Аморфные материалы (835546), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Деформация ei никогда не равна6 4 , так как полностью вязко-упругих тел в природе не существует.Деформацию ei можно разделить на обратимуюи необратимуюeiр составляющие, которые могут быть выражены следующим образом:|е 1а = е а {1 — ехр ( — * /т „ ) } ; е 1(3 = e g {1 — exp ( — / / т 0) } .Так как наличие деформации eip является следствием протекания релаксации аморфной структуры, можно считать, что ею и 6 4практически равны друг другу (это известно также из экспериментов по релаксации напряжений).
Далее, можно считать, что для239/стадии установившейся ползучести справедливо соотношение 6 2 ==<svt (ev — скорость установившейся ползучести). Процессы наэтой стадии являются термически активируемыми. В результатеанализа кривой ползучести установлено, что энергия активациисоставляет ~ 0 ,5 5 эВ, коэффициент вязкости равен примерноК)-15 П а-с, активационный объем равен примерно объему атома.Показатель степени при напряжении на стадии установившейсяползучести составил 1,0— 1,5. Все это указывает на то, что процессустановившейся ползучести близок к вязкому течению и осуществляется путем диффузии. Подобные результаты получаются и надругих аморфных сплавах, что свидетельствует об их общности вотношении процессов, протекающих при высокотемпературной деформации.Если провести Испытания на длительную прочность, то на полученных диаграммах можно выделить стадии установившейся и неустановившейся ползучести, а также стадию ускоренной ползучести, на которой наступает разрушение образца (рис.
8.23) [5].Данные, приведенные на рис. 8.24, показывают зависимость времени до разрушения при ползучести сплава PdgoSi2 o при различныхтемпературах и постоянном уровне напряжений. Видно, что дляэтого сплава существует предел прочности при ползучести, который равен 600 МН/м2.оО50. 100150гооВ/>емя дороор</шетя,мингоо 500Время дороорршеш/я,модРне. 8.23. Кривые ползучестиаморфного сплава Pd80Si2 o поднапряжением 670 МН/м2 приразличных температурахРис. 8.24.
Разрушение прн ползучестн аморфного сплава Pd8oSi2 oпрн различных температурахЭксперименты по внутреннему трению также позволяют получить определенные сведения о высокотемпературных механическихсвойствах аморфных металлов. Так, в ходе подобных экспериментов установлено, что вблизи температуры Tq энергия активации составляет 125—250 кДж/моль, активационный объем равен .— 1 0 0атомным объемам, а коэффициент вязкости составляет примерно1012 П а-с.
Однако механизм течения при температурах, близких кТя, пока не выяснен. Трудности возникают, вероятно, вследствиеналожения процессов кристаллизации и расслоения ф аз1.1 Речь идет о расслоении исходной аморфной фазы. Прим. ред.2408.6. ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАМодульЮнга,ГН/м2Предельное удлинение, %Напряжение р а зрушения,МН/м*При облучении электронами или нейтронами в кристаллическихметаллах и сплавах в больших количествах образуются вакансии ипоры, что приводит к снижению их пластичности. В этой связи понятна важность изучения влияния облучения на механические свойства аморфных металлов. Обратимся к табл.
8.3 [29]. В ней приведены значения некоторых механических свойств аморфного сплава Pd 8 0 Si 2 o до и после облучения нейтронами (доза облучения составляла 5-102 0 нейтронов на 1 см2). Напряжение разрушения ипредельное удлинение, в отличие от кристаллических металлов,почти не изменяются при облучении. Однако модуль Юнга послеоблучения уменьшается на -—- 1 0 %, что вызывает увеличение упругой деформации. Это же является причиной так называемого «разупрочнения». В работе [30], по Т а б л и ц а 8.3. В лияние облучени ясвященной изучениювлияниян ейтрон ам и н а м ехаи и ческвесв о й с т в а ам о р ф н о го с п л а в а PdgoSiasоблучения нейтронами на структуру аморфных сплавов, указывается, что при облучении, предПоказательположительно, происходит увеличение свободного объема и нарушение ближнего порядка.
Од650 ,0 21263нако в целом можно считать, что Д о облуче0 ,0 2631267аморфные металлы по сравнению ння(1265) ( 0 ,0 2 )(64)с кристаллическими 'Обладают5612340 ,0 2Послепревосходной стойкостью по от облучения560 ,0 2123359ношению к нейтронному облуче0 ,0 212770,025531329нию.(.1268) ( 0 ,0 2 )(56)Имеется также ряд работ пои м е ч а н и е . В скобках даны средоблучению аморфных сплавов ниеП рзначения.______ __________электронами высоких энергий[31]. Установлено, что в сплавах с вялой кинетикой кристаллизациипоследняя ускоряется в результате облучения. Этот факт довольно трудно объяснить локальным повышением температуры.
Крометого, предполагают, что в сплавах, у которых отношение Тх/Тт( Тх — температура кристаллизации, Тт — температура плавления)ниже 0,6, облучение вызывает кристаллизацию [29].8.7. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАВ лентах из аморфных сплавов на основе железа, свернутых вспираль, наблюдается явление замедленного разрушения. Например, на рис.
