Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования

Рассмотрены методы определения характеристики пластичности δН при измерении твердости и нанотвердости. Параметр δН характеризует пластичность материалов долей пластической деформации в общей упругопластической деформации. Величина δН определена для металлов с различным типом кристаллической решетки,...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Мильман, Ю.В., Чугунова, С.И., Гончарова, И.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2011
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Диагностика и методы исследований
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111448
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования / Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 4. — С. 182-187. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111448
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1114482025-02-09T23:57:22Z Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования Характеристика пластичності, що визначається методом індентування Plasticity characteristic obtained by indentation Мильман, Ю.В. Чугунова, С.И. Гончарова, И.В. Диагностика и методы исследований Рассмотрены методы определения характеристики пластичности δН при измерении твердости и нанотвердости. Параметр δН характеризует пластичность материалов долей пластической деформации в общей упругопластической деформации. Величина δН определена для металлов с различным типом кристаллической решетки, ковалентных и частично ковалентных кристаллов, интерметаллидов, аморфных металлических сплавов и квазикристаллов. Обсуждается зависимость характеристики пластичности от структурных факторов и температуры. Параметр δН позволяет проанализировать и сравнить пластичность материалов, хрупких при стандартных механических испытаниях. Сочетание твердости Н как прочностной характеристики и характеристики пластичности δН позволяет более полно характеризовать механическое поведение материала, чем только твердость Н. Приведены примеры использования характеристики пластичности δН. Розглянуто методи визначення характеристики пластичності δН при вимірі твердості й нанотвердості. Параметр δН характеризує пластичність матеріалів часткою пластичної деформації в загальній пружно-пластичній деформації. Величина δН визначена для металів з різним типом кристалічних ґрат, ковалентних і частково ковалентних кристалів, інтерметалідів, аморфних металевих сплавів і квазікристалів. Обговорюється залежність характеристики пластичності від структурних факторів і температури. Параметр δН дозволяє проаналізувати і порівняти пластичність матеріалів, крихких при стандартних механічних випробуваннях. Поєднання твердості Н як міцносної характеристики і характеристики пластичності δН дозволяє більш повно характеризувати механічну поведінку матеріалу, ніж тільки твердість Н. Наведені приклади використання характеристики пластичності δН. Methods for determination plasticity characteristic δН in the measurement of hardness and nanohardness are considered. Parameter δН characterizes the plasticity of a material by the part of plastic deformation in the total elastic-plastic deformation. The value of δН is defined for metals with different types of crystal lattice, covalent and partially covalent crystals, intermetallics, metallic glasses and quasicrystals. It is discussed the dependence of the plasticity characteristic δН on structural factors and temperature. Parameter δН allows to analyze and compare the plasticity of materials which are brittle at standard mechanical tests. The combination of hardness H, as the strength characteristic, and the plasticity characteristic δН makes possible the better characterization of mechanical behavior of materials than only the hardness H. The examples of plasticity characteristic δН application are represented. 2011 Article Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования / Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 4. — С. 182-187. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111448 620.178.015 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Диагностика и методы исследований Диагностика и методы исследований
spellingShingle	Диагностика и методы исследований Диагностика и методы исследований Мильман, Ю.В. Чугунова, С.И. Гончарова, И.В. Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования Вопросы атомной науки и техники
description	Рассмотрены методы определения характеристики пластичности δН при измерении твердости и нанотвердости. Параметр δН характеризует пластичность материалов долей пластической деформации в общей упругопластической деформации. Величина δН определена для металлов с различным типом кристаллической решетки, ковалентных и частично ковалентных кристаллов, интерметаллидов, аморфных металлических сплавов и квазикристаллов. Обсуждается зависимость характеристики пластичности от структурных факторов и температуры. Параметр δН позволяет проанализировать и сравнить пластичность материалов, хрупких при стандартных механических испытаниях. Сочетание твердости Н как прочностной характеристики и характеристики пластичности δН позволяет более полно характеризовать механическое поведение материала, чем только твердость Н. Приведены примеры использования характеристики пластичности δН.
format	Article
author	Мильман, Ю.В. Чугунова, С.И. Гончарова, И.В.
author_facet	Мильман, Ю.В. Чугунова, С.И. Гончарова, И.В.
author_sort	Мильман, Ю.В.
