Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zmiana paradygmatu badań w spektroskopii mechanicznej ciał stałych i powstanie wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej, HRMS

Magalas Leszek

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2020

|

Vol. 87, nr 4

87--98

PL

Przedstawiono wybrane przykłady zastosowań spektroskopii mechanicznej w inżynierii materiałowej zwracając uwagę na wybrane aspekty historyczne dotyczące powstania i rozwoju tej metody badań. Zwrócono uwagę na zjawisko wolniejszej dyfuzji atomów węgla w skondensowanych atmosferach Cottrella w odkształconych stopach żelaza oraz odkrycie w 2018 roku nowego mechanizmu umocnienia stopów wysokoentropowych oraz badania odwracalnej przemiany martenzytycznej w stopach z pamięcią kształtu. Przedstawiono również wyniki eksperymentalne ilustrujące powstanie na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej HRMS.

EN

We present a brief review of selected applications of mechanical spectroscopy in Materials Science. Diffusion of carbon atoms in Cottrell atmosphere in deformed iron-based alloys is discussed. We then outline a new strengthening mechanism of high-entropy alloys discovered in 2018 and study of reversible martensitic transformation in shape memory alloys. Low-frequency mechanical loss spectra illustrate the advent of high-resolution mechanical spectroscopy, HRMS, developed at AGH University in Kraków.

2

Professor Robert Schaller: Zener Medalist

Mari D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

5--6

EN

The following is the text of an oral presentation delivered at the Zener Medal Award ceremony in Hefei on 23 September 2015.

PL

Poniżej znajduje się tekst ustnej prezentacji wygłoszonej podczas ceremonii wręczenia medali Zenera w Hefei w dniu 23 września 2015 r.

3

Professor Qing-Ping Kong: Zener Medalist

Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

7--8

EN

The following is the text of an oral presentation delivered at the Zener Medal Award ceremony in Hefei on 23 September 2015.

PL

Poniżej znajduje się tekst ustnej prezentacji wygłoszonej podczas ceremonii wręczenia medali Zenera w Hefei w dniu 23 września 2015 r.

4

Andrew Granato: A Memorial Tribute

Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

1--4

EN

The following Is the text in memory of the late Andy Granato, professor in physics and materials science.

PL

Ten tekst poświęcony jest pamięci zmarłego Andy'ego Granato profesora fizyki i materiałoznawstwa.

5

Mechanical Spectroscopy: Some Applications on Structural Changes and Relaxation Dynamics in Soft Matter

Wu Q., Liu Ch.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2077--2083

EN

The general trend in soft matter is to study systems of increasing complexity covering a wide range in time and frequency. Mechanical spectroscopy is a powerful tool for understanding the structure and relaxation dynamics of these materials over a large temperature range and frequency scale. In this work, we collect a few recent applications using low-frequency mechanical spectroscopy for elucidating the structural changes and relaxation dynamics in soft matter, largely based on the author’s group. We illustrate the potential of mechanical spectroscopy with three kinds of soft materials: colloids, polymers and granular systems. Examples include structural changes in colloids, segmental relaxations in amorphous polymers, and resonant dissipation of grain chains in three-dimensional media. The present work shows that mechanical spectroscopy has been applied as a necessary and complementary tool to study the dynamics of such complex systems.

PL

Ogólnym trendem w miękkiej materii jest, aby badać układy o rosnącej złożoności, obejmującej szeroki zakres czasu i częstotliwości. Spektroskopia mechaniczna jest potężnym narzędziem dla zrozumienia struktury i dynamiki relaksacji tych materiałów w szerokim zakresie temperatury i skali częstotliwości. W niniejszej pracy, zebraliśmy kilka ostatnich zastosowań spektroskopii mechanicznej niskiej częstotliwości do poznania zmian strukturalnych i dynamiki relaksacji w miękkiej materii, w dużej mierze opartych na grupie autorów. Opisujemy potencjał spektroskopii mechanicznej w przypadku trzech rodzajów materiałów miękkich: koloidów, polimerów i układów ziarnistych. Przykłady obejmują zmiany strukturalne w koloidach, segmentowe relaksacje amorficznych polimerów, i rezonansowe rozpraszanie łańcuchów ziaren w mediach trójwymiarowych. Niniejsza praca pokazuje, że spektroskopię mechaniczną zastosowano jako niezbędne i uzupełniające narzędzie do badania dynamiki takich systemów złożonych.