8.25 показано развитие разрушения под действием изгибающей нагрузки (или отвечающей ей деформации) от временииспытания на замедленное разрушение в воздушной атмосфере.Сплавы, содержащие значительные количества фосфора (например, Fe 8 oBi6 P 4 , Fe 8 oPi3 C7 ), при высоких напряжениях характеризуются малым временем до разрушения. Сплавы же Fe 8 4 Bi6, Fe 7 8 SiioBi2даже при высоких напряжениях разрушаются спустя более чем241104 ч после начала испытаний. Для сплавов, легированных хромом,замедленного разрушения нет. Замедленное разрушение в сплавахна основе никеля и кобальта протекает не так, как в сплавах на основе железа, содержащих фосфор и имеющих низкую коррозионнуюстойкость и, соответственно, повышенную склонность к образованиютрещин.
Так как явление замедленного разрушения не наблюдаетсяв вакууме, полагают, что его причиной является наличие воды наЖ0%%гвоогооот о■103!!|5 *&Рис. 8.25. Задержанное разрушение аморфных сплавов иа воздухе при комнатныхтемпературах[32]:1 — Fe^o Pj3 С7;2 — Fe8o Вц Р 4 ;3 —Fe , 8 Sijo В1 2 >4 —Fe 70 P 13 C7 Сгщ;5 — Fe 84 Виto*Время,чповерхности ленты, которая, диссоциируя, вызывает коррозию.Коррозия, в свою очередь, облегчает адсорбцию водорода, вызываятем самым так называемое водородное охрупчивание. Замедленноеразрушение затрудняется при легировании сплавов хромом вследствие повышения их коррозионной стойкости.
Явление водородногоохрупчивания подробно рассматривается в главе 9.8.8. УСТАЛОСТЬ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВИзвестно, что различные материалы разрушаются при приложении переменных напряжений ниже их предела текучести. Это явле^ние называют усталостью. Несколько экспериментов проведено и поопределению характеристик усталости аморфных сплавов [33— 36].На рис. 8.26 показана кривая усталости в координатах «напряжение —число циклов» для аморфного сплаваPdsoSi2 o [34]. Как видно из этого рисунка, при снижении переменного напряжения число циклов до разрушения возрастает, а примерно при 4-10 4'' fOfциклах достигается предел усталости.Числе цикловОтношение предела усталости к пределу текучести в данном случае состаРис.
8.26. Диаграмма усталостивило — 0,18 (условия испытаний былиаморфного сплава PdsoSiao присимметричном цикле нагруже таковы, что максимальное растягиванияющее напряжение составляло половину от полного изменения напряженияв одном цикле). Такое отношение предела усталости к пределу текучести близко к аналогичным отношениям для обычных высокопрочных материалов.242• Коэффициент интенсивности напряженийростью распространения трещины, какКг связайсо ско,da/dn = A(Kj )т,где а — длина трещины; п — число циклов.
Экспериментально определенные значения т близки к 4. Связь между величиной зоныпластической деформации в вершине трещины Zp и коэффициентомKi может быть выражена, какZp = B ( K l )n,где величина2 .Такие значения т и п, как характеристики процесса распространения трещины в структурно однородном 'аморфном металле,близки к аналогичным характеристикам для идеально пластичныхтел.Характеристики усталости определялись и на некоторых другихсплавах. Во всех случаях обнаружено существование предела усталости, а отношение предела усталости к пределу текучести составило 0,2—0,3. Однако разброс значений параметра т большой, чтозатрудняет его интерпретацию, как характеристики процесса распространения трещин.
Например, в сплаве МздРезвРиВбАз величина т = 2 [33], а в сплаве Ni 4 oFe4 oPi4 B 6 т = 4 [ 3 4 ] . Известно, что сплав№з9ре38Р14ВбА13 (Metglas 2826) является хрупким, поэтому резуль-.таты измерений, проведенных на этом сплаве, вероятно, нельзя считать надежными.Усталостное разрушение в аморфных сплавах, как и в кристаллических материалах, происходит путем зарождения и распространения трещин [34].
Трещина зарождается на дефектах внешней поверхности или вблизи внутренних неоднородностей. Признакомпластической деформации и скачкообразного распространения трещины служит появление характерных полос в вершине трещины,как и в случае кристаллических металлов. Однако в аморфныхРис. 8.27. Зарождение и распространение усталостной трещины:1 — место зарождения трещины (например, включение); 2 — иаправле*иие распространения трещины; 3 —циклические напряженияметаллах, в отличие от кристаллических, движение трещины начинается в плоскости сдвига под углом ~ 4 5 ° К направлению приложения напряжения (рис.
8.27, зона А), затем трещина распространяется в направлении ширины ленты, а при достижении критического напряжения происходит нестабильное разрушение (рис. 8.27,зона В) [34].84 *8.9. МЕХАНИЗМЫ ДЕФОРМАЦИИ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВКак ж е происходит деформация металлов, находящихся в аморфном состоянии? При поисках однозначного ответа на этот вопросприходится сталкиваться с определенными трудностями, посколькупроцессы деформации, впрочем, как и некоторые другие процессы,происходящие в аморфных металлах, невозможно изучать методами просвечивающей электронной микроскопии, как это делается вслучае кристаллических металлов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
