Диссертация (1149735), страница 8
Текст из файла (страница 8)
ПЭМ снимки по окончанию деформирования для (б) образцананостекла и (в) образца металлического стекла [55].Испытания по растяжению проходили на образцах толщиной 400 нм,шириной 400 нм, длиной рабочей части 1600 нм со скоростью деформирования1х10-3 с-1. Деформирование проходило со скоростью 1х10-3 с-1. Кривые растяженияобразцов металлического стекла и наностекла представлены на Рисунке 1.24.Наностекло деформируется пластично. Оно демонстрирует значительнуюпластическую деформацию по достижению предела текучести до разрушения.Многочисленные прохождения небольших полос сдвига, наблюдаемых придеформировании,соответствуютнебольшимпадениямнапряженияпридеформировании.
Анализ снимков образца при деформировании позволилустановить следующее. На начальном этапе деформирование осуществляетсяупруго. Напряжение течения составляет порядка 1.3 ГПа при деформации в 5.2%.Далее происходит разупрочнение и пластическое деформирование. Послеоднородного пластического деформирования на 6.2% (общая деформация 11.4% вточке 4) наблюдается формирование шейки. По достижению общей деформации в18% растяжение было остановлено. После разгрузки и восстановления упругойдеформации остаточная деформация составила 15.6%.
Пластическая деформация впродольном направлении составила примерно 15%, в поперечном – 17%. Образецже металлического стекла разрушился хрупко, как и прочие металлические стекла.Он продемонстрировал упругое деформирование на начальном участке иразрушение при напряжении примерно 1.8 ГПа без какой-либо наблюдаемойпластической деформации.44Рисунок 1.24.
Кривые растяжение образцов Sc75Fe25 металлического стекла инаностекла.Пластическое деформирование металлического стекла при нагруженииреализуется путём формирования ЗСТ случайным образом, в зависимости отраспределения по образцу свободного объёма. По достижении некоегоэнергетического барьера происходит совместное течение ЗСТ [56], приводящее кзарождению первичной полосы сдвига. При определённом уровне напряженийпроисходит развитие первичной полосы сдвига.
Внутри полосы сдвига происходитразупрочнение вследствие генерации свободного объёма и роста температуры [57].Дальнейший рост полосы сдвига и области разупрочнения приводит к разрушениювдоль области сдвига. В случае же наностёкол их неоднородная структураспособствует формированию ЗСТ в областях более мягких межкластерныхграницах. После зарождения как ЗСТ, так и первичные полосы сдвига достигаюткластеров, где их дальнейшее прохождение ограничено телом более твердыхкластеров с пониженным содержанием свободного объема. С ростом напряженияполосы сдвига вынуждены или войти в кластер, или отразиться от него ипродолжить своё движение по межкластерным границам. Это придаёт наностёкламмеханизм деформационного упрочнения. Механизм деформационного упрочнениязамедляет локализацию деформации, наблюдаемую для металлических стёкол, ипластическое течение осуществляется во множестве зон повышенного свободногообъёма, что приводит к более однородному и повышенному пластическомудеформированию.
На многочисленных снимках структуры наностекол последеформированиянаблюдаетсярасширениемежкластерныхграниц,что45подтверждает интенсивное деформирование зон пониженного свободного объёмапо указанному выше сценарию.1.2.3. Влияние предварительного деформирования на механическиесвойства металлических стёколОграниченные геометрические размеры первых аморфных сплавов непозволялиопределятьвлияниепредварительногодеформированиянамеханические свойства. В этих работах в первую очередь исследовалисьмикроструктурные изменения аморфных сплавов, вызванные деформированием. Вработе [58] 1975 года наряду с описанием структурных изменений аморфныхсплавов Pd-Si, Fe-P-C, вызванных деформированием, а именно холоднойпрокаткой, также для них было отмечено понижение значений упругого модуля,твёрдости и напряжения разрушения. Объяснением этому было предположение осоздании ещё более неупорядоченной атомной структуры в аморфном сплаве придеформировании.
Далее, в работе [59] 1982 года исследовалось влияние холодноговолочения на механические свойства Co-Si-B проволок. Холодное волочение ссокращением площади поперечного сечения на 50-60% привело к росту упругогомодуля, предела прочности и деформации до разрушения на 8.7, 3.7 и 53%,соответственно.Ростпределапрочностиобъяснялсявзаимодействиемдеформационных полос сдвига с полосами сдвига, сформировавшихся приволочении, а также однородностью формы аморфной проволоки после волочения.В 90ые годы к методам предварительного деформирования добавилисьгидростатическое сжатие [60] и обработка в барабанно-шаровой мельнице [61, 62].Так, в работе [60] 1994 года было проведено комплексное исследование влияниядеформации прокаткой и гидростатическим сжатием на структуру и механическиесвойства металлических стёкол.