6

Mechanical Spectroscopy of MgB2 Containing SiC

Silva M. R., Silva L. B. S., Rodriques Jr. D., Grandini C. R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

3083--3086

EN

The compound magnesium diboride (MgB2) has been well-known since the 1950s; however, its superconducting properties were unknown. Intrinsic characteristics of MgB2 make this material a promising candidate for technological applications, although the low value of the irreversibility field and the decrease in critical current density with the increase in the magnetic field considerably reduce its utility. The present work aimed to study the effect of carbon-based doping on anelastic properties of MgB2 as measured by mechanical spectroscopy. The samples were prepared by using the powder-intube method. The samples were made with 5, 7.5, and 10 wt.% of silicon carbide (SiC). The results reveal complex mechanical loss spectra caused by the interaction between point defects and surface defects in the crystalline lattice of MgB2.

PL

Dwuborek związek magnezu (MgBV) jest znany od 1950 roku; jednak jego właściwości nadprzewodzące były nieznane. Swoiste cechy MgB2 czynią ten materiał obiecującym kandydatem do zastosowań technicznych, jednak niskie wartości nieodwracalnego pola i zmniejszenie krytycznej gęstości prądu ze wzrostem pola magnetycznego znacznie zmniejszają jego użyteczność. Celem pracy było zbadanie wpływu domieszkowania związkiem węgla na anelastyczne właściwości MgB2 mierzone metodą spektroskopii mechanicznej. Próbki zostały przygotowane za pomocą metody powder-in-tube (PIT). Wytworzono próbki o zawartości 5, 7.5 i 10 % wag. węglika krzemu (SiC). Wyniki pokazują złożone widma strat mechanicznych powodowanych przez wzajemne oddziaływanie pomiędzy defektami punktowymi i defektami powierzchniowymi w sieci krystalicznej MgB2.

7

Mechanical Spectroscopy of Equal-Channel Angular Pressed Fe-Cr Alloys and Tungsten

Hao T., Tang H., Jiang W., Wang X., Fang Q.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2101--2106

EN

nternal friction technique was used to investigate the microstructural stability of equal-channel angular pressed (ECAP) 9Cr1Mo steel (T91), Fe-18wt.%Cr alloy, and pure W. Several non-relaxation internal friction peaks are observed in three ECAP-strained specimens, which are related to the microstructural transition from a severely deformed state to a static recovery state of dislocations, and to recrystallized state. Along with the disappearance of the P1 peak, another relaxation internal friction peak P2 is observed during the second heating run only in Fe-18wt.%Cr alloy, and it does not disappear even during subsequent third heating run. This peak is not observed in T91 steel and W. The P2 peak is likely associated with a process of grain boundary (GB) sliding. Unlike T91, no abundant carbide precipitates distribute on GBs to pin GB and repulse GB sliding, thus, the P2 peak only occurs in Fe-18wt.%Cr alloy. It is concluded that high-temperature internal friction measurements are required to detect the grain boundary peak in pure W.

PL

Technika tarcia wewnętrznego została użyta do zbadania stabilności mikrostruktury poddanych wyciskaniu przez kanał kątowy stali 9Cr1Mo (T91), stopu Fe-18wt%Cr, i czystego W. Zaobserwowano wiele nie-relaksacyjnych pików tarcia wewnętrznego w trzech próbkach odkształconych przez ECAP, które są związane z przejściem ze stanu silnie odkształconego do statycznego stanu zdrowienia dyslokacji, i do stanu zrekrystalizowanego. Wraz z zanikiem piku P1, tylko w przypadku stopu Fe-18wt%Cr obserwowany jest inny pik P2 relaksacji tarcia wewnętrznego podczas drugiego ogrzewania, i nie znika nawet w kolejnym trzecim etapie ogrzewania. Pik ten nie jest obserwowany w stali T91 i W. Pik P2 prawdopodobnie związany jest procesem poślizgu granicy ziaren. W przeciwieństwie do stali T91, brak bogatych w węglik wydzieleń na granicach ziaren, które by unieruchomiły granice i uniemożliwiły poślizg, stąd pik P2 występuje tylko w przypadku stopu Fe-18wt.%Cr. Stwierdzono, że pomiary tarcia wewnętrznego w wysokiej temperaturze są potrzebne, aby wykryć pik granicy ziarna w czystym W.

