Аморфные материалы (835546), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Зависимости прочности и предельного удлинения аморфной проволоки из сплава на основе ж елеза от величины коэффициента обжатия при волочении приведены на рис. 8.16. Видно, что с ростомкоэффициента обжатия до 50—60%происходит увеличение прочности ипредельного удлинения проволоки, нопри дальнейшем увеличении коэффициента обжатия эта характеристикиснижаются. Такое влияние обработки * J700на механические свойства проволоки% J500можно объяснить эффектами, возникающими при пересечениях после де ^ 3300 формации.,8.4. ВЯЗКОСТЬРис.
8.16. Влияние степени д еформации при волоченнн R напрочность при растяжении с iи предельное удлинение е/ проволоки из аморфногосплаваFe7sSiioBi5Еще одной характерной чертойаморфных металлов является то, чтоони, будучи высокопрочными материалами с низкой вязкостью1, обладаютодновременно чрезвычайно высокой вязкостью разрушения. Кристаллические металлы обычно легко разрушаются в результатескола по кристаллографическим плоскостям. В аморфных металлах, где отсутствуют какие бы то ни было кристаллографическиеплоскости, разрушения сколом не наблюдается. Концентрация напряжений в вершинах трещин в аморфных металлах сопровождается большой пластической деформацией, поэтому энергия, необходимая для распространения трещин в таком материале, становится чрезвычайно высокой.
Ниже приведена энергия разрывааморфных металлов и некоторых других материалов, кДж/м2: .FeeoPi3C7PdeoSia.1 1 .. . т .110а • ■ ■4060CU57Zr4 3 .....................................................Стекло силикатное ( S i O a ) ..........................П о л и м е р ы .....................................................Резина................................................ .....Сталь Х-200, ,Алюминиевый сплав 7076-Т6■,0,011—10-1—10,1710Измеренная энергия разрыва ленты, например из сплаваFe 8 oPi3 C7 , составляет -— - 1 1 0 кДж/м2, ленты из сплава Pd 8 0 Si2 o —40кДж/м2, ленты из сплава Cu5 7 Zr4 3 — 60 кДж/м2. В материалах,по свойствам близким к абсолютно хрупким (неорганические стек1 Вязкость — работа, затрачиваемая на деформирование единицыматериала.
Прим. ред.8* Зак .307объема235Ла), энергия распространения трещины представляет собой толькоэнергию, необходимую для образования новых свободных поверхностей, и составляет лишь ~ 10 Д ж /м 2. Однако в случае, когдапроисходит релаксация напряжений за счет пластической деформации в вершине трещины, необходима некоторая избыточнаяэнергия, которая затрачивалась бы на эту пластическую деформацию.
С учетом этого можно сказать, что при разрушении аморфныхметаллов протекает значительная пластическая деформация1. Например, энергия разрыва в аморфных сплавах на порядок больше,чем кристаллического железа или алюминия. Уже только этот фактпоразителен сам по себе. Других материалов, кроме аморфныхсплавов, которые, обладая высокой прочностью, имели бы стольвысокую вязкость разрушения, пока не найдено.Энергия разрыва определяет величину вязкости разрушенияKmc, которая для аморфного сплаваFe 8 oCi3 P 7 составляет~ 9 5 МН/м3/2, для сплава Pd8oSi2o — 47,5 МН/м3/2. Для количественной оценки вязкости разрушения обычно сравнивают значенияКи. Однако, поскольку аморфные сплавы, как правило, получаются в виде тонких лент, проведение испытаний с целью непосредственного определения Кгс практически невозможно. Вязкость разрушения можно рассчитать, используя результаты испытаний на изгиб образцов с надрезом.
По таким оценкам величина Ки Длясплавов в системе Pd —Си—,Si, оказалась равной ~ 6 3 МН/м3/2.Так называемые мартенситностареющие стали, которые из всехприменяемых в настоящее время сталей наилучшим образом сочетают в себе высокие прочность и вязкость, имеют Kic всего лишь9,5 — 1 1 МН/м 3/ 2 при прочности 2,0 ГН/м2.Пластичность и вязкость аморфных сплавов существенно зависят от таких технологических особенностей, как продолжительностьпроцесса изготовления, условия закалки и последующая термическая обработка.
На рис. 8.17 приведены зависимости вязкости разzoo ш600 soo т оВремяо/яжига, мин •Рис. 8.17. Изменение вязкости ипластичности при отжиге аморфного сплава Pd7 gCu6 Sii6 при 623 К:Gic — сила сопротивления движению трещины; е/ — деформацияразрушения; Лгс — вязкость разрушениярушения Ki о, деформации разрушения е/ и сопротивления распространению трещины Gic от времени отжига аморфного сплаваPd 7 8 Cu6 S ii 6 [22].
Указанные величины резко уменьшаются послеотжига при 6 2 3 К (350°С) в течение ~ 3 0 0 мин; при дальнейшемувеличении продолжительности отжига они сохраняются постоянными, а затем, после отжига в течение 500 мин снова начинают1 Имеется в виду локальная пластическая деформация,фронту распространения трещины. П рим . ред.236возникающая поуменьшаться. Такое двухстадийное изменение связано с процессами кристаллизации: после 300-мин отжига происходит выделениекристаллитов Pd (M S-I), после отжига продолжительностью500 мин и выше—выпадение химического соединения PdsSi (AfS-II).Аморфные сплавы/на основе железа при низких температурах(при температуре жидкого азота) становятся хрупкими и утрачивают вязкость, хотя скорости закалки, применяемые при их получении, достаточно высоки1. Следовательно, при исследовании механических свойств аморфных металлов необходимо учитыватьисторию их получения.8.S.
ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫИ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИПри комнатных температурах аморфные сплавы разрушаютсяпосле протекания крайне неоднородной деформации. При повышении температуры до значений, непосредственно приближающихсяк температуре кристаллизации Тх вид деформации меняется и онастановится однородной. На рис. 8.18 схематично приведена зависимость вида деформации аморфных сплавов от температуры. Пооси ординат отложено напряжение, необходимое для начала пластической деформации; скорость деформации здесь везде полагается постоянной. При температурах выше температуры перехода ТРШ т,°сРис.
8.18. Схема, иллюстрирующая развитие разных видов деформации взависимости от температуры:А — неоднороднаядеформация;В — равномерная деформацияРнс. 8.19. Зависимость твердостиаморфного сплава PdeoSi2 <i от температуры (нагрузка 5Н)напряжение, необходимое для осуществления неоднородной деформации меньше, чем напряжение, требуемое для протекания однородной деформации, а при температурах выше Тр наоборот, однородная деформация требует меньшего напряжения.1 Очевидно, имеется в виду, что хрупкость аморфных сплавов при низкихтемпературах не может быть обусловлена мнкрокрнсталлнкамн a-Fe, появляющимися в аморфной ленте прн недостаточновысокойскоростизакалки.П рим .
ред.237В качестве реального подтверждения такой схемы могут служить данные, приведенные на рис. 8.19 [2]. Здесь показана связьмежду температурой деформации и твердостью по Виккерсу, определенной при вдавливании индентора с постоянной скоростью.На рисунке как характерные особые точки можно отметить Тр, Тди Тх. Температура Тр является точкой перегиба, причем Тр значительно ниже температуры стеклования Тд; ниже Тр в зоне деформации, расположенной в окрестности отпечатка, отчетливо виденхарактерный узор, который отсутствует при температурах > 7 у .При температурах > Т д наступает довольно интенсивное разупрочнение, а затем при температурах Т > Т Х начинается упрочнениесплава. Температура Тр изменяется в зависимости от скорости деформации: при снижении последней Тр немного смещается в сторону более высоких температур.На рис.
8.20 представлены зависимости прочности (напряжения разрушения) аморфного сплава Pd 8 oSi2 o от температуры и скорости деформации при испытаниях на растяжение [4]. Точки, обозначенные звездочкой, соответствуют максимальным напряжениямразрушения при однородной деформации. Слева от штрих-пунктирт о- ю Г г чО—-Я--- D~ cSr.ут оIт о2 0 ff^ /TООО/Г\лт'ш. . 9°£ -\/#•700500VА1Ullll--L/.IIM.I .11! uuJ—' ' "lint_!_цш ! — l П и m l— I I mW-sft)-*in i—* ' M in i!fO-3!_ u JJO'2 E,c~fРис. 8.20.
Зависимостьпрочностиаморфного сплава PdeoSi^ от температуры н . скорости деформации е/ — область однородной деформации;I I — неоднородной деформации; * —<J/maxРис. 8.21. Температурные зависимости прочности о/ и предельного удлинения е/ аморфного сплава PdeoSi»M S - I и AfS-II — метастабильные кристаллические фазы; * —(Т /тахной линии расположена область однородной деформации, справа — 1область неоднородной деформации.
Граница между этими областями смещается к высоким температурам при повышении скоростидеформации. Характерно, что в области неоднородной деформациипрочность слабо зависит от скорости деформации, тогда как в области однородной деформации эта зависимость довольно значительна. На рис.
8 . 2 1 показаны изменения напряжения разрушенияи предельного удлинения с температурой при постоянной скоростидеформации ( 8 - 1 0 - 5 с ^ ) [ 8 ]. С повышением температуры напряжение разрушения постепенно уменьшается, но при температурах238~ 2 0 0 °C скорость этого снижения существенно возрастает. Одновременно предельное удлинение также резко увеличивается, однакопри температурах > 3 00°С оно снижается вследствие развития процессов кристаллизации.При температурах > 250°С разрушение происходит после образования шейки, что не наблюдается при неоднородной деформации, имеющей место при более низких температурах.
Разупрочнение и переход в область однородной деформации важны с точкизрения осуществления прокатки,xfO~'перфорирования аморфных сплавов и т. п.Опроцессах высокотемпературной деформации аморфных металЧзлов при температурах > Т Р можно I 10судить по результатам испытаний<о*на ползучесть [5, 6 , 28]. На рис. 8.22 I . _ч| агприведена типичная для аморфных11 —J____1металлов кривая ползучести, полуоzoo w ооо воо т оченная на сплаве Pd 8 oSi2o при 125°СВремя,минво время испытания под нагрузкойРис.
8.22. Криваяползучести640 МН/м 2 [4]. Процесс ползучести,аморфного сплава PdeoSiMприкак видно, можно разбить на две125°С при напряжении 640 М Н/м2стадии: вначале следует стадия неи кривая разгруженияустановившейся ползучести, которая затем переходит в установившуюся ползучесть. Полностьюидентичный ход кривых ползучести отмечается и при испытанияхкристаллических металлов, где неустановившаяся ползучесть связана с процессами размножения дислокаций, а установившаяся —соответствует одновременному протеканию процессов размноженияи аннигиляции дислокаций. В связи с этим, учитывая отсутствиедислокаций в аморфных металлах, правомерен вопрос о том, каковв этом случае механизм ползучести? Для ответа на него необходимо прежде всего подробно проанализировать кривую ползучести.Введем следующие обозначения: ео — упругая деформация;ei — деформация на неустановившейся стадии ползучести; е 2 —деформация установившейся ползучести; ез — упругая деформацияпосле снятия нагрузки; 6 4 — деформация ползучести, восстановленная после снятия нагрузки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
