Лекция 10

Тема 3.3. Аморфные металлические сплавы

(окончание)

Механические свойства аморфных сплавов

1.Упругие характеристики

Во всех случаях модули Е, G и В аморфных сплавов на 30–50 % меньше, чем модули кристаллических металлов,

неупругость АМС связана с наличием свободного объема: если свободный объем мал, то мала и неупругая деформация.

Следовательно, неупругость связана и с плотностью АМС: по мере роста плотности, неупругость снижается.

2. Прочность аморфных сплавов

Важной особенностью АМС являются высокие значения прочности и твердости. Предел прочности АМС на основе Fe существенно больше, чем у сталей, и может достигать значений выше 4 ГПа.

В целом прочность и твердость существенно зависят от состава:

В АМС типа ТМ–М на основе железа важную роль играет концентрация металлоида:

-при концентрации бора от 12 до 22 % в сплаве Fe–B твердость и прочность возрастают линейно;

-в сплаве Fe80В20 твердость всегда снижалась при добавке Р, C, Si и Ge; -при добавлении второго металлоида (B, C, Si) в сплав Fe80P20 твердость возрастала, а при добавлении Ge – снижалась.

На основе анализа экспериментальных данных по системе ТМ-М можно сделать вывод о том, что, чем выше в периодической системе Д.И. Менделеева порядковый номер группы и период металлоида,

тем ниже твердость сплавов на основе железа.

2. Прочность аморфных сплавов

(продолжение)

Влияние на механические свойства дополнительного

3.Пластичность аморфных сплавов

Важной характеристикой материалов является отношение

При одноосном растяжении АМС при комнатной температуре отмечается малое относительное удлинение 0,02–0,3 %.

Это небольшая величина, но в отличие от классических стекол ( 0), АМС можно считать пластичными.

АМС поддаются прокатке, и, следовательно, пластически деформируются.

По мере нагревания и развития структурной релаксации пластичность АМС уменьшается, причем это уменьшение в зависимости от химического состава может начинаться при достаточно низких температурах по сравнению с температурой кристаллизации. Появление первых кристаллитов в аморфной

фазе вызывает охрупчивание аморфных сплавов.

В АМС на основе железа (Fe80P13C7, Fe78Si10B12) разрушение

наступает на ранних стадиях отжига, что свидетельствует или о сильном расслоении аморфной фазы, например образовании зародышей с ОЦК-структурой перед кристаллизацией, или о низкотемпературной кристаллизации.

3.Пластичность аморфных сплавов

(продолжение)

Для выявления изменений пластичности обычно используют испытания на изгиб. Например, изгиб ленточных образцов АМС позволяет определить максимальную деформацию до разрушения. Образец, толщиной t помещается между двумя параллельными пластинами, расстояние между которыми – L. Деформацию ленты при сближении пластин можно определить по формуле

f = t/(L – t).

При изгибе образцов с плотным прилеганием пластин к согнутой вдвое ленте (L = 2t) деформация f = 1. Во многих

АМС на основе Pd, Ni, Co лента не разрушается в состоянии f =

отжигаАнлиз300 диаграммС, в сплаведеформацииCo Si B в

75 15 10

координатахпри образовании кристаллической«растягивающее усилиекобальта)–удлинение»,. В сплавеполучаемыхNi Si Bна

75 8 17

сразрывныхобразованиеммашинах,фазы MSпоказывает,–II. что АМС обладают достаточно высокой (до 2 %) упругой деформацией и небольшой пластической деформацией. Возникает вопрос: как же деформируется пластически материал с беспорядоченным

Особенности деформации АМС

Пластическая деформация:

-кристаллические тела - перемещение дислокаций по кристаллографическим плоскостям, наличие деформационного упрочнения; -аморфные сплавы - перемещение групп атомов, при этом,

если нет сопротивления движению групп атомов, то деформация должна проходить непрерывно, а деформационное упрочнение отсутствует.

В случае отсутствия деформационного упрочнения максимальное напряжение, достигаемое с ростом деформации, равно пределу текучести, деформация начинается и развивается в одной и той же части образца в плоскости максимального касательного напряжения. В этой же плоскости происходит и разрушение.

Пластическая деформация АМС при одноосном растяжении крайне мала по сравнению с кристаллическим сплавом и зависит от характера деформирования, т.е. реализуемого напряженно-деформированного состояния.

Так, при испытании на изгиб (в условиях многоосного напряженного состояния) деформация проходит по многим плоскостям значительная пластическая деформация это

следствие последовательного протекания процессов

4. Вязкость разрушения аморфных сплавов

Аморфные сплавы обладают очень высокой вязкостью разрушения (K1С). Это обусловлено тем, что, не имея

плотноупакованных атомами (кристаллографических)

распространения трещин в таком материале, становится очень высокой.

Например, энергия разрыва АМС и для сравнения некоторых других материалов имеет следующие значения (кДж/м2):

5. Зависимость механических свойств от температуры и скорости деформации

Зависимость деформации АМС от температуры:

деформации, тогда как в температурной области однородной смещается в сторону

деформации эта зависимость довольно значительна.

Разупрочнение с ростом температуры и переход в область

однородной деформации важны с точки зрения осуществления

5. Зависимость механических свойств от температуры и скорости деформации (продолжение)

Ползучесть АМС

О процессах высокотемпературной деформации АМС при температурах более Тр можно судить по результатам

испытаний на ползучесть (рис. 1 и 2).

механизму, близкому к вязкому течению, и осуществляется путем диффузии атомов.

Взависимости от температуры испытаний