Аморфные материалы (835546), страница 56

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 56)

Кроме того, поскольку аморф­ные металлы удается пока получить, как ' правило, только в видетонкой ленты и тонкой проволоки, невозможно точно определитьразличные физические и динамические характеристики. По этимпричинам нет и общепринятой теории деформации аморфных ме­таллов, но предложено большое число различных моделей меха­низмов деформации. Из них наибольшего внимания заслуживаютследующие: а) модели вязкого течения: 1 ) модёль свободного объ­ема (Тернбалл и др.); 2) модель адиабатической деформации (Чени др.); б) дислокационные механизмы деформации: 1 ) дислокаци­онная модель (Гилман); 2 ) модель дислокационной решетки (Ли);3) модель дезъюнкции (Эшби).8.9.1. М еханизмы вязкого теченияТернбалл с сотр. (38] предложили объяснение процесса дефор­мации аморфного металла, в основе которого лежит так называе­мая концепция свободного объема.

Согласно этому объяснениюсдвиговая вязкость в растягиваемых частях образца значительноснижается за счет концентрации там напряжений. Однако модельвязкого течения не объясняет механизм разрушения аморфных ме­таллов. Недавно выдвинуто предположение [39], что причиной появ­ления характерной «венообразной» структуры излома в аморфныхметаллах является сдвиговая деформация, осуществляемая путемвязкого течения.Другая модель (Лими) предполагает протекание в аморфныхметаллах адиабатической сдвиговой деформации [16].8.9.2.

Дислокационные механизмы деф орм ацииТакие экспериментальные факты, как существование неустановившейся ползучести и наличие различных стадий сдвига придеформации аморфных металлов, а также ограниченный характерсамого процесса скольжения дают основания предполагать, что и ваморфных металлах действуют дислокационные механизмы де­формации.Впервые такое предположение было высказано в работе [40]для объяснения волнообразных полос деформации, наблюдавшихсяв силикатном стекле. Позже Гилман [41] развил эти представления.На рис. 8.28 показана схема дислокации в кристаллическом и аморф­ном S i0 2.

Черными точками на рисунке обозначены атомы кремния,244атомы кислорода не показаны. Линия дислокации в кристалличе-*ской фазе прямая, вектор Бюргерса этой дислокации постоянен повеличине и направлению, а в аморфной фазе величина и направле­ние вектора Бюргерса изменяются вдоль линии дислокации. Из та­кого представления дислокации в аморфном твердом теле следует,Рис.

8.28. Линия дислокациивкристаллическом (а) и аморфном(б) силикатном стекле S i0 2Рис. 8.29. Дезъюнкцияструктуревячеистойчто уменьшение динамической вязкости аморфной фазы в ходесдвиговой деформации может происходить за счет расширения (ди­латации) ядра дислокации; при этом справедливо соотношениев у = 2т — [ 8 я е 2/( 1 - f a ) ] В,где е — деформация при дилатации; a = 35/4G; В — модуль объем­ной упругости; G — модуль сдвига; т — сдвиговое (касательное)напряжение.Эшби [42] предположил, что в аморфных металлах имеется ячеи­стая структура, такая же, как в кремнии и германии.

В разупорядоченных ячейках такой структуры, состоящих из четырех узлов,дефект из трех узлов является линейным (рис. 8.29). Этот дефектв поле дальнодействующих напряжений ведет себя подобно дисло­кации, но при снятии напряжений «дислокационные» свойства та­кого дефекта исчезают.

Это — так называемый дефект дезъюнкции(от английского disjunction, что означает «разобщение, разрыв»)1.Сила, необходимая для приведения в движение такого дефекта,равна G/2; при высоких температурах движение происходит безувеличения упругой энергии.Ли [43] предложил модель дислокационной решетки, согласнокоторой аморфная структура содержит большое количество дисло­каций разного знака (рис. 8.30). Коэффициент упругости сдвигадля кристаллов по этой модели составляет 0,575, а критическое на1 Модель Эшби иногда называют моделью «оборванных связей». Прим.

ред.245гхТ■ -J'-LIt\ A I / - IiH~ r \ Iт_L / _L1 1I\Рис. 8.30. Дислокациивмодели решетки краевых дис­локаций разного знакапряжение сдвига равно 0,13 G. МодельЛи позволяет объяснить явление неод­нородной деформации аморфных металлов.Пока еще трудно отдать предпочте­ние какой-либо одной модели, посколькуиз-за недостатка надежных эксперимен­тальных данных о деформации аморф­ных металлов невозможно выделить ос­новной механизмдеформации. Длявыработки единой теории деформацииаморфных металлов необходимо гораз­до более подробно, чем это сделано досих пор, исследовать связь процессовдеформации с атомными конфигура­циями конкретных материалов, темпе­ратурой, напряжением, временем и т.

