Влияние содержания кобальта на охрупчивание металлических стекол на его основе Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.2

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КОБАЛЬТА НА ОХРУПЧИВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ НА ЕГО ОСНОВЕ

© А.В. Яковлев, А.Н. Капустин, В.С. Прохорский, В.А. Федоров

Jakovlev A.V., Kapustin A.N., Prohorskiy V. S., Feodorov V.A. Influence of the cobalt contents on embrittlement metal glasses on its basis. The plasticity change of metal glasses with the various contents of cobalt for isohronal annealing is investigated.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование термической стабильности МС, решаемой, как правило, при отжиге [1], является актуальной задачей физики неупорядоченных сред. При достижении определенной температуры предварительного отжига, в пределах устойчивости аморфного состояния, некристаллические сплавы становятся хрупкими при комнатной температуре [2].

В работе исследовано изменение пластичности МС системы Со-Мп-В-Бе-№-81 с содержанием кобальта 72 % и 80 % для отжига при малых временах выдержки.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Ленточные металлические стекла подвергали изохронному отжигу в печи при заданных температурах с разными временами выдержки от 1 до 20 минут в массивных стабилизирующих пластинах [3]. Время замерялось с момента размещения образцов в области между пластинами.

Методом на изгиб [4, 5] исследовался характер изменения пластичности МС в зависимости от температуры отжига.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1-2 представлены зависимости изменения пластичности от температуры при разных временах отжига.

Падение пластичности происходит в два этапа. Критической температурой охрупчивающего отжига (Ткр) (первая стадия падения пластичности) считали температуру, которая соответствует снижению значения пластичности в два раза от исходного, равного единице. С увеличением времени выдержки критическая температура уменьшается. Это свидетельствует о реализации на первой стадии падения пластичности термоактивированных процессов, кинетика протекания которых может быть определена по зависимости Ткр(1), где ? - время.

При малых температурах и малых временах отжига время нахождения образцов в режиме отжига сопоставимо с временем выхода на режим отжига в стабилизирующих пластинах. Чем меньше время выдержки и

температура, тем относительно дольше образец выходит на режим отжига. В результате, его температура может достигнуть заданной за время, превышающее время отжига. Это может быть одной из причин появления погрешностей при исследованиях зависимости £(Т) при малых временах и температурах отжига. С увеличением температуры и времени выдержки погрешности такого типа минимизируются.

Рис. 1. Зависимости изменения пластичности от температуры изохронного отжига при выдержках 1-20 мин. для сплава с содержанием кобальта 80 %

Изменение пластичности в интервале температур 725-780 К слабо зависит от времени отжига и от температуры. Температура T = 780 К соответствует окончанию первой стадии падения пластичности.

С увеличением температуры, на второй стадии падения пластичности, ход зависимостей при малых временах отжига различен (рис. 1а). На этом температурном участке графики характеризуют кинетику падения пластичности на второй стадии. При малых временах отжига (1-4 мин.) имеет место некоторое увеличение температуры (T2) начала второй стадии, что также связано с протеканием на этой стадии термоактивируемых процессов. Как и на первой стадии падения пластичности зависимости T2(t) характеризуют кинетику процессов, лежащих в основе падения пластичности на второй стадии.

В целом качественно ход зависимостей, представленных на рис. 2, аналогичен ходу зависимостей, приведенному на рис. 1. Вторая стадия падения пластичности менее выражена.

S, отн. ед.

1,00

0,98 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00

600 650 700 750 800 850 J, К

а)

8, ▲ отн. ед.

1,00-°’98?

0,140,12-о,io-о.os-о.06-

0,040,02-

0,00-|---,----,---,----,----,---,----,---,----,----,---.---^

600 650 700 750 800 850 J К

б)

Рис. 2. Зависимости изменения пластичности от температуры изохронного отжига при выдержках 1-20 мин. для сплава с содержанием кобальта 72 %

Видно, что уменьшение содержания кобальта приводит к повышению температуры начала падения пластичности. Погрешности при исследовании зависимости ^) у второго сплава ниже.

Таким образом, снижение процентного содержания кобальта приводит к повышению термической стабильности металлических стекол.

К настоящему времени предложено две группы моделей, объясняющих хрупкость аморфных сплавов: «сегрегационная» модель [6], связывает падение пластичности с образованием сегрегации атомов-металлоидов в определенных участках аморфной матрицы; «кристаллическая» модель [7], объясняет падение пластичности формированием в аморфной матрице заметного ближнего порядка или кристаллических фаз определенного типа. Однако в этих работах не предложен конкретный механизм, по которому структурная релаксация могла бы приводить к резкому охрупчиванию с позиций физики пластической деформации и разрушения. Исследование кинетики процессов охрупчивания сплавов с различным содержанием основы (Со) дает определенный вклад при установлении механизмов падения пластичности МС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Глезер А.М., Пермякова И.Е., Федоров В.А. Трещиностойкость и пластичность аморфных сплавов при микроиндентировании // Изв. РАН. Серия физическая. М.: Академиздатцентр «Наука», 2006. С. 155.

2. Глезер А.М., Пермякова И..Е., Громов В.Е., Коваленко В.В. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2006.

3. Яковлев А. В., Федоров В. А., Барышев Г. А. Оптимизация режимов отжига металлических стекол // Сб. материалов XVII Петербургских чтений по проблемам прочности, посвящ. 90-летию со дня рожд. проф. А.Н. Орлова, 10-12 апр. 2007 г. СПб., 2007.

4. Федоров В.А., Ушаков И.В., Пермякова И.Е., Калабушкин А.Е. Кристаллизация аморфного металлического сплава Co75,4 Fe3i5Cr3i3Si17>8 под влиянием термической обработки // Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. 2005. № 11. С. 120-124.

5. Glezer A.M., Permyakova I.E., Feodorov V.A. Physical laws of mechanical behavior of metallic glasses at the viscous-brittle transition// Proceeding of SPAS, New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Stimulations in Science and Engineering (NDTCS -2006), 5-8 July. Poland. Olstyn. 2006. V. 10. Р. 161-164.

6. Pampillo C.A., Polk D.E. Annealing embrittlement in an ironnickel-based metallic glasses // J. Mater. Sci. Eng. 1978. V. 33. № 2. P. 275280.

7. Fujita F.E. On the intermediate range ordering in amorphous structure // Proc. Fourth Int. Conf. RQM. (Sendai, Japan). 1981. V. 1. P. 301-304.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, гранты № 06-01-96320р.

Поступила в редакцию 25 декабря 2007 г.