Научная статья на тему 'Изменение свойств объемных металлических стекол на основе циркония и палладия под действием лазерного излучения'

Изменение свойств объемных металлических стекол на основе циркония и палладия под действием лазерного излучения Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
87
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОБЪЕМНОЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ СТЕКЛО / ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / ЗОНА ВОЗДЕЙСТВИЯ / РЕЛЬЕФ / НАНОТВЕРДОСТЬ / МОДУЛЬ ЮНГА / НАНОИНДЕНТИРОВАНИЕ / BULK METALLIC GLASS / LASER IRRADIATION / TREATMENT AREA / TOPOGRAPHY / NANOHARDNESS / YOUNG'S MODULUS / NANOINDENTATION

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Федоров Виктор Александрович, Яковлев Алексей Владимирович, Плужникова Татьяна Николаевна, Шлыкова Александра Александровна, Кузнецов Петр Михайлович

Исследованы морфологические особенности зон воздействия лазерного излучения, формируемых на поверхности объемных металлических стекол. Методом наноиндентирования оценено изменение свойств сплавов, вызванное импульсным нагревом при облучении.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Федоров Виктор Александрович, Яковлев Алексей Владимирович, Плужникова Татьяна Николаевна, Шлыкова Александра Александровна, Кузнецов Петр Михайлович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGE OF PROPERTIES IN BULK METALLIC GLASSES BASED ON ZIRCONIUM AND PALLADIUM UNDER INFLUENCE OF LASER IRRADIATION

The study examined morphological characteristics of zones of laser irradiation formed on the surface of bulk metallic glasses. The method of nanoindentation is estimated to change the properties of alloys caused by pulse heating under irradiation.

Текст научной работы на тему «Изменение свойств объемных металлических стекол на основе циркония и палладия под действием лазерного излучения»

UDC 539.3

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -6-2152-2157

CHANGE OF PROPERTIES IN BULK METALLIC GLASSES BASED ON ZIRCONIUM AND PALLADIUM UNDER INFLUENCE OF LASER IRRADIATION

© V.A. Fedorov, A.V. Yakovlev, T.N. Pluzhnikova, A.A. Shlikova, P.M. Kuznetsov, S.V. Vasileva

Tambov State University named after G.R. Derzhavin 33 Internatsionalnaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

The study examined morphological characteristics of zones of laser irradiation formed on the surface of bulk metallic glasses. The method of nanoindentation is estimated to change the properties of alloys caused by pulse heating under irradiation.

Key words: bulk metallic glass; laser irradiation; treatment area; topography; nanohardness; Young's modulus; nanoindentation

REFERENCES

1. Berlev A.E., Ota M., Khonik V.A. Polzuchest' massivnogo metallicheskogo stekla Zr52,5Ti5Cu17,9Ni14,6Al10 [Creep of bulk Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6AlK) metallic glass below the glass transition temperature have been presented]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2003, vol. 8, no. 4. pp. 522-524. (In Russian).

2. Kobelev N.P., Kolyvanov E.L., Khonik V.A. Nelineynye uprugie kharakteristiki ob"emnykh metallicheskikh stekol Zr52,5Ti5Cu17,9Ni14,6Al10 i Rd40Cu30Ni10P20 [Nonlinear elastic characteristics of volumetric metallic glasses Zr52.5Ti5Cui7.9Nii46Alio and Pd40Cu30Nii0P2o]. Fizika tverdogo tela — Physics of the Solid State, 2005, vol. 47, no. 3, pp. 395-399. (In Russian).

3. Kobelev N.P., Kolyvanov E.L., Khonik V.A. Vremennye i amplitudnye zavisimosti zatukhaniya i modulya sdviga pri neobratimoy strukturnoy relaksatsii ob"emnogo metallicheskogo stekla Zr-Cu-Ni-Al-Ti [Temporary and amplitude characteristic curve of dissipation and shear modulud at inconvertible structure relaxation of volumetric metallic glass Zr-Cu-Ni-Al-Ti]. Fizika tverdogo tela — Physics of the Solid State, 2005, vol. 47, no. 3, pp. 400-403. (In Russian).