title	Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования
title_short	Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования
title_full	Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования
title_fullStr	Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования
title_full_unstemmed	Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования
title_sort	характеристика пластичности, определяемая методом индентирования
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Диагностика и методы исследований
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111448
citation_txt	Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования / Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова // Вопросы атомной науки и техники. — 2011. — № 4. — С. 182-187. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT milʹmanûv harakteristikaplastičnostiopredelâemaâmetodomindentirovaniâ AT čugunovasi harakteristikaplastičnostiopredelâemaâmetodomindentirovaniâ AT gončarovaiv harakteristikaplastičnostiopredelâemaâmetodomindentirovaniâ AT milʹmanûv harakteristikaplastičnostíŝoviznačaêtʹsâmetodomíndentuvannâ AT čugunovasi harakteristikaplastičnostíŝoviznačaêtʹsâmetodomíndentuvannâ AT gončarovaiv harakteristikaplastičnostíŝoviznačaêtʹsâmetodomíndentuvannâ AT milʹmanûv plasticitycharacteristicobtainedbyindentation AT čugunovasi plasticitycharacteristicobtainedbyindentation AT gončarovaiv plasticitycharacteristicobtainedbyindentation
first_indexed	2025-12-01T23:01:55Z
last_indexed	2025-12-01T23:01:55Z
_version_	1850348792205803520
fulltext	УДК 620.178.015 ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАСТИЧНОСТИ, ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ МЕТОДОМ ИНДЕНТИРОВАНИЯ Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, Украина E-mail: milman@ipms.kiev.ua; тел. +38(044)424-30-61, +38(044)424-31-84 Рассмотрены методы определения характеристики пластичности при измерении твердости и нанотвердости. Параметр характеризует пластичность материалов долей пластической деформации в общей упругопластической деформации. Величина определена для металлов с различным типом кристаллической решетки, ковалентных и частично ковалентных кристаллов, интерметаллидов, аморфных металлических сплавов и квазикристаллов. Обсуждается зависимость характеристики пластичности от структурных факторов и температуры. Параметр позволяет проанализировать и сравнить пластичность материалов, хрупких при стандартных механических испытаниях. Сочетание твердости Н как прочностной характеристики и характеристики пластичности позволяет более полно характеризовать механическое поведение материала, чем только твердость Н. Приведены примеры использования характеристики пластичности . Hδ Hδ Hδ Hδ Hδ Hδ 1. ВВЕДЕНИЕ В физике прочности можно выделить два фундаментальных свойства, определяющих механическое поведение материалов: прочность и пластичность. Прочность материала определяется его способностью сопротивляться приложенной силе [1]. Более конкретно прочность твердых тел может быть определена как сопротивление разрыву тела на две или несколько частей [2]. Прочность рассчитывается адекватно этим определениям при испытании на растяжение как разрушающая нагрузка, деленная на площадь поперечного сечения образца. Слово пластичность происходит от греческого слова plastikos – годный для лепки, податливый. Физики определяют пластичность как фундаментальное свойство вне связи с возможностью разрушения материала. Это обусловлено тем, что разрушение – сложнейший процесс, и простое фундаментальное свойство – пластичность – не может определяться через склонность к разрушению. В физике и инженерии пластичность определяется склонностью материала подвергаться остаточным (permanent) деформациям под нагрузкой [1]. Российскими классиками физики прочности и пластичности А.Н. Орловым и В.