Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия
Определены оптимальные условия измерения микротвердости алюминия, касающиеся подготовки поверхности образцов (электрополировка) и нагрузки на индентор (не меньше 0,5 Н). Методом микроиндентирования изучена степень структурной однородности алюминия после деформации равноканальным угловым прессован...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117484 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия / Ю.З. Эстрин, Л.С. Фоменко, С.В. Лубенец, С.Э. Шумилин, В.В. Пустовалов // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 9. — С. 975–982. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117484 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Эстрин, Ю.З. Фоменко, Л.С. Лубенец, С.В. Шумилин, С.Э. Пустовалов, В.В. 2017-05-23T17:13:20Z 2017-05-23T17:13:20Z 2008 Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия / Ю.З. Эстрин, Л.С. Фоменко, С.В. Лубенец, С.Э. Шумилин, В.В. Пустовалов // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 9. — С. 975–982. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 81.40.Ef;62.20.Qp;68.35.Gy https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117484 Определены оптимальные условия измерения микротвердости алюминия, касающиеся подготовки поверхности образцов (электрополировка) и нагрузки на индентор (не меньше 0,5 Н). Методом микроиндентирования изучена степень структурной однородности алюминия после деформации равноканальным угловым прессованием (РКУП). Обнаружено, что микротвердость экструдированной заготовки неодинакова по сечению и имеет максимальное значение в центральной части. Неоднородность уменьшается при увеличении числа проходов. Основные структурные изменения, вызывающие упрочнение, происходят в процессе первого прохода. Температурная зависимость микротвердости в интервале 77–295 К усиливается с увеличением числа проходов РКУП. Упрочнение алюминия в результате измельчения зерна при обработке РКУП хорошо описывается законом Холла–Петча, причем коэффициент Холла–Петча увеличивается с понижением температуры. Для ультрамелкозернистого алюминия микротвердость и напряжение течения при деформации ε= 0,076 связаны соотношением HV =(3,7-4,2) σ0,076. Визначено оптимальні умови вимірювання мікротвердості алюмінію, які стосуються підготовки поверхні зразків (електрополірування) і навантаження на індентор (не менше 0,5 Н). Методом мікро- індентування вивчено ступінь структурної однорідності алюмінію після деформації рівноканальним кутовим пресуванням (РККП). Виявлено, що мікротвердість екструдованої заготовки неоднакова по перерізу і має максимальне значення в центральній частині. Неоднорідність зменшується зі збільшенням кількості проходів. Головні структурні зміни, які викликають зміцнення, відбуваються протягом першого проходу. Температурна залежність мікротвердості в інтервалі 77–295 К підсилюється зі збільшенням кількості проходів РККП. Зміцнення алюмінію в результаті подрібнення зерна при обробц і РККП добре описується законом Холла–Петча, причому коефіцієнт Холла–Петча зростає з пониженням температури. Для ультрадрібнозернистого алюмінію мікротвердість і напруження плинност і при деформації ε = 0,076 зв’язані співвідношенням HV=(3,7-4,2)σ 0,076. Conditions of sample surface preparation (electropolishing) and the indentation load (no less than 0.5 N) were determined for optimal measurement of aluminium microhardness. The degree of structural uniformity of aluminum after the deformation by equal-channel angular pressing (ECAP) has been studied. It is found that the microhardness of the extruded billet is not the same in its cross-section and has a maximum value in the central part. The inhomogeneity decreases with increasing a number of passes. The main structural changes resulting in hardening occur during the first pass. The temperature dependence of microhardness in the range from 77 to 295 K becomes stronger with increasing a number of ECAP passes. The hardening of aluminum due to grain refinement via ECAP follows the Hall–Petch relation, the Hall–Petch factor increasing with decrease in temperature. The relation between microhardness and flow stress at strain ε= 0,076 is described by HV = (3,7-4.2) σ0,076. Авторы выражают благодарность Н.В. Исаеву за полезные дискуссии, а Р.Й. Хельмигу, Т. Ламарку и З. Зуберовой также и за помощь в экспериментах по РКУП. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпературная физика пластичности и прочности Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия Investigation of structural inhomogeneity and low-temperature micromechanical properties of ultrafinegrained aluminum Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия |
| spellingShingle |
Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия Эстрин, Ю.З. Фоменко, Л.С. Лубенец, С.В. Шумилин, С.Э. Пустовалов, В.В. Низкотемпературная физика пластичности и прочности |
| title_short |
Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия |
| title_full |
Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия |
| title_fullStr |
Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия |
| title_full_unstemmed |
Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия |
| title_sort |
изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия |
| author |
Эстрин, Ю.З. Фоменко, Л.С. Лубенец, С.В. Шумилин, С.Э. Пустовалов, В.В. |
| author_facet |
Эстрин, Ю.З. Фоменко, Л.С. Лубенец, С.В. Шумилин, С.Э. Пустовалов, В.В. |
| topic |
Низкотемпературная физика пластичности и прочности |
| topic_facet |
Низкотемпературная физика пластичности и прочности |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Investigation of structural inhomogeneity and low-temperature micromechanical properties of ultrafinegrained aluminum |
| description |
Определены оптимальные условия измерения микротвердости алюминия, касающиеся подготовки
поверхности образцов (электрополировка) и нагрузки на индентор (не меньше 0,5 Н). Методом
микроиндентирования изучена степень структурной однородности алюминия после деформации равноканальным
угловым прессованием (РКУП). Обнаружено, что микротвердость экструдированной
заготовки неодинакова по сечению и имеет максимальное значение в центральной части. Неоднородность
уменьшается при увеличении числа проходов. Основные структурные изменения, вызывающие
упрочнение, происходят в процессе первого прохода. Температурная зависимость микротвердости в
интервале 77–295 К усиливается с увеличением числа проходов РКУП. Упрочнение алюминия в результате
измельчения зерна при обработке РКУП хорошо описывается законом Холла–Петча, причем
коэффициент Холла–Петча увеличивается с понижением температуры. Для ультрамелкозернистого
алюминия микротвердость и напряжение течения при деформации ε= 0,076 связаны соотношением
HV =(3,7-4,2) σ0,076.
Визначено оптимальні умови вимірювання мікротвердості алюмінію, які стосуються підготовки
поверхні зразків (електрополірування) і навантаження на індентор (не менше 0,5 Н). Методом мікро-
індентування вивчено ступінь структурної однорідності алюмінію після деформації рівноканальним
кутовим пресуванням (РККП). Виявлено, що мікротвердість екструдованої заготовки неоднакова по
перерізу і має максимальне значення в центральній частині. Неоднорідність зменшується зі збільшенням
кількості проходів. Головні структурні зміни, які викликають зміцнення, відбуваються протягом
першого проходу. Температурна залежність мікротвердості в інтервалі 77–295 К підсилюється зі
збільшенням кількості проходів РККП. Зміцнення алюмінію в результаті подрібнення зерна при обробц
і РККП добре описується законом Холла–Петча, причому коефіцієнт Холла–Петча зростає з пониженням
температури. Для ультрадрібнозернистого алюмінію мікротвердість і напруження плинност
і при деформації ε = 0,076 зв’язані співвідношенням HV=(3,7-4,2)σ 0,076.
Conditions of sample surface preparation (electropolishing)
and the indentation load (no less than
0.5 N) were determined for optimal measurement of aluminium microhardness. The degree of structural
uniformity of aluminum after the deformation
by equal-channel angular pressing (ECAP) has
been studied. It is found that the microhardness of
the extruded billet is not the same in its cross-section
and has a maximum value in the central part.
The inhomogeneity decreases with increasing a
number of passes. The main structural changes resulting
in hardening occur during the first pass.
