CC BY
33
а)
б)
Рис. 1. а) стадии релаксации механического напряжения при комнатной температуре; б) релаксация напряжений в аморфном сплаве на основе кобальта при различных температурах
ется постепенное снижение нагрузки, аналогичное снижению в экспериментах при комнатной температуре.
Аналогичным образом происходят релаксационные процессы в нанокристаллическом сплаве. Но при этом скорость релаксационных процессов значительно меньше (рис. 2а, 2б) относительно скорости релаксации в аморфном сплаве при одинаковых условиях испытаний и при одинаковых геометрических размерах образцов. Понижение температуры образцов, по-видимому, постепенно замедляет процесс релаксации, и при температуре менее 0 °С релаксационное течение блокируется, о чем говорит постоянство величины механической нагрузки с течением времени.
Были получены зависимости остаточного механического напряжения в образцах от температуры и времени испытаний, которые представлены на рис. 3. Видно, что в аморфном сплаве при температуре выше 40 °С наблюдается резкое падение механической нагрузки. Это может быть связано с дополнительным механизмом структурной релаксации, а именно с образованием необратимой составляющей направленной структурной релаксации. Кроме того, в интервале температур 50-60 °С и временах релаксации до 5 мин. обнаружены области стабилизации механического на-
пряжения. С увеличением времени наблюдается монотонное падение механической нагрузки. На аналогичных зависимостях для нанокристаллического сплава при всех временах выдержки присутствует область стабилизации механического напряжения в интервале температур 40-50 °С.
Во второй части работы исследовано влияние предварительной релаксации образцов на величину сброса механического напряжения, обусловленного пропусканием импульсного электрического тока. В аморфном и нанокристаллическом сплавах с этой целью через 15 мин. после начала релаксации при комнатной температуре подавался одиночный импульс электрического тока. Сравнение зависимостей величины сброса механического напряжения для образцов в исходном состоянии и после релаксации в течение 15 мин. при одном и том же приложенном напряжении показало, что величина сброса механической нагрузки в образцах аморфного сплава с предварительной релаксации напряжений уменьшилась от 15 до 40 % (рис. 4). В на-нокристаллическом сплаве величина сброса практически не изменилась. Следовательно, при одних и тех же геометрических размерах образцов различных сплавов наблюдаемое уменьшение величины сброса механического
а)
б)
Рис. 2. а) стадии релаксации механического напряжения при комнатной температуре; б) релаксация напряжений в нано-кристаллическом сплаве на основе железа при различных температурах
2162
а)
б)
Рис. 3. Зависимость величины остаточного механического напряжения в аморфном сплаве на основе кобальта (а) и в нанокристаллическом сплаве на основе железа (б) от температуры и времени релаксации
Рис. 4. Зависимости величины сброса механического напряжения от плотности импульсного тока для аморфного сплава на основе кобальта: 1 - исходное состояние; 2 - после релаксации в течение 15 мин.
напряжения можно объяснить уменьшением в аморфном сплаве величины обратимой составляющей структурной релаксации, которая в нанокристаллическом сплаве либо отсутствует, либо настолько мала, что ее изменение не сказывается на общей величине сброса.
Были проведены эксперименты, в которых деформация и подача импульсного электрического тока на образец происходили в среде жидкого азота в исходном состоянии и после предварительной релаксации в течение 15 мин. Установлено, что в аморфном сплаве величина сброса механического напряжения уменьшилась на = 40 % по сравнению со сбросом, возникающим при пропускании импульсного тока при комнатной температуре (рис. 5а). Образование сброса при данных условиях можно объяснить только термическим расширением образца. А релаксационные процессы, которые инициируются пропусканием импульсного тока, блокируются за счет низкой температуры. В нанокри-сталлическом сплаве величина сбросов не изменяется при пропускании тока в среде жидкого азота (рис. 5б).
а)
б)
Рис. 5. Зависимость величины сброса механического напряжения от плотности тока для аморфного сплава на основе кобальта а) и нанокристаллического сплава на основе железа б): 1 - для образцов в исходном состоянии; 2 - для образцов в среде жидкого азота
2163
Таким образом, величина сброса механического напряжения, обусловленная воздействием импульсного электрического тока, в аморфном сплаве может быть объяснена термическим расширением и обратимой направленной структурной релаксацией [5]. Предварительная релаксация образцов аморфных сплавов уменьшает величину обратимого сброса. Предварительная релаксация снижает уровень закалочных напряжений, и для дальнейшего протекания релаксации нужны более высокие значения энергии активации, которые при заданных условиях эксперимента практически не достижимы. Следовательно, повысив актива-ционный барьер структурной релаксации в аморфном сплаве, сброс механического напряжения в аморфном и нанокристаллическом сплавах будет обусловлен только термическим расширением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сидоров С.А., Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Кириллов А.М., Яковлев А.В., Черникова А.А. Исследование процессов деформации аморфных сплавов в условиях импульсного электрического тока // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2012. Т. 17. Вып. 1. С. 135-138. Поступила в редакцию 24 мая 2016 г.
Федотов Дмитрий Юрьевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Сидоров Сергей Анатольевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Федоров Виктор Александрович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Плужникова Татьяна Николаевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Березнер Арсений Дмитриевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра теоретической и экспериментальной физики, e-mail: [email protected]
Яковлев Алексей Владимирович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры методики преподавания естественнонаучных дисциплин, e-mail: [email protected]
UDC 539.3
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2161-2165
THE INFLUENCE OF RELAXATION PROCESSES ON VALUE OF THE DISCHARGE OF MECHANICAL STRESS IN AMORPHOUS AND NANOCRYSTALLINE ALLOYS UNDER THE INFLUENCE OF ELECTRIC PULSE
© D.Y. Fedotov, S.A. Sidorov, V.A. Fedorov, T.N. Pluzhnikova, A.D., Berezner, A.V. Yakovlev
Tambov State University named after G.R. Derzhavin 33 Internatsionalnaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: [email protected]
Relaxation processes in amorphous and nanocrystalline alloy have been investigated at temperature interval -196^80 °C. It has been shown that preliminary relaxation of stress leads to decrease of mechanical stress in tensile specimens at electro-impulse impact. It has been shown that observed effect is specified with not only thermal dilatation, but change of reversible value of directed structural relaxation.
2. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Сидоров С.А. Влияние импульсного электрического тока на ход зависимостей механическое напряжение - деформация в аморфных и нанокристаллических металлических сплавах // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013. № 12. С. 60-65.
3. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Сидоров С.А. Влияние агрессивных сред на деформацию аморфных и нанокристаллических сплавов, обусловленную воздействием импульсного электрического тока // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013. № 4. С. 59-62.
4. Федоров В.А., Сидоров С.А., Дручинина О.А. Влияние импульсного электрического тока на механические свойства наводороженных металлических стекол на основе кобальта и железа // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 1 (117). С. 10-13.
5. Косилов А.Т., Хоник В.А. Направленная структурная релаксация и гомогенное течение свежезакаленных металлических стекол // Известия РАН. Серия физическая. 1993. Т. 57. С. 192-198.
6. Глезер А.М., Пермякова И.Е., Громов В.Е., Коваленко В.В. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2006. 416 с.
7. Камышанченко Н.В., Неклюдов И.М., Бакай А.С., Красильни-ков В.В. Введение в основы физики аморфного и стеклообразного состояния твердых тел. Белгород: ИПК НИУ «БелГУ», 2012. 320 с.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №16-31-00432).
2164
