Некоторые закономерности деформации аморфных металлических материалов при температурах (293 к – 1,1 т к)

УДК 539.23; 539.3

НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМАЦИИ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ

© С.Ф. Забелин, В.А. Зеленский

Ключевые слова: аморфные металлические материалы; деформация и пластичность; конструкционные свойства. Исследовано изменение пластичности аморфных металлических материалов при деформации растяжением при различных температурах и скоростях деформации. Установлено, что аморфный сплав 71КНСР проявляет высокие пластические свойства в узком температурном интервале вблизи Тк при определенной скорости деформации.

Эксперименты по оценке высокотемпературной пластичности и прочности 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. Равномерность температурного поля образца обеспечивалась управляемым электронным блоком, а температура образца контролировалась при помощи хромель-алюмелевой термопары. Рабочее пространство нагревательного устройства заполнялось инертным газом (гелием) с целью исключить окисление образцов при высоких температурах.

Для испытания на растяжение применяли образцы длиной 60 мм, а их крепление на машине осуществляли при помощи специально сконструированных захватов [1]. Испытания проводили при двух скоростях нагрева: 5 и 50 К/мин. Деформирование образцов наблюдали непосредственно после окончания нагрева до требуемой температуры. Начальные скорости деформации варьировались в пределах 1 • 10-5—5 • 10-2 с-1. Относительное удлинение образцов определяли по результатам замера рабочей части образца до и после испытания. Базовую (рабочую) длину, равную 10 мм, отмечали путем нанесения двух рисок, для чего использовали эмульсию, приготовленную из силикатного клея и диоксида титана.

Начальную скорость деформации рассчитывали по формуле [2]:

е = и / /-60, с-1,

где и - скорость деформирования, мм/мин.; / - рабочая длина образца, мм.

Выполнены экспериментальные исследования по определению высокотемпературных пластических и прочностных свойств в условиях активной деформации растяжением аморфных сплавов 10НСР и 71КНСР, анализ состояния и химического состава которых приведен в работе [1].

С целью установления температурных интервалов проявления высоких пластических свойств аморфных металлических материалов (АММ) проведены испытания аморфного сплава 71КНСР в интервале температур от комнатной до 1,1 Тк (Тк - температура начала кри-

сталлизации). При анализе результатов исследований (рис. 1) установлены два обстоятельства.

б ,МПа

Рис. 1. Зависимости напряжение - деформация АММ 71КНСР при различных температурах: 1 - 293 К, 2 - 473 К, 3 - 573 К, 4 - 673 К, 5 - 803 К, 6 - 823 К, 7 - 836 К, 8 - 863 К. Скорость нагрева - 50 К/мин. Скорость деформации: 1-4 - 8,3-10-4 с-1; 5-8 - 1,2-10-2 с-1

1. Не все АММ могут проявлять высокопластичное (или сверхпластичное, СП) поведение [2]. В случае если сплав проявляет высокие пластические свойства, то это имеет место в достаточно узком температурном интервале вблизи Тк, что видно на примере аморфного сплава 71КНСР. На рис. 1 представлены зависимости напряжение о - деформация е АММ 71КНСР при температурах 293, 473, 573, 673, 803, 823 и 863 К (кривые 1-7). Как видно, предел прочности этого сплава при комнатной температуре составляет ~2100 МПа, а величина пластической деформации до разрушения составляет ~0,2-0,25 % (кривая 1). В случае испытаний при Т = 473 К (кривая 2) зависимость о-е мало отличается от таковой при комнатной температуре. При Т = 573 К величина пластической деформации до разрушения составляет ~0,7 % (кривая 3). Дальнейшее повышение

2044

температуры испытания приводит к появлению на кривой о-е ярко выраженной стадии пластического течения. Причем величина относительного удлинения стремительно растет вблизи температуры начала кристаллизации Тк (Тк = 843 К при скорости нагрева Т = 50 К/мин.). Так, при Т = 823 К величина пластической деформации достигает 50 % (кривая 6), а при Т = 836 К - 180 % (кривая 7). Предел текучести по мере повышения температуры испытания уменьшается и достигает минимума при Т = 836 К. Деформирование при Т > Тк сопровождается снижением показателей пластичности и повышением предела текучести (кривая 8). При высоких температурах деформации имеет место нестабильность пластического течения, выражающаяся в появлении срывов напряжения на кривой о-е. Приведенные температурные зависимости о и е показывают, что при Т ~ 573 К (Т ~ 0,7Тк) имеет место перегиб в сторону значительного увеличения пластичности аморфного сплава 71КНСР.

а)

б)

Рис. 2. Фрактограммы аморфного сплава 71КНСР после испытаний при 293 К (а) и 600 К (б). Увеличение - х 1000

2. Можно заметить, что установленная температура перехода от квазихрупкого поведения к пластичному (Т ~ 0,7Тк) соответствует смене низкотемпературного гетерогенного механизма деформации на высокотемпературный гомогенный [3, 4].

Смена механизма деформации с гетерогенного на гомогенный сопровождается изменением картины разрушения. При низких температурах в изломе наблюдается характерный для АММ веноподобный узор (рис. 2а). При Т > 0,7Тк густота расположения «вен» растет, а их узор становится более сложным (рис. 2б).

ЛИТЕРАТУРА

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

2. Глезер А.М. и др. Механическое поведение аморфных сплавов. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2006. 416 с.

3. Забелин С.Ф., Зеленский В.А., Феофанов А.А. Механизм контролируемой нанокристаллизации аморфных металлических материалов при термоциклическом воздействии // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2010. Т. 15. Вып. 3. С. 835-836.

4. Забелин С.Ф. и др. Анализ нанокристаллизации и формирования нанофазных систем в поверхностном слое металлов и сплавов // Технология машиностроения. 2010. № 11. С. 5-12.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Zabelin S.F., Zelensky V.A. SOME LAWS OF STRAIN AMORPHOUS METALLIC MATERIALS AT TEMPERATURES

The change in the plasticity of amorphous metallic materials under tensile strain at different temperatures and strain rates is investigated. It is Found that the amorphous alloy exhibits 71KNSR high plastic properties in a narrow temperature range in the vicinity of Tc at a given strain rate.

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

УДК 538.9

НОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПЛАВЛЕНИИ ВЕЩЕСТВ, СТЕКЛОВАНИИ РАСПЛАВОВ И РЕЛАКСАЦИИ СТЕКОЛ

© В.А. Хоник

Ключевые слова: металлические стекла; плавление; стеклование; структурная релаксация.

Представляется обзор новых представлений, позволяющих понять и описать взаимосвязь плавления, стеклования расплава и релаксации свойств стекла, полученного закалкой этого расплава.

Предпосылкой возникновения этих нового подхода -«межузельной теории конденсированного состояния» -послужили эксперименты [1], проведенные в 1970-х гг. А.В. Гранато с сотрудниками, установившими, что, во-первых, межузельные атомы в типичном ГЦК металле -меди - образуют гантельную (а не октаэдрическую, как считалось ранее) конфигурацию, когда два атома стремятся занять один и тот же узел кристаллической ре-

шетки. Во-вторых, было показано, что образование таких дефектов - «межузельных гантелей» - вызывает экспоненциальное снижение модуля сдвига. Проведенные на основе этих экспериментов оценки показали, что если оказалось бы возможным ввести в кристалл 23 % межузельных гантелей, то модуль сдвига должен обратиться в ноль, так что кристалл стал бы вести себя подобно жидкости. В-третьих, межузельные гантели в

2045