The temperature dependence of microhardness in
the range from 77 to 295 K becomes stronger with
increasing a number of ECAP passes. The hardening
of aluminum due to grain refinement via ECAP
follows the Hall–Petch relation, the Hall–Petch factor
increasing with decrease in temperature. The relation
between microhardness and flow stress at strain
ε= 0,076 is described by HV = (3,7-4.2) σ0,076.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117484 |
| citation_txt |
Изучение структурной неоднородности и низкотемпературных микромеханических свойств ультрамелкозернистого алюминия / Ю.З. Эстрин, Л.С. Фоменко, С.В. Лубенец, С.Э. Шумилин, В.В. Пустовалов // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 9. — С. 975–982. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT éstrinûz izučeniestrukturnoineodnorodnostiinizkotemperaturnyhmikromehaničeskihsvoistvulʹtramelkozernistogoalûminiâ AT fomenkols izučeniestrukturnoineodnorodnostiinizkotemperaturnyhmikromehaničeskihsvoistvulʹtramelkozernistogoalûminiâ AT lubenecsv izučeniestrukturnoineodnorodnostiinizkotemperaturnyhmikromehaničeskihsvoistvulʹtramelkozernistogoalûminiâ AT šumilinsé izučeniestrukturnoineodnorodnostiinizkotemperaturnyhmikromehaničeskihsvoistvulʹtramelkozernistogoalûminiâ AT pustovalovvv izučeniestrukturnoineodnorodnostiinizkotemperaturnyhmikromehaničeskihsvoistvulʹtramelkozernistogoalûminiâ AT éstrinûz investigationofstructuralinhomogeneityandlowtemperaturemicromechanicalpropertiesofultrafinegrainedaluminum AT fomenkols investigationofstructuralinhomogeneityandlowtemperaturemicromechanicalpropertiesofultrafinegrainedaluminum AT lubenecsv investigationofstructuralinhomogeneityandlowtemperaturemicromechanicalpropertiesofultrafinegrainedaluminum AT šumilinsé investigationofstructuralinhomogeneityandlowtemperaturemicromechanicalpropertiesofultrafinegrainedaluminum AT pustovalovvv investigationofstructuralinhomogeneityandlowtemperaturemicromechanicalpropertiesofultrafinegrainedaluminum |
| first_indexed |
2025-11-24T02:22:35Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:22:35Z |
| _version_ |
1850838044475654144 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9, ñ. 975–982
Èçó÷åíèå ñòðóêòóðíîé íåîäíîðîäíîñòè
è íèçêîòåìïåðàòóðíûõ ìèêðîìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ
óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî àëþìèíèÿ
Þ.Ç. Ýñòðèí1,2, Ë.Ñ. Ôîìåíêî3, Ñ.Â. Ëóáåíåö3, Ñ.Ý. Øóìèëèí3,
Â.Â. Ïóñòîâàëîâ3
1
ARC Centre of Excellence for Design in Light Metals, Department of Materials Engineering, Monash University,
Clayton, Victoria, Australia
2
CSIRO Division of Materials Science and Engineering, Clayton, Victoria, Australia
3
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: fomenko@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 7 àïðåëÿ 2008 ã.
Îïðåäåëåíû îïòèìàëüíûå óñëîâèÿ èçìåðåíèÿ ìèêðîòâåðäîñòè àëþìèíèÿ, êàñàþùèåñÿ ïîäãîòîâ-
êè ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ (ýëåêòðîïîëèðîâêà) è íàãðóçêè íà èíäåíòîð (íå ìåíüøå 0,5 Í). Ìåòîäîì
ìèêðîèíäåíòèðîâàíèÿ èçó÷åíà ñòåïåíü ñòðóêòóðíîé îäíîðîäíîñòè àëþìèíèÿ ïîñëå äåôîðìàöèè ðàâ-
íîêàíàëüíûì óãëîâûì ïðåññîâàíèåì (ÐÊÓÏ). Îáíàðóæåíî, ÷òî ìèêðîòâåðäîñòü ýêñòðóäèðîâàííîé
çàãîòîâêè íåîäèíàêîâà ïî ñå÷åíèþ è èìååò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå â öåíòðàëüíîé ÷àñòè. Íåîäíîðîä-
íîñòü óìåíüøàåòñÿ ïðè óâåëè÷åíèè ÷èñëà ïðîõîäîâ. Îñíîâíûå ñòðóêòóðíûå èçìåíåíèÿ, âûçûâàþùèå
óïðî÷íåíèå, ïðîèñõîäÿò â ïðîöåññå ïåðâîãî ïðîõîäà. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè â
èíòåðâàëå 77–295 Ê óñèëèâàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà ïðîõîäîâ ÐÊÓÏ. Óïðî÷íåíèå àëþìèíèÿ â ðå-
çóëüòàòå èçìåëü÷åíèÿ çåðíà ïðè îáðàáîòêå ÐÊÓÏ õîðîøî îïèñûâàåòñÿ çàêîíîì Õîëëà–Ïåò÷à, ïðè÷åì
êîýôôèöèåíò Õîëëà–Ïåò÷à óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû. Äëÿ óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî
àëþìèíèÿ ìèêðîòâåðäîñòü è íàïðÿæåíèå òå÷åíèÿ ïðè äåôîðìàöèè � = 0,076 ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì
HV � �( , , ) ,3 7 4 2 0 076� .
Âèçíà÷åíî îïòèìàëüí³ óìîâè âèì³ðþâàííÿ ì³êðîòâåðäîñò³ àëþì³í³þ, ÿê³ ñòîñóþòüñÿ ï³äãîòîâêè
ïîâåðõí³ çðàçê³â (åëåêòðîïîë³ðóâàííÿ) ³ íàâàíòàæåííÿ íà ³íäåíòîð (íå ìåíøå 0,5 Í). Ìåòîäîì ì³êðî-
³íäåíòóâàííÿ âèâ÷åíî ñòóï³íü ñòðóêòóðíî¿ îäíîð³äíîñò³ àëþì³í³þ ï³ñëÿ äåôîðìàö³¿ ð³âíîêàíàëüíèì
êóòîâèì ïðåñóâàííÿì (ÐÊÊÏ). Âèÿâëåíî, ùî ì³êðîòâåðä³ñòü åêñòðóäîâàíî¿ çàãîòîâêè íåîäíàêîâà ïî
ïåðåð³çó ³ ìຠìàêñèìàëüíå çíà÷åííÿ â öåíòðàëüí³é ÷àñòèí³. Íåîäíîð³äí³ñòü çìåíøóºòüñÿ ç³ çá³ëüøåí-
íÿì ê³ëüêîñò³ ïðîõîä³â. Ãîëîâí³ ñòðóêòóðí³ çì³íè, ÿê³ âèêëèêàþòü çì³öíåííÿ, â³äáóâàþòüñÿ ïðîòÿãîì
ïåðøîãî ïðîõîäó. Òåìïåðàòóðíà çàëåæí³ñòü ì³êðîòâåðäîñò³ â ³íòåðâàë³ 77–295 Ê ï³äñèëþºòüñÿ ç³
çá³ëüøåííÿì ê³ëüêîñò³ ïðîõîä³â ÐÊÊÏ. Çì³öíåííÿ àëþì³í³þ â ðåçóëüòàò³ ïîäð³áíåííÿ çåðíà ïðè îá-
ðîáö³ ÐÊÊÏ äîáðå îïèñóºòüñÿ çàêîíîì Õîëëà–Ïåò÷à, ïðè÷îìó êîåô³ö³ºíò Õîëëà–Ïåò÷à çðîñòຠç ïî-
íèæåííÿì òåìïåðàòóðè. Äëÿ óëüòðàäð³áíîçåðíèñòîãî àëþì³í³þ ì³êðîòâåðä³ñòü ³ íàïðóæåííÿ ïëèí-
íîñò³ ïðè äåôîðìàö³¿ � = 0,076 çâ’ÿçàí³ ñï³ââ³äíîøåííÿì HV � �( , , ) ,3 7 42 0 076� .
PACS: 81.40.Ef Õîëîäíàÿ îáðàáîòêà, äåôîðìàöèîííîå óïðî÷íåíèå, îòæèã, ïîñëåäåôîðìàöèîííûé
îòæèã, çàêàëêà; çàêàëêà c ïîñëåäóþùèì âîçâðàòîì è êðèñòàëëèçàöèÿ;
62.20.Qp Òðåíèå, òðèáîëîãèÿ è òâåðäîñòü;
68.35.Gy Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà, ïîâåðõíîñòíàÿ äåôîðìàöèÿ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: óëüòðàìåëêîçåðíèñòûé àëþìèíèé, íåîäíîðîäíîñòü ñòðóêòóðû, ìèêðîòâåðäîñòü.
Áîëüøàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ â ïðîöåññå ðàâ-
íîêàíàëüíîãî óãëîâîãî ïðåññîâàíèÿ (ÐÊÓÏ) âûçûâàåò
ðàäèêàëüíûå èçìåíåíèÿ ñòðóêòóðû è ïðåæäå âñåãî çíà-
÷èòåëüíîå èçìåëü÷åíèå çåðíà. Ðàâíîêàíàëüíîå óãëî-
âîå ïðåññîâàíèå — îäèí èç ñàìûõ ïðîñòûõ è äî-
ñòóïíûõ ñïîñîáîâ ïîëó÷åíèÿ ìàòåðèàëîâ ñ âûñîêèìè
© Þ.Ç. Ýñòðèí, Ë.Ñ. Ôîìåíêî, Ñ.Â. Ëóáåíåö, Ñ.Ý. Øóìèëèí, Â.Â. Ïóñòîâàëîâ, 2008
ìåõàíè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè è â îáúåìàõ, äîñòà-
òî÷íûõ äëÿ âîçìîæíîãî ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâà-
íèÿ [1,2].
