Механічні властивості ОЦК заліза, одержаного інтенсивною пластичною деформацією тертям

Abstract

Методом наноiндентування дослiджено вплив нано- i субмiкроструктурного стану на механiчнi характеристики (твердiсть, пластичнiсть i модуль Юнга) α-залiза, пiдданого iнтенсивнiй пластичнiй деформацiї тертям (IПДТ) в аргонi. При зменшеннi зерен до розмiрiв 20 нм виявлено зниження значень модуля Юнга на 10% порiвняно з крупнокристалiчним залiзом. При зменшеннi зерен до розмiрiв d < 50 нм коефiцiєнт Холла–Петча ky зменшується приблизно на порядок порiвняно з величиною ky = 0,39 МПа ·м^3/2, характерною для крупнозернистого залiза. На вiдмiну вiд ГЦК металiв, в яких при зменшеннi розмiру зерен до 20 нм твердiсть тiльки пiдвищується, а пластичнiсть знижується, в ОЦК залiзi встановлений зворотний ефект — зменшення розмiрiв зерен вiд 50 до 20 нм викликає зниження твердостi (вiд 5,8 до 3,7 ГПа) i пiдвищення характеристики пластичностi δA (вiд 0,82 до 0,87).

By using the nanoindentation technique, the relationship between the structure and mechanical parameters such as hardness Hh, plasticity characteristic δA, and Young’s modulus E is found to be actually dependent on the grain scale of bcc-iron samples subjected to a severe plastic deformation by friction (SPDF) in the argon atmosphere. Under SPDF, refining the grain structure up to the nanometer scale with a grain size of 20 nm causes a decrease of Young’s modulus E by 10% as compared with that recorded for annealed Fe with the conventional grain structure. The Hall-Petch coefficient, ky, decreases as the grain size decreases on the submicro- and then nano-scale. Unlike fcc-metals in which the decrease of a grain size to 20 nm results in the increase in hardness only, whereas plasticity goes down, there is the inverse effect for bcc-Fe: the decrease of the size of grains from 50 to 20 nm causes a decrease of hardness (from 5.8 to 3.7 GPa) and an increase of the plasticity characteristic δA (from 0.82 to 0.87).