Неожиданный металлофизический эффект в старых монетах.

 

XVII Петербургские чтения по проблемам прочности.

Санкт-Петербург, 10-12 апр. 2007 г.: сборник материалов. Ч.II, - СПб., 2007 – с.210.

 

ИЗМЕНЕНИЕ ЗНАКА ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА ПРИ ОТЖИГЕ МЕДНЫХ ОБРАЗЦОВ С ВОЗРАСТАМИ НАКЛЕПА 0-250 ЛЕТ

С.Г. Покровский, Г.И. Сердцев.  Москва, ООО «НПП»Проект-Д»

 

Термофлуктуационная природа релаксации структурных дефектов, возникаю-щих при пластической деформации(ПД), подсказывает принципиальную возмож-ность использования долговременной динамики этой релаксации для прямой металлофизической ревизии возраста исторического монетного материала[1].

В настоящей работе изучался тепловой эффект(ТЭ) релаксации запасенной в материале энергии ПД. Сопоставлялись тепловые эффекты для современных накле-панных образцов и меди монет 18-20 веков. ТЭ фиксировался по разнице первой и последней кривых роста температуры в сериях из 3-4 циклов нагрева/охлаждения. Измерения проводились при температурах отжига до 300⁰С, удаленных от уровня температур начала рекристаллизации меди образцов, каким бы ни был ее примесной состав и какой бы ни была температура холодной ПД при чеканке[2].

Для современной наклепанной меди и для монетного материала с возрастом масштаба 100 лет ТЭ был явно экзотермическим, уменьшающимся с возрастом во всем диапазоне температур, проходимых в цикле. Для материала возрастом около 160 лет ТЭ переходил нуль и становился слабо эндотермическим. И, наконец, для монетного материала 18 века он становился отчетливо  эндотермическим. Причем ведущим себя так же, как и положительный ТЭ(полностью отжигался за 3-4 цикла ).

Результат, очевидно, не является случайным, поскольку точки, соответствую-щие положительному и отрицательному ТЭ, гладко ложатся на одну кривую зависи-мости ТЭ от возраста наклепа(и обеспечивают саму возможность датирования). Впрочем, сам этот факт, на наш взгляд, нетривиален и требует интерпретации.

Известно, что при ПД напряжения, связанные со структурными дефектами, частично ослабляются примесями, накапливающимися, например, в атмосферах Котрелла дислокаций. При релаксации напряжений и рекомбинации дефектов естественно было бы ожидать, что связанные с ними неоднородности распределения примесей будут рассасываться в результате диффузии. Но значительная величина отрицательного ТЭ говорит, скорее, о том, что она связана с образованием довольно значительных выделений или формирования текстур. Т.е. с определенной самоорганизацией в поликристаллическом материале, увековечивающей результат его ПД. Релаксационный возврат этих новообразований не является энергетически выгодным. И, по-видимому, со временем происходит не рассасывание, а рост этих новообразований. Наиболее вероятным претендентом на роль новообразований представляются выделения примесей на границах зерен, возникающие непосред-ственно в процессе ПД как результат аномальной диффузии за счет движения точеч-ных дефектов и дислокаций. Это, вероятно, объясняет известный эффект зернистос-ти старых монет. Растущие со временем выделения, инициированные наклепом, раз-деляют зерна, ослабляют связи между ними, способствуют наблюдаемой ломкости старых монет по границам зерен и даже рассыпанию старого металла в порошок.

 

1. Покровский С.Г. Возможность металлофизического датирования археологического чеканного материала./ Актуальные проблемы современной науки, 2006, № 6, с. 10-13

2. Справочник по термомеханической и термоциклической обработке металлов / М.Е.Смагоринский, А.А.Булянда, С.В.Кудряшов; Под общ. ред. М.Е.Смагоринского – СПб: Политехника,1992.- 416 с.

 

Приложение.

 

График измеренного теплового эффекта – дополнительно возникающего нагрева материала за счет скрытой(латентной) энергии пластически деформированного состояния металла. 

(в текст, опубликованный в сборнике материалов конференции, график  не вошел  из-за форматных ограничений – представлялся на стенде)

Свежий – измерения на свеженаклепанном образце меди. Выделившаяся латентная энергия максимальна

100 и 150 град – образцы современной меди, прошедшие перед измерениями предварительный прогрев при 100 и 150 градусах Цельсия

1913, 1841 и 1750 – результаты измерений на монетах разного возраста.

 

В образце 1750 года мы столкнулись с неожиданно проявившимся поглощением энергии вместо ожидавшегося простого уменьшения положительного теплового эффекта.

 

Схема измерений:

 

 

Типичное поведение графиков температуры при первом и последующих нагревах.

 

Измерялась разница температур контрольного и исследуемого образцов. Разница температур в первом цикле значительно отличалась от разницы температур образцов в последующих идентичных циклах нагрева. Это связывается нами с выделением в первом цикле скрытой (латентной) энергии пластически деформированного состояния.