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî
ðàñïðåäåëåíèå äåôîðìàöèè ïî îáúåìó çàãîòîâêè, ïðî-
øåäøåé îáðàáîòêó ÐÊÓÏ, íåîäíîðîäíî [3–5]. Ñî-
îòâåòñòâåííî, ðàñïðåäåëåíèå çåðåí ïî ðàçìåðàì, ìåæ-
çåðåííàÿ ðàçîðèåíòàöèÿ, òåêñòóðà è ìåõàíè÷åñêèå
ñâîéñòâà òàêæå íåîäíîðîäíû. Ýòî ñíèæàåò êà÷åñòâî
êîíå÷íîãî ïðîäóêòà. Äëÿ óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ òåõíî-
ëîãèè ïîëó÷åíèÿ âûñîêîïðî÷íîãî ñîñòîÿíèÿ ñ ïî-
ìîùüþ ÐÊÓÏ âî âñåì îáúåìå ìàòåðèàëà íåîáõîäèìû
äîïîëíèòåëüíûå èññëåäîâàíèÿ ìèêðîñòðóêòóðû, åå
ýâîëþöèè è ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ îáúåêòîâ, ñèëüíî äå-
ôîðìèðîâàííûõ ðàçëè÷íûìè ìåòîäàìè.
Ìèêðîèíäåíòèðîâàíèå — îäèí èç ýôôåêòèâíûõ
ìåòîäîâ èçó÷åíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ è îñîáåííîñ-
òåé ñòðóêòóðû ìàòåðèàëà ââèäó åãî ïðîñòîòû, ëîêàëü-
íîñòè èñïûòàíèÿ è âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ê ðàç-
ëè÷íûì íåîäíîðîäíîñòÿì ñòðîåíèÿ ìàòåðèàëà.
Ïðèìåíåíèå ýòîãî ìåòîäà â ñëó÷àå ìåäè ïîêàçàëî, ÷òî
åå ñòðóêòóðà ïîñëå äåôîðìàöèè ïóòåì ÐÊÓÏ îòëè÷à-
åòñÿ ñèëüíîé ãåòåðîãåííîñòüþ [6]. Ðàçëè÷èå çíà÷åíèé
ìèêðîòâåðäîñòè â ñîñåäíèõ îáëàñòÿõ îáðàçöà, îòñòîÿ-
ùèõ äðóã îò äðóãà íà ðàññòîÿíèå ~ 100 ìêì, äîñòèãàëî
40%. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ìåòîä ìèêðîèíäåíòèðîâà-
íèÿ èñïîëüçîâàí â áîëåå øèðîêîì îáúåìå. Áûëî ïðî-
âåäåíî ñðàâíèòåëüíîå èçó÷åíèå êðóïíîçåðíèñòûõ è
óëüòðàìåëêîçåðíèñòûõ îáðàçöîâ àëþìèíèÿ, èññëå-
äîâàíû çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè îò êîîðäèíàò
èíäåíòèðîâàíèÿ (âäîëü îñåé õ è ó, ñì. ðèñ. 1) è òåìïå-
ðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè. Ñ öåëüþ
îïòèìèçàöèè óñëîâèé èçìåðåíèé ñïåöèàëüíî èçó÷åíî
âëèÿíèÿ íàãðóçêè íà èíäåíòîð è ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõ-
íîñòè îáðàçöîâ (ïîñëå ýëåêòðîëèòè÷åñêîé èëè ìåõà-
íè÷åñêîé ïîëèðîâêè) íà çíà÷åíèå ìèêðîòâåðäîñòè.
Ýòî îñîáåííî âàæíî ïðè èññëåäîâàíèè ìÿãêèõ, ñòðóê-
òóðíî íåîäíîðîäíûõ è óëüòðàìåëêîçåðíèñòûõ îáúåêòîâ.
1. Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà
Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíà ôîðìà áðóñêà ïîëèêðèñòàë-
ëè÷åñêîãî àëþìèíèÿ, èç êîòîðîãî ìåòîäîì ýëåêòðî-
èñêðîâîé ðåçêè ãîòîâèëè îáðàçöû äëÿ äåôîðìàöèè
ðàñòÿæåíèåì. Îáðàçöû óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî Al ïî-
ëó÷àëè èç çàãîòîâîê, èñïûòàâøèõ èíòåíñèâíóþ ïëàñ-
òè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå
ïóòåì 1-, 4- è 8-êðàòíîãî 90° ÐÊÓÏ ÷åðåç ôèëüåðó
êâàäðàòíîãî ñå÷åíèÿ ïî ìàðøðóòó Âñ. Äëÿ ñëó÷àÿ îä-
íîãî ïðîõîäà ÐÊÓÏ ïîêàçàíà îðèåíòàöèÿ âûðåçàåìûõ
îáðàçöîâ îòíîñèòåëüíî ôèëüåðû. Çàãîòîâêè ïîñëå
÷åòûðåõ è âîñüìè ïðîõîäîâ ðàçðåçàëè ïðîèçâîëüíî,
òàê ÷òî ñèñòåìû êîîðäèíàò îáðàçöîâ è ôèëüåðû (çà èñ-
êëþ÷åíèåì îñè x êàê íàïðàâëåíèÿ ïðåññîâàíèÿ) íå
ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé.
Ìåòîäèêà èçìåðåíèÿ ìèêðîòâåðäîñòè îïèñàíà â ðà-
áîòå [6]. Â ýêñïåðèìåíòàõ ïî èíäåíòèðîâàíèþ èñ-
ïîëüçîâàëè îáðàçöû, êîòîðûå ïðåäâàðèòåëüíî äåôîð-
ìèðîâàëè ðàñòÿæåíèåì ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ*.
Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëè íà íåäåôîðìèðîâàííîé ÷àñòè,
ò.å. â îáëàñòè «ëîïàòî÷êè». Ïîâåðõíîñòü îáðàçöîâ,
ïðîòðàâëåííóþ õèìè÷åñêè ïåðåä ìàêðîäåôîðìàöèåé,
ñíà÷àëà øëèôîâàëè ìåõàíè÷åñêè íà ñòåêëÿííîé ïëàñ-
òèíêå ñ òîíêèì (çåðíî ~ 1 ìêì) óâëàæíåííûì âîäîé
àáðàçèâíûì ïîðîøêîì. Îêîí÷àòåëüíàÿ çåðêàëüíî
ãëàäêàÿ ïîâåðõíîñòü ïîëó÷àëàñü ïîëèðîâêîé íà ìÿã-
êîé çàìøå ñ ïàñòîé ÃÎÈ (îñíîâíîé êîìïîíåíò —
äâóîêèñü õðîìà). Îòäåëüíûå èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëè
íà îáðàçöàõ ñ ýëåêòðîïîëèðîâàííîé ïîâåðõíîñòüþ.
Îáðàçåö êðóïíîçåðíèñòîãî õîðîøî îòîææåííîãî àëþ-
ìèíèÿ èñïûòûâàëè â òðåõ ñîñòîÿíèÿõ: ïîñëå ýëåêòðî-
ëèòè÷åñêîé ïîëèðîâêè, ïîñëå äîïîëíèòåëüíîé ìåõà-
íè÷åñêîé ïîëèðîâêè è, íàêîíåö, ïîñëå ïîâòîðíîé
ýëåêòðîëèòè÷åñêîé ïîëèðîâêè.
Ñðåäíèé äèàìåòð çåðíà îòîææåííîãî àëþìèíèÿ,
ñîãëàñíî èçìåðåíèÿì ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêîãî ìèê-
976 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9
Þ.Ç. Ýñòðèí, Ë.Ñ. Ôîìåíêî, Ñ.Â. Ëóáåíåö, Ñ.Ý. Øóìèëèí, Â.Â. Ïóñòîâàëîâ
3
y
y
z
z
x
x
2
1
Ðèñ. 1. Áðóñîê àëþìèíèÿ 1 êâàäðàòíîãî ñå÷åíèÿ ñ ðàçìå-
ðàìè 30�10�10 ìì ïîñëå ôðåçåðîâàíèÿ äëÿ ïðèäàíèÿ îá-
ðàçöàì ôîðìû, íåîáõîäèìîé äëÿ äåôîðìèðîâàíèÿ ðàñòÿ-
æåíèåì; îáðàçöû 2 âûðåçàëè ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîèñêðîâîé
ðåçêè; 3 — ãåîìåòðèÿ ôèëüåðû, õ — íàïðàâëåíèå ÐÊÓÏ.
Ïðåññîâàíèå îñóùåñòâëÿëè ïî ìàðøðóòó Bñ (âðàùåíèå çà-
ãîòîâêè ïîñëå êàæäîãî ïðîõîäà íà 90° âîêðóã ïðîäîëüíîé
îñè â îäíîì è òîì æå íàïðàâëåíèè).
* Äåòàëüíûå äàííûå îá ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñêîì è ðåíòãåíäèôðàêöèîííîì èññëåäîâàíèè ñòðóêòóðû è î ïàðàìåòðàõ
íèçêîòåìïåðàòóðíîé ìàêðîäåôîðìàöèè Al îïóáëèêîâàíû â [7].
ðîñêîïà, ñîñòàâëÿë d � 150 ìêì. Îáðàáîòêà ýëåêòðîí-
íî-ìèêðîñêîïè÷åñêèõ ñíèìêîâ íà ïðîñâåò îáðàçöîâ
àëþìèíèÿ ïîñëå ÐÊÓÏ äàëà ñëåäóþùèå ðåçóëüòàòû:
1 ïðîõîä — d � 1,25 ìêì, 4 ïðîõîäà — d � 1 ìêì è
8 ïðîõîäîâ — d � 0,75 ìêì [7].
2. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà è èõ îáñóæäåíèå
2.1. Âëèÿíèå ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè è íàãðóçêè
íà èíäåíòîð
Íà ðèñ. 2 ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè
ïî Âèêêåðñó HV îò íàãðóçêè íà èíäåíòîð Ð äëÿ êðóï-
íîçåðíèñòîãî è óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî (ïîñëå 8-êðàò-
íîãî ÐÊÓÏ) îáðàçöîâ Al ñ ðàçíûì ñîñòîÿíèåì ïî-
âåðõíîñòè. Ïðè êàæäîé íàãðóçêå ìèêðîòâåðäîñòü
âû÷èñëÿëè ïî ôîðìóëå
H
P
a
V �1854
2 2
,
( )
, (1)
ãäå 2a — äëèíà äèàãîíàëè îñòàòî÷íîãî îòïå÷àòêà èí-
äåíòîðà.
Äëÿ èíäåíòîðà Âèêêåðñà âñëåäñòâèå ãåîìåòðè÷åñ-
êîãî ïîäîáèÿ îòïå÷àòêîâ ïðåäïîëàãàåòñÿ ñïðàâåäëè-
âûì çàêîí ïîäîáèÿ Êèêà [8,9]. Îí ñîñòîèò â òîì, ÷òî
ïðè âíåäðåíèè èíäåíòîðà â îäíîðîäíûé ìàòåðèàë ðàñ-
ïðåäåëåíèå íàïðÿæåíèé âîêðóã èíäåíòîðà (è îòïå-
÷àòêà) èçìåíÿåòñÿ ñ ãëóáèíîé âíåäðåíèÿ, îñòàâàÿñü
ïîäîáíûì ñàìîìó ñåáå [10]. Èñõîäÿ èç ýòîãî ìîæíî
îæèäàòü, ÷òî çíà÷åíèå òâåðäîñòè HV íå äîëæíî çà-
âèñåòü îò íàãðóçêè. Îäíàêî ìíîæåñòâî äàííûõ, ïîëó-
÷åííûõ íà ðàçíûõ ìàòåðèàëàõ (ñì., íàïðèìåð, [8,9]),
ñâèäåòåëüñòâóþò î íàðóøåíèè çàêîíà ïîäîáèÿ, â îñ-
íîâíîì (íî íå òîëüêî) ïðè ìàëûõ íàãðóçêàõ (ìàëûõ
ãëóáèíàõ âíåäðåíèÿ).
Ðèñóíîê 2 ìîæåò ñëóæèòü èëëþñòðàöèåé òèïè÷íûõ
îòêëîíåíèé: 1) HV ðàñòåò ñ óìåíüøåíèåì íàãðóçêè Ð
(êðóïíîçåðíèñòûé àëþìèíèé è óëüòðàìåëêîçåðíèñ-
òûé àëþìèíèé ñ ýëåêòðîëèòè÷åñêè ïîëèðîâàííîé ïî-
âåðõíîñòüþ, ðèñ. 2,à), 2) HV èçìåíÿåòñÿ íåìîíîòîííî,
ïðîõîäÿ ÷åðåç ìàêñèìóì (óëüòðàìåëêîçåðíèñòûé àëþ-
ìèíèé ñ ìåõàíè÷åñêè ïîëèðîâàííîé ïîâåðõíîñòüþ,
ðèñ. 2,à), èëè 3) HV óìåíüøàåòñÿ ñ óìåíüøåíèåì Ð
(ðèñ. 2,á).
Çàâèñèìîñòü òâåðäîñòè îò íàãðóçêè ìîæåò áûòü
âûçâàíà èíñòðóìåíòàëüíûìè îøèáêàìè — íåïðà-
âèëüíîé ôîðìîé èíäåíòîðà, âèáðàöèåé íàêîíå÷íèêà,
èíåðöèåé íàãðóæåíèÿ, òàðèðîâêîé ïðèáîðà, íåòî÷-
íîñòüþ îïòè÷åñêîãî èçìåðåíèÿ ìàëûõ äèàãîíàëåé îò-
ïå÷àòêà, óïðóãèì âîññòàíîâëåíèåì îòïå÷àòêà ïîñëå
ðàçãðóçêè è ò. ä. — èëè ñâîéñòâàìè èñïûòóåìîãî ìàòå-
ðèàëà [8,9]. ×àñòî áûâàåò òðóäíî ðàçäåëèòü ýòè ýôôåê-
òû. Òîãäà, ïî-âèäèìîìó, ïðè àíàëèçå ðåçóëüòàòîâ èç-
ìåðåíèé ëó÷øå íå èñïîëüçîâàòü îáëàñòü ìàëûõ
íàãðóçîê (èëè îáëàñòü ìàëûõ ãëóáèí âíåäðåíèÿ èí-
äåíòîðà â ýêñïåðèìåíòàõ ñ íåïðåðûâíûì íàãðóæåíè-
åì) è îñòàâèòü åå äëÿ ñïåöèàëüíûõ èññëåäîâàíèé [11].
Óïðóãîå âîññòàíîâëåíèå îòïå÷àòêà â ïëàñòè÷íûõ ìà-
òåðèàëàõ ïðåíåáðåæèìî ìàëî [9,12] è ïðàêòè÷åñêè íå
âëèÿåò íà îïðåäåëåíèå òâåðäîñòè. Ïðè áîëüøèõ íà-
ãðóçêàõ, êàê ïðàâèëî, âûïîëíÿåòñÿ ñëåäóþùàÿ èç ôîð-
ìóëû (1) ïàðàáîëè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü Ð ~ HV(2a)2 ñ
ïîñòîÿííûì çíà÷åíèåì òâåðäîñòè HV êàê õàðàêòåðèñ-
òèêè ìàòåðèàëà.
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü P a(( ) )2 2 äëÿ îäíîãî
èç îáðàçöîâ Al ñ óëüòðàìåëêîçåðíèñòîé ñòðóêòóðîé
ïîñëå 8-êðàòíîãî ÐÊÓÏ. Ïðÿìàÿ ëèíèÿ îòñåêàåò íà
îñè íàãðóçîê âåëè÷èíó Ð0 � 0,004 Í (íà âñòàâêå âèäíî
Èçó÷åíèå ñòðóêòóðíîé íåîäíîðîäíîñòè è íèçêîòåìïåðàòóðíûõ ìèêðîìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9 977
10–2
200
300
400
500
820
840
860
880
900
920
a
H
,Ì
Ï
à
V
H
,Ì
Ï
à
V
P, H
T = 295 K
á
T = 77 K
10–1 100
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè îò íàãðóçêè íà èí-
äåíòîð îáðàçöîâ àëþìèíèÿ ñ ðàçíîé ïîäãîòîâêîé ïîâåðõ-
íîñòè. à — Êðóïíîçåðíèñòûé Al: ýëåêòðîïîëèðîâêà (�),
ìåõàíè÷åñêàÿ ïîëèðîâêà (�), ïîâòîðíàÿ ýëåêòðîïîëèðîâ-
êà ïîñëå ìåõàíè÷åñêîé ïîëèðîâêè (�); óëüòðàìåëêîçåð-
íèñòûé Al: ýëåêòðîïîëèðîâêà (�), ìåõàíè÷åñêàÿ ïîëèðîâ-
êà (�). á — Óëüòðàìåëêîçåðíèñòûé Al, ìåõàíè÷åñêàÿ
ïîëèðîâêà.
òèïè÷íîå îòêëîíåíèå îò îáùåé ïðÿìîé òî÷åê, îòâå÷à-
þùèõ ìàëûì íàãðóçêàì äëÿ ìåõàíè÷åñêè ïîëèðîâàí-
íûõ îáðàçöîâ), à åå íàêëîí äàåò çíà÷åíèå òâåðäîñòè
HV � 470 ÌÏà, ÷òî áëèçêî ê âåëè÷èíå HV = 480 ÌÏà,
âû÷èñëåííîé ïî ôîðìóëå (1) ïðè íàãðóçêå 0,5 Í. Îò-
ìåòèì, ÷òî ïðè Ð � 0,5 Í òâåðäîñòü äëÿ äàííîãî è äðó-
ãèõ îáðàçöîâ àëþìèíèÿ ñ ðîñòîì íàãðóçêè èçìåíÿëàñü
íåçíà÷èòåëüíî. Ïîñòðîåíèå òàêèõ ãðàôèêîâ â øèðî-
êîì èíòåðâàëå íàãðóçîê — îäèí èç ïðîñòûõ ïðèåìîâ
óñòðàíåíèÿ èíñòðóìåíòàëüíûõ îøèáîê â îïðåäåëåíèè
òâåðäîñòè. Âåëè÷èíà Ð0 ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê
ïîðîãîâàÿ íàãðóçêà îáðàçîâàíèÿ îñòàòî÷íîãî îòïå÷àò-
êà [8,10,13], õîòÿ è îíà, î÷åâèäíî, ñîäåðæèò â ñåáå íå-
òî÷íîñòè èçìåðåíèé.