8

Mechanical Spectroscopy of Bearing Steel

Lu X., Li W., Lu X., Jin M., Min N., Jin X.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2085--2091

EN

This study presents mechanical spectroscopy of bearing steel subjected to different heat treatments. A non-thermally activated maximum, P1, was found at 130°C, in quenched martensitic samples, which were austenitized at 1050°C and 860°C, and presented twin martensite microstructures. It is suggested that the mechanism of the P1 maximum, observed on the low-temperature side of Snoek-Köster peak, is related to the change of defect configurations in twinned martensite assisted with high mobility of the solute carbon atoms under an external harmonic stress field applied during mechanical loss measurements.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań spektroskopii mechanicznej stali łożyskowej poddanej różnej obróbce cieplnej. W hartowanych martenzytycznych próbkach, które były austenityzowane w 1050°C i 860°C, i posiadały bliźniaczą mikrostrukturę martenzytu, występuje nietermicznie aktywowane maksimum P1 przy 130°C. Sugeruje się, że mechanizm maksimum P1, które występuje na niskotemperaturowym zboczu piku Snoek-Köstera, związane jest ze zmianą konfiguracji defektów w bliźniaczym martenzycie, przy wysokiej ruchliwości atomów węgla. Maksimum P1 ujawnia się pod wpływem działania harmonicznie zmiennego zewnętrznego pola naprężeń przyłożonego do próbki w trakcie badań metodą spektroskopii mechanicznej.

9

Low Frequency Mechanical Spectroscopy Study of Three Pyrrolidinium Based Ionic Liquids

Trequattrini F., Paolone A., Palumbo O., Vitucci F. M., Navarra M. A., Panero S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

385--390

EN

In this work we present our recent results on three ionic liquids (ILs), which share bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI) as anion and have different pyrrolidinium based cations. By means of a combination of mechanical spectroscopy and thermal analysis, many of the physical processes occurring during cooling down from the liquid phase, can be studied. Depending both on the diverse cation and the different thermal history, crystallization from the melt or glass transition, cold-crystallization, solid-solid phase transitions and thermally activated processes are observed. In one of the ILs, which could be easily undercooled, a prominent thermally activated peak could be observed above the glass transition. The temperature dependence of the relaxation time is approximated by a Vogel-Fulcher-Tamman equation, as usual for fragile glass forming liquids, and the apparent activation energy of W = 0.36 eV with a pre-exponential factor of the relaxation time τ0 = 1.7 · 10-13s were derived supposing jumps between asymmetrical potential wells. The kinetics of the crystallization processes have been studied in the framework of the Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov theory and the Avrami parameters have been derived for both the crystallization from the melt and for the cold crystallization observed on heating.

PL

W pracy przedstawiono najnowsze wyniki badań trzech cieczy jonowych (ILs), zbudowanych o anion bistriflimidowy (TFSI) i różne kationy pirolidyniowe. Za pomocą kombinacji spektroskopii mechanicznej i analizy termicznej można badać wiele procesów fizycznych występujących podczas schładzania z fazy ciekłej. W zależności od zróżnicowania kationów i różnic historii termicznej, można obserwować krystalizację cieczy lub zeszklenie, zimną krystalizację, przemiany fazowe w stanie stałym i procesy aktywowane termicznie. W jednej z ILs, którą można łatwo przechłodzić, obserwowano termicznie aktywowany pik powyżej temperatury zeszklenia. Zależność temperaturową czasu relaksacji aproksymowano równaniem Vogela-Fulchera-Tammana, co jest typowym podejściem stosowanym dla cieczy tworzących nietrwałe szkła, uzyskując pozorną energię aktywacji W = 0,36 eV i czas relaksacji τ0 = 1.7 · 10-13s przy założeniu przeskoków pomiędzy asymetrycznymi studniami potencjału. Kinetykę procesu krystalizacji badano w ramach teorii Johnson-Mehla-Avramiego-Kołmogorowa a parametry Avramiego zostały uzyskane zarówno dla krystalizacji z cieczy, jak i zimnej krystalizacji obserwowanej przy ogrzewaniu.