Р. Регелем дано определение пластичности, как «свойства твердых тел необратимо деформироваться под действием внешних сил или внутренних напряжений» [3]. Обычно на практике пластичность характеризуют удлинением до разрушения при испытании на растяжение δ или поперечным сужением до разрушения ψ. Эти параметры материала имеют большое практическое значение, однако они не полностью отражают смысл приведенных выше определений пластичности, так как определяют условия перехода от пластической деформации к разрушению и не всегда коррелируют с определением пластичности, как склонности материала подвергаться остаточным деформациям под нагрузкой. Действительно, параметры δ и ψ определяются не только пластичностью, но еще, по крайней мере, двумя условиями: соотношением между напряжением течения σ и разрушающим напряжением σ , а также деформационным упрочнением. Параметр δ обычно включает равномерную деформацию и деформацию после образования стабильной «шейки» и локализации в ней деформации. s f Увеличение деформационного упрочнения ee & ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ σ∂ повышает δ для пластичных металлов (Al, Cu), но снижает δ в малопластичных материалах, где достигается условие σ = σ . s f Пластичность материала в ее приведенном выше физическом определении должна непрерывно повышаться с ростом температуры, поскольку повышение температуры облегчает движение дислокаций в твердых телах (за исключением некоторых интерметаллидов). Однако для большинства материалов параметр δ немонотонно изменяется с ростом температуры вследствие того, что температура испытания влияет также на условия разрушения (транскристаллитное или интеркристаллитное), на деформационное упрочнение и соотношение σ s и σf. Механические испытания на растяжение эффективны для сталей и пластичных металлов. Но новые материалы: керамика, квазикристаллы, интерметаллиды, наноматериалы, аморфные металлические сплавы, фуллериты и различные композиты – малопластичны или хрупки при испытании на растяжение при комнатной ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2011. №4. 182 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (98), с. 182-187. mailto:milman@ipms.kiev.ua температуре, это же относится к ОЦК-металлам (Cr, Mo, W) – ниже температуры хладноломкости Т . Для всех этих материалов δ = 0, и испытания на растяжение не характеризуют их пластичность. Многофакторная зависимость параметра δ не позволила разработать теорию зависимости пластичности от внутренних (размер зерна, плотность дислокаций) и внешних параметров (температура, скорость деформации). Х Поэтому целесообразным оказалось введение новой характеристики пластичности как доли пластической деформации в общей упруго- пластической деформации. Такая характеристика (соответствующая физическому определению пластичности, как способности материала к пластической деформации) была предложена в работе [4] в виде безразмерного параметра t e t p 1 ε ε −= ε ε =δ* , (1) где εp, εe и εt – соответственно пластическая, упругая и общая деформации, причем . ept ε+ε=ε Эта характеристика пластичности может быть определена при различных методах механических испытаний (растяжение, сжатие, изгиб), но проще определять ее при индентировании пирамидальными инденторами, как показано в [4-6]. При индентировании малый объем деформируемого материала и особый характер полей напряжения уменьшают склонность к макроскопическому разрушению и резко снижают температуру хладноломкости, что делает возможным определение твердости и характеристики пластичности для большинства материалов даже при криогенных температурах. Характеристика пластичности, определенная в соответствии с (1) методом индентирования, была обозначена как . Hδ В работе [4] средняя упругая деформация на контактной площадке индентор–образец в направлении приложенной к индентору нагрузки была получена в виде ( ). (2) 2 e 21 E HM ν−ν−−=ε Здесь HM – твердость по Мейеру, которая рассма- тривается как среднее контактное давление, E – модуль Юнга и ν – коэффициент Пуассона исследуемого материала. Общая деформация εt определена для пирамидальных инденторов как ,sinlnt γ−=ε (3) где γ – угол между гранью и осью пирамиды. Тогда в соответствии с (1) для пирамидального индентора характеристика пластичности, определенная при индентировании: ( 2 t H 21 E HM1 ν−ν− ε⋅ −=δ ). (4) В частности, для индентора Виккерса, учитывая, что ,sinHMHV γ= а γ = 68°, имеем: ( ) . E HV213,141 2 H ν−ν−−=δ (4a) Для твердости по Берковичу, в которой используется трехгранный индентор с углом γ = 65° и твердость определяется, как отношение нагрузки к площади проекции отпечатка на поверхность образца: ( ) . E HM212,101 2 H ν−ν−⋅−=δ (4в) Как видно из (1), должно выполняться соотношение 0 < δH < 1. При этом показано, что для пластичных при растяжении