Óâåëè÷åíèå òâåðäîñòè ïðè óìåíüøåíèè íàãðóçêè
ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî ðåàëüíûìè ôèçè÷åñêèìè
ïðè÷èíàìè, à èìåííî èçìåíåíèåì ñòðóêòóðíîãî ñî-
ñòîÿíèÿ ìàòåðèàëà ïîä èíäåíòîðîì â ïðîöåññå äå-
ôîðìàöèîííîãî óïðî÷íåíèÿ [14,15] èëè ðàçëè÷èåì
ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ íà ïîâåðõíîñòè è â îáúåìå
(ãðàäèåíòîì ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ) [8,16].
Î÷åâèäíî, ðèñ. 2 äåìîíñòðèðóåò èìåííî âëèÿíèå
ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè íà èçìåðÿåìóþ òâåðäîñòü ïðè
ìàëûõ íàãðóçêàõ. Èíòåðåñíî îòìåòèòü ñëåäóþùèå
îñîáåííîñòè. Ìåõàíè÷åñêàÿ ïîëèðîâêà êðóïíîçåð-
íèñòîãî Al âûçûâàåò çàìåòíîå óïðî÷íåíèå ïîâåðõíîñ-
òíîãî ñëîÿ, ÷òî îñîáåííî îùóòèìî â èçìåðåíèÿõ ïðè
ìàëûõ íàãðóçêàõ. Îòíîñèòåëüíîå óâåëè÷åíèå òâåð-
äîñòè �H HV V/ èçìåíÿåòñÿ îò 20% ïðè íàãðóçêå 1 Í
äî 70% ïðè íàãðóçêå 0,05 Í (çäåñü HV — òâåðäîñòü
ýëåêòðîïîëèðîâàííîãî îáðàçöà ïðè Ð = 1 èëè 0,05 Í
ñîîòâåòñòâåííî). Ãëóáèíà íàðóøåííîãî ñëîÿ ïðå-
âûøàåò 15 ìêì, êàê ïîêàçûâàåò îöåíêà ïî äèàìåòðó
îòïå÷àòêà ïðè Ð = 1 Í. Ïîñëåäóþùåå ÷àñòè÷íîå óäàëå-
íèå óïðî÷íåííîãî ñëîÿ íåïðîäîëæèòåëüíîé ýëåê-
òðîïîëèðîâêîé ïðèâåëî ëèøü ê íåêîòîðîìó óìåíüøå-
íèþ òâåðäîñòè âî âñåé îáëàñòè íàãðóçîê. Ñîãëàñíî
äàííûì, ïðèâåäåííûì â [8], äëÿ ìÿãêèõ îòîææåííûõ
ìåòàëëîâ, â ÷àñòíîñòè äëÿ àëþìèíèÿ, ïðè ïîäãîòîâêå
ïîâåðõíîñòè ìåõàíè÷åñêîé ïîëèðîâêîé ìîæåò ôîðìè-
ðîâàòüñÿ çíà÷èòåëüíûé äåôåêòíûé ñëîé ãëóáèíîþ îò
30 äî 150 ìêì. Ýòî íåîäíîðîäíûé ñëîé, â êîòîðîì
ïëîòíîñòü äåôåêòîâ óìåíüøàåòñÿ ïðè óäàëåíèè îò
ïîâåðõíîñòè.
Ìåõàíè÷åñêàÿ ïîëèðîâêà óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî
àëþìèíèÿ íå ïîâëèÿëà íà âåëè÷èíó òâåðäîñòè, èç-
ìåðÿåìóþ ïðè íàãðóçêàõ P > 0,1 Í. Íî ïðè ìàëûõ íà-
ãðóçêàõ çíà÷åíèå HV óìåíüøèëîñü è ïî÷òè ñðàâíÿ-
ëîñü c òâåðäîñòüþ êðóïíîçåðíèñòîãî ìåõàíè÷åñêè
ïîëèðîâàííîãî îáðàçöà. Î÷åâèäíî, ýòî ðàçóïðî÷íå-
íèå îáóñëîâëåíî ÷àñòè÷íîé ðåêðèñòàëëèçàöèåé, êîòî-
ðàÿ ìîãëà èìåòü ìåñòî ïðè ïîäãîòîâêå ïîâåðõíîñòè.
Ïîñëåäóþùåå óâåëè÷åíèå HV ñ ðîñòîì íàãðóçêè äî
0,2 Í ñâÿçàíî ñ âîçðàñòàþùèì âêëàäîì èñõîäíîãî óï-
ðî÷íåííîãî ìàòåðèàëà â ïëàñòè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ
ïîä èíäåíòîðîì ïî ìåðå åãî óãëóáëåíèÿ.
Ãðàäèåíò ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ, ñôîðìèðîâàííûé
â ðåçóëüòàòå îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè îáðàçöà, ìîæåò
ñóùåñòâåííî ïîâëèÿòü íà åãî ïëàñòè÷åñêèå è ïðî÷-
íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè â öåëîì, ïîñêîëüêó ïðè ýòîì
íàðóøàåòñÿ îäíîðîäíîñòü ñòðóêòóðû è îáðàçóåòñÿ
êîìïîçèò «óïðî÷íåííûé (ðàçóïðî÷íåííûé) ñëîé è
îáúåì èñõîäíîãî îáðàçöà». Óïðî÷íåííûé ñëîé ïðèâî-
äèò ê ñóùåñòâåííîìó óâåëè÷åíèþ íåñóùåé ñïîñîá-
íîñòè îáðàçöà. Ïî ïðåäïîëîæåíèþ [17], ïðè÷èíà çà-
êëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî æåñòêàÿ ïîâåðõíîñòü èãðàåò íå
òîëüêî ïðÿìóþ, íî è êîñâåííóþ ðîëü: ïðî÷íûé ïî-
âåðõíîñòíûé áàðüåð ñòèìóëèðóåò â ïðèëåãàþùåé îá-
ëàñòè ìàòåðèàëà ìíîæåñòâåííîå ñêîëüæåíèå, óñè-
ëèâàþùåå ïðîöåññû äåôîðìàöèîííîãî óïðî÷íåíèÿ.
Ýêñïåðèìåíòû ïî îäíîîñíîìó ñæàòèþ ìîíîêðèñòàë-
ëîâ NaCl ñî øëèôîâàííîé ïîâåðõíîñòüþ [18] ïîä-
òâåðäèëè ýòî ïðåäïîëîæåíèå. Âëèÿíèå ïîâåðõíîñòíî-
ãî ñëîÿ ñî ñòðóêòóðîé, îòëè÷íîé îò ñòðóêòóðû îáúåìà,
íà äåôîðìàöèîííîå ïîâåäåíèå îáðàçöà çàâèñèò îò òîë-
ùèíû ñëîÿ, îíî áîëåå ñóùåñòâåííî äëÿ ìÿãêîãî ìàòå-
ðèàëà è ìàëî çàìåòíî äëÿ æåñòêîãî.
Òàêèì îáðàçîì, ìàêðî- è ìèêðîìåõàíè÷åñêèå èñ-
ñëåäîâàíèÿ àëþìèíèÿ, îñîáåííî â îòîææåííîì ñîñòî-
ÿíèè, ïðåäïî÷òèòåëüíåå ïðîâîäèòü íà îáðàçöàõ ñ
ýëåêòðîïîëèðîâàííîé èëè õèìè÷åñêè ïðîòðàâëåííîé
ïîâåðõíîñòüþ. Â ðàáîòå [7] îáðàçöû ïåðåä èñïûòàíè-
åì íà ðàñòÿæåíèå îáðàáàòûâàëè õèìè÷åñêèì òðàâ-
ëåíèåì. Áîëüøèíñòâî èçìåðåíèé ìèêðîòâåðäîñòè Al
978 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9
Þ.Ç. Ýñòðèí, Ë.Ñ. Ôîìåíêî, Ñ.Â. Ëóáåíåö, Ñ.Ý. Øóìèëèí, Â.Â. Ïóñòîâàëîâ
0 10 20 30 40
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 1 2
0,02
0,04
P0
(2a)2 –10 2, 10 ì
(2a)2 –10 2, 10 ì
P,
Í
P,
Í
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòè íàãðóçêè Ð oò (2à)2 (2à — äëèíà äèà-
ãîíàëè îòïå÷àòêà) äëÿ îáðàçöà Al, ïðîøåäøåãî 8-êðàòíîå
ÐÊÓÏ: ìåõàíè÷åñêàÿ ïîëèðîâêà (�), ýëåêòðîïîëèðîâêà (+)
(èçìåðåíèÿ ïðè Ò = 295 Ê).
ïîñëå ÐÊÓÏ ïðîâåäåíî íà îáðàçöàõ ñ ìåõàíè÷åñêè ïî-
ëèðîâàííîé ïîâåðõíîñòüþ ïðè îïòèìàëüíîé íàãðóçêå
íà èíäåíòîð 0,5 Í, ïîñêîëüêó â ýòîé îáëàñòè íàãðóçîê
äëÿ âñåõ îáðàçöîâ HV(P) � const è íå îáíàðóæåíî çà-
ìåòíîãî âëèÿíèÿ ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè íà ìèêðî-
òâåðäîñòü.