10

Hilbert-Twin – A Novel Hilbert Transform-Based Method To Compute Envelope Of Free Decaying Oscillations Embedded In Noise, And The Logarithmic Decrement In High-Resolution Mechanical Spectroscopy HRMS

Magalas L. B., Majewski M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1091--1098

EN

In this work, we present a novel Hilbert-twin method to compute an envelope and the logarithmic decrement, δ, from exponentially damped time-invariant harmonic strain signals embedded in noise. The results obtained from five computing methods: (1) the parametric OMI (Optimization in Multiple Intervals) method, two interpolated discrete Fourier transform-based (IpDFT) methods: (2) the Yoshida-Magalas (YM) method and (3) the classic Yoshida (Y) method, (4) the novel Hilbert-twin (H-twin) method based on the Hilbert transform, and (5) the conventional Hilbert transform (HT) method are analyzed and compared. The fundamental feature of the Hilbert-twin method is the efficient elimination of intrinsic asymmetrical oscillations of the envelope, aHT (t), obtained from the discrete Hilbert transform of analyzed signals. Excellent performance in estimation of the logarithmic decrement from the Hilbert-twin method is comparable to that of the OMI and YM for the low- and high-damping levels. The Hilbert-twin method proved to be robust and effective in computing the logarithmic decrement and the resonant frequency of exponentially damped free decaying signals embedded in experimental noise. The Hilbert-twin method is also appropriate to detect nonlinearities in mechanical loss measurements of metals and alloys.

PL

W pracy przedstawiono nową metodę Hilbert-twin, opartą na dyskretnej transformacie Hilberta, do obliczeń obwiedni wykładniczo tłumionych sygnałów odkształceń sprężystych zawierających w sobie szum oraz do estymacji logarytmicznego dekrementu tłumienia. Przeanalizowano i porównano wyniki obliczeń uzyskane z pięciu różnych metod: (1) metoda parametryczna OMI (Optimization in Multiple Intervals), dwie metody bazujące na interpolowanej dyskretnej transformacie Fouriera (IpDFT): (2) metoda Yoshida-Magalas (YM) i (3) klasyczna metoda Yoshidy (Y), (4) nowa metoda Hilbert-twin (H-twin), którą po raz pierwszy przedstawiono w niniejszej pracy oraz (5) klasyczna metoda obliczeń obwiedni z transformaty Hilberta (HT). Zaletą i fundamentalną cechą charakterystyczną metody H-twin jest skuteczne usunięcie typowych dla dyskretnej transformaty Hilberta asymetrycznych oscylacji obwiedni. Z tego właśnie względu metoda H-twin zapewnia bardzo dobrą estymację logarytmicznego dekrementu tłumienia, która jest porównywalna z metodami OMI i YM zarówno dla niskich, jak i wysokich poziomów tłumienia. Metoda H-twin jest niewrażliwa na szum i jest wyjątkowo skuteczna w precyzyjnym wyznaczaniu logarytmicznego dekrementu tłumienia oraz częstotliwości rezonansowej wykładniczo tłumionych drgań swobodnie tłumionych zawierających szum eksperymentalny. Metoda H-twin może również służyć do detekcji i analizy efektów nieliniowych występujących w trakcie pomiarów rozpraszania energii mechanicznej w metalach i stopach metali badanych metodą spektroskopii mechanicznej.

11

Hilbert-Twin – A Novel Hilbert Transform-Based Method To Compute The Elastic Modulus In High-Resolution Mechanical Spectroscopy HRMS

Majewski M., Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1099--1103

EN

A novel Hilbert-twin (H-twin) method is introduced as an alternative method for the computation of the resonant frequency for exponentially damped free decays embedded in noise. We also present the comparison among the following methods used to compute the dynamic elastic modulus in solids: the parametric OMI (Optimization in Multiple Intervals), the Yoshida-Magalas (YM) interpolated discrete Fourier transform, the Hilbert-twin (H-twin), and discrete Fourier transform (DFT) methods. It is concluded that the OMI and YM methods are the best methods to compute the elastic modulus from discrete exponentially damped free-elastic decays embedded in unavoidable noise.

PL

W pracy przedstawiono nową metodę Hilbert-twin, którą opracowano do obliczeń częstotliwości rezonansowej wykładniczo tłumionych harmonicznych sygnałów odkształceń sprężystych próbki zawierających szum. Jest to pierwsza praca, która uwzględnia obecność i wpływ szumu na wyniki obliczeń modułu sprężystości metali i stopów metali. Porównano i przeanalizowano wyniki obliczeń dynamicznego modułu sprężystości uzyskanego z kilku metod: metody parametrycznej OMI (Optimization in Multiple Intervals), metody Yoshida-Magalas (YM) opartej na interpolowanej dyskretnej transformacie Fouriera, metody Hilbert-twin (H-twin) oraz dyskretnej transformaty Fouriera (DFT). Z przeprowadzonych badań wynika, że metody OMI i YM są najlepszymi metodami estymacji modułu sprężystości z dyskretnych sygnałów odkształceń sprężystych materiałów (wykładniczo tłumionych drgań swobodnych) zawierających szum.

