Файл: Синергетика и усталостное разрушение металлов..pdf

Достигнутыепереохлажденияна каплях металладиаметром 10—15мкм [13]

Для установления связи между Rc>ТСТи Тт нами были использованы расчетные данные по критическим скоростям охлаждения Rc на основе соотношения (3), приведенные в [11], и экспериментальные данные, по­ лученные в работе [13], по изменению величины переохлаждения для различных металлов в зависимости от ихтемпературы плавления.

Исследования в [13] проводили на малыхкапляхдиаметром 10—15 мкм в условиях гомогенного образования зародышей кристаллизации. Эти результаты представлены в таблице совместно с данными по температуре плавления этих металлов. Анализ экспериментальных данных показал, что зависимость приведенного переохлаждения в виде (Гпл - ТК)/ТПЛ- = ATJTUд от температуры плавления может быть аппроксимирована двумя участками прямых, пересекающихся в точке Fc, с координатой *TJTnл = 0,48 и Гпл = 600 К (рис.4).

Вобщем виде линейный участок этой зависимости при Т > 600 К можно представить в виде

где Ак - отрезок прямой, отсекаемый на оси ординат при экстрапрляции линейной зависимости от Гпл = 0, 0 - тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. Для изученных в работе [13] металлов с температурой плавления

>600К/3=0,13-103 1/К.

По своей физической сутиАк характеризует максимальное переохлаж­ дение,достигаемое при критической для кристаллизации скорости охлаж­ дения Rk, при котором ещ возможно образование зародыша кристалли­ ческой фазы.На основе соотношения (9) Ак можно выразить как

Ак - {Tan — +^7,пл- (10)

Для получения зародыша стеклообраэующей фазы требуется крити­ ческое переохлаждение AR расплава, отвечающее критической скорости

240

LgRc,Kfc

Рис.5. Зависимость параметра Ал от логарифма критической скорости охлажде­ ния (lgKc)

Из анализа (12) и (13) следует, что критические скорости для крис­ таллизации и стеклования взаимосвязаны соотношением

Проведенный анализ подтверждает наличие единой зависимости между критическими параметрами, контролирующими неравновесный фазовый переход жидкость—стекло в сплавах с различным составом и основой, и связь между параметрами, контролирующими процессы кристаллизации и стеклования.

Неравновесный фазовый переход стекло—кристалл. При деформации металлические стекла как системы,находящиеся в неравновесном состоя­ нии при температурах ниже Тст,с течениемвремени релаксируют ксвоему равновесному состоянию. Эти процессы можно ускорять или замедлять путем циклирования, снижения или повышения температуры,деформиро­ вания и т.п. Экспериментальные данные показывают, что деформация

стекол вблизи Тег протекает однородно (гомогенно), но при снижении температуры ниже —2/3 Тст проявляется негомогенная пластическая дефор­ мация ввиде полос сдвига.

Локализация пластической деформации при деформировании неметал­ лических стекол связана с неравновесными фазовымипереходамистекло— кристалл, происходящими локально вдоль предпочтительных направлений сдвига. Именно в этих областях в дальнейшем пластическое деформиро­ вание может происходить по дислокационным механизмам в виде тонкого скольжения. При гомогенной деформации (вблизи Тст) пластическая де­ формация связана с множественным скольжением, а оно —с движением дислокаций по пересекающимся плоскостям скольжения. Вэтом случае локализация деформации отсутствует, так как происходящая при этих температурах гомогенная структурная релаксация обеспечивает гомоген­ ное пластическое течение.

Подтверждением этого могут служить следующие экспериментальные данные.

242

6,МПа

Рис.6.Зависимость напряжения от деформации для La,0Al20при различныхтемпера­ турахиспытания

При Т, К: 1 - 4,2; 2- 77; 3 - 298; 4 - 347; 5 - 373; 6 - 423

1. При негомогенной деформации полосы сдвига приводят к ступенча­ той поверхности, которые по своему внешнему виду, тонкому строению

ничем не отличаются от полос сдвига в кристаллических материалах. Ши­ рина полос сдвига при изменении состава и способа получения металличес­

кого стекла изменяется в узком пределе (10—40 мм) [15], как и в слу­ чае кристаллического материала.

