Анотація до роботи:

Усов В.В. Фрактальна природа анізотропії фізичних властивостей деформованих металічних систем з кубічними решітками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2002.

У дисертації досліджена природа виникнення анізотропії макроскопічних властивостей (електро - і теплопровідність, теплове розширення, які є ізотропними в бездефектних кристалах), що описуються тензорами другого рангу, в деформованих металевих системах з кубічними решітками. Є визначеним внесок в анізотропію фізико-механічних властивостей неоднорідного розподілення дефектів решітки. Розроблена фізична модель структури деформованих металевих систем, яка базується на понятті фрактала. Це дає можливість з єдиних позицій кількісно аналізувати широкий клас анізотропії фізико-механічних властивостей (які описуються тензорами другого та четвертого рангів, механічні властивості, ударна в`язкість) з урахуванням впливу кристалічних дефектів. Розроблена та реалізована методика розрахунку електро - і теплопровідності, теплового розширення, пружних властивостей деформованих матеріалів, яка базується на фрактальній моделі та ідеях ренорм - групових перетворень. Результати розрахунків добре узгоджуються з експериментальними даними. Теоретичні дослідження фрактальної природи анізотропії фізико-механічних властивостей мають важливе прикладне значення. Проведене комп`ютерне моделювання поширення крихкої тріщини в металевих системах показало, що конфігурація тріщин є фракталом. Показано, що кристалографічна текстура та ії неоднорідність є однією з основних причин виникнення анізотропії ударної в`язкості та зниження опору руйнування при розвитку шарувато-крихких тріщин нормального відриву в низьколегованих сталях з феррітною структурою після контрольованої прокатки при зниженні температури випробувань. Виявлена анізотропія повернення дефекту модуля Юнга при відпалі деформованих металевих систем з кубічними решітками. Показано, що названа анізотропія є проявленням фрактальної природи не тільки формування кристалічних дефектів у процесі деформування, але і їхнього заліковування в процесі відпалювання. Встановлені механізми повернення модуля Юнга при дорекристалізаційному відпалі.

У роботі отримані принципово нові результати, що стосуються фізичних принципів кількісного опису анізотропії фізико-механічних властивостей з урахуванням внеску дефектів кристалічної будови, керування властивостями в деформованих металевих системах з кубічними решітками і самоорганізації ієрархічних систем дефектів кристалічної будови в деформованих металевих матеріалах з кубічними решітками після пластичної деформації. Ці результати мають загальний характер для металевих систем з високою щільністю дислокацій і можуть бути фізичною основою для розробки нової й удосконаленню існуючої техніки для народного господарства, що сприяла б науково-технічному прогресу.

1. Установлені закономірності виникнення анізотропії макроскопічних властивостей (які є ізотропними в бездефектних кристалах) у деформованих металевих системах з кубічними решітками – це прояв колективних ефектів скупчення мікроскопічних дефектів кристалічної будови. Сформовані в роботі уявлення про меза - механізми самоорганізації ієрархічних систем дефектів кристалічної будови при пластичній деформації і запропонована фрактальна модель структури деформованих металевих систем можуть бути використані як фізичні основи при вивченні деформації різних твердих тіл і подальшого розвитку мезаскопічної фізики приладів елементів і систем.

2. Показано, що виявлена анізотропія електро - і теплопровідності, теплового розширення, дефекту модуля Юнга в деформованих металевих системах з кубічними решітками, а також виявлена нами анізотропія повернення дефекту модуля Юнга при відпалі мають фрактальну природу. Це дозволяє вказати шляхи створення приладів електронної техніки, наприклад, автоматичних регуляторів температури, в основі роботи яких лежить контактне з'єднання зразків, вирізаних у двох різних напрямках деформованого листа металу кубічної системи, що володіють різним електричним опором чи різним коефіцієнтом теплового розширення.

3. Розроблено фізико-математичну модель структури деформованих металів, що заснована на понятті фрактала, яка дозволяє кількісно пояснити природу виникнення якісно нових фізичних властивостей у деформованих металевих системах з кубічними решітками. Запропонована модель дає можливість з єдиних позицій проводити кількісний аналіз широкого класу анізотропії фізико-механічних властивостей з урахуванням впливу кристалічних дефектів.

4. Розроблена і реалізована методика розрахунку електро - і теплопровідності, теплового розширення, пружних властивостей деформованих матеріалів, що базується на фрактальній моделі і на ідеях ренорм - групових перетворень. Результати розрахунку анізотропії вищевказаних властивостей на основі даної моделі добре узгоджуються з експериментальними даними. Отримані результати мають значення для прогнозування і керування властивостями в деформованих металевих системах.

5. Комп'ютерне моделювання поширення крихкої тріщини в металевих системах показало, що конфігурація тріщин є фракталом. Ці результати і використання концепції фрактала є важливими для розуміння явищ руйнування матеріалів і систем для моделей руйнування, що поступово ускладнюються.

