Аномалии в поведении аморфных металлических сплавов, подвергнутых термической обработке Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

СЕКЦИЯ: ОБЩАЯ ФИЗИКА

АНОМАЛИИ В ПОВЕДЕНИИ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

© В.А. Федоров, А.Н. Капустин, А.Г. Барышев

Feodorov V.A., Kapustin A.N., Baryshev G.A. Abnormality of the behavior of amorphous metallic alloys, wich was subjected to thermal processing. The character of change of elastic properties in process crystallization of an amorphous metallic alloy on a basis of Fe is investigated. Is shown, that in an interval of temperature T ~ 750-900 К about crystallization temperature, the abnormal course of change of plasticity and hardness is observed.

ВВЕДЕНИЕ

Металлические стекла (МС) вызывают повышенный интерес, обусловленный сочетанием ряда уникальных свойств и возможностью широкого практического применения. Характер процессов, протекающих при переходе из исходного аморфного СОСТОЯНИЯ в равновесное кристаллическое, зависит от большого числа как внешних, так и внутренних параметров. В зависимости от условий термообработки, а также внутренних параметров системы сам характер изменения структуры аморфных сплавов может сильно различаться, а кристаллизация будет приводить к образованию существенно различных структурных состояний. Получение и исследование металлов с неупорядоченной структурой — МС, представляет значительный интерес как для практических приложений, так и с точки зрения фундаментального изучения свойств материалов в метастабилыюм состоянии.

Целью работы являлось изучение характера изменения пластичности и микротвердости МС в результате термической обработки.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МАТЕРИАЛЫ

Исследования проводили на металлическом стекле, полученном методом спиннингования. Толщина лент 20 мкм, состав: 74,5 % Fe + 1 % Cu + 3 % Nb + 12,5 % Si + + 9%B (вес.%). Объектами исследования служили образцы размером 4x10 мм (для исследования пластичности) и 4x20 мм (для исследования микротвердости). Перед испытанием их подвергали изохронному отжигу в печи при Тап = 473-1223 К с выдержкой t = 10 мин. Характер деформирования и разрушения отожженных материалов исследовали ^/-методом и методом микро-индентирования по Виккерсу на подложках [1].

В (7-методе оценивали величину деформации изгиба, при которой происходит хрупкое разрушение МС. Образец помещали между двумя параллельными пластинами измерительного инструмента. Сближая пластины, определяли расстояние между ними, при котором образец разрушался. За меру пластичности прини-

малось отношение: е = h f(d— /г), где h - толщина образца; d - расстояние между пластинами в момент разрушения образца. При существовании хрупкости ее степень тем выше, чем больше значение d. Температуру перехода в хрупкое состояние 1) оценивали как среднюю температуру от 7\ и Г2, где Т, - наибольшая температура отжига, при которой еще г = 1, Т2 — наиболее низкая фиксируемая температура отжига, при которой наблюдается резкий спад пластичности (г заметно меньше 1),

Микроиндентирование осуществлялось на микротвердомере ПМТ-3. В работе использован метод ин-дентирования образцов на подложках [2].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Характерной чертой МС, полученных закалкой из расплава, является наличие отпускной хрупкости -резкого снижения пластичности по достижении определенной температуры предварительного отжига 7) в пределах устойчивости аморфного состояния [3].

1. На основании {./-метода установлен характер изменения пластичности в зависимости от разных температурных режимов отжига (рис. 1).

£,

отн. ед

1,00

0,98

0,04-

0,02-

0,00

600 700 800 900 1000 1100 Т, К

Рис. 1. Влияние термообработки на величину пластичности е МС

ЬЬ. MPa 1600 ^

1400

1200

1000 -I

600

800

1000 Т, К

Рис. 2. Изменение микротвердоети МС от температуры отжига при индуктировании на подложке; Р- 60 г

При Т1Ш < 623 К разрушение МС не наблюдается (рис. 1), реализуется состояние б = 1. Это достигается за счет пластической деформации, которая, в частности. проявляется в виде развития многочисленных полос деформации.

