Влияние масштабного и скоростного факторов на физико-механические свойства твердых тел, определяемых методом микрои наноиндентирования Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 620.162

ВЛИЯНИЕ МАСШТАБНОГО И СКОРОСТНОГО ФАКТОРОВ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ МЕТОДОМ МИКРО- И НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ

© А.И. Тюрин, В.И. Иволгин, В.В. Коренков, М.А. Юнак, Г.В. Поверинова, В.В. Шиндяпин, В.В. Хлебников, А.П. Занина

Ключевые слова: наноиндентирование, нагрузка, скорость относительной деформации, поведение материала, временная и масштабная зависимость.

Рассматривается влияние масштабного и скоростного фактора на физикомеханические свойства твердых тел, определяемые методом микро- и наноиндентирования.

Индентирование - один из способов создания высокоэнергетической системы в конденсированном состоянии. При микро- и наноконтактной деформации твердых тел под действием локально приложенной нормальной и латеральной нагрузки образуются системы различных дефектных микроструктур, обладающих при своих малых размерах большой энергией. Это точечные дефекты и краудионы, скопления дислокаций, зоны новой фазы и т. д.

Определяющую роль в их образовании и соответственно в формировании физико-механических свойств материала играют скорость относительной деформации, размер зоны деформирования и температура.

Поэтому цель настоящей работы заключалась в исследовании скорости относительной деформации - є, размера зоны деформирования и температуры - Т на кинетику деформирования, величину физико-механических параметров (модуль Юнга, динамическая твердость материала - Ял, коэффициент скоростной чувствительности нано- и микротвердости - т, доля материала вытесненного в навал около отпечатка - р, степень относительной деформации материала в зоне деформирования є, коэффициент трещиностойкости -К1с, параметр Палмквиста - а, микрохрупкость - у, поверхностную энергию разрушения - Щ, и коэффициент трения ц ряда материалов (ионные и ковалентные кристаллы, металлы, объемные аморфные металлические сплавы, полимеры и керамики) в диапазоне є от 3-10-3 до 102 с-1, перекрывающем около пяти порядков величины.

Деформирование материала в субмикрообъеме осуществляли на динамическом наноиндентометре собственной конструкции алмазной пирамидой Берковича, под действием нормального и латерального импульсов силы с варьируемой амплитудой и длительностью.

Для ряда исследованных материалов установлена зависимость кинетики формирования зоны деформирования при нормальном и латеральном нагружении, а также определены величины - Ял, Е, т, р, К1с, а, у, Шр, е, ц от размеров зоны деформирования, скорости относительной деформации, температуры и прочностных свойств материала (отношения статической твердости к модулю Юнга исследуемого материала). Проведенный термоактивационный анализ позволил установить мгновенные значения ряда активационных параметров (величину активационного объема и энергии активации) процессов пластической деформации при нормальном и латеральном деформировании. Полученные значения величины активационного объема позволили установить номенклатуру структурных дефектов и кинетику доминирующих микромеханизмов пластичности при действии высоких локальных напряжений в зависимости от размера зоны деформирования, скорости относительной деформации и температуры.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 07-02-00906) и фонда содействия развитию малых форм предприятий в научнотехнической сфере.

Поступила в редакцию 16 ноября 2008 г.

Tyurin A.I., Ivolgin V.I., Korenkov V.V., Unak M.A., Poveri-nova G.V., Shindyapin V.V., Hlebnikov V.V., Zanina A.P. Influence of scale and high-speed factor on physicomechani-cal properties of firm bodies defined by the method of micro-and nanoindention. Influence of the scale and high-speed factor on physi-comechanical properties of firm bodies defined by a me-thod micro-and nano-indention is considered.

Key words: nano-indentation, load, relative deformation speed, materials behaviour, time and scale effect.