Воздействие высокочастотных вибраций на механические свойства нанокристаллического титана

С. А. Бакай$^{1}$, Р. В. Смолянец$^{2}$, К. В. Ковтун$^{1}$, В. А. Москаленко$^{2}$, А. С. Бакай$^{1}$

$^{1}$Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» НАН Украины, ул. Академическая, 1, 61108 Харьков, Украина
$^{2}$Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины, просп. Науки, 47, 61103 Харьков, Украина

Получена: 07.12.2015. Скачать: PDF

Для выяснения вопроса о влиянии высокочастотных вибраций на механические свойства нанокристаллов выполнены исследования механических свойств нанокристаллического титана при однородном трёхосном сжатии под действием ультразвуковых колебаний с частотой 20 кГц. Использованный в экспериментах нанокристаллический титан промышленной чистоты ВТ1-0 получен методом криогенной фрагментации зёрен. Этот материал имеет широкое распределение зёрен по размерам (20—80 нм) со средним размером, равным 40 нм. Амплитуда циклических напряжений достигала 275 МПа. Установлено, что высокочастотные вибрации снижают порог пластичности и инициируют образование катастрофических полос сдвига. При скорости деформации 10$^{-4}$ с$^{-1}$ порог пластичности под действием вибраций снижается в 2,5 раза, а катастрофическая полоса сдвига образуется при деформации 0,11, которая в 5,7 раза ниже, чем истинная деформация до момента образования катастрофической полосы сдвига без воздействия вибраций. При увеличении скорости деформации до 10$^{-3}$ с$^{-1}$ эффекты воздействия высокочастотных вибраций существенно ослабляются.

Ключевые слова: наномасштабный титан, механические свойства, прочность, пластичность, высокочастотная вибрация.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v38/i02/0189.html

