Влияние размеров элементов структуры и деформируемого объема на твердость металлов и сплавов

• Автор: Марченков, Артем Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Размерный (масштабный) эффект и его роль в материаловедении.
1.1 Общие понятия о размерном эффекте, размерном факторе, размерных параметрах
1.2 Влияние размерного фактора на твердость материалов
1.3. Влияние размерного эффекта на характеристики, определяемые при других видах механических испытаний материалов
1.4 Причины проявления размерного эффекта
1.5 Цель и задачи диссертации
Глава 2. Влияние размеров элементов структуры металла на твердость
2.1 Влияние размера зерна металла на его твердость
2.2 Влияние размеров других элементов структуры металла на его твердость .
2.3 Исследование микроструктуры в деформированном объеме металла под отпечатком, полученным сферическим индентором
2.4 Выводы по главе
Глава 3. Деформируемый объем и удельная деформируемая поверхность материалов при индентировании
3.1 Известные подходы к исследованию деформируемого объема материала при индентировании
3.2 Подготовка и проведение экспериментов по исследованию деформированного объема металла под отпечатками, полученными сферическим индентором
3.3 Распределение интенсивности напряжений а* и интенсивности деформаций в; под отпечатками, полученными сферическим индентором
3.4. Определение формы и размеров гидростатического ядра и пластически деформированной зоны металла под отпечатком
3.5 Исследование распределения коэффициента деформационного упрочнения и значений предельной равномерной деформации в деформированном металле под отпечатком
3.6 Выводы по главе
Глава 4. Влияние деформируемого объема и удельной деформируемой поверхности на твердость материалов
4.1 Влияние деформируемого объема на твердость материалов
4.2 Роль удельной деформируемой поверхности материала в размерном эффекте при определении твердости
4.3 Подразделение размерных уровней индентирования материалов пирамидальным и сферическим инденторами
4.4 Выводы по главе
Глава 5. Научно-практическое значение учета размерного эффекта при определении твердости материалов
5.1 Новая методика определения твердости материалов с учетом размерного фактора
5.2 Сравнение твердости материалов и покрытий, определенной по существующей и предлагаемой методикам
5.3 Взаимосвязь значений твердости, определяемых различными методами..
5.3.1 Пересчет значений твердости из одной шкалы в другую
5.3.2 Условия, обеспечивающие получение одинаковых значений твердости, определяемых методами Виккерса и Бринелля
5.4 Роль размерного эффекта в достижении теоретической твердости материала
5.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Твердость, как одно из основных механических свойств металлов и сплавов, с давних пор широко используется в материаловедении. Многие видные отечественные и зарубежные ученые-материаловеды придавали большое значение этому свойству. Так, например, акад. Н.С. Курнаков предложил использовать твердость при исследовании связи между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния в разработанном им методе физико-химического анализа. Учитывая связь твердости со структурой и другими физико-механическими свойствами материалов, ее широко применяют в качестве эффективного диагностического параметра на этапах их получения, обработки и эксплуатации.
Востребованность в определении твердости резко возросла в связи с бурным развитием нанотехнологий и наноматериаловедения в последние десятилетия. Появилась острая необходимость определения твердости не только на макро- и мезоуровнях, но и на микро- и наноуровнях деформируемого объема материала. Однако, с уменьшением деформируемого объема материала при индентировании все в большей мере проявляется размерный (масштабный) эффект, сильно влияющий на определяемые значения твердости. С уменьшением деформируемого объема сопротивление материала деформированию индентором возрастает, а следовательно, повышаются определяемые значения твердости. Аналогичное влияние на твердость оказывают и размеры элементов структуры металлов и сплавов, например, размер зерна. Располагая зависимостью твердости металла от размеров элементов структуры, можно более эффективно разрабатывать новые материалы и технологии. Поэтому определять и сравнивать значения твердости разных материалов (мягких и твердых) или одного и того же материала после различных способов и режимов его обработки следует на одном размерном уровне, а методы определения твердости различными методами должны учитывать влияние размерного эффекта.

переориентации дефектов и уменьшение их протяженности [1]. Однако позже была показана несостоятельность этой теории применительно к испытаниям металлов.
Немного позже П.О. Пашковым была предложена теория «дефектных узлов», принципиальным отличием которой от теории Холомона и Фишера было допущение изменения степени опасности дефюктов и образования новых дефектов микроструктуры вследствие неоднородности протекания пластической деформации [47]. Изучение другими авторами [48, 49] закономерностей развития дефектов при пластической деформации вязких материалов и ее неоднородности подтвердили выводы этой теории. Пластическая деформация, протекающая неоднородно по объему вязкого металла, вызывает появление в его объеме разрыхлений и дефектов сплошности. Общее разрушение будет происходить в результате развития одного наиболее опасного дефекта в магистральную трещину, которая будет распространяться по объему металла через дефектные места. При этом предполагается, что количество и степень опасности образующихся в процессе деформирования дефектов подчиняются законам теории вероятности, а значит, зависят от величины деформируемого объема [1].
Явление размерного эффекта также часто связывают с состоянием поверхности испытуемого материала. Так, еще в 1960 году М.П. Марковцом было выдвинуто предположение о влиянии поверхностного наклепанного слоя образца на результаты испытаний на усталость [50]. В работе показано, что при уменьшении диаметра цилиндрического образца в нем увеличивается доля металла, имеющего наклеп, полученный в процессе его механической обработки. В зависимости от вида механической обработки доля наклепанного металла может составлять десятки процентов при уменьшении диаметра образца до 2-3 мм, а в образцах диаметром менее 1 мм - достигать 50%.
В [51] также было показано, что наряду с другими факторами, состояние поверхности может оказывать существенное влияние на определяемые значения микротвердости.