материалов δH ≥ 0,9. Подобная характеристика пластичности может быть определена и при инструментальном индентировании, когда записываются кривые нагружения и разгружения в координатах нагрузка на индентор Р–перемещение индентора h (рис. 1). В этом случае характеристика пластичности Hδ t e t p A A A1 A A −==δ , (5) где Ар, Ае и Аt – соответственно работа, затрачиваемая на пластическую, упругую и общую деформации при внедрении индентора. При этом соотношение Ae/At может быть определено по соотношению площадей под кривыми разгружения и нагружения. Показано, что , если они определяются одинаковыми инденторами и при одинаковой нагрузке на индентор [7]. AH δ≈δ Рис. 1. Диаграмма внедрения пирамидального индентора в координатах нагрузка P–перемещение индентора h 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАСТИЧНОСТИ δН В работе [8] была установлена корреляция между удлинением до разрушения δ и характеристикой пластичности при микроиндентировании для твердого сплава WC-6 % вес. Co (со средним размером зерна d = 1,3 мкм) в интервале температур 20…1000 Hδ 0С. Как видно из рис. 2, при температуре, ниже температуры хладноломкости ТХ данного сплава, только может характеризовать его пластичность. Hδ 183 Типичные значения характеристики пластичности для различных кристаллических материалов с различным типом межатомной связи и различной кристаллографической структурой, а также для аморфных металлических сплавов и квазикристаллов приведены в таблице. Hδ Рис. 2. Температурная зависимость удлинения до разрушения δ и характеристики пластичности при микроиндентировании для твердого сплава WC-6 вес. %Co Hδ Характеристика пластичности для различных материалов при комнатной температуре Hδ Материал Hδ ГЦК-металлы (Cu, Al, Au, Ni) 0,97…0,99 ОЦК-металлы (Fe, Mo, Nb, Cr и др.) 0,92…0,97 ГПУ-металлы (Co, Re, Ti и др.) 0,95…0,97 Зернистый перлит 0,92 Сорбит 0,91 Сталь 0,8% С Мартенсит 0,79 Al3Ti 0,76 Al61Cr12Ti27 0,81 Интер- металлиды Al66Mn11Ti23 0,87 Ленты на основе Fe и Co 0,60 АМС Массивные образцы на основе Zr и Ti 0,70…0,75 Al63Cu25Fe12 0,47 Квази- кристаллы Al70Pd20Mn10 0,72 α-SiC (0001) 0,29 Al2O3 (0001) 0,40 TiB2 0,44 TiC (100) 0,46 ZrC (100) 0,45 NbC (100) 0,56 ZrN 0,64 Керамика WC (0001) 0,83 С (алмаз) (001) 0,0012 Si (111) 0,42* Ковалентные кристаллы Ge (111) 0,49* На основе TiN 0,55…0,65 Покрытия На основе TiC 0,45 Фазовый переход при индентировании Для чистых металлов 0,9 < Hδ < 1,0. Величина выше для металлов с ГЦК-решеткой (Ni, Al, Сu, Au), чем для металлов с ОЦК (Мо, Сг, Fe, Nb и др.) и ГПУ-решетками (Co, Re, Ті и др.). Для углеродистой стали характеристика пластичности хорошо коррелирует со значениями пластичности δ, определенными при растяжении для всех состояний, в которых используется сталь. При этом для углеродистой стали появляется возможность характеризовать ее пластичность в закаленном состоянии со структурой мартенсита, где δ = 0. Hδ Hδ Для исследованных интерметаллидов на основе Al3Ti значение ниже 0,9. Но при переходе от тетрагональной DO Hδ 22 структуры с низкой симметрией для Al3Ti к структуре с кубической симметрией L12 (путем легирования интерметаллида Al3Ti хромом или марганцем) существенно возрастает. Для аморфных металлов (АМС) на основе железа, которые производятся методом спиннингования в виде лент толщиной 30…50 мкм, Hδ Hδ ≈ 0,60. Несколько больше характеристика пластичности для массивных АМС на основе Ti и Zr, для которых Hδ = 0,7…0,75. Для новых материалов – квазикристаллов – при комнатной температуре Hδ существенно ниже 0,9. Как видно из таблицы, минимальное значение имеет алмаз. Для других ковалентных кристаллов (кремния и германия) несколько выше в связи с фазовым переходом полупроводник → металл при индентировании [9]. Низкий уровень пластичности имеют также SiC и А1 Hδ Hδ 2O3, у которых ковалентная составляющая межатомной связи существенна. Среди тугоплавких соединений по степени увеличения значения располагаются бориды, карбиды и нитриды переходных металлов. Для карбидов IV-A группы (TiC, ZrC), так же как и для карбида NbC и боридов, Hδ Hδ ≈ 0,5, т.е. пластическая деформация составляет примерно 50 % от общей деформации под индентором. В то же время карбид вольфрама имеет значительно большую величину = 0,82, что обуславливает его большое преимущество перед другими тугоплавкими соединениями. Нужно отметить, что высокое значение в карбиде вольфрама объясняется как высоким значением модуля Юнга Е ≈ 700 ГПа, так и низкой твердостью (по сравнению с другими карбидами). Для нитридов Hδ Hδ Hδ ≈ 0,6, что несколько выше, чем для боридов и карбидов (исключая карбид вольфрама). Значения , приведенные в таблице, при температуре выше Т Hδ Х коррелируют с соответствующими значениями пластичности δ, 184 определенными при стандартных механических испытаниях. Однако только определение параметра позволяет сравнить пластичность большого числа материалов, которые обычно принято считать хрупкими и которые могут быть упруго- пластически продеформированы при индентировании без макроскопического разрушения. Hδ 3. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ФАКТОРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКУ ПЛАСТИЧНОСТИ Hδ Сложный физический смысл удлинения до разрушения при испытании на растяжение δ не позволил за многие годы использования этой величины разработать теорию зависимости δ от структурных факторов, температуры и скорости деформации. Вместе с тем эти вопросы успешно решены для предела текучести σS. Поскольку характеристика пластичности E HMconst1H −=δ , а HM ≈ CσS (где С = const, σS − предел текучести), то оказалось возможным найти эти зависимости и для . Hδ Так, если зависимость σS от размера зерна d описывается хорошо известным уравнением Холла- Петча , то, используя выражение (4), получаем 21 yoS dK /−+σ=σ 21 1HoH dK /−−δ=δ , (6) где − пластичность монокристалла, а Hoδ ( )2 11 t y 1 21 E CK K ν−ν− ε = . Для примера на рис. 3 показана зависимость характеристики пластичности от размера зерна для меди и железа. Рис. 3. Зависимость характеристики пластичности от размера зерна для наноструктурных меди и железа [10] На линейных участках зависимостей выполняются соотношения Холла-Петча и (6) для характеристики пластичности . Из рисунка видно, что величина может быть определена и для металлов в наноструктурном состоянии, где часто (в особенности для ОЦК-металлов) δ = 0. Hδ Hδ Если зависимость предела текучести от плотности хаотически распределенных дислокаций ρ описывается надежно установленным соотношением ρα+σ=σ Gb0S , где σ0 – предел текучести бездислокационного кристалла; G – модуль сдвига; b – модуль вектора Бюргерса и α – константа, то ρ−δ=δ 21HH K , (7) где − пластичность кристалла при ρ = 0, а 1Hδ ( )2 t 2 21 E GbCK ν−ν− ε α = . Из соотношений (6) и (7) видно, что характеристика пластичности снижается при росте плотности дислокаций и с уменьшением размера зерна. Из (4) следует, что снижается также при любом другом упрочнении, ведущем к росту НМ. Hδ Hδ 4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ НА ХАРАКТЕРИСТИКУ ПЛАСТИЧНОСТИ Hδ Поскольку твердость, измеренная пирамидальными инденторами, соответствует напряжению течения при некоторой фиксированной степени деформации, то для описания температурной зависимости твердости целесообразно использовать теорию, описывающую условный предел текучести, а не критическое напряжение сдвига или нижний предел текучести. В работах [4, 11] была использована теория условного предела текучести, развитая в [12, 13]. В частности, в интервале холодной деформации при температуре T < T (где Т* − характеристическая температура деформации [14]) получено соотношение: ( ) ,Mln VE AT0HH ε +δ=δ & (8) где (0) – пластичность при 0 К, Hδ ( ) ( ) ( ) ( ) × ε σ −=ν−ν− ε −=δ t S2 t H E 0C 121 E 0HM10 ( )21 2ν ν× − − ; (8а) ( ),21CkA 2 t ν−ν− ε = V – активационный объем; – скорость дефор- мации; k – константа Больцмана и М – константа материала. ε& Из соотношения (8) следует, что при низких температурах должна линейно увеличиваться с ростом температуры, что подтверждается экспериментальными данными, полученными в [4] (рис. 4). Hδ 185 Рис. 4. Температурная зависимость характеристики пластичности для Cr и TiC Hδ 5. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАСТИЧНОСТИ Представляется целесообразным расчет характеристики δН производить при любых исследованиях влияния химического состава, термомеханической обработки и структурного состояния на твердость, микротвердость и нанотвердость материалов. Сочетание прочностной характеристики Н и характеристики пластичности δН позволяет более полно характеризовать механическое поведение материала, чем только твердость Н. Исследование характеристики δН позволяет объяснить феноменальные свойства твердых сплавов WC-Co, поскольку, как уже отмечалось, WC характеризуется достаточно высокой для инструментального материала твердостью в сочетании с очень высокой для тугоплавких соединений пластичностью δН. Неоднократные попытки заменить WC на более твердые соединения ZrC и TiC не увенчались успехом, поскольку эти соединения обладают существенно более низкой пластичностью. Анализ значений δН (см. таблицу) позволяет классифицировать группы материалов (включая новые малопластичные или хрупкие) по пластичности. Значение δН снижается в ряду: металлы – интерметаллиды – АМС – керамика – квазикристаллы. Как показано в [15], для сверхпластичных материалов определение температурной зависимости δН позволяет определить оптимальную температуру сверхпластической деформации. Хорошо известно, что деформированные (наклепанные) металлы обычно имеют меньшую пластичность, чем отожженные (исключая случай, когда деформация снижает температуру хладноломкости ТХ). Однако использование характеристики пластичности δН показало, что для квазикристаллов ситуация противоположная: пластическая деформация снижает твердость Н и повышает характеристику пластичности , тогда как отжиг повышает Н и снижает δ Hδ Н. Применение параметра оказалось очень эффективным для определения работоспособности керамических покрытий [16]. Было показано, что эти покрытия могут работать при сравнительно низких значениях δ Hδ Н. Необходимое условие работоспособности таких покрытий > 0,45…0,55. Hδ Отметим еще, что управление приборами инструментального индентирования может быть сделано дистанционным, что позволяет определять характеристику пластичности (и твердость) для целей атомной энергетики, используя простые образцы в виде шлифов и практически не повреждая их в процессе измерения. ВЫВОДЫ Современные методы индентирования позволяют определять не только прочностную характеристику (твердость, микротвердость, нанотвердость), но и характеристику пластичности δН, которая изменяется от 0 при чисто упругом внедрении индентора до 1 для полностью пластической деформации. Температура вязкохрупкого перехода большинства материалов может быть определена как температура, при которой δН ≈ 0,9. Любое упрочнение, обусловленное уменьшением размера зерна, ростом плотности дислокаций, повышением высоты потенциальных барьеров Пайерлса и уменьшением их ширины, снижением температуры и др. факторами, приводит к снижению δН. В то же время рост модуля Юнга Е, который определяет и прочностные характеристики, приводит к увеличению δН. Характеристика пластичности δН, определяемая из измерений твердости, является эффективным методом оценки пластичности различных кристаллических и некристаллических материалов в широком температурном интервале. При разработке новых высокопрочных материалов необходимо стремиться к оптимальному сочетанию твердости и пластичности δН. Развитые представления и методики определения характеристики пластичности δН при измерении микротвердости и нанотвердости позволяют сопоставлять и анализировать пластичность различных материалов вне зависимости от того, являются ли они пластичными, малопластичными или хрупкими при испытании на растяжение. Представляется целесообразным рассчитывать характеристику пластичности δН при стандартных измерениях твердости, микротвердости и нанотвердости, так как сочетание твердости Н и пластичности δН более полно характеризует механическое поведение материала, чем только Н. Инструментальная твердость с дистанционным управлением открывает широкие возможности определения δН и Н для задач атомной энергетики. 186 ЛИТЕРАТУРА 10. А.И. Юркова, Ю.В. Мильман, А.В. Бякова. Структура и механические свойства железа после поверхностной интенсивной пластической деформации трением: ІІ. Механические свойства нано- и субмикрокристаллического железа // Деформация и разрушение материалов. 2009, №2, с. 2-8. 1. Wikipedia. The free encyclopedia. 2. С.Н. Журков, А.Н. Орлов, В.Р. Регель. Прочность // Физический энциклопедический словарь. М.: «Советская энциклопедия», 1965, т. 4, с. 235-238. 3. А.Н. Орлов, В.Р. Регель. Пластичность // Там же, с. 39. 11. Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова. Исследование механического поведения малопластичных материалов методом индентирования // Особенности структуры и свойств перспективных материалов / Под общ. ред. А.