д .8.(0. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВУчитывая все вышесказанное, можно свести известные на дан­ный момент механические характеристики аморфных металлов вТаблица8.4. М еханические св о й с т в а ам о р ф н ы х м етал л о вСвойствоПрочностьУпругие постоянныеУпругая деформацияПластическая деформа­цияДеформационное упроч­нениеВид разрушенияМасштабный факторВлияние скорости дефор­мацииВлияние температурыПластичность, вязкостьУсталостьСпособность поддаватьсяобработке246ХарактеристикаВысока по сравнению с обычными металлическимиматериалами, близка к прочности нитевидных кри­сталловНа 20— 40% ниже, чем у кристаллических металловНеупругая деформация значительно выше, чем укристаллических металловПри низких температурах — неоднородная деформа­ция, при высоких температурах — вязкое течениеПрактически отсутствуетРазрушение путем сдвига, перед разрушением — зна­чительное развитие скольженияИзлом частично гладкий (хрупкий), частично волок­нистыйМасштабный фактор прочности мал *Напряжение разрушения снижается при увеличениискорости деформацииПрочность сильно зависит от температуры, в окрест­ности Tq наступает разупрочнениеВязкость существенна, пластичность значительна вокрестности TqСуществует предел усталости,отношение пределаусталости к пределу текучести равно 0,2— 0,3Холодная прокатка с обжатиями 30—50%, волочениес обжатиями д о 90%г~.1общую таблицу (табл.

8.4). Видно, что аморфные и кристалличе­ские металлы обладают различными механическими свойствами.Эти различия возникают потому, что аморфное состояние представ­ляет собой совершенно особое состояние вещества. Кроме того,аморфные металлы являются идеально изотропными и абсолютновязкими телами. Как это ни кажется странным, при описании де­формации и разрушения аморфных тел такая идеализация действи­тельно оправдана, что подтверждается хорошим совпадением экс­периментально полученных и теоретически рассчитанных (в прибли­жении однокомпонентных идеально вязко-упругих тел) механиче­ских характеристик. С этой точки зрения понятен интерес, проявля­емый к аморфным металлам.Г л а в а 9.ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАЕще в 40-х годах стало известно, что сплавы никеля или кобальта,содержащие 10—30% (ат.) фосфора, полученные металлизациейс использованием гальванических ванн с фосфорной кислотой, яв­ляются аморфными [ 1 , 2].

Это были, вероятно, самые первые экспе­рименты по получению аморфных металлов. Уже в то время прово­дившие эти исследования Бреннер с сотр. утверждали, что получен­ные таким образом гальванические покрытия из аморфных сплавовNi — Р и Со — Р обладают очень высокой коррозионной стой­костью по сравнению с обычными никелевыми или кобальтовымипокрытиями. Однако, поскольку производство’ аморфных сплавовметодом металлизации имеет существенные ограничения, в первуюочередь, по составам получающихся сплавов, эти исследованиятогда не получили серьезного развития и о них надолго забыли.9.1. ХИМИЧЕСКОЕ СВОЕОБРАЗИЕ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВ9.1.1.

Химическая однородностьС химической точки зрения аморфные металлы являются совер­шенно новыми материалами. Из-за особенностей аморфной струк­туры такие дефекты, как границы зерен и дислокации, характерныедля кристаллов, в аморфных металлах не существуют. Более того,в аморфных металлах, полученных закалкой из жидкого состояния,вследствие высоких скоростей охлаждения (> 1 0 0 0 К/с) отсутст­вуют дефекты, присущие металлам, охлаждаемым с обычными ско­ростями, и обусловливаемые диффузионными процессами, а имен­но, в аморфных сплавах нет ликвации,' включений, сегрегаций ит. п. неоднородностей.

Следовательно, структура аморфных метал­лов, хотя и является наиболее неупорядоченной среди всех твердыхструктур, в химическом отношении близка к идеально однородной.Таким образом, можно сказать, что структура аморфных металлов247является наиболее однородной твердой структурой, получаемой внастоящее время. Хорошо известно, что коррозия обычных кристал­лических металлических материалов начинается на тех участкахвнешней поверхности, где проявляется химическая неоднородность.Аморфные же металлы и сплавы, напротив, должны быть оченьустойчивы к коррозии, так как они существенно более однородны вхимическом отношении.9.1.2. Сплавы со сложнымихимическими составамиОграничиваясь только аморфными сплавами, получаемыми за­калкой из жидкого состояния, можно сказать, что их фазовый со­став никак не связан с диаграммой состояния.

В отличие от кри­сталлических сплавов, в которых введение новых компонентов мо-*жет сопровождаться значительными структурными изменениями,аморфные сплавы всегда представляют собой однофазный твердыйраствор, что является их особым достоинством. Чистые аморфныеметаллы, в отличие от аморфных сплавов, содержащих большоечисло компонентов, при обычных температурах нестабильны, поэто­му в дальнейшем мы будем говорить главным образом об аморф­ных сплавах.Компоненты аморфного твердого раствора могут качественнопо-разному влиять на химические свойства сплава в целом.

Характеристики

Список файлов книги