WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1997, том 39, № 5 Акустическая эмиссия при гетерогенном и гомогенном пластическом течении металлического стекла © А.Ю. Виноградов, В.А. Михайлов, В.А. Хоник Воронежский государственный педагогический университет, 394043 Воронеж, Россия Тольяттинский политехнический институт, 445667 Тольятти, Россия (Поступила в Редакцию 19 ноября 1996 г.) Проведены измерения акустической эмиссии (АЭ) в процессе пластической деформации металлического стекла, подвергнутого различным термообработкам. Показано, что при одной и той же температуре и скорости деформации в зависимости от режима предварительного отжига возможно как гомогенное течение, реализующееся без АЭ, так и локализованное течение, сопровождающееся интенсивной дискретной АЭ. На основе анализа результатов эксперимента аргументируется утверждение о том, что характер пластического течения металлических стекол определяется скоростью структурной релаксации при температуре испытания:

в условиях интенсивной структурной релаксации пластическое течение является гомогенным вязкоупругим, а в условиях кинетически заторможенной структурной релаксации — локализованным, реализующимся по дислокационно-подобному механизму.

Несмотря на более чем двадцатилетний опыт изучения возможно как гомогенное, так и гетерогенное течение пластического течения металлических стекол (МС), уро- в зависимости от предварительной термообработки, извень понимания физических механизмов, ответственных меняющей скорость СП. В [7,8] прямо сформулировано за формоизменение в поле внешних напряжений, оста- предположение о том, что тип течения определяется соется, очевидно, недостаточным. Главная причина этого отношением между постоянной времени r структурной обусловлена сложностью структуры МС и как следствие релаксации и характерным временем d нагружения: в недостаточностью информации о кинетике атомной по- условиях интенсивной СР r d и реализуется гомодвижности в этих материалах. генное течение, в условиях кинетически заторможенной СП r d и течение является гетерогенным. НастоИзвестно, что при комнатной и более низких темпераящая работа посвящена дальнейшей экспериментальной турах пластическое течение МС носит ярко выраженный проверке этого предположения посредством измерения гетерогенный (локализованный) характер и сопровождаакустической эмиссии (АЭ) в процессе пластического ется образованием полос сдвига, во многом сходных деформирования МС.

с таковыми в деформированных кристаллах [1]. При достаточно высоких температурах и умеренных скоро- Идея эксперимента заключалась в следующем. Состях деформации ( < 104 s-1) пластическое течение вокупность экспериментальных фактов свидетельству является гомогенным (однородным), каждый элемент ет о том, что гетерогенное течение реализуется пообъема вносит вклад в общую деформацию, и видимой средством коррелированных атомных перестроек и факлокализации деформации не наблюдается [1]. Начи- тически представляет собой процесс распространеная с конца 70-х годов, принято считать, что переход ния дислокационно-подобных дефектов, образующихся в от гетерогенного к гомогенному течению определяется процессе деформации и остающихся подвижными после гомологической температурой испытания и реализуется снятия нагрузки (см. работы [7–11] и библиографию вблизи T 0.7Tg, где Tg — температура стеклова- в них). Известно, что в этих условиях возникает инния [1–3]. Следует подчеркнуть, что это утверждение тенсивная АЭ, носящая ярко выраженный дискретный основано главным образом на характере температурных характер как во времени, так и в объеме деформирузависимостей предела текучести (слабая температурная емого материала [12–15] и во многом сходная с дисзависимость при T < 0.7Tg и сильная при T > 0.7Tg) локационной АЭ кристаллических металлов. С другой и прямых экспериментальных подтверждений не имеет. стороны, согласно представлениям [16–20], гомогенное Вместе с тем в последние несколько лет стали накапли- течение можно интерпретировать как СП, ориентироваться экспериментальные факты, свидетельствующие о ванную полем внешних напряжений и реализующуюся том, что переход гетерогенное гомогенное течение посредством совокупности некоррелированных атомных контролируется не гомологической температурой, а ки- перестроек в малых объемах (порядка объема нескольнетикой структурной релаксации (СР) при температуре ких координационных сфер). Естественно ожидать, что испытания [4–7]. Так, измерения возврата формы слабо- атомные перестройки в столь малых объемах не придеформированных образцов показали [5,6], что характер ведут к появлению измеримой АЭ. Таким образом, кривых возврата является весьма тонким индикатором переход гетерогенное гомогенное течение должен сотипа деформации и при одной и той же температуре провождаться кардинальным изменением характера АЭ.

