Диссертация (1149735), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эти новые полосы вносят свойвклад в общую деформацию образца, при этом данный вклад не приводит кразрушению. Также сформированные полосы препятствую прохождению полоссдвига, возникающих при деформировании. Однако традиционные возможныесхемы деформации – прокатка, осадка не позволяют внести большую степеньдеформации в хрупкие и твердые аморфные сплавы.Дляконтролируемоймодификацииаморфнойструктуры,созданияаморфных структур с наноразмерными неоднородностями с целью получениянеобычных свойств оказалась эффективной идея создания наностёкол – новогокласса аморфных сплавов. Наностекла получают следующим образом.
На первомэтапе методами конденсации паров в атмосфере инертного газа или магнетронногораспыления получают наноразмерные аморфные кластеры. На следующим этапепроисходит их компактирование (консолидация) с целью создания аморфнойструктуры с высокой плотностью межкластерных аморфных же границ. Благодарясвоему уникальному строению наностёкла могут демонстрировать повышенныемеханические свойства в сравнении с аморфными сплавами того же химическогосостава, деформироваться пластично на растяжение и сжатие. Путём варьирования7химического состава кластеров, их размеров, плотности и ширины границпредполагается управлять свойствами наностёкол по аналогии с кристаллическимиматериалами.
Однако существенным недостатком как наностёкол, так и другихматериалов, получаемых методиками конденсации паров в атмосфере инертногогаза или магнетронного распыления с последующим компактированием, являютсяостаточная пористость при компактировании, загрязнение примесями приизготовлении порошков и их компактировании, малые размеры получаемыхобразцов.Перспективным методом модификации структуры и свойств аморфныхсплавов является интенсивная пластическая деформация (ИПД), посколькупозволяет внести большие степени деформации в обрабатываемый материал безего разрушения.
Первоначально интенсивная пластическая деформация кручением(ИПДК) применялись для компактирования аморфных сплавов в форме порошкови лент. С одной стороны, это позволяло создавать объёмный аморфный образец,превосходящий по размерам исходные составляющие. С другой стороны, ваморфнойиликомпактирования,аморфно-кристаллическойпоследующейструктуре,термообработкойполучаемойудавалосьпослеполучитьнанокристаллическую структуру с размером зерна, недостижимым никакимиметодами наноструктурирования.
В дальнейшем, с развитием технологийполучения объёмных аморфных сплавов различного химического составаосновной целью воздействия ИПД на аморфные сплавы стала модификация ихструктуры и свойств. В кристаллических материалах ИПД позволяет изменятьразмер зерна (измельчать до нанометровых размеров) тем самым управляя имодифицируя их свойства. В силу природы аморфных сплавов – отсутствиеструктурных элементов наподобие зёрен в кристаллических сплавах, подход поуправлению их свойствами через контролируемую модификацию структурыметодами ИПД является сложной задачей.Согласно работам последних лет, при определённых режимах ИПДаморфных сплавов можно добиться формирования большого числа полос сдвига,8неоднородностей, и, возможно, кластерной структуры наподобие структурынаностёкол.Возможно,путёмконтролированноговоздействияИПДпоспециальным режимам удастся получить аморфные состояния, которые, в силуособенностей структуры, могут демонстрировать как более пластичное поведение,так и изменение других важных свойств.
Однако влияние ИПД на структуруаморфных материалов, их механическое поведение в целом исследовано ещенедостаточно, и многие вопросы остаются открытыми. Важную информацию опроцессах пластического течения материалах дает скоростная чувствительностьдеформации (m). Но, в связи с хрупкостью аморфных материалов, малымиразмерами образцов после ИПД, исследование влияния ИПД на значения m ваморфных материалах до настоящего времени не исследовалось.Согласно вышесказанному, целью работы является изучение возможностиповышения пластичности аморфных сплавов через систематическое изучениемеханизмовдеформированияимеханическихсвойствZr62Cu22Al10Fe5Dy1объёмного металлического стекла со структурой, модифицированной ИПД:1.
Изучить влияние ИПДК при различных режимах на структурные параметрыаморфного сплава.2. Изучить влияние ИПДК при различных режимах на механические свойствааморфного сплава.3. Провести расчёт размеров зон сдвиговой трансформации (ЗСТ) аморфногосплава после ИПДК при различных режимах.4. Установить взаимосвязь между изменением структуры и механических свойстваморфных сплавов, подвергнутых ИПДК при различных режимах.Объектамиисследованиябыливыбраныобразцыобъёмногометаллического стекла Zr62Cu22Al10Fe5Dy1, полученного в виде стержней.Научная новизна работы заключается в следующем: Методами РСА ипрямого измерения плотности обнаружено повышение свободного объёма в9аморфном сплаве Zr62Cu22Al10Fe5Dy1 в результате ИПДК при температурах 20 и150°С.Показаноформированиевысокойплотностиполоссдвига.Сформированные полосы сдвига могут быть разделены на два типа: первичные ивторичные полосы, морфология полос сдвига зависит от температуры ИПДКобработки.