4. Fedorov V.A., Yakovlev A.V., Pluzhnikova T.N., Kapustin A.N. Vliyanie lazernogo vozdeystviya na mekhanicheskie svoystva ob"emnykh i lentochnykh splavov [Influence of laser irradiation on mechanic properties of volumetric and stripe alloys]. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya — Basic Problems of Material Science, 2009, vol. 6, no. 2, pp. 87-91. (In Russian).

5. Yakovlev A.V., Chernova I.V., Fedorov V.A., Baryshev G.A. Vliyanie lazernogo izlucheniya na mekhanicheskie svoystva ob"emnykh amorfnykh metallicheskikh splavov [Influence of laser radiation on mechanical properties of volumetric amorphous metal alloys]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki - Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2009, vol. 14, no. 1, pp. 211-213. (In Russian).

6. Yakovlev A.V., Pluzhnikova T.N., Cheremisina Yu.V., Fedorov V.A., Tarasova I.D. Issledovanie teplovykh svoystv lentochnykh i ob"emnykh metallicheskikh stekol [The research of thermal properties of tape and volumetric metallic glasses]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2010, vol. 15, no. 3, pp. 1105-1107. (In Russian).

7. Kovneristyy Yu.K. Ob"emno-amorfizuyushchiesya metallicheskie splavy [Volumetric-amorphized metallic alloys]. Moscow, Nauka Publ., 1999. 80 p. (In Russian).

8. Glezer A.M., Permyakova I.E., Gromov V.E., Kovalenko V.V. Mekhanicheskoepovedenie amorfnykh splavov [Automatic behaviour of amorphous alloys]. Novokuznetsk, Siberian State Industrial University Publ., 2006. 416 p. (In Russian).

9. Abrosimova G.E., Aronin A.S., Matveev D.V., Molokanov V.V. Obrazovanie i struktura nanokristallov v massivnom metallicheskom stekle Zr50Ti16Cu15Ni19 [Formation and structure of nanocristalls in massive metallic glass Zr50Tii6Cui5Nii9]. Fizika tverdogo tela — Physics of the Solid State, 2004, vol. 46, no. 12, pp. 2119-2123. (In Russian).

10. Demetriou M.D., Launey M.E., Garrett G., Schramm J.P., Hofmann D.C., Johnson W.L., Ritchie R.O. A damage-tolerant glass. Nature Materials, 2011. doi:10.1038/nmat2930.

11. Bakay A.S., Bakay S.A., Mikhaylovskiy I.M., Neklyudov I.M., Stoev P.I., Makht M.P. O prirode effekta Kayzera v metallicheskikh steklakh [About the nature of Kaiser effect in metallic glasses]. Pis'ma v Zhurnal jeksperimental'noj i teoreticheskoj fiziki — JETP Letters, vol. 76, no. 4, pp. 254-257. (In Russian).

12. Hongking Sun, Katharine M. Flores. Sperulitic crystallization mechanism of a Zr-based bulk metallic glass during laser processing. Intermetallics, 2013, vol. 43, pp. 53-59.

13. Rutman D.S., Toropov Yu.S., Pliner S.Yu., Neuymin A.D., Polezhaev Yu.M. Vysokoogneupornye materialy iz dioksida tsirkoniya. [High-refractory materials of zirconium dioxide]. Moscow, Metallurgy Publ., 1985. 136 p. (In Russian).

2156

14. Tablitsy fizicheskikh velichin. Spravochnik [Physical quantities tables. A guide book], ed. I.K. Kikoin. Moscow, Atomizdat Publ., 1976. 1008 p. (In Russian).

GRATITUDE:

1. The work is fulfilled under financial support of RFFR (grant no. 15-42-03206).

2. The specimina of metallic glasses are provided by professor V.A. Khonik.

3. The research is carried out with the use f equipment of Collective Use Centre of Scientific Equipment of Belgorod State University "Structure diagnosis and nanometrials properties" and educational-innovative centre "nanotechnologies and nanomaterials" of Tambov State University named after G.R. Derzhavin.

Received 24 May 2016

Fedorov Viktor Aleksandrovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Professor of Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Yakovlev Aleksey Vladimirovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Associate Professor of Methodology of Teaching Natural Sciences Department, e-mail: DAK-83@mail.ru

Pluzhnikova Tatyana Nikolaevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Associate Professor of Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: pluzhnik@mail.ru

Shlikova Aleksandra Aleksandrovna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Master's Degree Student on Training Direction "Bulk State Physics", Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Kuznetsov Petr Mikhaylovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Assistant of Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: kuznetsovpm@list.ru

Vasileva Svetlana Vasilevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Head of Theoretical and Experimental Physics Laboratory, e-mail: feodorov@tsutmb.ru

Информация для цитирования:

Федоров В.А., Яковлев А.В., Плужникова Т.Н., Шлыкова А.А., Кузнецов П.М., Васильева С.В. Изменение свойств объемных металлических стекол на основе циркония и палладия под действием лазерного излучения // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2016. Т. 21. Вып. 6. С. 2152-2157. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2152-2157 Fedorov V.A., Yakovlev A.V., Pluzhnikova T.N., Shlikova A.A., Kuznetsov P.M., Vasileva S.V. Izmenenie svoystv ob"emnykh metallicheskikh stekol na osnove tsirkoniya i palladiya pod deystviem lazernogo izlucheniya [Change of properties in bulk metallic glasses based on zirconium and palladium under influence of laser irradiation]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Review. Series: Natural and Technical Sciences, 2016, vol. 21, no. 6, pp. 2152-2157. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2152-2157 (In Russian).

2157

УДК 539.3

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -6-2158-2160

ДЕФОРМАЦИЯ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

И ПОСТОЯННОГО ТОКА

© А.Д. Березнер1*, В.В. Красильников2), В.А. Федоров1*

1) Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина 392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33 E-mail: feodorov@tsu.tmb.ru 2) Белгородский государственный университет 308015, Российская Федерация, г. Белгород, ул. Победы, 85 E-mail: kras@bsu.edu.ru

Исследован процесс ползучести аморфных металлических сплавов ленточной конфигурации в условиях воздействия электрического тока и электростатического потенциала.

Ключевые слова: изотермическая ползучесть; электростатический потенциал; теория ползучести

ВВЕДЕНИЕ

В настоящий момент имеется ряд работ, посвященных исследованию ползучести металлов и сплавов в условиях воздействия импульсного электрического тока [1], электростатического потенциала [2] и других внешних воздействий. В работе [3] оценивается влияние величины электростатического потенциала на скорость изотермической ползучести сплавов алюминия и меди, а также приводится ряд корреляционных соответствий, свидетельствующих о возможном отклике структуры сплавов на действие внешнего поля. Наличие этих и других результатов [4] позволяет сформулировать цели данной работы:

1) исследование ползучести аморфных металлических сплавов в условиях воздействия электростатического потенциала и тока;

2) расчет модуля Юнга аморфных сплавов в рамках классической теории ползучести.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В экспериментах использовали образцы аморфных металлических сплавов на основе кобальта с размерами 50x3,5x0,02 мм, а также образцы поликристаллической меди с размером 53x3x0,25 мм, выполненные в форме двойной лопатки. Исследования проводили на установке, представленной в работе [5]. Аморфные образцы испытывали на ползучесть при фиксированной температуре, не превышающей кристаллизационную (Т = 603 К). Величина напряжения составляла а = 1,4 ГПа. Наличие дополнительного нагрева обусловлено необходимостью подбора оптимальной скорости деформации образцов при заданной величине напряжения а. Деформация осуществлялась в двух режимах: ползучесть с одновременным подведением электрического потенциала, величиной 0,7 В, а также ползучесть с нулевым потенциалом. В отдельной серии экспери-

ментов на аморфные образцы подавался постоянный ток (I = 1 А). Для сравнения деформации аморфных и поликристаллических сплавов проводились аналогичные эксперименты на медных образцах, предварительно рекристализованных при температуре Т = 700 К. Испытания на медном образце проводились при комнатных температурах, с приложенным напряжением а = 0,14 ГПа. Для измерения модуля Юнга в условиях нагрева проводили испытания на разрывной машине 1ш1гоп-5565 со встроенной камерой нагрева.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В работе установлено, что процесс ползучести аморфных сплавов случайным образом протекает в нескольких режимах: в линейном или в нелинейном -подобном изотермической деформации металлических сплавов (рис. 1). Наличие аналогичных режимов деформации, исследованных в работах [2-3], позволяет провести испытания на ползучесть аморфных сплавов в условиях воздействия электростатического потенциала и электрического тока.