2.2. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè îò êîîðäèíàòû
èíäåíòèðîâàíèÿ
Äëÿ âûÿñíåíèÿ ñòåïåíè îäíîðîäíîñòè ñòðóêòóðû,
êîòîðàÿ ôîðìèðóåòñÿ ïðè îáðàáîòêå ÐÊÓÏ, íà òðåõ
îáðàçöàõ, ïðèãîòîâëåííûõ èç çàãîòîâîê, èñïûòàâøèõ
1, 4 è 8 ïðîõîäîâ, ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå áûëà èç-
ó÷åíà çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè îò êîîðäèíàòû
èíäåíòèðîâàíèÿ â ïëîñêîñòè õó âäîëü îñè õ è â ïåð-
ïåíäèêóëÿðíîì íàïðàâëåíèè ó (ðèñ. 1).
Äëÿ âñåõ îáðàçöîâ ìèêðîòâåðäîñòü âäîëü îñè õ íå
çàâèñåëà îò ìåñòà èíäåíòèðîâàíèÿ. Íåêîòîðîå óìåíü-
øåíèå HV íàáëþäàëîñü â ðàáî÷åé ÷àñòè îáðàçöà.
Ïî-âèäèìîìó, åãî ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ðåçóëüòàò
÷àñòè÷íîé ðåêðèñòàëëèçàöèè â ïðîöåññå è ïîñëå èñ-
ïûòàíèÿ íà ðàñòÿæåíèå. Ðàçáðîñ çíà÷åíèé ìèêðîòâåð-
äîñòè â îáðàçöå íà ðàññòîÿíèÿõ ~ 100 ìêì êàê ìåðà
ñòåïåíè îäíîðîäíîñòè ñòðóêòóðû ñóùåñòâåííî ìåíü-
øå, ÷åì â ñëó÷àå ìåäè [6], è óìåíüøàåòñÿ ñ óâåëè÷åíè-
åì ÷èñëà ïðîõîäîâ: ~ 17% ïîñëå îäíîãî, ~ 10% ïîñëå
÷åòûðåõ è ~ 4% ïîñëå âîñüìè ïðîõîäîâ. Ñðåäíåå çíà-
÷åíèå ìèêðîòâåðäîñòè ïî÷òè íå çàâèñèò îò ÷èñëà ïðî-
õîäîâ è ñîñòàâëÿåò 480–500 ÌÏà ïî ñðàâíåíèþ ñî
180 ÌÏà äëÿ êðóïíîçåðíèñòîãî àëþìèíèÿ. Î÷åâèäíî,
÷òî îñíîâíûå ñòðóêòóðíûå èçìåíåíèÿ, âûçûâàþùèå
óïðî÷íåíèå, ïðîèñõîäÿò â ïðîöåññå ïåðâîãî ïðîõîäà.
Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíî èçìåíåíèå ìèêðîòâåðäîñòè â íà-
ïðàâëåíèè ó, ïåðïåíäèêóëÿðíîì íàïðàâëåíèþ ïðåññî-
âàíèÿ. Õàðàêòåð çàâèñèìîñòè HV(ó) äëÿ âñåõ îáðàçöîâ
êà÷åñòâåííî îäèíàêîâ — ìèíèìàëüíûå çíà÷åíèÿ òâåð-
äîñòè ïî êðàÿì è ìàêñèìàëüíûå â öåíòðå. Îñîáåííî
áîëüøîå ðàçëè÷èå íàáëþäàåòñÿ äëÿ îäíîïðîõîäíîãî
îáðàçöà. Ãëóáèíà ðàçóïðî÷íåííîãî ñëîÿ, ãäå òâåð-
äîñòü ìåíüøå ïî ñðàâíåíèþ ñ òâåðäîñòüþ öåíòðàëü-
íîé ÷àñòè íà 20% è áîëåå (íà ïîâåðõíîñòè äî 40%),
ñîñòàâëÿåò 1,5–2 ìì. Ïîñëå âîñüìè ïðîõîäîâ ïåðèôå-
ðèÿ è ñåðåäèíà ïî òâåðäîñòè ïðàêòè÷åñêè íå îòëè-
÷àþòñÿ.
Òàêàÿ êðóïíîìàñøòàáíàÿ íåîäíîðîäíîñòü ìèêðî-
ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ èëè ñòðóêòóðû ìàòåðèàëà ïî-
ñëå îáðàáîòêè ÐÊÓÏ îáóñëîâëåíà íåîäíîðîäíîñòüþ
äåôîðìàöèè â ïðîöåññå ïðåññîâàíèÿ [3]. Ñëåäóåò îò-
ìåòèòü, ÷òî àñèììåòðè÷íîñòü ïðîôèëÿ ìèêðîòâåðäîñ-
òè, ïðåäñêàçàííàÿ àâòîðàìè [3], óìåíüøàåòñÿ ñ óâåëè-
÷åíèåì ÷èñëà ïðîõîäîâ.  ðàáîòå [19] íà çàãîòîâêàõ Al
öèëèíäðè÷åñêîé ôîðìû, ïîäâåðãíóòûõ îäíîìó ïðîõî-
äó ÐÊÓÏ, áûëî îáíàðóæåíî ðàçëè÷èå ìèêðîòâåðäîñòè
ïî ïîïåðå÷íîìó ñå÷åíèþ äî 10%. Áîëüøåå óïðî÷íå-
íèå ïðîèçîøëî íà ñòîðîíå, èñïûòàâøåé äåôîðìàöèþ
«ñæàòèå–ðàñòÿæåíèå–ñæàòèå», ò.å. ïðèëåãàþùåé ê âíåø-
íåìó èçãèáó ôèëüåðû. Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî â
ìàêðîìåõàíè÷åñêèõ èñïûòàíèÿõ îáðàçöîâ, ïðèãîòîâ-
ëåííûõ èç ðàçíûõ ÷àñòåé çàãîòîâêè, ýòî äîëæíî ïðîÿ-
âèòüñÿ â åñòåñòâåííîì ðàçáðîñå äàííûõ èçìåðåíèé,
êîòîðûé ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíûì. Êîíå÷íî, ñ óâåëè-
÷åíèåì ÷èñëà ïðîõîäîâ ðàçáðîñ áóäåò óìåíüøàòüñÿ.
2.3. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè
Ìèêðîòâåðäîñòü àëþìèíèÿ â èíòåðâàëå 77–300 Ê
êàê â îòîææåííîì ñîñòîÿíèè ñ ðàçìåðîì çåðíà
~ 150 ìêì, òàê è óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî, ïðîøåäøåãî
îáðàáîòêó ÐÊÓÏ, ñèëüíî (ïî÷òè ëèíåéíî) çàâèñèò îò
òåìïåðàòóðû (ðèñ. 5). Äëÿ êðóïíîçåðíèñòîãî Al íà-
áëþäàëîñü óâåëè÷åíèå HV ïðè òåìïåðàòóðå 77 Ê ïî
ñðàâíåíèþ ñ êîìíàòíîé òåìïåðàòóðîé â ~ 1,7 ðàçà, à
äëÿ óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî — â 1,5 ðàçà ïîñëå îäíîãî
ïðîõîäà è â ~ 1,8 ðàçà ïîñëå âîñüìè ïðîõîäîâ ÐÊÓÏ.
Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òåðìîàêòèâàöèîííîì õàðàê-
òåðå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïðè ìèêðîèíäåíòèðî-
âàíèè. Óñèëåíèå çàâèñèìîñòè HV(Ò) ñ óâåëè÷åíèåì
÷èñëà ïðîõîäîâ ÐÊÓÏ ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðè òàêîé îáðà-
áîòêå ïðîèñõîäèò íå òîëüêî èçìåëü÷åíèå çåðíà, ÷òî
ïðîÿâëÿåòñÿ â çíà÷èòåëüíîì óïðî÷íåíèè ìàòåðèàëà,
íî è îáðàçîâàíèå äåôåêòîâ, êîòîðûå ñêîëüçÿùèå äèñ-
ëîêàöèè ïåðåðåçàþò ñ ïîìîùüþ òåïëîâûõ ôëóêòóà-
öèé. Òàêèìè äåôåêòàìè, ïî-âèäèìîìó, ÿâëÿþòñÿ âíóò-
ðèçåðåííûå äèñëîêàöèè ëåñà, âàêàíñèîííûå äèñêè
è/èëè ñëàáûå ìàëîóãëîâûå ãðàíèöû áëîêîâ.
Èçó÷åíèå ñòðóêòóðíîé íåîäíîðîäíîñòè è íèçêîòåìïåðàòóðíûõ ìèêðîìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9 979
300
350
400
450
500
550
–6 –4 –2 0 2 4 6
y, ìì
H
,Ì
Ï
à
V
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè îò êîîðäèíàòû èí-
äåíòèðîâàíèÿ â íàïðàâëåíèè ó, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ïðî-
äîëüíîé îñè îáðàçöà (çàãîòîâêè) (ñì. ðèñ. 1). ×èñëî ïðî-
õîäîâ ÐÊÓÏ: 1 (�), 4 (�), 8 (+).