12

Experimental Investigation Of Segregation Of Carbon Atoms Due To Sub-Zero Cryogenic Treatment In Cold Work Tool Steel By Mechanical Spectroscopy And Atom Probe Tomography

Min N., Li H. M., Xie C., Wu X. C.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1109--1113

EN

In this work, we present mechanical spectroscopy of cold work tool steel subjected to sub-zero cryogenic soaking treatment to reveal the carbon segregation and the subsequent carbides refinement. The maximum of Snoek-Köster (SK) peak height was obtained in the sample subjected to soaking 1h at −130°C cryogenic treatment. The SK peak height is reduced with prolonging the soaking time. The results indicate that an increase in the height of SK peak is connected with an increase in dislocation density and the number of segregated carbon atoms in the vicinity of dislocations or twin planes after martensite transformation at −130°C which is confirmed by corresponding TEM and atom probe tomography measurement. Hence, it is suggested that the isothermal martensite, formed during the cryogenic soaking treatment decreases (APT) the height of SK peak.

PL

W pracy przedstawiono wyniki spektroskopii mechanicznej stali narzędziowej do pracy na zimno poddanej obróbce kriogenicznej w celu odsłonięcia segregacji węgla i późniejszego tworzenia węglików. Dzięki połączeniu transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i tomografii atomowej (APT) uzyskano maksymalny pik Snoek-Köstera (SK) w próbce poddanej obróbce kriogenicznej przez 1 godzinę w −130°C. Wysokość piku SK obniża się wraz z wydłużeniem czasu obróbki. Wyniki wskazują, że zwiększenie wysokości piku SK jest połączone ze wzrostem gęstości dyslokacji i liczby segregowanych atomów węgla w sąsiedztwie dyslokacji lub płaszczyzn bliźniaczych po przemianie martenzytycznej w -130°C, co potwierdzone jest odpowiednimi pomiarami TEM oraz APT. W związku z tym proponuje się, że izotermiczny martenzyt powstały podczas obróbki kriogenicznej zmniejsza wysokość piku SK.

13

Development of High-Resolution Mechanical Spectroscopy, HRMS: Status and Perspectives. HRMS Coupled with a Laser Dilatometer

Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2069--2076

EN

Recent achievements in the development of low-frequency high-resolution mechanical spectroscopy (HRMS) are briefly reported. It is demonstrated that extremely low values of the loss angle, ϕ, (tanϕb = 1×10−5) can be measured as a function of frequency, and the precision in estimation of the dynamic modulus is better than 1×10−5 in arbitrary units. Three conditions must be fulfilled to obtain high resolution in subresonant and resonant mechanical loss measurements: (1) noise in stress and elastic strain signals must be lower than 70 dB, (2) high quality of stress and strain signals must be tested both in the frequency- and time-domains, and (3) the estimation of the mechanical loss and modulus must be verified by at least two different computing methods operating in the frequency- and time-domains. It is concluded that phase measurements in the subresonant domain are no longer determined by precision in estimation of the loss angle. Recent developments in high-resolution resonant mechanical loss measurements stem from the application of advanced nonparametric and parametric computing methods and algorithms to estimate the logarithmic decrement and the elastic modulus from exponentially damped free decaying oscillations embedded in experimental noise. It is emphasized that HRMS takes into account the presence of noise in the stress and strain signals, which has not yet been addressed in the literature. The coupling of a low-frequency mechanical spectrometer with an in-situ laser dilatometer is suggested as a new perspective research area in Materials Science.