В работе [3] отмечено увеличение скорости ползучести медных образцов при подведении к ним электростатического потенциала ф = 0,7 В. Данный эффект не зависит от знака подаваемого потенциала и проявляется на стадии установившейся ползучести. Аналогичные эксперименты, проведенные нами на аморфных сплавах, показывают наличие перекрытия интервалов погрешности для образцов, деформированных с воздействием потенциала и без него. Это затрудняет интерпретацию результатов ползучести в пользу увеличения или замедления скорости деформации.

Для сравнения деформационной динамики аморфных и поликристаллических металлов проводили испытания на ползучесть медных образцов в условиях воздействия электростатического потенциала.

2158

Рис. 1. Кривые ползучести аморфного сплава: 1) нелинейный режим (аналогичен деформации классического металла); 2) линейный режим

менным обратимым расширением, регистрируемым на кривых ползучести. В работе обнаружено наличие критической температуры, при достижении которой в процессе джоулева нагрева увеличивается угол наклона кривой деформации аморфных образов, с последующим восстановлением наклона при прекращении подачи тока. При понижении внешней температуры эксперимента изменения угла наклона деформационной кривой не происходит.

Исходя из вида деформационных кривых аморфных металлических сплавов, провели расчет модуля Юнга в рамках наследственной теории вязкоупругости [6]. Установлено, что в случае процесса изотермической ползучести применимо уравнение Вольтерра 2 рода:

s(i) = +1 jK(t-T)a(T)dT ,

(1)

Рис. 2. Кривые ползучести медного образца в условиях: 1) без потенциала; 2) и 3) с приложенным потенциалом 0,7 В

На рис. 2 представлены кривые ползучести медного поликристаллического сплава.

Как видно из рис. 2, экспериментальные данные могут численно различаться в зависимости от некоторых условий эксперимента. При этом не удается однозначно доказать наличие влияния электростатического потенциала на скорость установившейся ползучести образцов ввиду возможного статистического разброса данных, обусловленного иными причинами (первичная обработка образцов, наличие дефектов и др.).

Таким образом, для исследования влияния электростатического потенциала ф = 0,7 В на ползучесть поликристаллических медных образов необходимы дополнительные исследования.

Подведение постоянного тока к аморфным образцам приводит лишь к их тепловому нагреву с одновре-

в котором s(t) - деформация образца; a(t) - величина напряжения; E - модуль упругости; K(t - т) - функция влияния, связанная со скоростью деформации; т - время, предшествующее моменту наблюдения.

Зависимость (1) позволяет получить численное значение модуля упругости E = 0,75 ГПа, согласующееся с данными эксперимента по релаксации [7]. Такой подход позволяет дополнить методику расчетов механических характеристик аморфных металлических сплавов по аналогии с поликристаллическими материалами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Спицын В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металлов. М.: Наука, 1985. 159 с.

2. Коновалов С.В., Данилов В.И., Зуев Л.Б., Филипьев Р.А., Громов В.Е. О влиянии электрического потенциала на скорость ползучести алюминия // Физика твердого тела. 2007. Т. 49. С. 13891391.

3. Коновалов С.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф. Влияние электромагнитных полей и токов на пластическую деформацию металлов и сплавов. Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс», 2013. 292 с.

4. Гохштейн А.Я. Поверхностное натяжение твердых тел и адсорбция. М.: Наука, 1976. 400 с.

5. Березнер А.Д., Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Васильева С.В. Экспериментальное и аналитическое исследование неоднородной деформации аморфных и нанокристаллических металлических сплавов при нагреве // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2016. Т. 21. Вып. 3. С. 734-740.

6. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация. М.: Высш. шк., 1976. 277 с.

7. Яковлев А.В., Федоров В.А. Проявление электропластического эффекта в металлических стеклах // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. Тольятти, 2013. Вып. 3. С. 99-102.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке фонда РФФИ, грант № 16-32-50112.

Поступила в редакцию 24 мая 2016 г.

