Диссертация (1149735), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Методом сканирующей ипросвечивающейэлектронноймикроскопиибылоустановлено,чтовAu49Ag5.5Pd2.3Cu26.9Si16.3 ОМС ИПДК приводит к формированию высокойплотности полос сдвига [105]. Среднее расстояние между полосами сдвигасоставило 50-100 нанометров. Методом дифференциальной сканирующейкалориметрии был установлено, что ИПДК привела к повышению свободногообъёма сплава. Полученные результаты позволяют предположить, что методом53ИПДК в исходном аморфном сплаве Au49Ag5.5Pd2.3Cu26.9Si16.3 была созданаструктура, состоящая из аморфной матрицы и множества полос сдвига, имеющихменьшую степень ближнего и дальнего порядка. Похожая структура характернадля наностёкол, получаемых методами конденсации паров в инертном газе имагнетронного распыления. В работе [106] были обнаружены похожие измененияпри исследовании Zr50Cu40Al10, подвергнутого ИПДК, что и в работе [102].
Аименно, рост числа оборотов привёл к формированию в аморфной структуребольшего числа полос сдвига, приводящих к более однородному деформированиюпри индентировании, выражающегося в гладкости кривой и отсутствии наплывоврядом с отпечатком. Также было обнаружено одновременное понижении значенийтвёрдости и упругого модуля с ростом числа оборотов при ИПДК при комнатнойтемпературе. Был показан рост значений энтальпии релаксации Zr50Cu40Al10 сувеличением числа оборотов ИПДК, что непосредственно объясняет понижениезначений твёрдости при ИПДК увеличением свободного объёма. В работе [107]ИПДК подвергался Zr50.7Cu28Ni9Al12.3.
Методом микроиндентирования былопоказано увеличение на 19% значений микротвёрдости в центральных областяхИПДК диска в сравнении с исходным состоянием. Анализ поверхности образцарядом с отпечатком показал отсутствие полос сдвига для ИПДК состояния всравнении с большой плотностью полос сдвига для исходного состояния. Дляисследования механического поведения из исходного и подвергнутого ИПДК ОМСбыли вырезаны образцы нанометровых размеров для испытаний на сжатие.Образцы исходного ОМС деформировались упруго до напряжения течения,пластическая деформация составила порядка 1.5% с последующим хрупкимразрушением при формировании первой же полосы сдвига.
Образцы же,подготовленные из ИПДК дисков, показали большую пластичность и большеечисло полос сдвига. Формирование первой полосы при сжатии привело к падениюнагрузки, а не к разрушению. При последующем деформировании образецдемонстрировал деформационное упрочнение, что говорит о преграждениипрохождения первой полосы сдвига. При определённом уровне напряженийсформировалась вторая полос сдвига, которая также привела к падению нагрузки,54но не к разрушению образца.
За время деформирования образца былозафиксировано формирование трёх полос сдвига. Микроструктурные исследованияисходного и ИПДК состояний проводились методами ДСК и ПЭМ. Согласно ДСК,энтальпия релаксации возросла в два раза после ИПДК обработки, что говорит обувеличении свободного объёма. На светлопольных снимках ПЭМ состояния послеИПДК была обнаружена высокая плотность областей тёмного контраста,однородно распределённых по всему образцу, со средним размером в 5 нм.Согласно полученным данным, авторы статьи трактовали наблюдаемуюнеоднородностьструктурыкакхимическоерасслоение,хотяизмеренийхимического состава не проводилось. Причиной же повышенной пластичностиавторысчиталинеформированиемножественныхполоссдвигапослепредварительного деформирования, т.к.
подобные полосы не были найдены, аналичие структурных неоднородностей способствует как зарождению первичныхполос сдвига, так и сдерживанию, ветвлению полос сдвига при деформации.Подобной же точки зрения, т.е. формирование неоднородностей как средствоповышение пластичности, придерживаются авторы в работе [108].
Было показано,что ИПДК на 5 и 30 оборотов приводит к повышению пластичности на растяжениеот 0% в исходном состоянии до 0.71 и 1.37%, соответственно. Также методомкорреляции цифровых изображений было установлено, что после ИПДКдеформирование при растяжении происходит не локализованным, а однороднымобразом. Однако в данной работе, в отличие от предыдущей статьи, в поперечномсечении ИПДК образцов была найдена высокая плотность полос сдвига.
Такжеметодом позитронной аннигиляции было обнаружено, что в Zr55Al10Ni5Cu30Pd1 сростом числа оборотов происходит увеличение свободного объёма. Именноподобное сочетание высокой плотности полос сдвига и областей с повышеннымобъёмом способствовало повышению пластичности аморфного сплава следующимобразом: области повышенного свободного объёма облегчают формированиеполос сдвига при деформировании, а уже существующие после ИПДК полосысдвига препятствуют прохождению этих полос, что приводит к формированиюновых полос сдвига, накоплению большей деформации до разрушения,55обеспечивая деформационное упрочнение аморфному сплаву. В работах [109-112]было исследовано влияние ИПДК на аморфную ленту Ti50Ni25Cu25.
