Research of processes stimulating plastic deformation of metal materials arising under the action of electric current pulses

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The electrodynamic effect of an electric current pulse, which causes fast–flowing shock wave processes in metallic materials, has been experimentally established. The fronts of the electric pulse are formed in metal by mechanical shocks and vibroacoustic waves propagating in the form of bending shapes, and along the axis of the forms of stretching-compression. These processes are nonpolar in nature and dominate the electroplastic effect (EPE), stimulating plastic deformation and structural changes in the metal. Their action is similar to ultrasound. The thermal deformation of the sample and the pinch effect are polar in nature. They are insignificant and do not prevail at EPI current densities and durations. The results obtained will contribute to the creation of a consistent theory of EPE and the development of new technologies.

About the authors

V. I. Stashenko

A.A. Blagonravov Institute of Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vis20-11@rambler.ru
Russian Federation, Moscow

O. B. Skvortsov

A.A. Blagonravov Institute of Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences

Email: vis20-11@rambler.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Троицкий, О.А. Электропластический эффект в металлах / О.А. Троицкий // Чер. металлургия. Бюл. НТЭИ. 2018. № 9. С. 65–76. – (Troitsky O.A. Electroplastic effect in metals / O.A. Troitsky // Ferrous metallurgy. Bulletin of NTEI. 2018. № 9. P. 65–76.)
  2. Троицкий, О.А. Физические основы и технологии обработки современных материалов (теория, технологии, структура и свойства): в 2 т. / О.А. Троицкий, Ю.В. Баранов, Ю.С. Аврамов, А.Д. Шляпин. – Москва, Ижевск: Изд-во АНО ИКИ. 2004. Т.1. 563 с.; Т.2 . 467 с. – (Troitsky O.A. Physical foundations and technologies of processing modern materials (theory, technologies, structure and properties): in 2 volumes / O.A. Troitsky, Yu.V. Baranov, Yu.S. Avramov, A.D. Shlyapin. - Moscow, Izhevsk: Publishing house of ANO IKI. 2004. V.1. 563 p.; V.2. 467 p.)
  3. Троицкий, О.А. Электропластическое волочение проволоки – перспективный способ производства облегченных проводов и кабелей / О.А. Троицкий, В.И. Сташенко // Проблемы машиностроения и автоматизации проектирования. .2014. №1. С. 156–164. – (Troitsky O.A. Electroplastic wire drawing – a promising method for producing lightweight wires and cables / O.A. Troitsky, V.I. Stashenko // Problems of mechanical engineering and design automation. 2014. № 1. P.156–164.)
  4. Климов, К.М. О перспективах развития методов электростимулированной прокатки металлов / К.М. Климов, И.И. Новиков // Металлы. 2004. № 3. С.45–52. – (Klimov K.M. On the prospects for the development of methods of electrically stimulated rolling of metals / K.M. Klimov, I.I. Novikov // Metally. 2004. №3. P. 45–52.)
  5. Троицкий, О.А. Стан для прокатки нержавеющей стали без отжигов с применением импульсного тока / О.А. Троицкий, С.К. Ким, В.И. Сташенко // Станкоинструмент. 2019. № 2(15). С. 46–53. – (Troitsky O.A. Mill for rolling stainless steel without annealing using pulsed current / O.A. Troitsky, S.K. Kim, V.I. Stashenko // Stankoinstrument. 2019. № 2(15). P.46–53.).
  6. Sutton, A.P. Theory of electroplasticity based on electromagnetic induction / A.P. Sutton, T.N. Todorov // Phys. Rev. Mater. 2021. V. 5. № 11.
