Рельеф, формируемый на поверхности аморфных металлических сплавов при различных внешних воздействиях Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539.2

РЕЛЬЕФ, ФОРМИРУЕМЫЙ НА ПОВЕРХНОСТИ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

© А.В. Яковлев, Т.Н. Плужникова, В.А. Федоров, Д.Ю. Федотов, С.А. Сидоров, М.В. Озерова, С.В. Васильева

Ключевые слова: металлическое стекло; микроиндентирование; рельеф, ступень, морфологические особенности. Исследован процесс формирования рельефа поверхности аморфных металлических сплавов при различных внешних воздействиях и его морфологические особенности. Определены кинетические характеристики формирования деформационного рельефа при микроиндентировании.

Аморфные металлические сплавы или металлические стекла (МС) обладают набором уникальных свойств, одним из которых является способность к пластическому течению. Пластическая деформация в аморфных сплавах может протекать гомогенно или негомогенно. Сведения об условиях изменения характера течения аморфных сплавов носят противоречивый характер. В [1] показано, что тип пластического течения, формирование его закономерностей определяется кинетикой необратимой структурной релаксации. Аморфные сплавы обладают существенной локальной пластичностью в области негомогенной деформации [2]. В [3, 4] исследованы особенности пластической деформации при индентировании пирамидой Виккерса поверхности ленточного аморфного сплава Fe-Cr-Mo-V-B-Si, где рассмотрена зона деформирования под индентором. Установлено [3], что при вдавливании индентора возникает деформация в виде чешуйчатых навалов, представляющих собой полосы сдвига одной части материала относительно другой, причем указанный тип дефектов образуется только до некоторой предельной нагрузки (порядка 150 г). При нагрузке более 150 г образуются расходящиеся от отпечатка под определенным углом друг к другу полосы сдвига, которые внешне схожи с трещинами, а в отдельных случаях (при схождении их вершин) - с мартенситными иглами. По мнению авторов, они возникают вследствие концентрации больших внутренних напряжений, ведущих к локальному пластическому течению и зарождению микротрещин. Обнаружено ветвление полос сдвига.

В связи с изложенным цель работы исследование морфологических особенностей рельефа поверхности, формируемого при внешних воздействиях.

В экспериментах использовали ленточное МС-АМАГ 180, сплав на основе Со (^^-^^^-N1, ^ -78,1 %), полученное методом спиннингования. Толщина лент 20 мкм. Исследования проводили на образцах с размерами 3,5x90 мм. Индентирование ленточных МС осуществляли со стороны неконтактной поверхности ленты (рис. 1) в специальном устройстве. Испытания на одноосное растяжение и разрыв проводили на машине высокой жесткости Инстрон 5565.

Рис. 1. Схема устройства для наблюдения полос деформации: 1 - микротвердомер ПМТ-3; 2 - металлографический микроскоп МИМ 7; 3 - образец; 4 - фотокамера

Образцы в виде узких полос длиной 90 мм, шириной 3,5 мм закреплялись в специальном нагружающем устройстве, обеспечивающем одноосное растяжение. Нагрузка менялась в пределах P = 0-3 ГПа. Испытания на изгиб проводили в специальном устройстве, образцы размером 3,5x15 мм зажимались между плоскопараллельными пластинами специального устройства [2, 5-6]. Исследования рельефа поверхности МС после указанных воздействий проводили на растровом электронном микроскопе Quanta 3D.

В результате воздействия механической нагрузки на поверхность ленточных МС образуются зоны деформирования. Разработанная методика позволяет наблюдать деформацию на противоположной стороне поверхности образца (рис. 1). Исследование противоположной индентированию поверхности МС показало, что наблюдается ступенчатая деформационная структура. Наблюдали как правоступенчатый, так и левоступенчатый деформационный рельеф относительно направления роста полосы.

