Аморфные материалы (835546), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Табл. 10.2 составлена паданным, приведенным ранее на рис. 2.17 (способность к аморфизации), рис. 4.20 (термическая стабильность), рис. 8.4 (твердость),,рис. 4.13 и 4.14 (сопротивление охрупчиванию), рис. 9.4 (коррозионная стойкость). Использован также и рис. 10.4 (магнитная индукция насыщения и температура Кюри).Среди сплавов типа металл-металл предполагается пока широко использовать только сплавы (Fe, Со, Ni)goZr10.10.1.3. Влияние деф орм ацииВ условиях многоосного напряженного состояния аморфные металлы можно подвергать значительным деформациям при прокатке,,изгибе, волочении (см. гл.
8). Пластическая деформация при такихобстоятельствах, естественно, отражается на свойствах аморфныхметаллов. Это проявляется главным образом через изменениеструктуры и повышение уровня внутренних напряжений. Упругаяэнергия накапливается за счет концентрации напряжений вблизи29»Таблица10.2. В лияние м етал л о и д о в и а с в о й ств а ам о р ф н ы х сп л а во ви а основе ж е л е з а *Металлоидные элементы**Сочетания металлоидов вубывания свойствапорядкеПараметрвСSiРGeРасход сырьяСпособность к-аморфизацииТермическая■стабильность411334225524152Прочность,твердостьСопротивлениеохрупчивииюКоррозионнаястойкость.МагнитнаярелаксацияТемпература Кюри12345В23154S i—В3241521. 35434251.РР -СР —ВВS i—В Р—В Р - С Р —GeВ—Се P - S iВ —СВ—Ge S i— ВВВ—С Р —SiP -G e12рР -СР —с Р—вS i—ВS i—В Р —Si3с —вв45Р—в S i—ВРP -S iВ—GВВ—С В—GeР -СР -ВВ—G S i—В В—Р Р—GВВ—G В—Ge Р—СР— SiР— S i Р—Ge В—С* Для сплавов Feeo Металлоид so., ** Цифры указывают предпочтительность того или иного металлоида для данного свойства (1 — наиболее предпочтительный металлоид,...
5 —наименее предпочтительный металлоид).участков пересечения полос скольжения, а структурные измененияпроисходят только в пределах этих полос. Пластическая деформация приводит к изменению атомных конфигураций в аморфных металлах. Если анализировать структуру методами рентгеновскойдифракции, то можно обнаружить, что при деформации 5— 10%проходит структурная релаксация, изменяется ближний порядок,и, как предполагают, возникает своего рода упорядоченное состояние.
Деформация вызывает повышение прочности и модуля Юнга1.В качестве примера на рис. 10.1 приведены диаграммы «напряжение — удлинение» аморфного сплава Fe75 S i10Bi 5 после деформацииВолочением с коэффициентом обжатия 36 й 85%. Исходный закаленный материал имел прочность 2,8 ГН/м2, после волочения с обжатием 36% прочность повысилась до 3,7 ГН/м2, при этом возрослотакже и предельное удлинение и наклон диаграмм (т. е. повысилсямодуль Юнга). Однако после волочения с обжатием 85% прочность снижается. Это произошло вследствие концентрации напряжений в местах пересечения полос скольжения и вызванного еюзарождения пор.4 В ферромагнитных сплавах увеличение модуля Юнга, хотя бы частично,может быть связано с уменьшением подвижности границ домеиов и, соответственно, уменьшением ферромагнитной аномалии упругих свойств(Д-эффекта).Прим, petд.294Механическая обработка приводит к повышению электросопротивления и к снижению магнитной проницаемости, а также влечетза собой более или менее заметные изменения других физическихсвойств.
При нагреве до температур, лежащих ниже температурыкристаллизации, эффекты, вызванныеб, мн/мгдеформацией, большей частью исчезают и происходит восстановление физических свойств до их значений переддеформацией.10.1.4. Влияние термической обработкиКак указывалось в главах 3 и 4,при нагреве аморфных металлов, засчет протекания процессов структурной релаксации, происходит уменьшение свободного объема и возникаеттопологический и химический ближний порядок1.
