CC BY
23
Секция: ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ОТПЕЧАТКА ПРИ НЕНУЛЕВОЙ НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ИНДЕНТОРА МЕТОДОМ МИКРО- И НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ © С.В. Потапов, А.И. Тюрин
В последнее время ситуации, в которых происходят соударения, т. е. столкновения двух или более твердых тел, привлекают все большее внимание исследователей. Для исследования микромеханизмов деформации в субмикро- и нанообъемах твердых тел, тонких поверхностных и приповерхностных слоев весьма перспективны методики динамического микро- и наноин-дентирования. В данном случае перед исследованием процесса формирования отпечатка индентор приводится в соприкосновение с образцом, после чего происходит нагружение материала импульсом нагрузки заданной формы с одновременной регистрацией во времени кинетики глубины внедрения. Но данные методики обладают одним существенным недостатком - это предварительное касание индентором образца, что приводит к предварительной деформации материала в зоне укола.
В связи с этим целью данной работы было исследовать начальные стадии формирования отпечатка при ненулевой начальной скорости внедрения индентора в образец. Выявить влияние начальной скорости внедрения индентора на изменение динамической твердости, стадийности и активационных параметров процесса формирования отпечатка.
Предлагаемая методика заключается в сообщении индентору перед поверхностью исследуемого материала некоторой скорости и регистрации с высоким пространственным (до 1 нм) и временным (до 2 мкс) разрешением значений действующих сил и кинетики внедрения индентора.
Исследования проводились на ионных кристаллах (КС1) и полимерах (ПММА) при комнатной температуре, в диапазоне скоростей от 0 до 6-10-3 м/с.
В исследуемых материалах на этапе внедрения индентора до 1000-2000 нм определены кинетика формирования отпечатка, значение скорости относительной деформации, действующих сил и контактных напряжений. Показано, что динамическая твердость при достижении определенной глубины изменяется на 20-50 % в зависимости от начальной скорости внедрения индентора.
Обнаружено, что увеличение начальной скорости внедрения индентора приводит к изменению стадийности формирования отпечатка на начальной стадии внедрения индентора в образец. Анализ зависимостей показал, что в кристаллах КС1 на начальном этапе формирования отпечатка до (2 мкм) количество стадий сокращается с двух до одной с увеличением скорости внедрения индентора от 610-6 до 610-3 м/с.
Таким образом, в работе изучены особенности локального высокоскоростного деформирования в условиях изменения скорости относительной деформации на 6 порядков величины в диапазоне от 10“’ до 105 с-1.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант №.01-02-16573) и Министерства образования Российской Федерации, грант в области естественных наук (шифр ЕОО-3.4-123).
ВЗАИМОСВЯЗЬ КРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕУСТОЙЧИВОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ДИНАМИЧЕСКОМ ИНДЕНТИРОВАНИИ Al-Mg СПЛАВОВ © Д.А. Сергунин, В.И. Иволгин
При индентировании А1-М§ сплавов при определенных условиях возникает неустойчивое пластическое течение с характерной ступенчатой формой кривой Р-И диаграммы, которое можно интерпретировать как проявление эффекта ПЛШ в условиях локального пластического деформирования микрообъема.
Использование острого индентора Виккерса или ему подобных создает принципиально новые условия для возникновения и развития эффекта ПЛШ, обусловленные в первую очередь малостью деформируемого объема по сравнению с макроиспытаниями. Учитывая значительное влияние масштабного фактора на меха-
нические свойства твердых тел, можно ожидать, что при микро- и наноиндентировании характер и основные закономерности неустойчивого пластического течения будут иметь существенные отличия от проявлений эффекта ПЛШ в макроиспытаниях. В связи с этим возникает необходимость исследования поведения механических критических параметров, которые определяют область существования эффекта ПЛШ при микроиндентировании.
В качестве образцов использовался сплав А1-2,7%М§(-0,05%81-Ь,02%Ре), подверженный отжигу при температуре 450 °С в течение 2 часов с последующей закалкой в воде. Окончательная обработка поверхности проводилась вначале повторной механической, затем - электрополировкой.
В работе выявлена зависимость критических параметров: силового (Рс), геометрического (Ас) и временного (/с) от скорости нарастания силы (ц) и скорости
относительной деформации (¿с) для А1-2,7 % Мё сплава при комнатной температуре (/и - некоторая постоянная):
Рс=Ц/Мс), (О
Ас= 1/(ткесУУп, (2)
Гс= 1/(тёс). (3)
Показано, что для возникновения регулярной неустойчивой пластической деформации необходимо, чтобы значение скорости относительной деформации ¿с было меньше 0,05 с-1.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты № 01-02-16573 и № 01-02-16641) и Министерства образования РФ, грант в области естественных наук (шифр Е00-3.4-123).
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТ ВЯЗКО-ЭЛАСТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ НАНОИНДЕНТОМЕТРИИ © Р.И. Рябко, В.И. Иволгин
После снятия деформирующей нагрузки под влиянием внутренних напряжений и теплового движения совершается переход к термодинамически более равновесному состоянию. Наблюдение за ходом процесса может дать ценную информацию относительно кинетики и механизмов деформации материала, его структуры под индентором, а также величины и характера распределения внутренних напряжений.
Целью данной работы являлось систематическое исследование параметров вязкоупругого восстановления упруго-пластических отпечатков после кратковременного локального нагружения в твердых телах различной природы (ионных и ковалентных кристаллах, металлах и сплавах, полимерных материалах и керамике), выявление их скоростной чувствительности, а также исследование влияния на них масштабного фактора.
Все измерения проводились при температуре 296 К с использованием наноиндентометра с высоким пространственным и временным разрешением (до 1 нм и 50 мкс соответственно). В качестве индентора использовалась трехгранная алмазная пирамида Берковича. Зависимость нагрузки от времени имела вид треугольника. Для сохранения надежного контакта индентора с отпечатком после снятия основной нагрузки она не уменьшалась до нуля, а поддерживалась на уровне нескольких процентов от максимальной.
В качестве исследуемых материалов были выбраны ПММА, ТлОг, Ое, сплав Вуда (В150%РЬ25%8п12,5%Сс112,5%), А1, Си, сплав Роуза (В150%РЬ28%8п22%).
Измерены величины упругого Д/;е (произошедшего за время разгружения), вязко-эластического Д/;р (про-
изошедшего в течение 25 с после полного разгружения), а также полного Ahr восстановления для твердых тел различной природы. Получены зависимости компонент восстановления A/ie, &hp, ДЛ от скорости нагружения. Обнаружено, что дня всех исследованных материалов полное восстановление является чувствительным к скорости нарастания нагрузки (с изменением скорости нагружения от 2 мН/с до 1 Н/с ДЛ возрастает на величину, колеблющуюся в различных материалах от 15 до 40 %). В результате проведенных экспериментов по исследованию зависимостей ДЛ, ДАе и ДАР от максимальной глубины внедрения индентора была обнаружена также значительная чувствительность вышеперечисленных величин к масштабному фактору, особенно в области глубин 50 нм < /к 1 мкм.
Установлено, что при одинаковых условиях нагружения величины вязко-эластического и упругого восстановлений для всех исследованных твердых тел различны и потому могут рассматриваться как характерные параметры материала.
В условиях быстропротекающих наноконтактных взаимодействий вязко-эластическое восстановление сформированной поверхности может сыграть значительную роль в сопровождающих нановзаимодействия процессах, что побуждает к еще более полному и детальному исследованию данной проблемы.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 01-02-16573) и Министерства образования Российской Федерации, грант в области естественных наук (шифр Е00-3.4-123).