  7. Кравченко, В.Я. Взаимодействие направленного потока электронов с движущимися дислокациями / В.Я. Кравченко // ЖЭТФ. 1966. Т.51. № 36(12). С.1676–1681. – (Kravchenko V.Ya. Interaction of a directed electron flow with moving dislocations / V.Ya. Kravchenko // JETP. 1966. V.51. №36 (12). P.1676–1681.)
  8. Батаронов, И. Л. Механизмы влияния электрического поля и электрического тока на пластическую деформацию металлов: автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук / Батаронов Игорь Леонидович. – Воронеж. 2000. 31 с. – (Bataronov I.L. Mechanisms of influence of electric field and electric current on plastic deformation of metals: author’s abstract. dis. doctor of physical and mathematical sciences / Bataronov Igor Leonidovich. – Voronezh. 2000. 31 p.)
  9. Троицкий, О.А. Моделирование действия пинч-эффекта импульсного тока на пластическую деформацию металла / О.А. Троицкий // Вопр. атом. науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2011. №4(98). С.124–127. – (Troitsky O.A. Modeling the action of the pinch effect of pulsed current on the plastic deformation of metal / O.A. Troitsky // Voprosy Atom. Sci. Techn. Ser.: Physics of radiation damage and radiation materials science. 2011. № 4 (98). P. 124–127.)
  10. Савенко, В.С. Механическое двойникование и электропластичность металлов в условиях внешних энергетических воздействий / В.С. Савенко. – Минск: БГУ. 2003. 200 с. – (Savenko V.S. Mechanical twinning and electroplasticity of metals under external energy influences / V.S. Savenko. – Minsk: BSU. 2003. 200 p.)
  11. Минько, Д.В. Анализ перспектив применения электропластического эффекта в процессах обработки металлов давлением / Д. В. Минько // Литье и металлургия, 2020. № 4. С.125–130. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2020-4-125-130. – (Minko D.V. Analysis of the prospects for using the electroplastic effect in metal forming processes / D.V. Minko // Casting and Metallurgy, 2020. №4. P.125–130. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2020-4-125-130.)
  12. Громов,В.Е. Развитие представлений о подвижности дислокаций при токовом воздействии / В.Е. Громов, Л.В. Зуев, И. Л. Батаронов, А.М. Рощупкин // ФТТ. 1991. Т 33. №10. С. 3027–3032. – (Gromov V.E. Development of concepts of dislocation mobility under current action / V.E. Gromov, L.V. Zuev, I.L. Bataronov, A.M. Roshchupkin // FTT. 1991. V.33. №10. P.3027–3032.)
  13. Громов, В.Е. Электростимулированная пластичность металлов и сплавов / В.Е. Громов, Л.Б. Зуев, Э.В. Козлов, В.Я. Целлермаер. – М.: Недра. 1996. 289 с. – (Gromov V.E. Electrically stimulated plasticity of metals and alloys / V.E. Gromov, L.B. Zuev, E.V. Kozlov, V.Ya. Zellermayer. – Moscow: Nedra. 1996. 289 p.)
  14. Соснин, О.В. Электростимулированная малоцикловая усталость / О.В. Соснин, В.Е. Громов, Э.В. Козлов [и др.] . – М.: Недра ком. ЛТД. 2000. 208 с. – (Sosnin O.V. Electrically stimulated low-cycle fatigue / O.V. Sosnin, V.E. Gromov, E.V. Kozlov [et al.]. – Moscow: Nedra kom. LTD. 2000. 208 p.)
  15. Соснин, О.В. Закономерности и механизмы эволюции структурно-фазового состояния закаленной углеродистой стали при электростимулированной усталости / О.В. Соснин, М.П. Ивахин, В.В. Коваленко [и др.] // Изв. вузов. Физика. 2004. №9. С.53–60. – (Sosnin O.V. Regularities and mechanisms of evolution of the structural-phase state of hardened carbon steel under electrically stimulated fatigue / O. V. Sosnin, M. P. Ivakhin, V. V. Kovalenko [et al.] // News of universities. Physics. 2004. № 9. P.53–60.).