И. Потекаева. Томск: Изд-во НТЛ, 2006, с. 301-322. 4. Yu.V. Milman, B.A. Galanov, S.I. Chugunova. Plasticity characteristic obtained trough hardness measurement (overview N 107) // Acta Met. and Mater. 1993, v. 41, N 9, p. 2523-2532. 5. Б.А. Галанов, Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова. Исследование механических свойств высокотвердых материалов методом индентирования // Сверхтвердые материалы. 1999, №3, с. 25-38. 12. Ю.В. Мильман, В.И. Трефилов. О физической природе температурной зависимости предела текучести // Порошковая металлургия. 2010, №7/8(474), с. 3-18. 6. Yu.V. Milman. Plasticity characteristic obtained by indentation // J. of Physcis D: Applied Physics. 2008, v. 41, p. 074013 (9 p.). 13. В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, С.А. Фирстов. Физические основы прочности тугоплавких металлов. Киев: «Наукова думка», 1975, 315 с. 7. Ю.В. Мильман, С.Н. Дуб, А.А. Голубенко. Масштабная зависимость твердости и характеристики пластичности, определяемой при индентировании // Деформация и разрушение материалов. 2008, №8, с. 3-10. 14. V.I. Trefilov, Yu.V. Milman, I.V. Gridneva. Characteristic temperature of deformation of crystalline materials // Crys. Res. and Technol. 1984, v. 19, N 3, p. 413-421. 15. Yu.V. Milman, W. Lojkowski, S.I. Chugunova, D.V. Lotsko, I.V. Gridneva, A.A. Golubenko. Indentation technique for determination of mechanical behaviour of nanomaterials (bulk and coatings) // Solid State Phenomena. 2003, v. 94, p. 55-58. 8. Yu.V. Milman, S. Luyckx, A.V. Goncharuck, J.T. Northrop. Results from bending tests on submicron and micron WC-Co grades at elevated temperatures // Inter. J. of Refractory Metals & Hard Materials. 2002, v. 20, p. 71-79. 9. I.V. Gridneva, Yu.V. Milman, V.I. Trefilov. Phase transition in diamond structure crystals at hardness measurement // Phys. Status solidi (a). 1972, v. 14, p. 177-182. 16. А.В. Бякова. Структурные аспекты прочности и пути повышения работоспособности карбидных покрытий // Порошковая металлургия. 2000, №1- 2, с. 97-106. Статья поступила в редакцию 09.06.2011 г. ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАСТИЧНОСТІ, ЩО ВИЗНАЧАЄТЬСЯ МЕТОДОМ ІНДЕНТУВАННЯ Ю.В. Мільман, С.І. Чугунова, І.В. Гончарова Розглянуто методи визначення характеристики пластичності δН при вимірі твердості й нанотвердості. Параметр δН характеризує пластичність матеріалів часткою пластичної деформації в загальній пружно- пластичній деформації. Величина δН визначена для металів з різним типом кристалічних ґрат, ковалентних і частково ковалентних кристалів, інтерметалідів, аморфних металевих сплавів і квазікристалів. Обговорюється залежність характеристики пластичності від структурних факторів і температури. Параметр δН дозволяє проаналізувати і порівняти пластичність матеріалів, крихких при стандартних механічних випробуваннях. Поєднання твердості Н як міцносної характеристики і характеристики пластичності δН дозволяє більш повно характеризувати механічну поведінку матеріалу, ніж тільки твердість Н. Наведені приклади використання характеристики пластичності δН. PLASTICITY CHARACTERISTIC OBTAINED BY INDENTATION Yu.V. Milman, S.I. Chugunova, I.V. Goncharova Methods for determination plasticity characteristic δН in the measurement of hardness and nanohardness are considered. Parameter δН characterizes the plasticity of a material by the part of plastic deformation in the total elastic-plastic deformation. The value of δН is defined for metals with different types of crystal lattice, covalent and partially covalent crystals, intermetallics, metallic glasses and quasicrystals. It is discussed the dependence of the plasticity characteristic δН on structural factors and temperature. Parameter δН allows to analyze and compare the plasticity of materials which are brittle at standard mechanical tests. The combination of hardness H, as the strength characteristic, and the plasticity characteristic δН makes possible the better characterization of mechanical behavior of materials than only the hardness H. The examples of plasticity characteristic δН application are represented. 187

Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования

Institution

Ähnliche Einträge