6. Показано, що дислокаційна структура кристалітів меза - областей різних текстурних компонентів неоднакова для деформованих прокаткою сплавів Fe - 3 % Si і Fe - 0,11 % C - 1,50 % Mn - 0,38 % Si з ОЦК - решітками. Ці результати мають значення для створення фрактальної теорії пластичної деформації металевих систем.

7. Установлено, що розподіл мікровикривлень решітки кристалітів у головних компонентах текстури прокатки відрізняється для меза - областей різних текстурних компонентів деформованих металевих систем з кубічними решітками – мідь, сплави Cu - 10 ат. % Ni, Fe-3% Si, Fe - (0,06 – 0,11 %) C - (1,38 – 1,58 %) Mn - (0,38 – 1,0 %) Si. Показано, що пружні мікронапруги, обумовлені викривленнями решітки, вносять анізотропний внесок (у межах 5 – 6 %) у залежність пружних властивостей від орієнтації в деформованих металевих системах з кубічними решітками. Це дає можливість кількісного теоретичного аналізу анізотропії дефекту модуля Юнга, що спостерігається експериментально, з урахуванням впливу кристалічних дефектів.

8. Виявлено закономірності формування кристалографічної текстури і структури по перетину деформованих полікристалів сплавів Fe - (0,06 – 0,11 %) C - (1,38 – 1,58%) Mn - (0,38 – 1,00 %) Si і фізична природа внеску вищевказаних характеристик в анізотропію механічних властивостей. Показано, що кристалографічна текстура (компоненти якої характеризуються неоднаковою дислокаційною субструктурою) і її неоднорідність є однією з основних причин виникнення анізотропії ударної в'язкості і зменшення опору руйнуванню при розвитку шарувато-крихких тріщин нормального відриву в низьколегованих сталях з феррітною структурою після контрольованої прокатки при зниженні температури випробувань. Отримані результати мають значення для оптимізації технологічних процесів одержання сталей з поліпшеними експлуатаційними характеристиками.

9. Установлено, що повернення дефекту модуля Юнга при дорекристалізаційному відпалі деформованих металевих систем з кубічними решітками обумовлені закріпленням рухливих дислокацій. Однак механізми цього закріплення неоднакові. У деформованій міді повернення обумовлене міграцією комплексів вакансія - атом домішки до дислокацій з наступним закріпленням порогів на дислокаціях осілими там атомами домішок у результаті анігіляції в процесі відпалу надлишкових вакансій, що виникли раніше при деформації. У сплаві Cu - 10 ат. % Ni більш істотне повернення дефекту модуля Юнга обумовлене більш сильним закріпленням рухливих дислокацій комплексами атомів нікелю. Такі комплекси утворюються при розшаруванні твердого розчину в процесі відпалу. Повернення дефекту модуля Юнга при відпалі деформованого сплаву Fe - 3 % Si зв'язане з утворенням зародків виділень і наступним виникненням частинок упорядкованої фази усередині неупорядкованої на дислокаціях, що веде до закріплення останніх у ході відпалу. Отримані результати мають значення для створення фрактальної теорії процесів повернення і рекристалізації при відпалі деформованих металевих систем.

10. Виявлено анізотропію повернення дефекту модуля Юнга при відпалі деформованих металевих систем з кубічними решітками. Показано, що анізотропія повернення, що спостерігається, дефекту модуля пружності обумовлена неодночасним заліковуванням при відпалі дефектів решітки у меза - областях різних компонентів текстури деформованих металів. Ці результати мають важливе теоретичне значення, тому що показують, що анізотропія повернення дефекту модуля Юнга при відпалі й анізотропія удаваної величини коефіцієнта теплового розширення мають єдину фрактальну природу.

Публікації автора:

1. Усов В.В. Фрактальная природа анизотропии физических свойств деформированных металлических систем с кубической решеткой. – Одесса: ТЭС, 2001. – 130с.

2. Брюханов А.А., Усов В.В. Анизотропия модуля Юнга текстурованных листов сплавов ТС6 и ВТ-15 и их упругие константы // Известия АН СССР. Металлы. – 1985 – №6. – С. 135 - 136.

3. Неоднородность текстуры алюминия и ее влияние на анизотропию упругих свойств листов / Брюханов А.А., Соколенко А.А., Шкатуляк Н.М., Усов В.В. // Известия вузов. Физика. – 1988. – №3. – С. 125.

4. Усов В.В., Шкатуляк Н.М. Текстура и механические свойства - титанового сплава ВТ-15 – // Поверхности раздела, структурные дефекты и свойства металлов и сплавов. – Череповец: ЧГПИ, 1988. – С. 76 - 77.

5. Брюханов А.А., Усов В.В., Шкатуляк Н.М. Влияние контролируемой прокатки на неоднородность кристаллографической текстуры по сечению толстолистового проката низколегированной стали // Известия вузов. Черная металлургия. – 1989. – №12. – С. 73 - 76.

6. Влияние кристаллографической текстуры на склонность к слоисто-хрупкому разрушению низколегированных малоперлитных сталей / В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, В.С. Гиренко, М.Д. Рабкина, А.В. Бернацкий, А.П. Мусиенко, О.Н. Щербаков // Известия АН СССР. Металлы. – 1990. – №1. – С. 120 - 125.

