Ефект Снука

Ефект Снука — це один із можливих механізмів внутрішнього тертя, як вияву непружної поведінки кристалічних матеріалів. Він був відкритий нідерландським фізиком Я. Л. Снуком (Сноеком в англомовній вимові) в 1941 році.

Схема розташування октаедричних пор в ОЦК ґратці

Ефект спричиняється дифузійним локальним упорядкуванням домішкових атомів проникнення (міжвузлових) в металах з кристалічною ґраткою А2 (ОЦК- об'ємноцентрованою кубічною), наприклад у фериті атоми вуглецю, азоту. Перед навантаженням домішкові атоми займають октаедричні пори. Кожен із цих атомів, розташовуючись в октаедричній порі на середині ребра куба елементарної комірки, створює тетрагональне спотворення вздовж ребра. Оскільки атоми домішок розподілені статистично рівномірно, то ґратка розчинника (твердого розчину) в цілому залишається кубічною.

Анімація перерозподілу домішкових атомів в ґратці А2 під час навантаження

Під дією прикладеного зовнішнього напруження вздовж однієї із осей, відбудеться миттєва пружна деформація (ε_пр) і ґратка набуде в цьому напрямку тетрагональності. Позиції домішкових міжвузлових атомів на ребрах куба перестануть бути рівнозначними, і тому вони намагатимуться покинути стиснуті ребра і перейти на розтягнуті. Цим спричиниться додаткова непружна деформація (ε_нпр) ґратки в напрямку дії навантаження. Такий впорядкований перехід міжвузлових атомів відбувається в часі і залежить від їх дифузійної рухливості та відстані переходу. Анімація цього переходу представлена на відео-файлі зліва. При розвантаженні відбувається обернений перерозподіл атомів. Такий механізм відставання загальної деформації від навантаження спричиняє розсіювання (дисипацію) частини механічної енергії з перетворенням її в теплову. Цей вияв внутрішнього тертя має релаксаційний характер.

Ефект Снука має виражену анізотропію: він максимальний при навантаженнях, які співпадають з напрямком [100], і зникає при навантаженнях в напрямку [111].

Величина внутрішнього тертя від ефекта Снука залежить від частоти навантаження-розвантаження, температури, концентрації домішкових атомів у твердому розчині. На кривій температурної залежності ефект проявляється з максимальною інтенсивністю у вигляді піка Снука в певному діапазоні температур. За вищих температур теплові рухи домішкових атомів настільки інтенсивні, що збурюють упорядкування атомів і ефект Снука не проявляється. За нижчих температур внаслідок малої дифузійної рухливості атомів процес локального перерозподілу настільки затримується, що ефект також не проявляється.

У даний час термін «ефект Снука» поширюється на явища релаксації, пов'язані з перерозподілом розчинених атомів в будь-якій кристалічній або навіть в аморфній структурі.

Примітки

1. J. Snoek, Physica 8 (1941), -р. 711

Джерела

• Wyżykowski J., Pleszakow E., Sieniawski J. Odkształcanie i pękanie metali. Warszawa: WNT, 1999.S. — S. 63 -84. — .
• Masahiro Koiwa. A note on Dr. J.L. Snoek. Materials Science and Engineering, 2004, A 370. P. 9–11.