886 А.Ю. Виноградов, В.А. Михайлов, В.А. Хоник 1. Методика эксперимента Исследовалось МС Co57Fe5Ni10Si11B17 в виде ленты шириной 14 mm и толщиной 15 µm, полученной стандартным методом одновалкового спиннингования. Аморфность исходной и термообработанной структур контролировалась просвечивающей электронной микроскопией и рентгеновской дифрактометрией. Растяжение образцов производилось на испытательной машине Shimazu Autograph со скоростью деформации (7.0 ± 0.6) · 10-6 s-1. Длина рабочей части образцов составляла 120–130 mm. Датчик АЭ (NF Electronics AE901U с резонансной частотой 140 kHz) крепился на поверхности ленты на расстоянии 10 mm от верхнего зажима. Сигнал АЭ, усиленный на 40 dB и отфильтрованный в полосе 100–300 kHz, записывался в компьютер в виде зависимости активности АЭ (т. е.

числа импульсов АЭ в единицу времени) от полной Рис. 1. Диаграмма растяжения МС Co57Fe5Ni10Si11B17 при деформации образца. Порог регистрации АЭ выбирался комнатной температуре и соответствующая ей кинетика активности АЭ.

на 2 dB выше уровня шума. Одна серия образцов была испытана при комнатной температуре, вторая — при Td = 473 K после линейного нагрева до этой температуры со скоростью 10 K/min. Образцы третьей серии предварительно отжигались при Ta = 673 K в течение часа, а испытания проводились после охлаждения до Td = 473 K. При высокотемпературных испытаниях верхняя часть образца длиной 15–20 mm с укрепленным на ней датчиком АЭ находилась вне горячей зоны печи и подвергалась принудительному охлаждению потоком воздуха для обеспечения нормального температурного режима функционирования датчика. Рентгеновские и электронно-микроскопические исследования образцов после высокотемпературной деформации не выявили следов кристаллизации. Часть образцов была испытана в атмосфере проточного аргона. Существенных отличий АЭ от случая испытаний на воздухе обнаружено не было.

2. Результаты эксперимента Рис. 2. Диаграмма растяжения при Td = 473 K и соответствуи обсуждение ющая ей кинетика активности АЭ.

Диаграмма растяжения исследуемого МС при комнатной температуре и соответствующая ей типичная зависимость активности АЭ от полной деформации пред- непосредственно перед разрушением появляется АЭ, активность которой, однако, в несколько раз меньше таставлены на рис. 1. Результаты этого эксперимента ковой для случая испытаний при комнатной температуре в целом не отличаются от ранее проведенных [12–15]:

(рис. 1).

АЭ носит ярко выраженный дискретный характер и начинается задолго до достижения макроскопического Согласно [5,6], пластическое течение при Td = 473 K предела упругости (в настоящей работе зависимость является полностью гомогенным, независимо от химиче- представляла собой прямую линию вплоть до раз- ского состава МС. Таким образом, гомогенное течение рушения; более точные измерения фиксируют значение действительно не сопровождается АЭ, за исключением предела упругости МС при комнатной температуре на непродолжительной конечной стадии нагружения.

уровне 0.7–0.8 от предела прочности [1]). Растяжение Диаграмма растяжения при Td = 473 K после отжига при Td = 473 K (рис. 2) приводит к появлению про- при 673 K и соответствующая ей кинетика активности должительной стадии пластического течения, а характер АЭ показаны на рис. 3. Видно, что предварительный АЭ кардинально изменяется: сигналы АЭ отсутствуют высокотемпературный отжиг вновь кардинально измена протяжении почти всего времени нагружения и лишь няет как характер деформации, так и характер АЭ.

