun sahə diafraqmasının köməyi ilə submikroçatların araşdırılması üçün submikroçatların başında bilavasitə yerləşən sahə seçildi və ondan elektronoqrammanı əldə edildi. Tünd rəngli təsviri həmin sahənin diffuzionlu halqavari refleksinin mərkəzə gətirilməsi ilə əldə etdilər.

Həyata keçirilmiş eksperimentlər onu göstərdi ki, mikroçatları əmələ gətirən gərginliyin əlavə edilməsi zamanı mikroqoparmalərin parçalanması baş tutur. Submikroçatların artımı, bu submikroçatların sonradan submiroçatları əmələ gətirən mikroçatlarla sıçrayışlar şəklində qarışdırılması ilə baş tutur, bundan sonra submiroçatların başında “quruluşsuz” zona formalaşır.

Çatların artımının bütün mərhələlərində aşkar edilmiş xüsusi özəllik ondan ibarətdir ki, ekstinsion konturlar submiroçatların sonuna qədər gedib çatmır, lakin bəzi ara məsafələrdə qırılmalar baş verir. Bu iki faktorla izah edilir: ya ekstinsion konturların qırıldığı sahə kristalloqrafik səthə malikdir ki, bu da həmin refleks üçün əksetmə vəziyyətində deyil, ya da ki, həmin sahə qeyri-kristallik vəziyyətdədir. Birinci faktor bu səbəbdən diqqət nəzərindən kənarda, digər faktor isə reflekslərin təhlilində nəzərə alınmışdır.

Belə halda, digər faktor qalır ki, bu faktor da ekstinsion konturların çatın başından kənarda qırılmasını şərtləndirir və bu qeyri-kristallik vəziyyətdə olan keçiddir. Belə nəticə həmçinin tündrəngli və açıqrəngli təsvirlərdə submiroçatların ölçüsündəki fərqdə də təsdiq edilir.

Daha maraqlı nəticələr isə 1% Nb ilə işığa verilmiş və işığa verilməmiş sirkonium aşqarlarının parçalanmasının araşdırılması zamanı əldə edilmişdir. İşığa vermə nüvə cisimlərində bərabər yerləşmiş işığa vermənin radiasion qüsurlarını meydana çıxarır. Bəzi hallarda, qüsurlar həddi keçən zaman istiqamətini dəyişən sıralarda düzülüb. Deformasiyanın (4.3 və 5.25%) müxtəlif mərhələlərindən sonra nümunələr daimi gərginlik altında saxlanılırdı. Təcrübə prosesində vaxtaşırı olaraq nüvənin ölçüsünün uzunluğunun dəyişilməsi də araşdırılır.

Qeyd edilənlərin təhlili onu göstərir ki, submiroçatların səthinin artımı nizamlı deyil, həmçinin burada çatların başlanğıc sahələrinin dəyişildiyi də müşayiət edilir. Bu həmçinin submiroçatların arasındakı məsafədə də əks edilir, belə ki, submiroçatların arasındakı məsafə dəyişildikdə nizamlı deyil. Bu dəyişiklik onunla əlaqədardır ki, bəzi nüvələr artdığı halda, digərləri azalır. FeNi amorf plyonkasının hərəkəti (plyonkanın elektronoqrafik tədqiqatı amorf vəziyyətinin bütün əlamətlərini aşkara çıxartdı) buna bənzərdir. Çatların ucunda həmçinin nazikləşmiş sahə də əmələ gəlir, amma kristal materialdan fərqli olaraq o deformasiyanın kiçik başlanğıc mərhələlərində yüksək sürətlə yayılmağa başlayır. Amorf metalında çatların artmasının kinetikası və qeyri-kristallik zonada kristalik metalları buna oxşardır.

“İn situ” təcrübələrində plastik deformasiya zamanı meydana gələn fazaları, fazanın energetik vəziyyəti ilə müqayisə etsək belə nəticəyə gəlmək olar ki, dislokasiyadan azad olan zonanın daxili səbəblərdən əmələ gəlməsi bu zonada maksimal saflığına nail olmaq olar [18÷20].

