ПРИКЛАДНОЙ АСПЕКТ ДИАЛЕКТИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ВОПРОСУ ПРОЧНОСТИ НЕРАВНОВЕСНЫХ СТРУКТУР

APPLIED ASPECT OF THE DIALECTICAL APPROACH TO THE QUESTION OF THE STRENGTH OF NONEQUILIBRIUM STRUCTURES

Maria Rygina

graduate student, Research School of Chemical and Biomedical Technologies, TPU,

Russia, Tomsk

Alexander Chmykhalo

docent, Department of Social and Humanitarian Sciences, TPU,

Russia, Tomsk

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-013-00192.

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрен вопрос о возможности применения диалектики для решения задач материаловедения. Создание материала, обладающего одновременно высокой твердостью и высокой пластич­ностью, стоит на первом месте в современном материаловедении. Для получения такого материала группы ученых разбили один материал на две и более подсистемы, тем самым сведя борьбу прочности и пластичности на макроуровне к постоянному значению.

ABSTRACT

In this article, the question of the possibility of using dialectics for solving problems in materials science is considered. The creation of a material that possesses both high hardness and high plasticity is in the first place in modern materials science. To obtain such material, groups of scientists split one material into two or more subsystems, thereby reducing the fight of strength and plasticity at the macro level to a constant value.

Ключевые слова: диалектика, неравновесные структуры, материа­ловедение, закон единства и борьбы противоположностей.

Keywords: dialectics, nonequilibrium structures, materials science, the law of unity and struggle of opposites.

Основной вопрос, стоящий перед исследовательскими группами материаловедов, – создание материала с высокими механическими характеристиками. Многие отрасли промышленности требуют от мате­риалов увеличения срока службы.

Для решения этой проблемы применяются различные методы. Один из них – легирование – введение в состав материала опре­деленных добавок. Наиболее часто используемым методом является легирование всего объема расплава [1; 2].

В настоящий момент ведутся активные исследования по всему миру, используются методы, которые позволяют получать неравновесные структуры [3]. Основной особенностью таких исследований является то, что предмет характеризуется нестабильностью и, как результат, при изменении внешних условий (температуры, давления) возникает деформация микроструктуры, снижаются механические характеристики. Данный эффект в металлических материалах вызван снятием напря­жений [4].

Развитие промышленности требует новых материалов с высокими механическими характеристиками. Но за счет чего происходит повышение характеристик, и почему в некоторых случаях при увеличении одних характеристик снижаются другие? Современное материаловедение не дает однозначного ответа на данный вопрос, находит некоторые взаимосвязи и зависимости, но крайне сложно установить все зависимости между всеми характеристиками. И именно это сподвигает на поиск решения данного вопроса. Сложившаяся ситуация заставляет исследователя обратить внимание на другие способы нахождения ответов. Один из них – это диалектический подход, в частности закон единства и борьбы противоположностей.

Закон единства и борьбы противоположностей представляет собой неразрывную взаимоисключающую связь между двумя объектами или характеристиками одного объекта. То есть между двумя характеристиками идет борьба, в которой происходит развитие одного и рецессия другого. Нет одного без другого, можно сказать, что первый предполагает второй. Родоначальником данной теории считается Гераклит, но наибольшее развитие она получила в трудах Гегеля. Согласно его теории, борьба между сходством и различием одного предмета приводит к его изменению (самоизменению), а значит, к движению [5].

«Диалектика есть учение о том,… как бывают… тождественными противоположности…» [6].

Таким образом, если отталкиваться от законов диалектики, можно предпринять попытки описания процессов, происходящих на микро- и макроуровнях в материалах, отталкиваясь от того, что борьба противоположностей происходит внутри материала. К примеру, процесс легирования какого-либо материала приводит к приданию новых свойств, чаще всего увеличению твердости или другой механической характеристики. А за счет чего происходит упрочнение? При легировании материал становится многокомпонентным. Легирующий элемент искажает кристаллическую решетку основного материала и создает внутренние напряжения, которые до определен­ного значения увеличивают твердость и незначительно снижают пластичность. Но при достижении высоких концентраций, например в силуминах (сплав алюминия и кремния) заэвтектического состава, хрупкость уже превалирует над твердостью и делает непригодным использование такого сплава, приводя к его разрушению, выкраши­ванию кремния [3]

Создается картина, что свойства твердости и пластичности взаимо­исключают друг друга. Очень сложно добиться равновесия структур, которое бы привело к какой-либо равнозначности этих характеристик.

