Концентраторы напряжений и их роль в формировании механических свойств поликристаллов с наноразмерными элементами структуры

П. Ю. Волосевич

Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 22.10.2010. Скачать: PDF

В работе на основании анализа современных представлений о закономерностях формирования свойств моно- и поликристаллических материалов в рамках известных механизмов роста и релаксации напряжений в вершинах концентраторов в зависимости от скорости изменения приложенного макроскопического усилия предложена модель, позволяющая связать характер поведения их механических свойств с изменением числа и мощности концентраторов напряжений во всем интервале размерных параметров их структурных элементов. В основу предлагаемой модели положен принцип Д’Аламбера ($F_{i} = m_{i} w_{i} + P_{i}$), а роль «точек» взаимодействия между соседними элементами структуры играют вершины концентраторов напряжений, в которых, согласно данному закону механики, приложенная макроскопическая сила ($F_{i}$) может быть разложена на движущие, сообщающие точкам системы ускорение ($m_{i} w_{i}$), и потерянные ($P_{i}$), уравновешивающиеся противодействиями связей. Из сказанного сделан вывод о том, что общее количество концентраторов ($K$) может рассматриваться как число точек разложения макроскопического поля приложенного напряжения на различные по величине (напряжения $F_{і}$) составляющие, действующие внутри образца в вершинах соответствующих концентраторов и изменяющиеся в зависимости от скорости роста приложенной макроскопической силы ($F_{i}$), определяющей не только число действующих концентраторов, а и количество, и характер взаимодействия известных механизмов релаксации напряжений. Рассмотрены закономерности изменения слагаемых принципа Д’Аламбера при переходе от моно- к поликристаллическим структурным состояниям в свете реализующихся механизмов роста и релаксации напряжений. Продемонстрировано, что увеличение количества концентраторов в поликристаллах с наноразмерными структурами, сопровождающееся снижением их мощности, а соответственно, и скорости роста напряжений в вершинах, будет способствовать росту механических характеристик, указывая пути создания высокопрочных состояний. Рассмотрены модельные представления о развитии релаксационных процессов во всем интервале изменения размерных параметров структурных элементов металлических материалов, предсказывающие возможные смены ведущих механизмов релаксации напряжений в поликристаллических материалах при переходе к структурам с наноразмерными элементами.

Ключевые слова: концентратор напряжений, микромеханизмы релаксации и роста напряжений, скорость роста напряжений.

PACS: 46.50.+a, 62.20.F-, 62.20.M-, 62.23.-c, 62.25.Mn, 62.40.+i, 83.50.-v

Citation: P. Yu. Volosevych, Stress Raisers and Their Role in Formation of Mechanical Properties of Polycrystals with the Nanosize Components of Structure, Usp. Fiz. Met., 12, No. 3: 367—382 (2011) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.12.03.367


Цитированная литература (30)  
  1. Г. Нейбер, Концентрация напряжений (Москва–Ленинград: Гостехиздат: 1947) (пер. с нем).
  2. Физический энциклопедический словарь. Т. 2 (Москва: Советская энциклопедия: 1962).
  3. Дж. Т. Хан, Б. Л. Авербах, В. С. Оуэн, М. Коэн, Атомный механизм разрушения (Москва: Металлургиздат: 1963), с. 109 (пер. с англ.).
  4. Е. Орован, Атомный механизм разрушения (Москва: Металлургиздат: 1963), с. 170 (пер. с англ.).
  5. В. С. Иванова, Л. К. Гордиенко, В. Н. Геминов и др., Роль дислокаций в упрочнении и разрушении металлов (Москва: Наука: 1965).
  6. В. М. Финкель, Физика разрушения (Москва: Металлургия: 1970).
  7. Р. Хоникомб, Пластическая деформация металлов (Москва: Мир: 1972) (пер. с англ.).
  8. В. И. Трефилов, Ю. В. Мильман, С. А. Фирстов, Физические основы прочности тугоплавких металлов (Киев: Наукова думка: 1975).
  9. Г. С. Писаренко, А. А. Лебедев, Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии (Киев: Наукова думка: 1976).
  10. Дж. Нотт, Основы механики разрушения (Москва: Металлургия: 1978) (пер. с англ.).
  11. Л. А. Коппельман, Сопротивление сварных узлов хрупкому разрушению (Ленинград: Машиностроение: 1978).
  12. В. И. Трефилов, В. Ф. Моисеев, Э. П. Печковский и др., Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов (Киев: Наукова думка: 1979).
  13. О. Н. Романив, Вязкость разрушения конструкционных сталей (Москва: Металлургия: 1979).
  14. В. В. Рыбин, А. Н. Орлов, В. Н. Перевезенцев, Границы зёрен в металлах (Москва: Металлургия: 1980).
  15. В. М. Косевич, В. М. Иевлев, Л. С. Палатник, А. И. Федоренко, Структура межкристаллитных и межфазных границ (Москва: Металлургия: 1980).
  16. Ю. Я. Мешков, Физические основы разрушения стальных конструкций (Киев: Наукова думка: 1981).
  17. О. А. Кайбышев, Р. 3. Валиев, В. Г. Хайруллин, Физ. мет. металловед., 56, вып. 3: 577 (1983).
  18. В. Е. Панин, В. А. Лихачёв, О. В. Гриняев, Структурные уровни деформации твердых тел (Москва: Наука: 1985).
  19. В. Ф. Моисеев, Хладноломкость ОЦК металлов и физическая интерпретация коэффициента К1с (Киев: 1995) (Препр./НАН Украины, Ин-т проблем материаловедения. № 95-8, 1995).
  20. В. В. Рыбин, Большие пластические деформации и разрушение металлов (Москва: Металлургия: 1986).
  21. С. А. Фирстов, Прогрессивные материалы и технологии (Киев: ИПМ НАНУ: 2003), т. 2.
  22. Г. А. Малыгин, Успехи физ. наук, 169, № 9: 979 (1999). Crossref
  23. А. М. Паршин, А. П. Петкова, Физика и химия обработки материалов, № 3: 79 (2000).
  24. П. Ю. Волосевич, Ю. А. Гарасим, Н. И. Даниленко, В. М. Адеев, Д. И. Никоненко, Металлофиз. новейшие технол., 24, № 3: 413 (2002).
  25. Е. В. Сударикова, Неразрушающий контроль в производстве: Учеб. пособие. Ч. 1 (Санкт-Петербург: ГУАП: 2007).
  26. С. А. Котречко, А. В. Филатов, А. В. Овсянников, Металлофиз. новейшие технол., 26, № 11: 1475 (2004).
  27. П. Ю. Волосевич, Металлофиз. новейшие технол., 29, № 10: 1393 (2007).
  28. П. Ю. Волосевич, 4а Міжнародна конференція «Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій» (23–27 червня 2009, Львів), с. 93.
  29. П. Ю. Волосевич, Металлофиз. новейшие технол., 32, № 3: 413 (2010).
  30. С. А. Фирстов, Прогрессивные материалы и технологии (Киев: Академпериодика: 2003).
Цитируется (2)
  1. G. I. Prokopenko, B. M. Mordyuk, P. Yu. Volosevych, S. P. Vorona et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 39, 189 (2017).
  2. P. Yu. Volosevich and A. V. Shiyan, Steel Transl. 45, 460 (2015).