Микромеханические свойства моно- и поликристаллов чистого α-титана: анизотропия микротвердости, размерный эффект, влияние температуры (77–300 К)

Abstract

Изучены анизотропия микротвердости монокристаллов чистого α-Ti, размерный эффект при индентировании монокристаллов, крупнозернистого (СG) чистого и нанокристаллического (NC) ВТ1-0 титана, а также температурные зависимости микротвердости монокристаллов и СG Ti в интервале температур 77–300 К. Минимальное значение твердости выявлено при индентировании плоскости базиса (0001). Размерный эффект четко проявляется при индентировании монокристалла мягкого высокочистого йодидного титана и наименее выражен в образце нанокристаллического титана ВТ1-0. Показано, что размерный эффект можно описать в рамках модели геометрически необходимых дислокаций (ГНД), которая следует из градиентной теории пластичности. Для каждого материала определены величина истинной микротвердости и другие параметры модели ГНД. Температурная зависимость микротвердости согласуется с представлением о контролирующей роли рельефа Пайерлса в дислокационной термоактивированной пластической деформации чистого титана, что было ранее установлено и обосновано в макроскопических исследованиях на растяжение в интервале низких температур. Оценены значения энергии активации и активационного объема движения дислокаций в деформированной области под индентором.

Досліджено анізотропію мікротвердості монокристалів чистого α-Ti, розмірний ефект при індентуванні монокристалів, крупнозернистого (СG) чистого та нанокристалічного (NC) ВТ1-0 титану, а також температурні залежністі мікротвердості монокристалів і СG Ti в інтервалі температур 77–300 К. Мінімальне значення твердості виявлено при індентуванні площини базису (0001). Розмірний ефект чітко проявляється при індентуванні монокристала м’якого високочистого йодидного титану і найменше виражений у зразку нанокристалічного титану ВТ1-0. Показано, що розмірний ефект можна описати в межах моделі геометрично необхідних дислокацій (ГНД), яка витікає з градієнтної теорії пластичності. Визначено величину істинної мікротвердості кожного матеріалу та інші параметри моделі ГНД. Температурна залежність мікротвердості узгоджується з уявленнями про контролюючу роль рельєфу Пайєрлса у дислокаційній термоактивованій пластичній деформації чистого титану, що було раніше установлено та обґрунтовано в макроскопічних дослідженнях на розтяг в інтервалі низьких температур. Проведено оцінку значень енергії активації та активаційного об’єму руху дислокацій в деформованій зоні під індентором.

Anisotropy of microhardness of pure α-Ti single crystals, indentation size effect in single crystals, course grained (CG) pure and nanocrystalline (NC) VT1-0 titanium, and the temperature dependences of microhardness of single crystals and CG Ti in the temperature range 77–300 K have been studied. Minimum value of hardness was revealed when indenting into the basal plane (0001). The indentation size effect (ISE) appeared clear at the indentation of the soft high purity iodide titanium while it is the least pronounced in the nanocrystalline VT1-0 titanium sample. It has been demonstrated that the ISE can be described in the geometrically necessary dislocations model (GND) following from the theory for strain gradient plasticity. The true value of hardness of all materials and others parameters of the GND model have been determined. The temperature dependence of microhardness well agrees with the notion on the controlling role of Peierls relief in the thermally activated dislocation plastic deformation of pure titanium as it has been demonstrated and well-grounded before at the macroscopic tensile investigations at the low temperature range. The activation energy and activation volume of dislocation motion in the strained region beneath indenter have been estimated.