2. Электронно-микроскопические исследования структуры полос сдви­ га, проведенные [16] на металлических стеклах Fe^Ni^Bjo, показали, что при негомогенной деформации в объеме полосы сдвига и в прилегаю­ щих к ней областях происходят значительные изменения структуры,при­ чем в материале деформированной полосы атомный объем увеличивается на 10%.Это увеличение объема можно связать с образованием вакансий

вобластях металла,претерпевших неравновесный фазовый переход.

3.При негомогенной деформации объем материала между полосами сдвига в металлических стеклах остается недеформированным, что объяс­

няет отсутствие деформационного упрочнения при негомогенной деформа­ ции. Локализация деформации происходит в узких областях, претерпев­ ших неравновесные фазовые переходу стекло-кристалл, что обеспечи­ вает прямую связь между твердостью по Виккерсу (HV) и модулем Юнга (Б), причем зависимость HV-1T происходит через начало координаты, а

еенаклон соответствует постоянной пластической деформации еу - 0,022

[17].Эти исследования выполнены на 28 типах металлических стекол

Ме-Ме и Ме-металлоид [17].

4.Изменение вида кривой пластической деформации при приближении

ктемпературе стеклования. Испытания быстрозакаленного сплава (рис.6)

La8oAl2o показали, что при низких температурах (4,2-347 К) кривые растяжения металлического стекла не проявили заметной макроскопи­ ческой деформации, а при температурах 373—423 К обнаружена пластичес­

243

кая нестабильность,выражающаяся в появлении пилообразности на кривой растяжения. При этом вблизи Т = 0,75 Тст (~300 К) быстро увеличива­ лась пластичность сплава при одновременном снижении Е.

Отмеченные в работе [16] признаки смены механизма пластической деформации при 0,75 Гсх показывают, что при приближении к пороговой температуре, отвечающей гомогенной структурной релаксации, дисклинационные механизмы пластической деформации начинают превалировать на фоне дислокационных механизмов,развивающихся в областях, претер­ певших неравновесные фазовые переходы стекло—кристалл. Скачкообраз­

ный характер этого перехода обусловливает волнистость кривой растя­

жения.

5. Изучение областей до и после процесса скольжения в металлических стеклах показало, что при достижении определенного напряженного состоя­ ния возникают дислокационные диполи и петли [15],что возможно только

вкристаллическом состоянии.

6.Испытания на усталость быстрозакаленных сплавов показали, что

при циклическом нагружении нет принципиального различия между кривы­ ми усталости металлических стекол и кристаллическими металлами [18].

7. В [19] экспериментально показано торможение усталостной трещи­ ны в быстрозакаленном сплаве на основе кобальта при перегрузках.Пока­ зано, что существует критическая величина перегрузки (1,8 от амплитуды нагружения), при достижении которой скачкообразно (на порядок) изме­ няется скорость роста трещины.Это можно связать сдостижением у верши­ ны усталостной трещины критических условий для протекания неравно­ весных фазовых переходов стекло-кристалл, обеспечивающих ветвле­ ние трещины по направлениям, в которых произошли эти переходы [20].

Требуется дальнейший анализ поведения деформируемых аморфных сплавов в точках бифуркаций, отвечающих самоорганизации диссипатив­ ных структур, с цельюустановления новых закономерностей их поведе­ ния под нагрузкой.

6.Shechtman D.,Blech Y.,Gratias D.etal.//Phys.Rev.Lett. 1984.Vol.53.P.1951— 1953.

7. Чаудхари П„ Сменен Ф„ Стейнхард П.Дефектыи атомные явления переноса в металлических стеклах //Металлические стекла.М.:Мир, 1986.Вып.2.С.151-198.

8. Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивости в самоорганизующихся систе­ махи устройствах:Пер.сангл.М.:Мир,1985.350 с.

9.Пригожий И., Стенгерс И.Порядок из хаоса: Пер. с англ. М.: Прогресс, 1986. 430 с.

244