Ìåõàíè÷åñêàÿ ïîëèðîâêà ïîâåðõíîñòè êðóïíî-
êðèñòàëëè÷åñêîãî îáðàçöà íåñêîëüêî èçìåíèëà õàðàê-
òåð òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè, ñî-
õðàíèâ îáùóþ òåíäåíöèþ ðîñòà HV ñ ïîíèæåíèåì
òåìïåðàòóðû. Íåëèíåéíîñòü HV(Ò) ìîæåò áûòü îá-
óñëîâëåíà ãðàäèåíòîì ñòðóêòóðíîé íåîäíîðîäíîñòè
ìåõàíè÷åñêè ïîëèðîâàííîãî îáðàçöà. Ïðè ïîñòîÿí-
íîé íàãðóçêå ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ èíäåíòîðà ñ
óìåíüøåíèåì òåìïåðàòóðû ïîñòåïåííî óáûâàåò è, ñî-
îòâåòñòâåííî, âîçðàñòàåò âêëàä óïðî÷íåííîãî ñëîÿ â
ôîðìèðîâàíèå îñòàòî÷íîãî îòïå÷àòêà.
2.4. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè îò ðàçìåðà çåðíà
Óïðî÷íåíèå (óâåëè÷åíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè, íà-
ïðÿæåíèÿ òå÷åíèÿ èëè òâåðäîñòè) ïîëèêðèñòàëëè÷åñ-
êèõ ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ ïðè óìåíüøåíèè ñðåäíåãî
ðàçìåðà çåðíà d äîñòàòî÷íî õîðîøî îïèñûâàåòñÿ ýì-
ïèðè÷åñêèì ñîîòíîøåíèåì Õîëëà–Ïåò÷à:
H H k dV V H� �
�0 1 2/ , (2)
ãäå HV
0è k H — ïàðàìåòðû, îïðåäåëÿåìûå ñâîéñòâàìè
ìàòåðèàëà. Îíè ìîãóò çàâèñåòü îò óñëîâèé ýêñïåðè-
ìåíòà, â ÷àñòíîñòè îò òåìïåðàòóðû, ïîñêîëüêó ðàñ-
ïðîñòðàíåíèå ñêîëüæåíèÿ ÷åðåç ãðàíèöû çåðåí ïðîèñ-
õîäèò, î÷åâèäíî, íå áåç ó÷àñòèÿ òåðìîàêòèâàöèîííûõ
ïðîöåññîâ [20,21]. Íà ðèñ. 6 â ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ñî-
îòíîøåíèåì ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè H dV ( ) äëÿ àëþìè-
íèÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ 295 è 77 Ê è äàííûå ðàáîòû [22]
(â ýòîé ðàáîòå ðàçìåð çåðíà âàðüèðîâàëñÿ ïóòåì ïðî-
êàòêè è ïîñëåäóþùåãî îòæèãà; äëÿ ïðîñòîòû èç ìíî-
æåñòâà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê ïîêàçàíû ñðåäíÿÿ è
äâå êðàéíèå). Ïîäãîíî÷íûå ïðÿìûå îòâå÷àþò ïðèâå-
äåííûì â òàáë. 1 çíà÷åíèÿì ïàðàìåòðîâ.
Òàáëèöà 1. Ïàðàìåòðû ãðàôèêîâ Õîëëà–Ïåò÷à äëÿ ìèêðî-
òâåðäîñòè è ïðåäåëà òåêó÷åñòè
Ò, Ê H
V
0, ÌÏà kH, ÌÏà·ì1/2 k�, ÌÏà·ì1/2
295 144 0,34 0,091 [7] 0,11 [24] 0,074 [25]
77 288 0,51 0,153 [7] 0,068 [25]
Ï ð è ì å ÷ à í è å : HV
0 — ïåðâûé ÷ëåí óðàâíåíèÿ (2), kH –
êîýôôèöèåíò Õîëëà–Ïåò÷à â óðàâíåíèè (2), k� — êîýô-
ôèöèåíò Õîëëà–Ïåò÷à â àíàëîãè÷íîì óðàâíåíèè äëÿ
ïðåäåëà òåêó÷åñòè.
Îòäåëüíî âçÿòûå äàííûå [22], ïîëó÷åííûå íà êðóï-
íîçåðíèñòûõ îáðàçöàõ Al ñ äèàìåòðîì çåðíà â èíòåð-
âàëå îò ~ 12 äî ~ 60 ìêì, äàþò êîýôôèöèåíò k H �
� 0,24 ÌÏà·ì1/2, ÷òî ïðèìåðíî â 1,4 ðàçà ìåíüøå ïðè-
âåäåííîãî â òàáë. 1. Êîýôôèöèåíò Õîëëà–Ïåò÷à ïðè
òåìïåðàòóðå æèäêîãî àçîòà â 1,5 ðàçà áîëüøå, ÷åì ïðè
êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå.
Ñîãëàñíî [23], ìåæäó ìèêðî- è ìàêðîìåõàíè÷åñ-
êèìè ñâîéñòâàìè äîëæíà ñóùåñòâîâàòü êîððåëÿöèÿ.
Ìèêðîòâåðäîñòü è íàïðÿæåíèå òå÷åíèÿ ìåòàëëà ïðè
äåôîðìàöèè � = 0,076 ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì
980 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9
Þ.Ç. Ýñòðèí, Ë.Ñ. Ôîìåíêî, Ñ.Â. Ëóáåíåö, Ñ.Ý. Øóìèëèí, Â.Â. Ïóñòîâàëîâ
0 50 100 150 200 250 300 350
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
T, K
H
,Ì
Ï
à
V
Ðèñ. 5. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè êðóïíî-
çåðíèñòîãî è óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî àëþìèíèÿ. Êðóïíîçåð-
íèñòûé: ýëåêòðîïîëèðîâêà (�), ìåõàíè÷åñêàÿ ïîëèðîâêà
(�), ýëåêòðîïîëèðîâêà ïîñëå ìåõàíè÷åñêîé ïîëèðîâêè (�);
óëüòðàìåëêîçåðíèñòûé, ÷èñëî ïðîõîäîâ: 1 (�), 4 (�), 8 (�).
0,0 0,5 1,0 1,5
200
400
600
800
1000
T = 77 K
T = 295 K
0,0 0,5 1,0 1,5
200
400
600
800
1000
T = 77 K
T = 295 K
H
,Ì
Ï
à
V
d , 10–1/2 3 ì–1/2
Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè àëþìèíèÿ îò ñðåäíå-
ãî äèàìåòðà çåðíà: Ò = 295 (�), 77 (�) Ê, (�) — äàííûå
[22] ïðè 295 Ê.
HV � 3 0 076� , . (3)
Ïîäîáíîå ñîîòíîøåíèå ñïðàâåäëèâî è äëÿ êîýôôèöè-
åíòîâ Õîëëà–Ïåò÷à.  ñëó÷àå ìåäè [6] ñîîòíîøåíèå
(3) âûïîëíÿëîñü òîëüêî äëÿ ñóáìèêðîêðèñòàëëè÷åñ-
êîãî ñîñòîÿíèÿ (ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà ~ 1 ìêì). Äëÿ
êðóïíîçåðíèñòîãî àëþìèíèÿ â ðàáîòå [22] ïîëó÷åí
êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè 4. Èç íàøèõ èçìå-
ðåíèé ñëåäóåò, ÷òî ýòîò êîýôôèöèåíò ïðèíèìàåò çíà-
÷åíèÿ â ïðåäåëàõ îò 3,7 äî 4,2 äëÿ âñåõ óëüòðàìåëêî-
çåðíèñòûõ îáðàçöîâ, èñïûòàííûõ ïðè òåìïåðàòóðàõ
77 è 295 Ê. Êðèâûå äåôîðìàöèè íà ðàñòÿæåíèå ïðèâå-
äåíû â ðàáîòå [7].
Äàííûå òàáë. 1 ïîêàçûâàþò, ÷òî îòíîøåíèå kH/k�
íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ îò 3,3 äî 3,7 [7,24], íî ìîæåò
ïðåâûøàòü ýòè çíà÷åíèÿ: ñðàâíåíèå ñ [25] äàåò âåëè-
÷èíû 4,6 è 7,5 äëÿ êîìíàòíîé è àçîòíîé òåìïåðàòóð ñî-
îòâåòñòâåííî.
Âûâîäû
1. Ïðîàíàëèçèðîâàíî âëèÿíèå íàãðóçêè íà èíäåí-
òîð è ñîñòîÿíèÿ ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ àëþìèíèÿ íà
âåëè÷èíó ìèêðîòâåðäîñòè, èçìåðÿåìîé ïî îñòàòî÷íî-
ìó îòïå÷àòêó, îïðåäåëåíû îïòèìàëüíûå óñëîâèÿ èçìå-
ðåíèÿ ìèêðîòâåðäîñòè: ýëåêòðîïîëèðîâàííàÿ ïîâåðõ-
íîñòü (îñîáåííî äëÿ îòîææåííûõ îáðàçöîâ), íàãðóçêà
íà èíäåíòîð Ð � 0,5 Í.