В центре области индентирования создается максимальное деформирование, проявляющееся в виде полос сдвига, радиально расходящихся от отпечатка (рис. 2), высота которых может достигать 0,3-0,5 мкм. В зоне отпечатка деформационные полосы пересекаются, ветвятся. Скорость роста полос сдвига достигала

2051

0,2 мм/с. Ступени образуют угол —10-15° с нормалью к поверхности образца.

Рис. 2. Деформационный рельеф зоне воздействия индентора на поверхности противоположной поверхности воздействия

Иной характер имеет рельеф, формируемый на поверхности аморфных сплавов при испытаниях на разрыв и изгиб. При испытаниях на разрыв на поверхности образцов формируется рельеф из параллельных полос деформации высотой 100-200 нм (рис. 3). Аналогичный рельеф формируется при деформации изгибом на растянутой стороне (рис. 4).

Рис. 3. Рельеф, формируемый на поверхности образца АМАГ 180 после испытания на электромеханической машине «In-stron 5565»

И в первом и во втором случае полосы образуют на поверхности выступы и впадины. Наблюдается ступенчатость.

Таким образом, видно, что хотя проведенные механические испытания (растяжение и изгиб) различны, морфологические особенности рельефа, формируемого на поверхности аморфных сплавов аналогичны.

Отмечено, что деформационный рельеф, формируемый на контактной противоположной поверхности, при микроиндентировании в виде радиально расходящихся полос сдвига имеет свои характерные особенности, отличающие его от полос сдвига, образующихся при растяжении и изгибе.

Рис. 4. Рельеф, формируемый на поверхности образца АМАГ 180, после испытания на изгиб

ЛИТЕРАТУРА

1. Кобелев Н.П., Колыванов Е.Л., Хоник В.А. Нелинейные упругие

характеристики объемных металлических стекол

Zr52.5Ti5Cu-17.9Ni-14.6Al-10 и Рd4oCuзoNlloP2o // ФТТ. 2005. Т. 47. N° 3. С. 395-399.

2. Глезер А.М., Пермякова И.Е., Громов В.Е., Коваленко В.В. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк, 2006. 416 с.

3. Верещагин М.Н., Шепелевич В.Г., Остриков О.М., Цыбранко-ва С.Н. Особенности пластической деформации при индентирова-нии пирамидой Виккерса поверхности аморфного сплава Fe-Cr-Mo-V-B-Si // ФММ. 2002. Т. 93. N 5. С. 101-104.

4. Верещагин М.Н., Шепелевич В.Г., Остриков О.М., Цыбранко-ва С.Н. Исследование методом локального деформирования особенностей пластической деформации аморфного сплава Fe-Cr-Mo-V-B-Si // Кристаллография. 2002. Т. 47. N 4. С. 691-696.

5. Яковлев А.В., Федоров В.А., Храбров А.П., Барышев Г.А. Оптимизация режимов отжига металлических стекол // Сб. материалов 17 Петербургских чтений по проблемам прочности, посвящ. 90-летию со дня рожд. проф. А.Н. Орлова. 10-12 апр. 2007 г. СПб., 2007. Ч. 1. С. 72-73.

6. Яковлев А.В., Плужникова Т.Н., Черемисина Ю.В., Васильева С.В., Федоров В.А., Колесников Д.А., Марадудина О.Н. Воздействие водородосодержащей среды на механические свойства ленточных металлических стекол // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. 2010. Т. 15. N 3. С. 11031104.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Часть исследований проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов».

2. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 12-01-00638-а).

3. Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (мероприятие № 1.3.1, Соглашение № 14.B37.21.1161).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Yakovlev A.V., Pluzhnikova T.N., Feodorov V.A., Fedotov D.Y., Sidorov S.A., Ozerova M.V., Vasilyeva S.V. RELIEF, FORMED ON SURFACE OF AMORPHOUS METAL ALLOYS UNDER DIFFERENT EXTERNAL ACTIONS

The formation of surface topography of amorphous metal alloys under various external influences and its morphological features is studied. The kinetic characteristics of the formation of strain relief at microindentation are determined.

Key words: metallic glass; microindentation; relief stage, morphological features.

2052