Аморфные ленты Fe40Ni38Mo4Bl8, Fe83B17 иCo56Ni10Fe5Si12B17 толщиной 15-25 мкм подвергались холодной прокатке на степеньдеформирования до 12% и гидростатическому сжатию при давлении до 8 ГПа.46Было показано, что на поверхности, перпендикулярной направлению прокатки,происходит формирование полос сдвига. Рост степени деформации приводит кросту плотности полос сдвига. Также наблюдается понижение значениямикротвёрдости до 3% при максимальной степени деформации в 12%.Гидростатическое сжатие привело к формированию полос сдвига на поверхностиобразцов, плотность полос сдвига возросла с ростом приложенного давления.
Принаибольших значениях приложенного давления вся поверхность образцовпокрывается сеткой множественных пересекающихся полос сдвига. С ростомдавления наблюдается рост микротвёрдости. При определённом значенииприложенного давления максимальное увеличение микротвёрдости составляетпримерно 20% для Fe40Ni38Mo4Bl8 и Co56Ni10Fe5Si12B17, и 10% для Fe83B17.
Сдальнейшим ростом давления происходит понижение значений микротвёрдости дозначений близких к значениям микротвёрдости исходных аморфных сплавов.Таким образом, деформация прокаткой приводит к размягчению металлическогостекла, наибольшая степень размягчения наблюдается в регионах локализациипластической деформации; деформация же гидростатическим сжатием приводит купорядочению структуры металлического стекла, его упрочнению. В работах пообработкеаморфныхсплавоввбарабанно-шаровоймельнице[61,62]исследовались микроструктурные изменения, индуцированные деформацией,изменению механических свойств не было уделено внимание.Впервыеповышениепластичностиаморфныхсплавовпутёмпредварительного деформирования, а именно прокаткой, было показано в работе[63] 2001 года.
Листы аморфного Zr55Cu30Al10Ni5 сплава размерами 3 х 10 х 70 ммподвергались прокатке на величину сокращения толщины от нескольких до 70%.Изменение механических свойств исследовалось с помощью испытаний на изгиб.Былообнаруженоформированиесистемполоссдвигапризначенияхкоэффициента сокращения толщины несколько, 30 и 60%. Предварительнаяпрокатка приводит к повышению однородного деформирования при изгибе.
Сростом степени деформации происходит небольшое понижение напряжения47течения и повышение пластической деформации. Для повышения пластичностиобразцов после прокатки необходимо проводить прокатку в направленииперпендикулярном направлению деформирования. Начиная с этой работы вжурналах стали появляться статьи [64-74], в которых сообщалось о повышениипластичности аморфных сплавов после предварительного деформирования. Уже в2002 году в работе [64] сообщалось о повышении пластичности при сжатииZr50Cu30Ni10Al10 ОМС с 0 до 0.25% при прокатке на коэффициент в 20%.
В работе[66] стержни Zr41.2Be22.5Ti13.8Cu12.5Ni10 ОМС диаметром 2 и высотой 5 ммподвергались сжатию под давлением в интервале 0.5 – 5 ГПа. После деформациистержни сохранили аморфную структуру. При приложении давления до 3 ГПанаблюдался рост предела текучести до 32% (при 3ГПа), дальнейшее увеличениидавления приводило к понижению предела текучести. Исходный сплав обладалпределом прочности порядка 1900 МПа и пластичностью на сжатие 0.5%,обработка при давлении в 2 и 4.5 ГПа привела к повышению предела прочности ивеличины пластической деформации до значений 2250 МПа и 6.5%, и 2450 МПа и12%, соответственно.
Снимки СЭМ продемонстрировали формирования полоссдвига на расстоянии друг от друга в 50 – 80 мкм в ОМС, подвергнутом давлениив 4.5 ГПа. Как считается, в исходном состоянии ОМС содержит повышенноесодержание свободного объёма в следствие закалки. Обработка сжатием поднизким давлением (<2.0 ГПа) приводит к значительному понижению избыткасвободного объёма, затрудняет активацию и формирование полос сдвига, чтоприводит к повышению предела прочности.
С ростом приложенного давления ужене происходит такого понижения свободного объёма. Т.к. прикладываемоедавлениеимеетнегидростатическуюсоставляющую,оноприводиткформированию в ОМС полос сдвига. При высоких значениях приложенногодавления в ОМС зарождается и формируется высокая плотность полос сдвига,однако, в силу геометрии разрушение ОМС не наблюдается. Существованиесформировавшихся полос сдвига одновременно понижает предел прочности насжатие и повышает пластичность, т.к. уже сформированные по всему объёмуполосы сдвига облегчают пластическое течение и делают его более однородным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