В настоящий момент используют различные методы для решения этой проблемы – получения высокой твердости без значительного снижения пластичности. Один из методов – это равноканальное угловое прессование, когда на металлический пруток воздействуют изгибные силы значительной величины, приводящие к измельчению структуры [7].

Другие методы измельчают структуру при помощи высокоэнер­гетических методов, например при помощи электронных пучков. За счет высоких скоростей нагревания и охлаждения зерно не успевает вырасти [8]. Эти методы стремятся измельчить структуру материала, так как при измельчении структуры происходит увеличение объема межзеренных границ, в которых нет таких сильных связей между атомами, что позволяет получить высокую пластичность. Но в то же время в таких материалах размер зерна очень мал и из-за напряжений, возникающих внутри зерна, твердость становится высокой.

Состояние материалов в наноразмерном и микроразмерном состоянии крайне неравновесно, и при изменении внешних условий его поведение может измениться. Начнется рост зерна, и тогда «борьба» между двумя характеристиками возобновится, что, несомненно, приведет к снижению одной и росту другой. Спрогнозировать точно последствия, к которым приведет изменение одного из параметров у изучаемого образца под воздействием того или иного метода, пока не представляется возможным.

В условиях некоторой недостаточности теоретического и методо­логического обоснования проводимых исследований, на которые бы мог опереться материаловед, противоречивости получаемых результатов важно иметь мировоззренческие основания для продолжения иссле­дования. В качестве такого основания могут выступить философские концепции. В нашем случае был использован диалектический метод, который сориентировал исследовательскую ситуацию на выявление изменений (трансформаций) в изучаемых образцах, которые не могли быть в полной мере спрогнозированы с точки зрения имеющихся теоретических положений современного материаловедения.

Диалектический подход к интерпретации результатов исследования создал предпосылки для рассмотрения проблемы повышения механи­ческих характеристик, натолкнув на применение нестандартных подходов по выявлению зависимости между прочностью и пластич­ностью исследуемых сплавов, а также стабилизации структурно-фазового в заданном состоянии.

Кроме того, диалектический метод сориентировал на ожидание и поиск таких изменений у изучаемых образцов, которые не были очевидны с точки зрения имеющихся теоретических оснований, предоставляемых современным материаловедением.

Список литературы:

1. Кишуров В.М., Ипполитов В.Н. Повышение режущих свойств инструментов из быстрорежущих сталей электроакустическим методом легирования // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2007. – Т. 9. – № 6. – С. 158-161.
2. Астафурова Е.Г., Тукеева М.С., Чумляков Ю.И. Влияние легирования алюминием на прочностные свойства и механизм деформации <123> монокристаллов стали гадфильда // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2007. – Т. 50. – № 10. – С. 3-7.
3. Gracheva M.E., Ivanov Y.F., Laskovnev A.P., Teresov A.D., Cherenda N.N., Uglov V.V., Petrikova E.A., Astashinskaya M.V. Modification of the sample’s surface of hypereutectic silumin by pulsed electron beam. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 124. Article number 012138. Р. 1-5.
4. Матренин С.В. Наноструктурные материалы в машиностроении: Учебное пособие / С.В. Матренин, Б.Б. Овечкин; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2009. – С. 23.
5. Чумаков А.Н., Вальяно М.В., Волобуев А.В. Философия в профессиональной деятельности: Учебное пособие / Отв. ред. проф. А.Н. Чумаков. – М.: Проспект, 2014. – 416 с.
6. Ленин В.И. Конспект книги Гегеля «Наука логики». –– Изд. 5. – Т. 29. – 98 с.
7. Старение литейных алюминиевых сплавов. Основные виды термической обработки [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://delta-grup.ru/bibliot/36/5.htm
8. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхности металлокерамических и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке // Известия вузов. Физика. – 2008. – Т. 51. – № 5. – С. 60-70.