Голубенко О. А. Особливості визначення фізико-механічних властивостей твердих тіл при локальному навантаженні в мікро- та нанооб’ємах

Розвинені фізичні уявлення про масштабну залежність твердості кристалічних матеріалів при наноіндентуванні. Запропоновано феноменологічний підхід до масштабної залежності твердості, що дозволяє не враховувати конкретні дислокаційні механізми деформації при індентуванні. Природа масштабної залежності твердості обговорюється в зв’язку зі співвідношенням пружної  e і пластичної  p деформації матеріалу під індентором. Встановлено, що розмірний ефект обумовлений утрудненням пластичної деформації і зростанням пружної деформації, що призводить, в відповідності закону Гука, до збільшення твердості. Для стандартизації результатів твердості різних матеріалів розроблені формули і запропоновано метод перерахунку твердості з одного навантаження на інше або з однієї глибини відбитка на якусь фіксовану глибину hф, що дозволяє більш коректно порівнювати результати вимірювання нанотвердості, отримані в різних роботах. Показано, що розрахована при інструментальному індентуванні характеристика пластичності A = Ap/At (де Ap і At – робота пластичної та загальної деформації, відповідно), майже співпадає з H=εp/εt (де εp і εt – відповідно, пластична та загальна деформації при індентуванні), якщо H  0,5 , тобто для всіх металів та більшості тугоплавких сполук і керамік. Вперше методом мікроіндентування побудовані криві деформації (  t) для крихких матеріалів – монокристалічного Si і керамік на основі TiB2 і SiC в широкому інтервалі температур (20 – 900 °С) та деформацій (εt = 2 – 30 %). За отриманими кривими для Si і кераміки TiB2 визначено параметри деформаційного зміцнення в інтервалі температур 400 – 900 °С. За допомогою розвинених методик індентування були вивчені і визначені механічні характеристики наноструктурованих матеріалів. Зміна характеру температурної залежності характеристики пластичності δH дає змогу визначати інтервал температур, в якому проявляється надпластичність матеріалів, для яких вона притаманна. Ключові слова: масштабна залежність твердості, нанотвердість, механічні властивості, пластичність, температура.