Кроме того, происходитО 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0фазовое расслоение и выпадение криУдлинение, %сталлов. Структурная релаксация приРис.10.1.Влияниеволочениянагреве до относительно низких темпеиадиаграммыдеформацииратур связана с диффузией на корот аморфного сплава FeysSiioBisкие расстояния (кажущаяся энергия(скоростьдеформирования4,17-10активации ~ 0 ,5 эВ ). Фазовое расслое*):1 — волочение (R — 85 %).; 2 —ние и выделение кристаллов связаныпроволокаизуглеродистойс диффузией на большие расстояниястали (диаметр 0,18 мм); 3 —(кажущаясяэнергияактивации волочение ( R = 36% ); 4 — за~ 1 эВ ).
Локальные остаточные накалеииый аморфный сплавпряжения, возникшие в ходе затвердевания расплава, частично устраняются при нагреве до температурниже температуры кристаллизации.При термической обработке аморфных сплавов на стадии, предшествующей кристаллизации, наблюдаются изменения физическихсвойств. Об этом уже подробно говорилось в разделе 4.2. Например, хорошо известны соответствующие изменения магнитныхсвойств и пластичности.
При термической обработке с кристаллизацией аморфные металлы практически утрачивают свои отличительные свойства. Это обстоятельство необходимо учитывать привыборе температурных и временных режимов термической обработки с тем, чтобы сохранить присущие аморфным металлам специфические качества.10.1.5. Влияние атм осф ерыАморфные металлы по-разному ведут себя в той или иной атмосфере. Хорошим примером этому может служить явление статичен1 Следует подчеркнуть* что устранение свободного объема иизменениетопологического ближнего порядка — тесно связанные процессы: первый из нихвсегда обусловливает второй. Прим.
ред.295ской усталости, описанное в главе 8. Так, в сплавах на основе ж ел еза наблюдается снижение предела усталости и времени до разрушения вследствие того, что водород из поверхностной пленкиоксидов (ржавчины), образующейся на поверхности под действиемвлаги воздуха, поглощается сплавом и вызывает его охрупчивание.Влияние влажности воздуха отчетливо проявляется также и на динамической усталости.
Водородное охрупчивание и в этом случаеслужит причиной разрушения. Поэтому при разработках необходимо учитывать и подобное влияние атмосферы на свойства аморфных металлов.10.2. СВОЙСТВА АМОРФНЫХ МАТЕРИАЛОВИ ПРИМЕРЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯВыше были рассмотрены р а зл и ч и е технологические факторы,которые необходимо учитывать при разработке практического применения аморфных металлических материалов. В этом разделе будут описаны некоторые приемы прогнозирования сплавов с конкретными свойствами и показаны примеры 'использования этихсплавов. .10.2.1.
Высокопрочные материалыАморфные металлы можно использовать как материалы, имеющ ие высокие характеристики прочности и пластичности. Уже с1974 г. высказывались предположения о возможности применения-аморфных сплавов в различных конструкциях в сочетании с пластмассами и резинами, а также для изготовления пружин, малогабаритного режущего инструмента и т. д. Основными препятствиямиздесь являлись высокая стоимость сырья, слабая устойчивость против нагрева и невозможность получения материала в ином виде, чемлента.
Однако недавно с появлением методов вытягивания волокониз вращающегося барабана появилась возможность получать тонкую проволоку круглого сечения (диаметром 200 мкм)- из аморфных сплавов на основе железа. Это .явилось новым стимулом дляизучения возможностей аморфных металлов как высокопрочныхматериалов.
По своей прочности и пластичности проволока издморфного сплава FeysS^oB^ превосходит даже стальную рояльную проволоку. Поэтому данный аморфный сплав весьма перспективен для использования, например, в качестве шинного корда.Как видно из табл. 10.2, прочность сплавов железа с металлоидами понижается в ряду элементов В, G, Si, Р, Ge. Сплавы F e — Вимеют наиболее высокую прочность (например, в случае сплава!Fe8oB2 o прочность составляет 3500 МН/м2).
Однако, поскольку этисплавы обладают низкой способностью к аморфизации, они не могут быть использованы для массового производства тонкой аморфной проволоки. В этом смысле наиболее удачным высокопрочнымаморфным материалом является сплав Fe75 SiioB15. В будущем этот^сплав должен составить серьезную конкуренцию существующимнысокопрочным материалам.29610.2.2. Коррозионностойкие материалыАморфные металлы в химическом отношении являются болееактивными, чем кристаллические. Однако, те аморфные сплавы,которые содержат хром и другие элементы, способствующие формированию пассивирующей пленки, обладают значительной коррозионной стойкостью (см.
