Instytut Wysokich Ciśnień

Izotropia sprężysta to zjawisko, w którym materiał reaguje jednorodnie na naprężenie, niezależnie od jego kierunku. W przypadku kryształów sześciennych (materiałów o strukturze kubicznej), które posiadają wyraźne kierunki krystalograficzne, stanowi to niezwykły przejaw mechaniki kwantowej w obiektach makroskopowych. Takiego zachowania kryształu nie da się wyjaśnić w ramach fizyki klasycznej. Zjawisko to jest ściśle związane z równoważeniem sił wewnętrznych wynikających z oddziaływań Coulomba, odpychania Pauliego oraz nakładania się pasm pod wpływem naprężenia na kryształ.

W niedawno opublikowanej pracy C. Sobczak, P. Kwasniak, P. Strak, M. Muzyk, S. Krukowski, "Elastic Anisotropy in BCC Ti-X Alloys (X = V, Nb, Ta) Determined from First Principles" opublikowanej w Materials, 2025, 18(18), 4294 nasz doktorant Cyprian Sobczak opisał anizotropię kryształów stopów tytanu. Praca powstała we współpracy grupy teoretyków z naszego Instytutu i z Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie.

Rezultatem pracy jest identyfikacja nowego stopu tytanu z niobem o zawartości 53% niobu, Ti-53Nb, wykazującego izotropię sprężystą. Obliczenia pokazały też, że w przypadku stopów tytanu z tantalem, Ti-Ta, zjawisko to nie może wystąpić w zakresie stabilności mechanicznej tych stopów. Publikacja zawiera podsumowanie głównych trendów wykazywanych przez stałe sprężystości, moduł Younga i moduł sprężystości objętościowej omawianych stopów na bazie Ti, w oparciu o metody ab initio. Więcej szczegółów w publikacji.

Rysunek. Porównanie trendów obserwowanych w stopach Ti-X (X = V, Nb, Ta, Mo): (a) stała sprężystości C11, (b) stała sprężystości C12, (c) stała sprężystości C44, (d) C′ = (C11 − C12)/2, (e) moduł sprężystości objętościowej B i (f) moduł Younga E, wyznaczony metodą PBE.