Введение к работе
Актуальность темы. Амплитудно-зависимое внутреннее трение (АЗВТ) этражает нелинейное неупругое поведение материала при циклическом воздействии механических напряжений. Считается твердо установленным, что АЗВТ в кристаллах носит дислокационный характер и отражает процессы движения, взаимодействия, и, 9 ряде случаев, размножения дислокаций, являясь очень тонким структурно-чувствительным инструментом исследования дефектной структуры кристаллов. Вклад в дислокационмэе амплитудно-зависимое поглощение могут давать самые разные механизмы в зависимости как от конкретной дефектной структуры кристалла, гак и от амплитудного, частотного и температурного диапазона. Однако до сих пор гуществуют противоположные точки зрения о механизмах и структурных уровнях, с которыми связано АЗВТ.
По всей видимости, АЗВТ в широком диапазоне частот, температур и амплитуд колебательной деформации является сложной комбинацией различных иикромеханизмов, возможно, заимосвязанных. Существующие микроскопические геории рассматривают, как правило, только какой-либо один конкретный механизм, не учитывая их возможного сочетания и взаимодействия. До качала настоящего цикла работ отсутствовали и экспериментальные работы, в которых бы количественно разделялся вклад различных механизмов в амплитудно-температурно-частотный спектр АЗВТ. Для более углублённого анализа природы АЗВТ необычайно интересной и перспективной является возможность одновременного изучения АЗВТ и зависимости дислокационной деформации от напряжения. Представляется, что параллельное применение методик непосредственной регистрации механического гистерезиса и АЗВТ на низких частотах и ультразвукових исследований АЗВТ к металлическим кристаллам позволит исследовать как роль различных механизмов АЗВТ, так и особенности неупругого поведения металлических кристаллов в случае подвижности, точечных дефектов (ТД). Целью работы было определение микромеханизмов, контролирующих АЗВТ ряда металлических кристаллов, их вклада в зависимости от типа дефектной структуры и параметров эксперимента.
Для достижения поставленной цели задача работы состояла в исследовании амплитудно- частотных зависимостей обратимой микропластпческоп деформации, внутреннего трения и дефекта модуля Юнга (ДМІО) п широком диапают: чаї mi и і
4 применением различных экспериментальных методик в металлических кристаллах с различными типами кристаллической решётки и дефектной структуры: ГЦК: монокристаллы алюминия чистотой 99.999%
поликристаллический свинец технической чистоты; ГПУ: монокристаллы цинка чистотой 99.997%; ГЦК с орторомбическими искажениями: монокристаллы Cu-Al-Ni в мартенситнон рГфазе. Научная новизна работы состоит в том, что в ней :
-
Впервые получены в широком диапазоне частот, от инфра- до ультразвуковых, экспериментальные данные об амплитудно-частотных зависимостях АЗВТ, ДМЮ и нелинейной дисюкациошюй деформации в металлических кристаллах с ГЦК (А!, РЬ), ГПУ (Zn) решеткой и в монокристаллах сплава Cu-Al-Ni;
-
Впервые выполнен комплекс одновременных исследований обратимой нелинейной дислокационной деформации, АЗВТ и ДМЮ в условиях подвижности локальных барьеров для подвижных дислокаций, исследована динамика гистгрезиса напряжение - обратимг.я дислокационная деформация в случае формирования ат мосфер подвижных ТД.
3. На основе анализа экспериментальных данных показано, что для всех типов
кристаллов амплитудно-частотный спектр АЗВТ соответствует модели
"нелокализованного трения" и формируется комбинацией квазистатического,
ісрмоактивнрованного и атермического механизмов движения дислокаций.
Научная и практическая значимость работы заключается в следующем:
-
Вперрые экспериментально обнаружен и идентифицирован ряд новых явлений в неупругом поведении кристаллов.
-
Предложена реологическая модель, позволяющая с единых позиций количественно описать амплитудно-частотные спектры нелинейной дислокационной деформации и АЗВТ в различных материалах. Разработана компьютерная методика расчетов АЗВТ, ДМЮ и дислокационной деформации кристаллов в широком диапазоне частот и амплитуд. Предложена качественная микроскопическая модель.
3 Исследованы механизмы высокого демпфирования мартенситной фазы кристаллов сплава Cu-Al-Ni, обнаруженного при температурах ~ 7 - 100 К.
5 Основные положения, выносимые на зашиту
1. Впервые обнаружен и исследован ряд неупругих явлений в кристаллах:
- амплитудно-зависимая релаксация за счет конкуренции между откреплением
дислокаций от подвижных локальных барьеров и их волочением;
- переход от симметричного к одностороннему эффекту "памяти" дислокационного
закрепления при возрастании амплитуды обратимой неупругой деформации;
- значительное аномальное поведение температурных зависимостей A3 ВТ и
эффективного модуля Юнга в мартенситной фазе кристаллов Oi-Al-Ni в диапазоне
температур 70 - 250 К;
- температурно-независимое гистерезисное АЗВТ в мартенситной фазе кристаллов
Cu-Al-Ni при температурах 7 - 70К;
2. Показано, что АЗВТ во всех исследованных металлических кристаллах с
различным типом решетки и дислокационной структуры описывается в рамках
предложенного микроскопического и феноменологического подхода, использующего
представления о вкладе а АЗВТ различных уровней дефектной структуры.
3. Расчеты амплитудно-частотных спектров АЗВТ, ДМЮ и нелинейной
дислокационной деформации в диапазоне 10"3 - W5 Гц по предложенной
реологической модели дают хорошее согласие с данными экспериментов в случае
стабильной дефектной структуры.
Апробация работы. Полученные в работе результаты докладывались на VI Европейской конференции "Внутреннее трение и затухание ультразвука в твёрдых телах" ECIFUAS-б (Краков, Польша, 1991); X и XI Международных конференциях "Внутреннее трение и затухание ультразвука в твёрдых телах" IC1FUAS-I0 (Рим, Италия, 1993) и ICIFUAS-1! (Пуатье, Франция, 1996); Международной конференции по мсртенсмтным превращениям 1СОМАТ-95 (Лозанна, Швейцария, 1995); . Международном симпозиуме "Механика и механизмы демпфирования в материалах" M3D (Норфолк, США, 1995); М< кдународном семинаре "Релаксационные явления в твёрдых телах" (Воронеж, Россия, 1995).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в б статьях, опубликованных в Российских и международных журналах, перечень которых приведён в конце автореферата, и в 10 тезисах докладов, представленных на Всероссийских и международных конференциях.
Структура и объём диссертачии. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Диссертация содержит 128 страниц текста, 62 рисунка и 1 таблицу. Список цитируемой литературы составляет 173 наименования.