Показано, что воздействие ИПДК приводит к изменению характераповерхности разрушения аморфного сплава при последующих механическихиспытаниях на растяжение. Обнаружено, что воздействие ИПДК приводитизменению кривой деформирования при наноиндентировании – исчезновениюрегистрируемых скачков на кривой деформирования и к значительномуповышению скоростной чувствительности.
Показано, что ИПДК приводит куменьшению размеров ЗСТ при нагружении, что наряду с уменьшением значенийбарьера энергии активации приводит к более однородному деформированиюаморфного сплава.Теоретическая и практическая значимость работы заключается вследующем: выявлены основные закономерности влияния ИПДК на структурумеханическиесвойстваобъёмныхметаллическихстеколнаосновеZr.Продемонстрирована тенденция повышения пластичности аморфных сплавовпутём контролируемой модификации их структуры методом ИПД, что позволяет вдальнейшим расширить применения аморфных сплавов как конструкционныхматериалов.Методологияприменялисьиметодыисследования.апробированныерентгеноструктурныйанализметоды(РСА),Длявыполненияисследования,прямоетакиеизмерениеработыкакплотности,просвечивающая (ПЭМ) и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ),дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), наноиндентирование,механические испытания на растяжение на малых образцах, модель совместногосдвигадляописаниямодифицированныхтеченияструктураморфныхприменялсясплавов.известныйДляметодполученияинтенсивнойпластической деформации кручением.
Методологической основой исследований10послужили научные труды отечественных и зарубежных научных школ в областимеханики деформируемого твёрдого тела и металловедения.Основные положения, выносимые на защиту:1. Показано, что ИПДК приводит к формированию высокой плотности полоссдвига и увеличению свободного объёма аморфных сплавов. Установлено влияниетемпературы ИПДК (20 и 150°C) на указанные параметры.2.Поданнымнаноиндентированияэкспериментальноустановлено,чтопредварительная ИПДК по выбранным режимам приводит к понижению упругогомодуля аморфного сплава, а пластическое течение при деформированииприобретает более однородный характер.3. По данным расчёта на основе модели совместного сдвига установленопонижение размеров ЗСТ аморфного сплава после ИПДК при температурах 20 и150°C в 2.36 и 1.52 раза, соответственно.
Понижение размеров ЗСТ наряду спонижением значений барьера потенциальной энергии активации свидетельствуетоб изменении характера деформирования на более однородное.4. Экспериментально установлено повышение микропластичности аморфногосплава, модифицированного ИПД, выражающееся в изменении характераповерхности разрушения при механических испытаниях, изменении размеров ЗСТи отсутствии регистрируемых полос сдвига вблизи отпечатков индентора.5. Полученные результаты демонстрируют потенциал повышения пластичностиаморфных сплавов за счёт модификации их структуры методом ИПД. Для этоготребуется оптимизация режимов обработки и схем деформирования дляспециальным образом выбранных аморфных сплавов.Достоверностьпоставленнойполученныхзадачи,экспериментальныхрезультатовиспользованиемметодик,обоснованакорректностьюапробированныхсовременныхповторяемостьюэкспериментальных и расчётных данных.результатов,согласием11Результаты работы прошли апробацию на всероссийских и международныхконференциях, семинарах Лаборатории механики перспективных массивныхнаноматериаловдляинновационныхинженерныхприложений:5-йМеждународный симпозиум Объемные наноструктурные материалы: от науки кинновациям BNM-2015 (Уфа, август 2015), XXII Петербургские чтения попроблемампрочности(Санкт-Петербург,апрель2016),Международнаяконференция STRANN 2016: State-of-the-art Trends of Scientific Research of Artificialand Natural Nanoobjects (Санкт-Петербург, апрель 2016), Международный семинар"New trends in producing UFG materials by SPD processing" (Санкт-Петербург, июнь2016), II Международная научная конференция «Наука будущего» (Казань,сентябрь 2016), VI-ая Всероссийская конференция по наноматериалам сэлементами научной школы для молодежи НАНО 2016 (Москва, ноябрь 2016),Международный семинар "New trends in research of UFG materials produced by SPD"(Санкт-Петербург, июнь 2017).Публикации по теме диссертации и личный вклад автора.
Основныерезультаты по теме диссертации изложены в 11 работах [109-112, 119, 124, 126, 128,129, 173, 174] (см. Приложение). 7 работ [109, 110, 112, 119, 124, 126, 173]опубликовано в изданиях, из перечня ВАК. Работы [109, 110, 119, 124, 126, 173]опубликованы в рецензируемых изданиях, входящих в базы цитирования Scopus иWeb of Science.Автор выполнил анализ имеющихся данных по теме исследования,выполнил основную часть экспериментов, осуществил обработку и анализполученных данных, выполнил расчёт изменения механизмов деформированияаморфных сплавов, подвергнутых ИПДК, участвовал в обсуждении полученныхданных и подготовке публикаций. Постановка задачи исследования выполненасовместно с проф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