  16. Кукуджанов, К.В. Процессы деформирования упругопластического материала с дефектами при электродинамическом нагружении / К.В. Кукуджанов, А.Л. Левитин // Mech. Bul. 2015. №1. Р.106–120. doi: 10.15593/perm.mech/2015.1.07, Вестник ПНИПУ. Механика. 2015. №1. С.106. doi: 10.15593/perm.mech/2015.1.07. – (Kukudzhanov K.V. Deformation processes of elastic-plastic material with defects under electrodynamic loading / K.V. Kukudzhanov, A.L. Levitin // Mech. Bul. 2015. №1. P.106–120. doi: 10.15593/perm.mech/2015.1.07, Bulletin of PNRPU. Mechanics. 2015. №1. P.106. doi: 10.15593/perm.mech/2015.1.07.)
  17. Okazaki, K. A study of the electroplastic effect in metals / K. Okazaki, M. Kagawa, H. Conrad // Ser. Metallurgica. 1978. V.12. P. 1063–1069.
  18. Stolyarov, V.V. The electroplastic effect in coarse-grained and ultrafine-grained titanium / V.V. Stolyarov // Industr. Lab. Diagn, Mater. 2023. №89(8). P.62–66. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-8-62-66
  19. Рощупкин, В.В. Особенности деформирования титановых сплавов ВТ20 и ОТ4 при импульсном воздействии электрического тока большой плотности на образцы, находящиеся под статической нагрузкой / В.В. Рощупкин, М.А. Покрасин, А.И. Чернов [и др.] // Металлы. 2005. №4. С. 74–81. – (Roshchupkin V.V. Features of deformation of titanium alloys VT20 and OT4 under pulsed action of high-density electric current on samples under static load / V.V. Roshchupkin, M.A. Pokrasin, A.I. Chernov [et al.] // Metally. 2005. №4. P.74–81.)
  20. Чикова, Т.С. Механизмы электростимулированной деформации при механическом двойниковании металлов / Т.С. Чикова // Вест. Гродн. ГУ им. Янки Купалы. Сер. 6. Техника. 2014. № 2(175). С. 13–19.. – (Chikova T.S. Mechanisms of electrically stimulated deformation during mechanical twinning of metals / T.S. Chikova // Vest. Grodno. Yanka Kupala State University. Ser. 6. Technique. 2014. № 2(175). P.13–19.)
  21. Степанов, Г.В. Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности / Г.В. Степанов, А.И. Бабуцкий, И.А. Мамеев // Проблемы прочности. 2004. № 4. С.60–67. – (Stepanov, G.V. Non-stationary stress-strain state in a long rod caused by a high-density electric current pulse / G.V. Stepanov, A.I. Babutsky, I.A. Mameev // Problems of Strength. 2004. №. 4. P. 60–67.)
  22. Столяров, В.В. Электропластический эффект в металлах и сплавах / В.В. Столяров // Проблемы прочности и пластичности. 2018. Т. 2. С. 25. – (Stolyarov V.V. Electroplastic effect in metals and alloys / V.V. Stolyarov // Problems of strength and plasticity. 2018. V.2. P.25.)
  23. Stolyarov, V.V. Pulsed current application to the deformation processing of materials / V.V. Stolyarov, A.A. Misochenko // Materials. 2023. №16(18). P.6270. https://doi.org/10.3390/ma16186270
  24. Skvortsov, O.B. Vibration monitoring and strength of structural elements taking into account the inertial properties of materials under broadband vibration / O.B. Skvortsov // Eng. J.: Sci. Innovat. 2020. № 6. P. 1986. doi: 10.18698/2308-6033-2020-6-1986 http://engjournal.ru/articles/1986/1986.pdf.
  25. Chun-Yuan Chen. Effects of ultrasonic vibration on SUS304 stainless steel subjected to uniaxial plastic deformation / Chun-Yuan Chen, V.A.M. Cristino, Chinghua Hung // J. Chinese Inst. Eng. 2018. V.41(4). P.1–7.
  26. Yu, C.X. Plastic deformation behavior of Ti45Nb in ultrasonic vibration-assisted compression / C.X. Yu, L. Zhang, Z.L. Wang, Y.D. Zhai, C.J.Q. Shao, G.Y. Zhai, J.J. Lin // The 19th Intern. Conf. Metal Forming (MF 2022): IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2022. V. 1270. P. 012087–012093. doi: 10.1088/1757-899X/1270/1/012087

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences