CC BY
167
УДК 669.14./15
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ
© Д.Ю. Федотов, В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.В. Яковлев, П.М. Кузнецов
Ключевые слова: износостойкость; лазерное воздействие; микротвердость.
Исследованы механические свойства аморфных металлических сплавов. Показано, что износостойкость аморфных металлических сплавов зависит от содержания кобальта. Наибольшие значения микротвердости наблюд а-ются в зоне оплавления после воздействия лазерного излучения.
ВВЕДЕНИЕ
Уровень требований к свойствам и надежности изделий из аморфных и нанокристаллических сплавов чрезвычайно возрос в последнее время. Для разработки новых аморфных, аморфно-кристаллических и нанокристаллических материалов, оптимизации их уникальных свойств и успешной эксплуатации готовых изделий из них необходимо знание физикомеханических процессов как на макро-, так и на микроуровнях. Изучение изменения свойств аморфных металлических сплавов под действием внешних воздействий является актуальным [1-5]. Особый интерес представляют исследования по износостойкости.
Цель работы: 1) провести трибологические исследования по износостойкости сплавов различного элементного состава; 2) исследовать изменение микротвердости зон воздействия в зависимости от энергии импульса и элементного состава аморфных металлических сплавов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Для проведения экспериментов использовали ленты аморфных сплавов на основе Со: АМАГ-170, АМАГ-172, АМАГ-179, АМАГ-180, АМАГ-183, АМАГ-186; и ленты нанокристаллического сплава на основе железа АМАГ-200, полученные методом спиннингования.
Размеры образцов: ~3,5*0,02*40 мм. Элементный состав исследуемых образцов приведен в табл. 1.
В первой части работы трибологические испытания проводились на специально созданной установке. Образцы истирались цилиндрическим, вращающимся контртелом. Частота вращения контртела составляла 110 об./мин. Образцы каждого сплава подвергались воздействию 550, 1100, 1650, 2200, 2750 и 3300 оборотов контртела. Коэффициент истираемости:
й = ^ х 100%,
где 5ИСТ - площадь истирания, 5 - площадь исследуемой поверхности образца (~ 6,25 мм2).
Во второй части работы образцы сплавов АМАГ-170, АМАГ-172, АМАГ-179, АМАГ-180, АМАГ-183 и АМАГ-200 были закреплены на стальной подложке при помощи эпоксидной смолы и подвергнуты лазерному облучению. Воздействие лазерного излучения на поверхность АМС осуществляли с помощью лазерной установки «ЛТА-4-1» с длиной волны излучения X = = 1064 нм. Длительность импульса лазерного излучения т = 3 мс, форма импульса - колокол, энергия импульса составляла 0,15, 0,18, 0,22 и 0,25 Дж.
На микротвердомере ПМТ-3М было проведено исследование микротвердости металлического стекла,
Таблица 1
Элементный состав исследуемых сплавов*
Тип сплава Al, % Si, % Cr, % Mn, % Fe, % Co, % Ni, % Cu, % Nb, % La, %
АMАГ-170 0,22 9,14 1,44 7,05 4,60 68,20 9,35 - - -
АMАГ-172 0,33 8,50 1,60 1,31 5,08 72,38 10,80 - - -
АMАГ-179 0,22 11,74 1,42 1,89 6,26 70,42 8,06 - - -
АMАГ-180 0,32 8,78 1,64 2,30 4,09 77,92 4,96 - - -
АMАГ-183 0,23 8,81 1,42 4,43 2,34 82,77 - - - -
АMАГ-186 0,37 6,04 0,85 2,57 3,73 86,44 - - - -
АMАГ-200 0,25 9,28 0,06 - 82,54 - - 1,53 5,72 0,62
Примечание. ’Исследования состава выполнены с использованием оборудования Центра коллективного пользования БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» (Quanta 600).
подвергнутого лазерному воздействию. Измерения микротвердости производились в нескольких направлениях от «навала» (рис. 1). Индентирование осуществлялось в зоне термического влияния и за ее пределами.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Экспериментально установлено, что наблюдается зависимость истираемости образцов металлического стекла от элементного состава сплавов (рис. 2). Чем больше содержание кобальта, тем больше образец подвергнут истиранию, по мере уменьшения содержания Со износостойкость увеличивается. Самая низкая износостойкость наблюдается у сплава АМАГ-200, что связано, по-видимому, с его нанокристалличностью. Наличие границ зерен в этом сплаве способствует большей истираемости образцов.
