Особенности деформации аморфных металлических материалов при температурах (0,85–1,1) т к Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.3

ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИИ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ (0,85-1,1)ГК

© С.Ф. Забелин, В.А. Зеленский

Ключевые слова: аморфные металлические материалы; деформация и пластичность.

Исследовано изменение пластичности аморфных металлических сплавов в зависимости от температуры и скорости деформации. Установлено, что резкое увеличение пластичности наблюдается в интервале температур стеклования сплава при оптимальной (пониженной) скорости деформации.

Эксперименты по оценке высокотемпературной пластичности и прочности были проведены на испытательной машине фирмы «Инстрон» (модель ТМ-М, диапазон нагрузок от 0,02 до 5000 Н), позволяющей осуществлять испытания образцов в широком диапазоне скоростей деформации [1].

Дилатометрический анализ исследуемых аморфных сплавов проводили на установке, устройство и принцип работы которой описаны в работе [2]. Суть методики состоит в том, что с помощью двух высокочувствительных индуктивных дифференциальных трансформаторов регистрируется разность удлинений образца и эталона из кварца (длиной 30 мм), свободно подвешенных на тонких вольфрамовых нитях. Нагрев образца и эталона осуществляли с помощью специального нагревательного устройства, варьируя скорость нагрева от 1 до 80 К/мин. В нашем случае измерение теплового расширения проводили при нагреве со скоростями 5 и 50 К/мин.

С целью определения температур стеклования Те и кристаллизации Тк проводили исследования АММ сплавов методом дифференциального термического анализа (ДТА). Температуры стеклования Т% и кристаллизации Тк определяли по положению начала и конца эндотермических реакций на термограммах ДТА. Измерения проводили на дифференциальных термовесах модели «Т0Б-1500КН», этот прибор позволяет проводить и микро-ДТА, для чего требуется незначительное количество материала. Температура образца и эталона из оксида алюминия регистрировалась платино-платинородиевой термопарой, установленной в днище кюветы. Для обеспечения стабильности базисной (нулевой) линии ДТА вес образца и эталона принимался одинаковым - 45 мг. Все измерения выполняли со скоростями нагрева 5 и 50 К/мин.

Рассмотрим подробно механические свойства исследуемых сплавов в температурном интервале (0,85-1,1)Тк. Результаты исследования зависимостей пластичности 5 и предела текучести а от температуры и скорости деформации для аморфного сплава 71КНСР представлены на рис. 1а, 1б. Деформация образцов начиналась непосредственно после достижения требуемой температуры, что позволяло ограничить неблагоприятное воздействие структурной релаксации на проявление эффекта повышенной пластичности [3].

Рис. 1. Зависимость относительного удлинения (а), предела текучести (б) от температуры и скорости деформации, термограмма ДТА аморфного сплава 71КНСР (в). Скорость нагрева - 50 К/мин.

2037

При постоянной скорости деформации по мере приближения к температуре Топт пластичность возрастает сначала плавно, а затем резко и достигает максимума при Т = Топт. При Т > Топт, пластичность материала резко падает. Зависимость 5 при постоянной температуре от скорости деформация также немонотонна. При оптимальной скорости деформации єопт материал обладает наивысшей пластичностью. Повышение скорости выше єопт приводит к понижению пластичности. Предел текучести при постоянной є по мере приближения к Топт уменьшается, достигает минимума при Т = Топт, а затем увеличивается. С ростом скорости деформации при постоянной температуре предел текучести возрастает немонотонно: вблизи єопт наблюдается сильная зависимость а-(є). Топт и єопт для сплава 71КНСР соответственно равны 836 К и 1,7-10-2 с-1.