PL

W pracy przedstawiono najnowsze osiągnięcia związane z powstaniem i rozwojem niskoczęstotliwościowej wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej, HRMS. Wykazano, że możliwym jest pomiar skrajnie niskich wartości kąta strat ϕ, (tanϕb = 1×10−5) mierzonych w funkcji częstotliwości, zaś dokładność pomiaru dynamicznego modułu sprężystości jest lepsza niż 1×10−5, w jednostkach względnych. Do uzyskania wysokiej rozdzielczości w zakresie subrezonansowej i rezonansowej spektroskopii mechanicznej koniecznym jest spełnienie trzech warunków: (1) szum w sygnałach naprężeń i odkształceń sprężystych musi być bardzo niski, tzn. poniżej poziomu 70 dB, (2) sygnały naprężeń i odkształceń sprężystych muszą być wysokiej jakości i muszą przejść stosowne testy zarówno w dziedzinie częstotliwości, jak i czasu, (3) obliczone wartości strat mechanicznych i modułu sprężystości muszą być zweryfikowane przez co najmniej dwie różne metody obliczeń prowadzone w dziedzinie częstotliwości i czasu. Jednym z najważniejszych wniosków jest stwierdzenie, że pomiary różnic w fazie pomiędzy sygnałami naprężenia i odkształcenia sprężystego w zakresie subrezonansowym, nie są zdeterminowane, jak dotychczas twierdzono, przez ograniczenia w dokładności obliczeń kąta strat. Najnowsze osiągnięcia uzyskane w rozwoju wysokorozdzielczej rezonansowej spektroskopii mechanicznej wynikają z zastosowania nowych zaawansowanych nieparametrycznych i parametrycznych metod obliczeń i algorytmów do estymacji logarytmicznego dekrementu tłumienia oraz modułu sprężystości z wykładniczo tłumionych swobodnie zanikających oscylacji zawierających szum eksperymentalny. W pracy podkreślono, że wysokorozdzielcza spektroskopia mechaniczna HRMS uwzględnia obecność szumu w sygnałach naprężeń i odkształceń, która dotychczas nie była brana pod uwagę w literaturze światowej. Wykazano również, że połączenie niskoczęstotliwościowego spektrometru mechanicznego z in-situ dylatometrem laserowym w jednym urządzeniu badawczym otwiera nowe możliwości poznawcze w zakresie inżynierii materiałowej.

14

Critical Assessment Of The Issues In The Application Of Hilbert Transform To Compute The Logarithmic Decrement

Majewski M., Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1105--1108

EN

The parametric OMI (Optimization in Multiple Intervals), the Yoshida-Magalas (YM) and a novel Hilbert-twin (H-twin) methods are advocated for computing the logarithmic decrement in the field of internal friction and mechanical spectroscopy of solids. It is shown that dispersion in experimental points results mainly from the selection of the computing methods, the number of oscillations, and noise. It is demonstrated that conventional Hilbert transform method suffers from high dispersion in internal friction values. It is unequivocally demonstrated that the Hilbert-twin method, which yields a ‘true envelope’ for exponentially damped harmonic oscillations is superior to conventional Hilbert transform method. The ‘true envelope’ of free decaying strain signals calculated from the Hilbert-twin method yields excellent estimation of the logarithmic decrement in metals, alloys, and solids.

PL

Do estymacji logarytmicznego dekrementu tłumienia w spektroskopii mechanicznej i w badaniach tarcia wewnętrznego ciał stałych zarekomendowano w pracy następujące metody obliczeniowe: metodę parametryczną OMI (Optimization in Multiple Intervals), metodę Yoshida-Magalas (YM) i nową metodę Hilbert-twin (H-twin). Wykazano, że dyspersja punktów eksperymentalnych logarytmicznego dekrementu tłumienia i tarcia wewnętrznego zdeterminowana jest przede wszystkim wyborem metody obliczeniowej, liczbą oscylacji i obecnością szumu w dyskretnych sygnałach odkształceń sprężystych badanych materiałów. Zastosowanie do obliczeń logarytmicznego dekrementu tłumienia klasycznej transformaty Hilberta powoduje bardzo dużą dyspersję punktów eksperymentalnych. W pracy wykazano, że metoda Hilbert-twin (transformata Hilberta zbliźniakowanego dyskretnego sygnału odkształceń sprężystych) po raz pierwszy umożliwia uzyskanie „prawdziwej obwiedni” wykładniczo tłumionych drgań harmonicznych próbki. Nowa metoda obliczeń „prawdziwej obwiedni” umożliwia bardzo dokładną estymację logarytmicznego dekrementu tłumienia w materiałach metalicznych i w ciałach stałych.