Изменение концентрации кобальта приводит к изменению износостойкости. При этом однозначно ут-
верждать о влиянии концентрации кобальта на износостойкость нельзя, необходимо учитывать процентное соотношение всех компонентов сплава, т. к. одновременно с изменением концентрации кобальта меняется и соотношение других компонент, в связи с чем можно сделать вывод, что соотношение составляющих определяет трибологические свойства материала.
Исследованием микротвердости МС после воздействия лазерного излучения установлены параметры и механические свойства зон оплавления и термического влияния (рис. 3).
По результатам измерений микротвердости были построены зависимости микротвердости от расстояния до границы зоны оплавления для различных сплавов (рис. 4).
Видно, что наибольшее значение микротвердость принимает на границе зоны оплавления и по мере удаления от нее уменьшается, принимая через расстояние ~ 5 мкм значение, характерное для необлученного сплава. Не наблюдается ярко выраженной зависимости изменения микротведости от энергии воздействия.
Рис. 1. Схема измерений: 1 - металлическое стекло, 2 - эпоксидная смола, 3 - стальная пластина
Рис. 2. Зависимости коэффициента истираемости сплавов, с различным химическим составом, от количества оборотов контртела
д) е)
Рис. 3. Зона воздействия лазерного излучения (Е = 0,15 Дж): а) АМАГ-170; б) АМАГ-172; в) АМАГ-179; г) АМАГ-180; д) АМАГ-183; е) АМАГ-200
б)
Д)
е)
— ■ — 0,15 Дж
- АМАГ-200 —• —0,18 Дж
-а-0,22 Дж
—т—0,25 Дж
■ , V
Ь, мкм ж)
Рис. 4. Зависимости микротвердости от расстояния до границы зоны оплавления: а) АМАГ-170; б) АМАГ-172; в) АМАГ-179; г) АМАГ-180; д) АМАГ-183; е) АМАГ-186; ж) АМАГ-200
г)
Таким образом, показано, что истираемость аморфных металлических сплавов на основе кобальта зависит от его содержания. По мере увеличения содержания кобальта износостойкость понижается, что связано с низкими значениями его прочностных характеристик. Изменения микротвердости при лазерном воздействии наиболее заметны на границе зоны оплавления.
Исследованием микротвердости МС после воздействия лазерного излучения определены размеры зон термического влияния. Изменение микротвердости связано с частичной кристаллизацией образца в зоне лазерного воздействия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Глезер А.М., Молотилов Б.В. Структура и механические свойства аморфных сплавов. М.: Металлургия, 1992. 208 с.
2. Гиржон В.В., Смоляков А.В., Ястребова Т., Шей Л.М. Особенности кристаллизации аморфных металлических сплавов системы Ее-8ьВ под влиянием импульсных лазерных нагревов // ФММ. 2002. Т. 93. № 1. С. 64-69.
3. Федоров В.А., Ушаков И.В., Пермякова И.Е., Калабуш-кин А.Е. Кристаллизация аморфного металлического сплава Со75,4Еез,5Сгз,з8117,8 под влиянием термической обработки // По-
верхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2005. № 11. С. 120-124.
4. Федоров В.А., Пермякова И.Е., Ушаков И.В. Влияние термической обработки на механические свойства металлического стекла // Деформация и разрушение материалов. 2005. № 2. С. 36-39.
5. Федоров В.А., Яковлев А.В., Капустин А.Н. Влияние отжига на кинетику процессов охрупчивания аморфных сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 9. С. 35-40.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант №09-01-97514_р_центр_а.
Поступила в редакцию 16 ноября 2011 г.
Fedotov D.J., Fedorov V.A., Pluzhnikova T.N., Yakovlev A.V., Kuznetsov P.M. MECHANICAL PROPERTIES AMORPHOUS METAL ALLOYS
Mechanical properties of amorphous metal alloys are investigated. It is shown that wear resistance of amorphous metal alloys depends on the cobalt maintenance. The greatest values of microhardness are observed in a zone fusion after influence of laser radiation.
Key words: wear resistance; laser influence; microhardness.