гл. 9 ). Для сплавов на железной основе,обладающих высокой коррозионной стойкостью, аморфизаторамиРис. 10.2. Влияние легирования на скорость.коррозии аморфных сплавовна железной и кобальтовой основах в 1 и. расптворе НС1:^ '/ — FeCrxBjo;2— §FeCoxPi3C7; 3 — кристал- |лический сплав FeCr; 4 —FeNi*P,eC7;5 - § ' vFeW *PI3C7;6 - |FeM o*PleC7;7—^FeCr*Pi3C7;8 — иержа- |веющая сталь ЗОСг—2Mo; ^ Ц19 — нержавеющая сталь | |3 4 0 ; 1 0 —CoFexP i3B 7; 1 1 —СоСгхВ®;12—CoNixPi3B7;13—СоМохР 13В 7;1 4 — недржавеющая сталь; 1 5 —СоСгхР]вВ7; 1 6 — хасталлой Xявляются фосфор и углерод или фосфор и бор (см. табл.
10.2). Gточки зрения способности сплавов к аморфизации лучшим является сочетание фосфора и углерода. На рис. 10.2 показано влияниелегирующих элементов на скорость коррозии аморфных сплавов нажелезной основе в 1 н.' водном растворе HG1. Здесь же для сравнения показана коррозионная стойкость различных кристаллическихнержавеющих сплавов. Как видно из рисунка, в случае аморфныхсплавов на железной основе наилучшую коррозионную стойкостьимеют сплавы Fe — Сг — Р — G, а в ряду элементов Mo, W, iNi, Goкоррозионная стойкость'уменьшается. Такая же тенденция присущаи сплавамнакобальтовойи никелевой основах. СплавFe45 Gr2 5 Mo10Pi 3 G7 , пассивируясь даж е в таком концентрированномрастворе, как 12 н.
раствор соляной кислоты при 60°G, почти некорродирует. По своей коррозионной стойкости этот сплав превосходит даже металлический тантал. Интересно, что подбирая соответствующим образом состав аморфных сплавов, можно управлятьих коррозионной стойкостью.Примеры практического использования такой сверхвысокойкоррозионной стойкости пока еще. малочисленны. Сейчас разрабатываются электродные материалы, фильтры, работающие в растворах кислот, морской воде, сточных водах, материалы, предназна10 З ак .307297ченные для производства соды, материалы для топливных элементов. В будущем, если технология аморфных материалов позволитполучать высокое качество поверхности, коррозионностойкие аморфные сплавы найдут себе самые разнообразные применения.10.2.3.
Магнитно-мягкие материалыАморфные сплавы, содержащие большие количества магнитныхэлементов, могут обладать довольно высокой индукцией насыщения. Поскольку аморфные материалы не имеют дефектов, повышающих сопротивление движению границ доменов, и в них отсутствует кристаллографическая анизотропия, то они представляют собойпревосходные практически изотропные магнитомягкие материалы.Кроме того, магнитное состояние аморфных сплавов можно изменять непрерывно, в широком диапазоне варьируя их химическийсостав. Поэтому можно получать сплавы с заранее заданными магнитными характеристиками, что является существенным преимуществом аморфных материалов.Магнитные аморфные сплавы содержат большие количества немагнитных металлов и металлоидов, поэтому их намагниченностьнасыщения и температура Кюри, как правило, ниже, чем у кристаллов.
В настоящее время с точки зрения практического использования особенно привлекают внимание две системы сплавов, приведенные на рис. 10.3. У этих сплавов максимальная индукция иа-Рис. 10.3. Магнитная индукция насыщения при комнатной температуре (цифры у кривых, 10- 1 Тл) аморфныхсплавов(Fe, Со,N ibeSigB u (а) и (Fe, Со, Ni)goZri0 (б) и составы,отвечающиенулевой магнитострикции (Л „ = 0 )сыщения составляет почти 1,6 Тл. Эти сплавы имеют превосходнуюмагнитную проницаемость, поэтому они очень перспективны какмагнитные материалы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
