Формирование деформационного рельефа при микроиндентировании ленточных аморфных сплавов

УДК 539.3

ФОРМИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО РЕЛЬЕФА ПРИ МИКРОИНДЕНТИРОВАНИИ ЛЕНТОЧНЫХ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ

© А.В. Яковлев, М.В. Слезина, Т.Н. Плужникова, Ю.С. Туровская, С.А. Сидоров, Д.Ю. Федотов, И.Ю. Гурьева, Д.В. Леонов, С.В. Васильева

Ключевые слова: металлическое стекло; микроиндентирование; локальное воздействие; полоса сдвига. Исследованы особенности деформации аморфных и нанокристаллических металлических сплавов при микро-индентировании. Установлено, что деформационный рельеф зависит от состава сплавов. Выявлены морфологические особенности поверхностей образцов после локального воздействия индентором.

Металлические стекла (МС) представляют собой сравнительно новые объекты для материаловедов. В металлических стеклах сочетаются преимущества металлов и стекол и исключаются недостатки этих конструкционных материалов. В отличие от обычных металлических материалов, которые характеризуются упорядоченной металлической кристаллической решеткой, металлические стекла неупорядочены на атомном уровне и переходят в упорядоченное состояние при нагреве [1]. Отсутствие порядка может привести к улучшению ряда свойств материала - границы между кристаллическими зернами в образце металла часто являются областями, в которых начинается надлом или коррозия. Лишенные кристаллических зерен металлические стекла в ряде случаев характеризуются более высокой прочностью и долговечностью. Металлические стекла представляют высокоэффективные магнитные материалы, обладают высокой коррозионной стойкостью. В связи с изложенным изучение механических свойств металлических стекол является актуальной задачей физики конденсированного состояния.

Цель работы: исследование деформационного рельефа аморфных сплавов при локальном механическом воздействии.

Исследования проводили на ленточных МС, находящихся в исходном состоянии. Использовали ленточные аморфные сплавы на основе Со и Fe, полученные методом спиннингования. Толщина лент 20 мкм. Исследования проводили на образцах с размерами 3,5x90 мм. Индентирование МС проводили на микротвердомере ПМТ-3. Индентирование ленточных МС осуществляли со стороны бесконтактной поверхности ленты в специальном устройстве (рис. 1).

Изучение противоположной индентированию поверхности МС показало, что наблюдается ступенчатая деформационная структура.

В центре области индентирования создается максимальное деформирование, проявляющееся в виде полос сдвига, радиально расходящихся от отпечатка (рис. 2). По мере приближения к центральной части отпечатка величина ступеней возрастает и может достигать 0,3-0,5 мкм. В зоне отпечатка деформационные полосы пересекаются, ветвятся. Наблюдали как право-

ступенчатый, так и левоступенчатый относительно направления роста полосы деформационный рельеф.

Максимальная высота ступеней наблюдается в области наибольшей деформации и равномерно спадает до нуля по мере удаления от области индентирования. Деформация локализована в полосах сдвига.

Рис. 1. Схема наблюдения развития полос деформации в ленточных аморфных металлических сплавах: 1 - микротвердомер ПМТ-3; 2 - микроскоп МИМ-7; 3 - образец; 4 -фотокамера

Рис. 2. Деформационный рельеф поверхности на стороне, противоположной воздействию индентора в сплаве АМАГ-170

65

43

70 72 74 76 78 30 82 84 86

Со, %

Рис. 3. Зависимость количества полос от содержания кобальта

Таким образом, установлено, что полосы сдвига, возникающие на поверхности МС при микроинденти-ровании, имеют свои характерные особенности, отличающие их от полос сдвига, образующихся при сжатии, растяжении, разрушении и прокатке.

С целью выявления влияния состава на характер деформации аморфных сплавов далее было проведено исследование полос сдвига на сплавах с различным содержанием кобальта. Была построена зависимость количества полос от содержания кобальта (рис. 3). Видно, что наблюдается тенденция к снижению количества полос с увеличением концентрации кобальта, что говорит о снижении способности сплавов к пластическому течению. Это может быть связано с количественным соотношением составляющих исследованных сплавов, а именно, с увеличением содержания основы (Со) снижается количество пластифицирующих эле-

ментов (Ni, Mn), что приводит к уменьшению пластического течения. Картины деформации, полученные на аморфных сплавах, были сопоставлены с картиной деформации, полученной на лентах нанокристалличе-ского сплава на основе железа. В этом случае наблюдается наименьшая способность к пластическому течению, что может быть связано с наличием границ нанокристаллов в данном материале в отличие от полностью аморфного состояния.

Таким образом, установлено, что деформационный рельеф, формируемый на поверхности металлических стекол, зависит от состава исследуемых сплавов. У нанокристаллического сплава картина деформации зависит от структурного состояния материала.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федоров В.А., Яковлев А.В., Капустин А.Н. Влияние отжига на кинетику процессов охрупчивания аморфных сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 8 (638). С. 3941.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 12-01-00638.

Поступила в редакцию 21 ноября 2013 г.

Yakovlev A.V., Slezina M.V., Pluzhnikova T.N., Turovs-kaya Y.S., Sidorov S.A., Fedotov D.Y., Gurieva I.Y., Leonov D.V., Vasilyeva S.V. FORMATION OF STRAIN RELIEF WHEN MICROINDENTATION OF BELT AMORPHOUS ALLOYS

The features of the deformation of amorphous and nanocrystalline metallic alloys at microindentation are considered. It was established that the strain relief is dependent on the alloy composition. The morphological features of sample surfaces after local exposure indenter are disclosed.

Key words: metallic glass; microindentation; local impact; shear band.

Яковлев Алексей Владимирович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры общей физики, e-mail: DAK-83@mail.ru

Yakovlev Aleksey Vladimirovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Senior Lecturer of General Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Слезина Мария Вячеславовна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра общей физики, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Slezina Mariya Vyacheslavovna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Post-graduate Student, General Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Плужникова Татьяна Николаевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры общей физики; e-mail: plushnik@mail.ru

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

Туровская Юлия Сергеевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра общей физики, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Turovskaya Yuliya Sergeyevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Post-graduate Student, General Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Сидоров Сергей Анатольевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра общей физики, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Sidorov Sergey Anatolyevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Postgraduate Student, General Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Федотов Дмитрий Юрьевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра общей физики, e-mail: dmitry_989@mail.ru

Fedotov Dmitriy Yuryevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Postgraduate Student, General Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Гурьева Ирина Юрьевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, магистрант по направлению подготовки «Физика» института математики, физики и информатики, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Gurieva Irina Yuryevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate for Master’s Degree of Direction of Preparation of “Physics” of Mathematics, Physics and Informatics Institute, e-mail: feo-dorov@tsu.tmb.ru

Леонов Дмитрий Владимирович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, студент специальности «Физика» института математики, физики и информатики, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Leonov Dmitriy Vladimirovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Student of “Physics” Specialty of Mathematics, Physics and Informatics Institute, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Васильева Светлана Васильевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, зав. лабораториями кафедры общей физики, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Vasilyeva Svetlana Vasilyevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Head of Laboratories of General Physics Department, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru