Печь Таммана представляет из себя вертикально установленный цилиндр диаметром -350 мм и высотой ~ 600 мм, изготовленный из малоуглеродистой ферромагнитной стали. Торцы цилиндра закрыты водоохлаждаемыми крышками и весь корпус заземлен.
Схема лабораторного стенда
Таким образом оболочка печи служит цельнометаллическим экраном от внешних электростатических, магнитных и электромагнитных полей, т.е. с физической точки зрения корпус печи Таммана являлся камерой Фарадея.
В исследованиях сначала выполнялась контрольная плавка олова в обычных условиях без воздействия на расплав.
Затем выполнялась плавка олова с воздействием на расплав (на печь Таммана) торсионным генератором, который располагался на расстоянии 1 м от печи Таммана. Время воздействия составляло 15 мин.
рис.1а рис.1б
На рис. 1 изображен вид шлифов с одинаковым увеличением 6000 контрольного слитка олова (рис.1а) и слитка олова, полученного с воздействием на расплав торсионным полем (рис.1б).
На рис.1а видно, что в контрольном слитке большая неоднородность по площади шлифа и большой разброс по размерам зерен. По шлифу слитка, полученного при действии на расплав торсионного излучения (рис.1б), видно, что слиток имеет изотропную структуру, зерна одинаковы по размерам и много больше по размерам в сравнении с контролем.
Исследование образца олова, полученного с помощью торсионного излучения, на электронном растровом микроскопе с увеличением 450 000 показали, что в каждом зерне нет единой кристаллической решетки. В объеме каждого зерна атомы олова объединены в группы по 8-12 атомов.
В результате оказывается, что олово, полученное с использованием торсионных воздействий, обладает ультрадиспергированной (аморфной) структурой. При этом такой результат получен при медленном (естественном) охлаждении, а не сверхбыстром охлаждении, как это обычно делается по технологии получения аморфных металлов.
Если контрольный образец олова имел твердость Н=7,0±0,2т/мм2, то твердость образца олова, полученного с помощью торсионных излучений оказалась равной Н=10,5±0,5т/мм2, т.е. прочность возросла в 1,4 раза.
Наконец, отметим еще одно чрезвычайно важное обстоятельство. Несмотря на то, что и торсионный генератор, и печь Таммана были экранированы, а ток нагревательного элемента печи составлял 800А, создавая достаточно сильное магнитное поле, столь значимые изменения и структуры металла и его физических характеристик произошли, когда источник (торсионный генератор) не излучал, а потреблял всего 10 мВт энергии. Сам факт, что наблюдались столь сильные изменения столь слабым источником, доказывал, что торсионное воздействие носит информационный, а не энергетический характер.
Следующий цикл исследований проводился с медью.
Схема экспериментов была та же, что и в работах с оловом, когда плавка велась в печи Таммана, а торсионный генератор устанавливался на расстоянии 400 мм от оси цилиндра печи на уровне расположения тигля с металлом (уровень середины высоты печи).
В экспериментах в октябре 1989 г., которые были первыми экспериментами с металлами, использовалась медь класса ВЗ чистоты 99, 996 мае. %.
Использовался алундовый тигль диаметром 20 мм и высотой 20 мм. Для экспериментов использовалась специальная конструкция торсионного генератора. В результате воздействия торсионным излучением этого генератора на расплав меди в печи Таммана пространственная структура торсионного поля, использованного торсионного генератора была такова, что при его действии на расплав меди в объеме расплава (а затем и в слитке) возникают поры, размеры которых можно изменять, изменяя частоту торсионных излучений.
При изменении частоты на полтора порядка удается изменять размеры пор от нескольких мм до нуля.
Размер пор падает с увеличением частоты торсионного генератора.
Фотографии таких слитков приведены на рисунке.
В серии экспериментов в 1990-1991 гг. для получения слитков лист меди класса ВЗ чистоты 99,996 мас. % разрезался на куски и загружался в алундовый тигель диаметром 40 мм и высотой 60 мм. Тигель с содержимым устанавливался в нагревательный элемент печи Таммана, представляющий собой графитовую трубку, через которую пропускается ток до 800А. В качестве защитной атмосферы использовался аргон.
рис.2а рис.2б
Переплав меди осуществлялся при температуре 1400°С с выдержкой 30 минут. Охлаждение металла до ~800°С осуществлялось в печи, чтобы избежать накислороживания, а затем на воздухе. Слиток разрезался в вертикальном направлении, плоскость среза полировалась и травилась раствором азотной кислоты.
Структура, полученной таким образом меди, на стыке трех зерен представлена на рис.2а,б. Структура отличается крупными зернами с характерной внутренней фрагментацией. При микрозондовом анализе сегрегационных скоплений на границах зерен не обнаружено (рис.2б).
рис.3а рис.3б
В процессе выплавки другого слитка такой же массы при температуре расплава меди 1400°С был включен генератор в течение двадцати минут, который по своим характеристикам излучал правое торсионное поле. После общей выдержки расплава в течение тех же 30 минут металл охлаждался до ~ 800°С в печи, а затем на воздухе. Шлиф для исследования изготавливался аналогичным образом.
Отличительной особенностью обработанной меди является микродисперсность, а границы зерен «имеют внутреннюю окантовку и выглядят в виде трех барьеров. Центральный стык трех зерен (рис.3б) представляется рыхлым, однако при микрозодновом анализе скопления примесных элементов в зоне стыка не обнаружено.
Внутри зерен, так же как и в исходном образце, наблюдается пластинчатая фрагментация, но гораздо более мелкодисперсная (рис.3б) и видимая лишь при увеличении і 1000.
Диспергирование структуры в соответствии с уравнением Хола-Петчи приводит к повышению прочности, а увеличение плотности внутренних границ источников дислокаций приводит к повышению их пластичности. Для выяснения этих положений были проведены сравнительные исследования механических свойств меди обычной и облученной. Однако, в данном случае, слитки для изготовления образцов на разрыв получали путем перелива расплава из тигля в графитовую форму, имеющую значительный конус. Затвердевший слиток разрезался вдоль вертикали на четыре сектора (доли), из которых впоследствии вытачивали цилиндрический стандартный образце с диаметром рабочей части Ш 3 мм. Испытания на разрыв осуществляли на установке НИКИМП.
Медь, «обработанная» торсионным полем, обладает высокой технологической пластичностью, что позволяет катать металл без промежуточных отжигов с суммарным обжатием і 95%.
Сужение при разрыве катанной и отпущенной меди при 400°С составляет і 95%, что превышает известные стандартные значения. Торсионная обработка расплава меди увеличивает коррозийную стойкость меди. Позже в ЦНИИ материалов на заводских индукционных печах было показано, что торсионное воздействие на расплав меди действительно приводит к увеличению пластичности в 2 раза и прочности на 15 %, даже при неоптимальных режимах торсионного воздействия.