Aparılan “İn situ” təcrübələri və daimi gərginlik zamanı, amorf zonada əmələ gələn çatlarının ucunun uzunluqlarının və sahələrinin dəyişilməsinin müəyyən edilməsi əminliklə amorf fazalarının meydana gəlməsi ilə çatların artımında qeyri-bərabər faza keçidlərinin mövcudluğunu sübut etdi. Bundan sonra bu fazanı biz qeyri-amorf fazası adlandıracağıq ki, bu fazanı yüksək sürətli bərkimədən sonra metalın amorf vəziyyətindən ayırd etmək mümkün olsun.

Aparılan araşdırmalar aşağıda qeyd edilən üsullarla mironümunəli materialın quruluşunun deqradasiyasının kinetikasını təsvir etməyə imkan verir:

1. 
   Deformasiyanın artımında uzadılmış gərginlikdə perpendikulyar olaraq yerləşən son həddinə çatdırılmış deformasiyalı zona formalaşır (nazikləşdirilmiş zona);
   
2. 
   Bu zonada strukturun fraqmentasiyası və qüsurların toplanması baş verir;
   
3. 
   Fraqmentasiya mərhələsinə nail olunur ki, bunun da müxtəlif mikrohəcmlərində kristallik vəziyyətdən amorf vəziyyətinə fazalı keçid və dislokasiyanın itməsi baş verir.
   
4. 
   Gərginliyin sonradan artması qeyri-amorf mikrohəcmlərdəki çatların uclarının əmələ gəlməsinə və üzülməsinə gətirib çıxardır.
   
5. 
   Subçatların ucları birləşmələrin hesabına ölçüdə artım olur və yayılır.
   
6. 
   Submiroçatların magistral çatlara doğru hərəkətində sıçrayışlar şəklində birləşmə baş verir.
   

Belə halda, mikroqoparmalərin mexanizmi üzrə parçalanmanın sinergetika üsulları nöqteyi nəzərindən trikritik nöqtəyə cavab verən kritik vəziyyət kimi nəzərdən keçirmək lazımdır. Belə ki, trikritik nöqtədə kritik həcmin daxili enerjisinin toplanması ilə üç faza eyni zamanda mövcuddur: kristallik, qeyri-amorf və destruktiv fazalar. Kristaldan qeyri-amorfa fazalı keçid son həddə çatmış deformasiyanın enerji sıxlığını tələb edir, bununla belə qeyri-amorf fazadan destruktiv fazaya keçid isə termiki fluktuasiyanın hesabına baş verir [21].

Bu xüsusiyyətlərin nəzərə alınması ilə kəsiklə mikroqoparmanın təzahürünü strukturun kinetik deqradasiyasının nəticəsi kimi şərh etmək olar. Çatların qeyri-stabil artımına keçid parçalanmanın qeyri-stabilliyini şərtləndirən çatlardan öndə olan deqradasiya strukturu ilə zonanın kritik ölçüsünə nail olmaqla yoxlanılır. Deformasiya zamanı metalların strukturunun deqradasiyasını yorğunluq zamanı öyrənmək çox asandır. Lokal zonanın formalaşdırılmasına gətirib çıxaran dislokasiya strukturunun təkamülü, işdə baxılan tsiklik gərginlik zamanı lokal trikritik nöqtələrə cavab verir (şək.1).

Şəkil 1. N=1,36·10⁶ dövr sayında və σ=±260MPa amplitudlu gərginlikdə dəmirin siklik yüklənməsi nəticəsində alınmış fraqmentləşdirilmiş strukturun nümunəsi.

Plastik deformasiya olunan kristalın fraqmentasiyası materialın kimyəvi xüsusiyyətindən və onun quruluşundan asılı olaraq müxtəlif gərginlik şərtlərində meydana çıxır. Bu istiqamətlənmə davamsızlığının prinsipini formalaşdırmağa imkan verir, bu da onunla nəticələnir ki, kristalın eyni formada istiqamətlənməsi plastik deformasiya ilə münasibətdə dayanıqsızdır. V.V.Rıbin tərəfindən bu faktlar nəzərə çarpdırılır ki, kristallarda fraqmentli quruluşların əmələ gəlməsini dissipativ strukturların formalaşdırılması nöqteyi nəzərdən baxmaq lazımdır [4].