7. Усов В.В., Шкатуляк Н.М. Текстурообразование в толстолистовом прокате низколегированной стали 09Г2С // Известия вузов. Физика. – 1991. – №5. – С. 124.

8. Усов В.В., Тарловский В.А. Метод расчета трехмерных функций распределения ориентаций и интегральных характеристик текстуры металлов с кубической решеткой из обратных полюсных фигур // Заводская лаборатория. – 1991. – №7. – С. 25 - 29.

9. Лариков Л.Н., Брюханов А.А., Усов В.В. Механизм процессов восстановления модуля упругости при отжиге холоднокатаной поликристаллической меди // Металлофизика. – 1991. – Т.13, №9. – С. 79 - 85.

10. Лариков Л.Н., Брюханов А.А., Усов В.В. Влияние микроискажений решетки на анизотропию упругих свойств листов меди в приближении Хилла // Металлофизика. – 1992. – Т.14, №1. – С. 34 - 40.

11. Брюханова З.А., Усов В.В., Шкатуляк Н.М. Влияние горячей прокатки на неоднородность кристаллографической текстуры по сечению листов ПНП - стали и анизотропию их упругих свойств // Известия вузов. Черная металлургия. – 1992. – №2. – С. 43 - 46.

12. Брюханов А.А., Усов В.В. Влияние дефектности кристаллической решетки в различных компонентах текстуры на электрические и механические свойства холоднокатаной поликристаллической меди // Физика металлов и металловедение.-1992.-№4. - С. 125 - 131.

13. Лариков Л.Н., Усов В.В. Влияние естественного старения и отжига на упругие свойства холоднокатаного сплава Fe - 3 % Si // Металлофизика. – 1992. – Т. 14, №10. – С. 64 - 72.

14. Лариков Л.Н., Усов В.В. Композитная модель текстурованного поликристалла и анизотропия физико-механических свойств // Металлофизика.– 1992. – Т. 14, №9. – С. 37 - 46.

15. Bryukhanov A.A., Usov V.V. The Effect of Lattice Defects in Various Texture Components on the Electrical and Mechanical Properties of Cold-Rolled Polycrystalline Copper // Physics of Metals and Metallography. – 1992. – V.73, №4. – P. 410 - 414.

16. Лариков Л.Н., Усов В.В., Стеценко И.В. О возврате дефекта модуля Юнга при отжиге холоднокатаного сплава Cu - 10 ат. % Ni // Металлофизика. – 1992. – Т. 14, №10. – С. 73 - 80.

17. Метод расчета анизотропии модуля упругости толстолистового проката с текстурной неоднородностью по сечению / В.В. Усов, А.А. Брюханов, А.Л. Дугарь, А.В. Манжиков // Заводская лаборатория. – 1992. – №12. – С. 31 - 33.

18. Влияние кристаллографической текстуры на анизотропию характеристик разрушения низколегированной стали контролируемой прокатки / В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, В.С. Гиренко, М.Д. Рабкина, А.В. Бернацкий // Физико-химическая механика материалов. – 1993. – Т. 29, №2. – С. 47 - 52.

19. Усов В.В., Брюханов А.А., Шкатуляк Н.М., Манжиков А.В. Влияние холодной прокатки на анизотропию модуля сдвига и коэффициента Пуассона поликристаллических меди и кремнистого железа // Известия вузов. Физика. – 1993. – №2. – С. 25 - 29.

20. Лариков Л.Н., Усов В.В. О природе анизотропии коэффициента теплового расширения сильнодеформированных металлов с кубической решеткой // Металлофизика. – 1993. – Т.15, №2. – С. 15 - 22.

21. Лариков Л.Н., Усов В.В., Бакланова Л.М. Анизотропия теплового расширения деформированной поликристаллической меди // Металлофизика. – 1993. – Т.15, №5. – С. 51 - 55.

22. Лариков Л.Н., Усов В.В. Об анизотропии электро- и теплопроводности деформированного сплава Fe - 3 % Si // Металлофизика и новейшие технологии. - 1994. – Т.16, №2. – С. 35 - 41.

23. Усов В.В. О дислокационной структуре в различных компонентах текстуры деформированного сплава на основе железа // Металлофизика и новейшие технологии. – 1994 – Т.16, №3. – С. 85 - 88.

24. Усов В.В. Анизотропия дефекта модуля Юнга, обусловленная неоднородным распределением дислокаций в деформированных металлах // Металлофизика и новейшие технологии. – 1994. – Т.16, №5. – С. 8 - 16.

25. Усов В.В., Дугарь А.Л. Влияние холодной прокатки на формирование дислокационной структуры кремнистого железа // Известия вузов. Черная металлургия. – 2001. – №5. – С. 43 - 46.

26. Усов В.В. Анизотропия электропроводности трансформаторной стали // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2001. - № 4–5. - С.60–62.

27. Усов В.В. Формирование фрактальной структуры при хрупком разрушении пластины // Ядерная и радиационная безопасность. - 2001, Т.4, №4. - С. 81 – 85.