Было показанокак формирование высокой плотности полос сдвига, так и кластерного контраста,объясняемого формированием областей повышенного и пониженного свободногообъёма.56ГЛАВА 2. ЦЕЛИ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ2.1. Постановка задачиАморфные сплавы представляют большой интерес для фундаментальных иприкладных исследований. В сравнении с кристаллическими аналогами того жехимического состава они проявляют повышенные механические свойства –повышенная прочность, большее упругое удлинение, меньший упругий модуль.Однако широкое практическое применение аморфных сплавов ограничено иххрупкостью, при комнатной температуре деформирование аморфных сплавовосуществляется путём формирования и прохождения полос сдвига, формированиепервой же полосы приводит к хрупкому разрушению образца. В последние годыбыло показано, что предварительное пластическое деформирование аморфныхсплавов методами осадки, прокатки и др.
может приводить к появлениюпластичности у аморфных сплавов за счёт формирования системы полос сдвига.Каждая из предварительно сформированных полос сдвига вносит свой вклад вобщую деформацию образца и препятствует катастрофическому прохождениюполос сдвига при деформировании. В связи с этим представляет большой интересвоздействиедеформации,нааморфныепозволяющейсплавывноситьметодамибольшиеинтенсивнойстепенипластическойдеформациивобрабатываемый материал без его разрушения. На данный момент известнобольшое число работ, посвященных изучению влияния интенсивной пластическойдеформации на аморфные сплавы, однако, как анализ трансформации структуры,так и механических свойств, довольно-таки сложная задача.
В работепредполагается, что методом интенсивной пластической деформации в аморфныхсплавах возможно создание структуры, состоящей из аморфных кластеров,разделённых аморфными же границами. Подобная структура характерна длянаностёкол, создаваемых методами конденсации паров в атмосфере инертного газа57или магнетронного распыления с последующим компактированием. В ряде работбыло показано, что в силу своей структуры наностёкла могут демонстрироватьпластическое поведение как на сжатие, так и на растяжение. Поэтому целью даннойработы является изучение возможности повышения пластичности аморфныхсплавов через систематическое изучение механизмов деформирования имеханических свойств Zr62Cu22Al10Fe5Dy1 объёмного металлического стекла соструктурой, модифицированной ИПД.
Для достижение поставленной цели былипоставлены следующие задачи:1. Изучить влияние ИПДК при различных режимах на структурные параметрыаморфного сплава.2. Изучить влияние ПИДК при различных режимах на механические свойствааморфного сплава.3. Провести расчёт размеров зон сдвиговой трансформации аморфного сплавапосле ИПДК при различных режимах.4. Установить взаимосвязь между изменением структуры и механических свойстваморфных сплавов, подвергнутых ИПДК при различных режимах.2.2. Материалы исследованияВ силу фундаментальности поставленных задач конкретный тип сплава неиграл серьёзной роли. В качестве материла исследований было выбраномногокомпонентноеметаллическоестеклоZr62Cu22Al10Fe5Dy1,полученноеметодом литья расплава в медный тигель (Рисунок 2.1).
Данным методомполучались аморфные стержни диаметром 5 мм и длиной 50 мм.58Рисунок 2.1 Общий вид исходных образцов объёмного металлического стеклаZr62Cu22Al10Fe5Dy1.2.3. Методики исследования2.3.1. Интенсивная пластическая деформация кручениемИнтенсивная пластическая деформация кручением (ИПДК) наряду сравноканальным угловым прессованием (РКУП) и многоцикловой прокаткой (МП)относится к методам интенсивной пластической деформации (ИПД). Эти методыявляются вторым подходом (первый – компактирование наноразмерных частиц[47]) к получению наноструктур в кристаллических материалах за счётизмельчения зёрен путём значительной деформации. Несмотря на то, чтофундаментальные основы ИПДК метода были заложены более 70 лет назад,обработкаметалловисплавовметодомИПДКполучиланаибольшеераспространение только в последние 30 лет, когда было показано, что ИПДприводит к значительному уменьшению размеров зёрен – вплоть до нанометровогоуровня [75].
Наряду c поразительным повышением прочности уменьшение размеразерна до нанометрового уровня может приводить к изменению фундаментальных,обычно структурно нечувствительных характеристик, таких как упругие модули,температуры Кюри и Дебая, намагниченность насыщения и др., что открываетперспективы улучшения существующих и создания принципиально новыхконструкционных и функциональных материалов [76]. Конструкция ИПДКустановок является развитием идеи наковален Бриджмена [77]. Образец в форме59диска помещается между двух наковален и подвергается одновременномувоздействию сжимающей силы в несколько ГПа и деформации сдвигом за счётвращения нижней наковальни (Рисунок 2.2).
За счёт гигантских степенейдеформации,вводимыхвобрабатываемыйматериал,внёмвозможноформирование ультрамелкозернистой и даже нанокристаллической структуры спреимущественно большеугловыми границами [78, 79]. Геометрическая формаобразца и условия деформирования приводит к тому, что большая часть объёмаобразца деформируется в условиях гидростатического сжатия, поэтому, несмотряна большие степени деформации, при ИПДК не происходит разрушение образца[80].Этопозволяеттруднодеформируемыхиспользоватьихрупкихданныйматериалов.методУсловиядляобработкидеформированияпозволяют создавать наноструктуру, однородную по всему объёму материала, чтокрайне важно для практических применений.Рисунок 2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