о

Березнер Арсений Дмитриевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра теоретической и экспериментальной физики, e-mail: qwert1009@mail.ru

Красильников Владимир Владимирович, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, г. Белгород, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, старший научный сотрудник, e-mail: kras@bsu.edu.ru

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: feodorov@tsu.tmb.ru

2159

UDC 539.3

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -6-2158-2160

DEFORMATION OF AMORPHOUS METAL ALLOYS IN THE CONDITIONS OF ELECTROSTATIC POTENTIAL AND DIRECT CURRENT INFLUENCE

© A.D. Berezner1*, V.V. Krasilnikov2), V.A. Fedorov1*

Tambov State University named after G.R. Derzhavin 33 Internatsionalnaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: feodorov@tsu.tmb.ru 2) Belgorod Natioinal Research University 85 Pobedy St., Belgorod, Russian Federation, 308015 E-mail: kras@bsu.edu.ru

The process of creeping of amorphous metal alloys of stripe structure in the conditions of current and electrostatic potential is studied.

Key words: isothermal creeping; electrostatic potential; creeping theory

REFERENCES

1. Spitsyn V.I., Troitskiy O.A. Elektroplasticheskaya deformatsiya metallov [Electroplastic deformation of alloys]. Moscow, Nauka Publ., 1985. 159 p. (In Russian).

2. Konovalov S.V., Danilov V.I., Zuev L.B., Filip'ev R.A., Gromov V.E. O vliyanii elektricheskogo potentsiala na skorost' polzuchesti alyuminiya [On the influence of the electrical potential on the creep rate of aluminum]. Fizika tverdogo tela — Physics of the Solid State, 2007, vol. 49, pp. 1389-1391. (In Russian).

3. Konovalov S.V., Gromov V.E., Ivanov Yu.F. Vliyanie elektromagnitnykhpoley i tokov naplasticheskuyu deformatsiyu metallov i spla-vov [Influence of electromagnetic fields and currents on plastic deformation of metals and alloys]. Novokuznetsk, "Inter-Kuzbass" Publ., 2013. 292 p. (In Russian).

4. Gokhshteyn A.Ya. Poverkhnostnoe natyazheniem tverdykh tel i adsorbtsiya [Superficial tension of solid bodies and absorbation]. Moscow, Nauka Publ., 1976. 400 p. (In Russian).

5. Berezner A.D., Fedorov V.A., Pluzhnikova T.N., Vasil'eva S.V. Eksperimental'noe i analiticheskoe issledovanie neodnorodnoy defor-matsii amorfnykh i nanokristallicheskikh metallicheskikh splavov pri nagreve [Experimental and analytical studies of inhomogeneous deformation in amorphous and nanocrystalline metallic alloys at heating]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences. Tambov, 2016, vol. 21, no. 3, pp. 734-740. (In Russian).

6. Koltunov M.A. Polzuchest i relaksatsiya [Creeping and relaxation]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1976. 277 p. (In Russian).

7. Yakovlev A.V., Fedorov V.A. Proyavlenie elektroplasticheskogo effekta v metallicheskikh steklakh [Manifestation electroplastic effect in metallic glass]. Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta — Vector of sciences. Togliatti State Universit, Tolyatti, 2013, no. 3, pp. 99-102. (In Russian).

GRATITUDE: The work is fulfilled under financial support of RFFR fund, grant no. 16-32-50112. Received 24 May 2016

Berezner Arseniy Dmitrievich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Postgraduate Student, Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: qwert1009@mail.ru

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Krasilnikov Vladimir Vladimirovich, Belgorod National Research University, Belgorod, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Senior Research Worker, e-mail: kras@bsu.edu.ru

Fedorov Viktor Aleksandrovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Professor of Theoretical and Experimental Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Информация для цитирования:

Березнер А.Д., Красильников В.В., Федоров В.А. Деформация аморфных металлических сплавов в условиях воздействия электростатического потенциала и постоянного тока // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2016. Т. 21. Вып. 6. С. 2158-2160. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2158-2160

Berezner A.D., Krasilnikov V.V., Fedorov V.A. Deformatsiya amorfnykh metallicheskikh splavov v usloviyakh vozdeystviya elektrostaticheskogo potentsiala i postoyannogo toka [Deformation of amorphous metal alloys in the conditions of electrostatic potential and direct current influence]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Review. Series: Natural and Technical Sciences, 2016, vol. 21, no. 6, pp. 2158-2160. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2158-2160 (In Russian).

