Твердость, предел текучести и прочность

Упругие свойства

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Механические свойства квазикристаллов

Квазикристалл Понятие квазикристалла обобщает определение кристалла. Вместо структурной единицы, повторяемой в пространстве строго периодическим образом, ключевым понятием становится дальний порядок.

Наиболее исследованным свойством квазикристаллов является твердость. Квазикристаллы характеризуются высоким уровнем твердости, что обусловлено высоким уровнем модулей упругости.

Определение предела текучести при пониженных температурах в квазикристаллах связано с большими трудностями, вызванными явлением низкой пластичности этих материалов, которое не позволяет определить предел текучести не только при испытаниях на растяжение, но и на сжатие.

Даже при измерении микротвердости квазикристаллов часто происходит их микрорастворение. Низкая пластичность квазикристаллов обусловлена высокой силой сопротивления движению дислокаций из-за отсутствия трансляционной периодичности атомов.

Квазикристаллы – хрупкие материалы при температурах ниже примерно 500 °С их трещиностойкость при очень малом размере зерен составляет всего 1 МПа м^1/2. При температурах выше 500 °С квазикристаллы очень пластичны и не упрочняются. Это специфическое механическое поведение связано с зарождением дислокаций и их динамикой. Отсутствие упрочнения при высоких температурах связано с неконсервативным механизмом движения дислокаций (переползанием) и преодолением фазонных барьеров их движению.

Известно, что упругий модуль является важнейшей характеристикой сил связи между атомами, именно поэтому столь необходими экспериментальные данные по упругим свойствам наноматериалов, чтобы определить силы взаимодействия тех атомов, которые образуют межкристаллитную границу. Значение упругих постоянных примерно на 30 % меньше, чем у обычных поликристаллов.

Наноматериалы обладают высокой прочностью, но низкой пластичностью, что вызвано подавлением процессов генерации и движения дислокаций из-за малого размера зерна. Механические свойства нанокристаллических материалов существенно зависят от размера зерен. При больших размерахзерен рост прочности и твердости с уменьшением размера зерен обусловлен границами зерен, которые являются препятствиями для движения дислокаций, а в материале с зернами нанометровых размеров рост прочности обусловлен низкой плотностью подвижных дислокаций и трудностью образования новых дислокаций. Микротвердость нанокристаллических материалов в 2-7 раз выше, чем твердость крупнозернистых аналогов, и не зависит от получения материала.

Размер зерна является определяющим параметром для механических свойств наноматериалов. При малых размерах зерна почти полностью отсутствуют дислокационные механизмы упрочнения, и границы являются основным источником упрочнения материала.

Различие микротвердостей нано- и микрокристаллических сплавов не такое значительное. Установлено, что такие наноматериалы, как Se, Fe-Si-B, Fe-Mo-Si-B, тверже, чем соответствующие крупнозернистые материалы, а, например, образцы нанокристаллического Ni-P имеют меньшую твердость, чем соответствующие более крупнозернистые n-образцы. Уменьшение зерна на два порядка (от 1 до 10 ^-2 мкм) позволяет ожидать увеличения предела текучести и твердости не менее чем на один порядок величины

Твердость металлических наноматериалов в 3-5 раз выше твердости крупнозернистых материалов, а для неметаллических хрупких материалов – в 2-3 раза.

Дата добавления: 2015-04-24