Результаты исследования АММ 71КНСР методом дифференциального термического анализа (ДТА) представлены на рис. 1в. Термограмма ДТА этого сплава получена для скорости нагрева 50 К/мин., имеет хорошо выраженный эндотермический пик и мощный кристаллизационный экзотермический пик. Наличие эндотермического пика свидетельствует о том, что началу процесса кристаллизации этого сплава предшествует процесс стеклования, имеющий место в интервале 800842 К. Сопоставление данных, приведенных на рис. 1, приводит к выводу о том, что резкое увеличение пластичности наблюдается в интервале стеклования, а максимумы зависимостей 5(Т) (минимумы а(Т)) приходятся на Т ~ 0,98Тк. При Т > Тк происходит резкое снижение пластичности, обусловленное интенсивно протекающими процессами кристаллизации. Последнее согласуется с данными работы [4], авторы которой наблюдали быстрое снижение скорости ползучести при кристаллизации АММ.

По результатам исследований установлено, что если кристаллизация аморфного сплава не начинается

раньше достижения фазы стеклования (размягчения), которая фиксируется ДТА или дилатометрическим измерением, то в температурной области вблизи этой фазы материал проявляет сверхпластическое поведение. В любом случае кристаллизация является лимитирующим пластичность фактором, что подтверждается на примере аморфного сплава 71КНСР, начало интенсивной кристаллизации вызывает сильное деформационное упрочнение и разрушение материала.

ЛИТЕРАТУРА

1. Забелин С.Ф., Зеленский В.А. Особенности кинетики нанокристаллизации аморфных металлических материалов при нестационарных режимах термического воздействия // Ученые записки ЗабГГПУ. Серия: Физика, математика, техника, технология. Чита: ЗабГГПУ, 2012. № 3 (44). С. 62-72.

2. Хоник В.А., Зеленский В.А. Высокотемпературная пластичность и сверхпластичность металлических стекол // Физика металлов и металловедение.1989. Т. 67. Вып. 1. С. 192-197.

3. Федоров В.А., Яковлев А.В., Капустин А.Н. Изменение пластических свойств аморфных металлических сплавов в зависимости от времени и температуры отжига // Деформация и разрушение материалов - ББМЫ-2007: труды Междунар. конф. М.: ИМЕТиМ РАН, 2007. С. 344-346.

4. Андриевский Р.А., Глезер А.М. Прочность наноструктур // УФН. 2009. Т. 179. № 4. С. 337-358.

Поступила в редакцию 10 апреля 201З г.

Zabelin S.F., Zelensky V.A. FEATURES OF DEFORMATION OF AMORPHOUS METAL MATERIALS AT (0.85-1.1)Ti

The change in the plasticity of amorphous metal alloys in the temperature and strain rate is researched. It is established that the sharp increase in ductility was observed in the glass transition temperature of the alloy at the optimum (low) strain rate.

Key words: amorphous metal materials; deformation and plasticity; constructional properties.

УДК 5З9.З

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХОД РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СПЛАВЕ Co78,6SFe4,03Ni4,73Si7,22Mn188B2Cr149

© С.А. Сидоров, Т.Н. Плужникова, С.В. Васильева

Ключевые слова: деформация сплавов; аморфный сплав; структурная релаксация.

Исследованы релаксационные процессы в аморфном сплаве на основе кобальта. Установлены зависимости величины уменьшения механического напряжения с течением времени при различных температурах. Установлено, что релаксационные процессы носят термоактивируемый характер.

Металлические стекла занимают одно из ведущих мест среди перспективных материалов. Известно, что в данных материалах под воздействием различных факторов (механическая нагрузка, тепловые и электромагнитные поля) протекают процессы перехода из мета-стабильного в более стабильное состояние, называемые структурной релаксацией [1]. В связи с этим изучалось поведение металлического стекла под воздействием

постоянного механического напряжения при различных температурах.

В качестве объекта исследования был выбран аморфный металлический сплав на основе кобальта С°78,65^е4,03^14,73^17,22Мп1,88В2Сг1,49 (АМАГ-180^ П°лу-ченный методом спиннингования. Размеры образцов: -3,5x0,02x40 мм. Первоначально производилось одноосное растяжение образцов данного сплава на разрыв-

20З8