PACS: 62.20.fg, 62.20.me, 62.25.Fg, 62.25.Mn, 81.40.Jj, 81.40.Np, 81.70.Cv


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. C. C. Koch, I. A. Ovid’ko, S. Seal, and S. Veprek, Structural Nanocrystalline Materials: Fundamentals and Applications (Cambridge: Cambridge University Press: 2007) Crossref
  2. K. S. Kumar, S. Suresh, M. F. Chisholm, J. A. Horton, and P. Wang, Acta Mater., 51: 87 (2003) Crossref
  3. K. S. Kumar, H. Van Swygenhoven, and S. Suresh, Acta Mater., 51: 5743 (2003) Crossref
  4. A. V. Sergueeva, N. A. Mara, and A. K. Mukherjee, J. Mater. Sci., 42: 1433 (2007) Crossref
  5. Y. Estrin and A. Vinogradov, Acta Mater., 61: 782 (2013) Crossref
  6. M. Dao, L. Lu, R. Asaro, J. Dehosson, and E. Ma, Acta Mater., 55: 4041 (2007) Crossref
  7. M. A Meyers, A. Mishra, and D. J. Benson, Prog. Mater. Sci., 51: 427 (2006) Crossref
  8. A. Vinogradov, Mater. Sci. Forum, 503–504: 267 (2006) Crossref
  9. H. A. Padilla and B. L. Boyce, Exp. Mech., 50: 5 (2010) Crossref
  10. R. A. Meirom, D. H. Alsem, A. L Romasco, T. Clark, R. G. Polcawich, J. S. Pulskamp, M. Dubey, R. O. Ritchie, and C. L. Muhlstein, Acta Mater., 59: 1141 (2011) Crossref
  11. V. A. Filippenko, E. K. Sevidova, N. V. Dedukh, S. V. Malyshkina, A. A. Simonova, I. B. Timchenko, and V. A. Moskalenko, Ortopediya, Travmotologiya i Protezirovanie, 3: 69 (2011) (in Russian)
  12. A. V. Sergueeva, V. V. Stolyarov, R. Z. Valiev, and A. K. Mukherjee, Scr. Mater., 45: 747 (2001) Crossref
  13. D. Jia, Y. M. Wang, K. T. Ramesh, E. Ma, Y. T. Zhu, and R. Z. Valiev, Appl. Phys. Lett., 79: 611 (2001) Crossref
  14. A. Vinogradov and S. Hashimoto, Materials Transactions, 42: 74 (2001) Crossref
  15. R. Z. Valiev, A.V. Sergueeva, and A. K. Mukherjee, Scr. Mater., 49: 669 (2003) Crossref
  16. V. A. Moskalenko, A. R. Smirnov, and R. V. Smolyanets, Fizika Nizkikh Temperatur, 40: 837 (2001) (in Russian)
  17. A. V. Rusakova, S. V. Lubenets, L. S. Fomenko, and V. A. Moskalenko, Fizika Nizkikh Temperatur, 38: 980 (2012) (in Russian)
  18. V. A. Moskalenko, V. I. Betekhtin, B. K. Kardashev, A. G.Kadomtsev, A. R. Smirnov, R. V. Smolyanets, and M. V. Narykova, Fizika Tverdogo Tela, 56: 1590 (2014) (in Russian)
  19. M. Papakyriacoua, H. Mayer, C. Pypen, H. Plenk Jr., and S. Stanzl-Tschegg, International Journal of Fatigue, 22: 873 (2000) Crossref
  20. M. Papakyriacoua, H. Mayer, C. Pypen, H. Plenk Jr., and S. Stanzl-Tschegg, Mater. Sci. Eng. A, 308: 143 (2001) Crossref
  21. A. Khalajhedayati and T. J. Rupert, Acta Mater., 65: 326 (2014) Crossref
  22. J. Schiøtz, T. Vegge, F. Di Tolla, and K. Jacobsen, Phys. Rev. B, 60: 11971(1999) Crossref
  23. A. S. Bakai, Topics in Applied Physics, 72: 208 (1994) Crossref
  24. A. S. Bakai, Poliklasternye Amorfnye Tela (Kharkov: Synteks: 2013) (in Russian)
  25. N. P. Lazarev and A. S. Bakai, J. Mech. Behav. Materials, 22: 119 (2013) Crossref
  26. Yu. Petrusenko, A. Bakai, I. Neklyudov, S. Bakai, V. Borysenko, G. Wang, P. K. Liaw, L. Huang, and T. Zhang, J. Alloys Compd., 509: 123 (2011) Crossref
  27. A. S. Bakai, S. A. Bakai, V. M. Gorbatenko, M. B. Lazarev, Yu. A. Petrusenko, and A. A. Scheretsky, Nanorozmirni Systemy: Struktura, Vlastyvosti, Tekhnologiya. Doslidzhennya v Ukrayini [Nanoscale Systems: Structure, Properties, Technology. Investigations in Ukraine] (Ed. A. G. Naumovets) (Kiev: Akademperiodika: 2014) (in Russian)
  28. A. S. Bakai, S. A. Bakai, G. N. Malik, V. M. Gorbatenko, V. M. Netesov, V. A. Emlyaninov, Problemy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya Radiatsionnaya Fizika i Radiatsionnoe Materialovedenie, Iss. 4 (87): 104 (2005) (in Russian)
  29. A. S. Bakai, V. V. Kul’ko, I. M. Mikhailovskij, V. B. Rabukhin, and O. A. Velikodnaja, J. Non-Cryst. Solids, 182: 315 (1995) Crossref
  30. A. S. Bakai, E. V. Sadanov, V. A. Ksenofontov, S. A. Bakai, J. A. Gordienko, and I. M. Mikhailovskij, Metals, 2: 441 (2012) Crossref
  31. I. M. Lifshitz, ZhETF, 17: 909 (1963) (in Russian)
  32. L. A. Greer, Y. Q. Cheng, and E. Ma, Mater. Sci., Eng. R, 74: 71 (2013) Crossref
  33. O. Bakai, Physics of Liquid Matter: Modern Problems. Springer Proceedings in Physics (Eds. L. Bulavin and N. Lebovka), vol. 171, Ch. 5, p. 103 (2015) Crossref