CC BY
22
ВЛИЯНИЕ ГЛУБИНЫ ПЛАСТИЧЕСКОГО ОТПЕЧАТКА, СКОРОСТИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ТИПА МАТЕРИАЛА НА ВЕЛИЧИНУ МИКРО- И НАНОТВЕРДОСТИ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ИНДЕНТИРОВАНИИ © А.И. Тюрин, В.В. Хлебников
Хорошо известно, что с уменьшением размеров объекта испытания или области деформирования до десятков - сотен нанометров все свойства материалов могут сильно измениться. Один из немногих способов, пригодных для определения физико-механических свойств материалов в субмикрообъемах, - наноинден-тирование, реализуемое непрерывным вдавливанием в поверхность хорошо аттестованного зонда линейно нарастающим во времени усилием Р^).
Цель настоящей работы состояла в разделении вкладов масштабного и скоростного факторов в число динамической твердости Ил на различных этапах формирования отпечатка ряда исследуемых материалов.
В качестве объектов исследования были выбраны ионные и ковалентные кристаллы (ЬШ, Ое, Б1), полимер (ПММА), стали (Сталь 10), керамика (керамика на основе 7Ю2) и плавленый кварц, представляющие различные группы материалов.
Индентирование осуществляли алмазной пирамидой Берковича под действием симметричного треугольного импульса силы с варьируемой амплитудой Ртах (от 0,4 до 240 мН) и длительностью фронта импульса нагружения Тф (в диапазоне времен Тф от 10 мс до 100 с) на динамическом наноиндентометре собственной конструкции. Зависимости Р^) и к(?) регистрировали с временным разрешением ~ 50 мкс и записывали компьютером. Затем по этим данным строили диаграммы полного цикла нагружения - разгрузки в координатах Р - к. Это обеспечивало полностью контролируемые условия испытания для различных значе-
ний средней скорости относительной деформации < е > « (<^к/Л)/к ~ 1/Тф (в интервале от 10-2 до 102 с-1), а также позволяло определять мгновенные значения величины действующей силы Р^), глубины отпечатка Щ) и динамической твердости И(Г) = Р(Г)/ЛС(Г) в момент времени t, где ЛС(Г) - мгновенное значение площади проекции контакта в пластическом отпечатке.
Знание мгновенных значений Ил для различных скоростей относительной деформации и глубин отпечатка, а также величины статической твердости материала Н позволяет найти доли ИА которые контролируются скоростным АИГ и масштабным АИк факторами при заданных величинах кс и < е >, в предположении аддитивности вкладов всех трех составляющих - АИГ, АИк и Н, т. е.
И = Н + АИГ + АИк.
Таким образом, в работе в достаточно широких диапазонах е (от 10-1 до 5 • 103 с-1) и кс (от 1,5 мкм до 30 нм) предложен и реализован метод разделения вклада масштабного и скоростного факторов в формирование величины числа динамической твердости исследуемых материалов.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 04-02-17198 и Министерства образования РФ, грант в области естественных наук (шифр Е02-3.4-263).
ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА СКОРОСТНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТВЕРДОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ ПЛАСТИЧЕСКОГО ОТПЕЧАТКА ПРИ ИНДЕНТИРОВАНИИ ZrO2 СИММЕТРИЧНЫМ ТРЕУГОЛЬНЫМ ИМПУЛЬСОМ СИЛЫ
© В.В. Хлебников, А.С. Мелехов
Создание интегрированных микроэлектромехани-ческих систем, интеллектуальных микророботов, разработка систем записи, хранения и считывания информации на носителях путем нанесения уколов атомарно острыми иголками и другие потребности нанотехнологии резко активизировали работы по изучению меха-
нических свойств материалов на уровне отдельных элементарных событий в одном микро- или наноконтакте. Это позволяет заполнить имеющиеся пробелы между описанием различных явлений, обусловленных микроконтактными взаимодействиями, на макроскопическом и атомарном уровнях.