2. Ìåòîäîì ìèêðîèíäåíòèðîâàíèÿ èçó÷åíà ñòåïåíü
ñòðóêòóðíîé îäíîðîäíîñòè àëþìèíèÿ ïîñëå îáðàáîò-
êè ÐÊÓÏ âäîëü íàïðàâëåíèÿ ïðåññîâàíèÿ è â ïåðïåí-
äèêóëÿðíîì íàïðàâëåíèè. Ïîêàçàíî, ÷òî îñíîâíûå
ñòðóêòóðíûå èçìåíåíèÿ, âûçûâàþùèå óïðî÷íåíèå,
ïðîèñõîäÿò â ïðîöåññå ïåðâîãî ïðîõîäà. Ïîñëåäóþ-
ùèå ïðîõîäû âûðàâíèâàþò ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà ïî
ñå÷åíèþ çàãîòîâêè, ïî÷òè íå èçìåíÿÿ óðîâíÿ óïðî÷íå-
íèÿ â öåíòðàëüíîé ÷àñòè.
3. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè
àëþìèíèÿ óñèëèâàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà ïðîõîäîâ
ÐÊÓÏ. Îíà îáóñëîâëåíà òåðìîàêòèâàöèîííûì âçàè-
ìîäåéñòâèåì äèñëîêàöèé ñî ñòðóêòóðíûìè äåôåêòà-
ìè â çîíå ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïîä èíäåíòîðîì.
4. Äàííûå ïî çàâèñèìîñòè ìèêðîòâåðäîñòè îò ðàç-
ìåðà çåðíà ñîãëàñóþòñÿ ñ ñîîòíîøåíèåì Õîëëà–Ïåò-
÷à, â êîòîðîì êîýôôèöèåíò k H óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè ïî-
íèæåíèè òåìïåðàòóðû.
5. Äëÿ óëüòðàìåëêîçåðíèñòîãî àëþìèíèÿ ìèêðî-
òâåðäîñòü è íàïðÿæåíèå òå÷åíèÿ ïðè äåôîðìàöèè � �
� 0,076 è òåìïåðàòóðàõ 77 è 295 Ê ñâÿçàíû ñîîòíîøå-
íèåì HV � �( , , ) ,3 7 4 2 0 076� , à êîýôôèöèåíòû Õîë-
ëà–Ïåò÷à kH = (3,3–3,7)k�.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Í.Â. Èñàåâó çà
ïîëåçíûå äèñêóññèè, à Ð.É. Õåëüìèãó, Ò. Ëàìàðêó è
Ç. Çóáåðîâîé òàêæå è çà ïîìîùü â ýêñïåðèìåíòàõ ïî
ÐÊÓÏ.
1. V.M. Segal, Mater. Sci. Engn. A386, 269 (2004).
2. R.Z. Valiev, Y. Estrin, Z. Horita, T.G. Langdon, M.J.
Zehetbauer, and Y.T. Zhu, JOM 58, 33 (2006).
3. S.C. Baik, Y. Estrin, H.S. Kim, and R.J. Hellmig, Mater.
Sci. Engn. A351, 86 (2003).
4. Li Saiyi, I.J. Beyerlein, C.T. Necker, D.J. Alexander, and
M. Bourke, Acta Mater. 52, 4859 (2004).
5. Wei Wei, A.V. Nagasekhar, Guang Chen, Yip Tick-Hon,
and Kun Xia Wei, Scripta Mater. 54, 1865 (2006).
6. Y. Estrin, N.V. Isaev, S.V. Lubenets, S.V. Malykhin,
A.T. Pugachev, V.V. Pustovalov, E.N. Reshetnyak, V.S.
Fomenko, L.S. Fomenko, S.E. Shumilin, M. Janechek,
and R.J. Hellmig, Acta Mater. 54, 5581 (2006).
7. Þ.Ç. Ýñòðèí, Í.Â. Èñàåâ, Ò.Â. Ãðèãîðîâà, Â.Â. Ïóñ-
òîâàëîâ, Â.Ñ. Ôîìåíêî, Ñ.Ý. Øóìèëèí, È.Ñ. Áðàóäå,
Ñ.Â. Ìàëûõèí, Ì.Â. Ðåøåòíÿê, Ì. ßíe÷åê, ÔÍÒ 34,
842 (2008).
8. Á.Â. Ìîòò, Èñïûòàíèå íà òâåðäîñòü ìèêðîâäàâëèâà-
íèåì, Ìåòàëëóðãèçäàò, Ìîñêâà (1960).
9. Þ.Ñ. Áîÿðñêàÿ, Ä.Ç. Ãðàáêî, Ì.Ñ. Êàö, Ôèçèêà ìèêðî-
èíäåíòèðîâàíèÿ, Øòèèíöà, Êèøèíåâ (1986).
10. G. Berg and P. Grau, Cryst. Res. Technol. 28, 647 (1993).
11. H.-J. Weiss, Phys. Status Solidi (a) 99, 491 (1987).
12. Á.À. Ãàëàíîâ, Î.Í. Ãðèãîðüåâ, Þ.Â. Ìèëüìàí, È.Ï.
Ðàãîçèí, Ïðîáëåìû ïðî÷íîñòè ¹ 11, 93 (1983).
13. G. Hays and E.G. Kendall, Metallography 6, 275 (1973).
14. Ì.Õ. Øîðøîðîâ, Â.Ï. Àëåõèí, Ñ.È. Áóëû÷åâ, ÔÌÌ
43, 374 (1977).
15. P. Feltham and R. Banerjee, J. Mater. Sci. 27, 1626 (1992).
16. F. Fr�hlich, P. Grau, and W. Grellmann, Phys. Status
Solidi À42, 79 (1977).
17. A.S. Argon, in: Surface Effects in Crystal Plasticity. Ser. E:
Applied Science, No. 17, J.T. Fourie (ed.), Noordhof–Leyden
(1977).
18. Ñ.Â. Ëóáåíåö, Ë.Ñ. Ôîìåíêî, ÔÒÒ 32, 3144 (1990).
19. Fuqian Yang, Lingling Peng, and Kenji Okazaki, J. Ma-
ter. Res. 19, 1243 (2004).
20. G.D. Hughes, S.D. Smith, C.S. Pande, H.R. Johnson, and
R.W. Armstrong, Scripta Metall. 20, 95 (1986).
21. Ã.À. Ìàëûãèí, ÔÒÒ 49, 961 (2007).
22. A.S. Taha and F.H. Hammad, Phys. Status Solidi A119,
455 (1990).
23. D. Tabor, J. Inst. Metals 1, 79 (1951).
24. N. Tsuji, Y. Ito, and Y. Minamino, Scripta Mater. 47, 893
(2002).
25. C.Y. Yu, P.W. Kao, and C.P. Chang, Acta Mater. 53,
4019 (2005).
Investigation of structural inhomogeneity
and low-temperature micromechanical
properties of ultrafinegrained aluminum
Yu.Z. Estrin1 , 2, L.S. Fomenko3, S.V. Lubenets3,
S.E. Shumilin3, and V.V. Pustovalov3
Conditions of sample surface preparation (elect-
ropolishing) and the indentation load (no less than
0.5 N) were determined for optimal measurement
Èçó÷åíèå ñòðóêòóðíîé íåîäíîðîäíîñòè è íèçêîòåìïåðàòóðíûõ ìèêðîìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9 981
of aluminium microhardness. The degree of struc-
tural uniformity of aluminum after the deformation
by equal-channel angular pressing (ECAP) has
been studied. It is found that the microhardness of
the extruded billet is not the same in its cross-sec-
tion and has a maximum value in the central part.
The inhomogeneity decreases with increasing a
number of passes. The main structural changes re-
sulting in hardening occur during the first pass.
The temperature dependence of microhardness in
the range from 77 to 295 K becomes stronger with
increasing a number of ECAP passes. The harden-
ing of aluminum due to grain refinement via ECAP
follows the Hall–Petch relation, the Hall–Petch factor
increasing with decrease in temperature. The rela-
tion between microhardness and flow stress at strain
� = 0,076 is described by HV � �( , . ) ,3 7 42 0 076� .
PACS: 81.40.Ef Cold working, work hardening;
annealing, post-deformation annealing, qu-
enching, tempering recovery, and crystalli-
zation;
62.20.Qp Friction, tribology, and hardness;
68.35.Gy Mechanical properties; surface
strains.
Keywords: ultrafinegrained aluminum, structural in-
homogeneity, microhardness.
982 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 9
Þ.Ç. Ýñòðèí, Ë.Ñ. Ôîìåíêî, Ñ.Â. Ëóáåíåö, Ñ.Ý. Øóìèëèí, Â.Â. Ïóñòîâàëîâ
|