Из рис. 1 следует, что заметная потеря пластичности начинается при 7„„ = 673 К. В результате механических испытаний происходит образование магистральных трешин. ведущих к разрушению образцов. Таким образом, установлена температура перехода в хрупкое состояние: 7)» 648 К.

При повышении температуры отжига ¿•падает. Потеря пластичности приводит к потере вязкости разрушения и, соответственно, к возрастанию хрупкости. Предполагается, что снижение пластичности является СЛСДСТВИСМ уМСКЬтСмИЯ подвижности атомов, обусловленным образованием в процессе структурной релаксации более стабильной структуры с ближним порядком. Температура отжига Тш, « 873 К, соответствующая максимальному охрупчиванию (минимальной

пластичности), связана с переходом образцов в дисперсное субмикрокрметаллическое состояние. Это значение температуры совпадает с литературными данными, при которых происходит кристаллизация.

2. Исследован характер изменения микротвердоети МС от температуры отжига при индентировании на подложке (рис. 2).

На представленном рис. 2 видно, ч то при температуре отжига выше 723 К наблюдается значительное возрастание твердости. В результате термической обработки микротвердость МС начинает увеличиваться, температура начала этого роста близка к температуре кристаллизации. Возрастание твердости связано с сегрегацией примесей у границ зерен поликристалличе-ского сплава образовавшеюся после кристаллизации МС. Данное явление приводит к упрочнению материала при высоких температурах отжига.

Таким образом, в данной работе показан аномальный ход зависимости пластичности и микротвердоети МС в интервале температур Т ~ 750-900 К. близком к температуре кристаллизации.

ЛИТЕРАТУРА:

]. ФсОарж В А., Ушаков Н.Н.. 1 ¡ермяьона И !',. Сравнительный анализ изменения пластичности отожженного металлического стекла I '-методом и методом микроиндентирования // Материаловедение. 2003. №8. С. 21-24.

2. ФЫчрав В.Л., Пермякова //. . Капустин А Н. Методические

аспекты измерения механических характеристик лент металлического стекла при микроиндентирокании // Современные достижения физики и фундаментальное физическое образование, тез. докл. Четвертая между нар науч. конф 5-7 окт. 2005 г., Алматы, Казахстан. Алматы, 2005. С. 89.

3, Глезер А.М., MtKwmiiHW Утскская (>. ! Структурные причины отпускной хрупкости аморфных спланок типа металл-металлоид// ФММ. 1984. Т. 58. № 5. С. 991-1000.

Поступила в редакцию 11 октября 2006 г.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВОЙНИКОВАНИЯ В ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ОЦК СПЛАВЕ Fe + 3,25 % Si

© В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов

Feodorov V.A., Pluzhnikova T.N.. Kirillov A.M. Characteristics (winning in a poiycrystalline alloy Fe + 3.25 % Si. Quantitative characteristics of intensity twinning, accompanying destruction of two alloys Fe+3,25%Si differing in the size of a grain, in a wide interval of temperatures of test (290-370 K) are experimentally investigated at various speeds of deformation. Existence of critical parameters is shown: the size of a grain and loading rate at which twinning it is not observed. The contribution twinning in the general relative deformation is determined.

Двойникование в определенных условиях является одним из видов пластической деформации кристаллов с различными типами решеток [1]: что пониженные температуры и высокие скорости деформирования. В металлах наряду с двойпикованием имеет место скольжение. и чти процессы, как правило, протекают одновременно. а в поли кристаллических сплавах связаны с ориентацией отдельных зерен в деформируемой области и с размерами самих зерен.

Цели работы: 1) исследовать влияние температуры и скорости деформирования па интенсивность двойни-

кования но л и кристаллических сплавов Не + 3.25 % 8 і, отличающихся разным набором зерен; 2) оценить вклад двойникования в общую относительную деформацию образцов в исследуемом интервале температур.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследования проводили на двух типах поликри-сталлического ОЦК сплава Не + 3,25 % Яі. различающихся размерами зерен. Плоские образцы толщиной 0.35 мм вырезались в форме двойной лопатки с разме-