15

Applications Of Mechanical Spectroscopy To Industrial Materials

Schaller A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1085--1089

EN

The paper is a review of original results, which were obtained by mechanical spectroscopy in the development of industrial materials, such as grey cast iron (damping capacity), aluminum alloys (recrystallization), nickel alloys (grain boundary embrittlement) and gold alloys (hardening mechanisms). Moreover it is shown that the study of grain boundary sliding at high temperature has led to the development of new grades of zirconia exhibiting a high toughness and a good resistance to creep. It is also recalled that mechanical spectroscopy has been a mandatory technique in the development of light metallic materials, which exhibit simultaneously good mechanical properties and a high damping capacity, and are consequently well suited to transport means.

PL

Artykuł prezentuje przegląd oryginalnych wyników, które zostały uzyskane za pomocą spektroskopii mechanicznej podczas rozwoju materiałów przemysłowych, takich jak żeliwo szare (zdolność tłumienia), stopów aluminium (rekrystalizacja), stopów niklu (kruchość granic ziaren), i stopów złota (mechanizmy umocnienia). Ponadto pokazano, że badania poślizgu granicy ziaren w wysokiej temperaturze umożliwiły rozwój nowych gatunków tlenku cyrkonu wykazujących wysoką wytrzymałość i dobrą odporność na pełzanie. Przypomniano także, że spektroskopia mechaniczna jest obowiązkową techniką stosowaną w rozwoju lekkich materiałów metalowych, które wykazują jednocześnie dobre właściwości mechaniczne oraz wysoką zdolność tłumienia, a tym samym są odpowiednie do zastosowania w środkach transportu.

16

High temperature mechanical spectroscopy of α-SiAlON ceramics with different N/O ratios

Mazaheri M., Mari D., Schaller R., Yanbing C., Shen Z.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 3

280-282

EN

High temperature mechanical properties of the silicon nitride based ceramics (such as SiAlON) depend highly on the formation of the grain boundary glassy phase obtained from sintering. In the present study, in order to investigate the effect of grain boundary chemistry and the N/O ratio on the chemical composition of α-SiAlON, the raw powders were hot-pressed for 4h at 2073 K under a pressure of 35 MPa, using two different sintering aids (Y3+ and Yb3+), both with the oxygen rich (Y2O3 and Yb2O3) and the nitrogen rich (YN and YbN) compounds. The mechanical spectroscopy investigations of Y-SiAlON show a relaxation peak related to the glassy phase located on the triple-point junctions at around 1250 K. In the case of Yb-SiAlON, on the contrary, the absence of relaxation peaks stems from the very low content of glassy phase, together with the presence of elongated grains. In addition, the lower height of mechanical loss peaks in nitrogen rich Y-SiAlON samples versus oxygen rich ones is related to the substitution of oxygen by nitrogen in the [SiO4] tetrahedral network that leads to a higher bond density in the glassy phase and high viscosity of the glassy phase at high temperatures.

PL

Wysokotemperaturowe właściwości mechaniczne ceramiki bazującej na azotku krzemu (takiej jak SiAlON) bardzo zależą od właściwości fazy szklistej powstającej w granicach międzyziarnowych podczas spiekania. W prezentowanej pracy, aby zbadać wpływ chemii granicy międzyziarnowej i stosunku N/O na skład chemiczny α-SiAlON’u, surowe proszki prasowano na gorąco w temperaturze 2073 K przez 4 h pod ciśnieniem 35 MPa, wykorzystując dwa różne dodatki ułatwiające spiekanie: Y(3+) i Yb(3+), obydwa w postaci związków albo bogatych w tlen (Y2O3 i Yb2O3), albo bogatych w azot (YN i YbN). Badania Y-SiAlON, wykonane z pomocą spektroskopii mechanicznej, pokazują pik relaksacyjny związany z fazą szklistą umiejscowioną w punktach potrójnych połączenia ziaren w temperaturze około 1250 K. W przypadku Yb-SiAlON’u absencja pików relaksacyjnych wynika z bardzo małej zawartości fazy szklistej razem z obecnością wydłużonych ziaren. Dodatkowo, mniejsza wysokość pików strat mechanicznych w próbkach Y-SiAlON bogatych w azot, w przeciwieństwie do próbek bogatych w tlen, związana jest z podstawieniem tlenu przez azot w sieci tetraedrów [SiO4], co prowadzi do większej gęstości wiązań w fazie szklistej i większej lepkości tej fazy w wysokich temperaturach.