2160

УДК 539.3

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2161-2165

ВЛИЯНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ВЕЛИЧИНУ СБРОСОВ МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ В АМОРФНОМ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СПЛАВАХ ПРИ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

© Д.Ю. Федотов, С.А. Сидоров, В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.Д. Березнер, А.В. Яковлев

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина 392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33 E-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Исследованы процессы релаксации в аморфном и нанокристаллическом сплаве в интервале температур -196-^80 °С. Показано, что предварительная релаксация напряжений приводит к уменьшению сброса механического напряжения при электроимпульсном воздействии в образцах, подвергнутых растяжению. Показано, что наблюдаемый эффект обусловлен не только термическим расширением, но и изменением величины обратимой составляющей направленной структурной релаксации.

Ключевые слова: направленная структурная релаксация; аморфный сплав; нанокристаллический сплав; механическое напряжение

Исследование электропластического эффекта в кристаллических металлах дало возможность управлять их механическими свойствами за счет увеличения пластичности и уменьшения хрупкости. Экспериментально установлено, что подобный эффект наблюдается при пропускании импульсного электрического тока во время деформации аморфных сплавов на основе кобальта и нанокристаллического сплава на основе железа [1-4]. Пропускание электрического тока плотностью ~109 А/м2 сопровождается обратимым сбросом механического напряжения, что предположительно связано не только с термическим расширением, но и, по-видимому, с другим механизмом, в основе которого лежит направленная структурная релаксация [5], возникающая в результате нагрева [6; 7].

Цель работы - установить влияние предварительной релаксации напряжений на величину сброса механической нагрузки, обусловленного воздействием импульсного электрического тока в аморфном и нанокри-сталлическом сплавах.

В качестве материала для исследования был выбран ленточный аморфный металлический сплав на основе кобальта (Со78,65Ре4 0зNi4,7зSi7,22Mnl,88B2Crl,49) и нанок-ристаллический сплав на основе железа ^е80,2^8 25МЬ10,09Си144), полученные методом спин-нингования. Использовали образцы одинаковой геометрии с размерами 40x3,54x0,02 мм.

Эксперименты по одноосному растяжению образцов проводили на электромеханической машине для статических испытаний 1шЬоп-5565 со скоростью движения траверсы 0,1 мм/мин. Во время деформации образца подавали импульсы тока путем разрядки конденсатора. Плотность тока (/), протекающего через образцы, варьировали от 1 • 108 до 1 • 109 А/м2. Использовали импульсы с длительностью т ~ 5 мс.

Предварительную релаксацию напряжений в образцах осуществляли по следующей методике. Образцы нагружали до механического напряжения 400 МПа. После чего движение траверсы останавливали и предоставляли возможность материалу свободно релакси-ровать. В ходе всего эксперимента непрерывно производили запись показаний датчика силы. При исследовании влияния температурных режимов на процесс структурной релаксации нагрев образца не превышал верхней границы рекомендуемых эксплуатационных температур для данных сплавов 80 °С.

В первой части работы исследовали ход релаксационных процессов в указанных сплавах при температурах -196, 0, 23 ... 80 °С. Отмечено, что процесс релаксации напряжений при комнатной температуре происходит в две стадии, причем = 65 % всего снижения происходит на первой стадии. На второй стадии наблюдается менее интенсивное снижение нагрузки (рис. 1а). При увеличении температуры образца процесс структурной релаксации протекает более интенсивно, что проявляется в увеличении скорости снижения механического напряжения (рис. 1б).

Отмечено, что при комнатной температуре в аморфном сплаве на основе кобальта снижение исходного механического напряжения в образце происходит лишь на 5 % при времени выдержки не менее 1 часа, тогда как нагрев до 40 °С приводит к полному снятию механических напряжений в образце спустя 15 мин. после начала испытаний.

В экспериментах, проведенных при температуре жидкого азота, в аморфном сплаве в течение 1 часа релаксационных процессов не наблюдали, что подтверждается сохранением величины механического напряжения, приложенного к образцу. После окончания подачи жидкого азота при отогреве образцов наблюда-

2161

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.