Физика твердого тела, 1997, том 39, № Акустическая эмиссия при гетерогенном и гомогенном пластическом течении металлического стекла этом удалось объяснить некоторые экспериментальные факты, не имевшие ранее удовлетворительной интерпретации: определяющее влияние тепловой предыстории на кинетику ползучести и релаксации напряжений [16,17,19,20], линейный рост вязкости со временем в процессе изотермического испытания [16,17,19], зависимость скорости ползучести от напряжения и скорости нагрева [19], взаимосвязь механических потерь с частотой и скоростью нагрева [18,19] и др. [19].

Скорость деформации, обеспечиваемую механизмом ”ориентированной СР” при наличии растягивающего напряжения, можно приближенно1 представить как [18,19] N(E, t) (t) = - dE, (1) t где N(E, t) =N(E, t)C, N(E, t) — объемная плотность Рис. 3. Диаграмма растяжения при Td = 473 K после отжига при Ta = 673 K в течение часа и соответствующая ей кинетика центров релаксации на единичный интервал энергии акактивности АЭ.

тивации E, C — параметр, учитывающий ориентирующее влияние внешнего напряжения на элементарные акты релаксации, — объем, в котором эти акты происходят.

В рамках представлений [16–20] несложно показать, что Пластическая деформация испытательной машиной не кинетика изменения N после отжига при комнатной фиксируется, однако наличие интервалов чрезвычайно температуре TR в течение времени tR дается уравнением большой активности АЭ (в несколько раз превышающей активность при комнатной температуре) на протяжении t E N(E, t) =N0 (E) exp -tR 1 + exp -, почти всего времени деформирования однозначно свиtR kTR детельствует о ее существовании, а дискретность АЭ (2) указывает на локализованный характер этой деформации.

где N0 (E) = N0(E)C, N0(E) — исходный энергетиТаким образом. проведенные эксперименты подтвер- ческий спектр СР, формирующийся при закалке стедили предположение [5–8] о том, что при одной и той кла, — частота попыток преодоления активационже температуре и скорости деформации возможно как ного барьера, k — постоянная Больцмана. Восстанооднородное, так и локализованное пластическое течение. вление энергетического спектра СР по кинетике полФизическая интерпретация этого вывода в свете вы- зучести в процессе линейного нагрева в соответствии с методикой [19] позволило установить, что для исшеизложенного представляется в главном понятной.

следуемого МС функция N0 (E) является монотонно Образцы после изготовления хранились при комнатной возрастающей и может быть аппроксимирована как температуре в течение примерно года. За это время N0 (E) 3.07 · 10-13 exp 3.27E[eV] [m2 · eV-1 · N-1]. Товязкость структуры возрасла настолько, что механизм гда, принимая = 1013 s-1, TR = 293 Kи tR =3.1 · 107 s ”ориентированной СР” [16–20] становится неспособным (один год), подставляя (2) в (1), численно интегрируя обеспечить гомогенное формоизменение со скоростью,, задаваемой испытательной машиной. Это является при- и рассчитывая вязкость = /3 можно установить, чиной смены механизма течения на дислокационно- что после указанной термообработки вязкость на отрезке времени 0 t 4 · 103 s (примерно соответствуюподобный и возникновения сильной АЭ. Повышение температуры деформации до Td вызывает снижение вяз- щем реальному времени деформирования) практически постоянна и равна 3 · 1019 Pa · s.

кости, так что пластическая деформация реализуется Для случая испытания при T = Td после мгновенного по механизму ”ориентированной СР” без заметной АЭ.

нагрева до этой температуры следует записать Предварительный отжиг при температуре Ta > Td вновь приводит к росту вязкости при T = Td, смене механизма E деформации и появлению значительной АЭ.

N(E, t) =N0 (E) exp -t exp -. (3) kTd Покажем, что использовавшиеся режимы термообработки действительно сильно изменяют кинетику СР и, Конечность использовавшейся в эксперименте скорости следовательно, сильно изменяют вязкость структуры. С нагрева можно приближенно учесть, принимая нижний этой целью воспользуемся представлениями [16–20], в При этом предполагается, что энергия активации E элементарных рамках которых оказался возможным количественный актов релаксации много больше активационной работы V, где V — анализ ползучести, релаксации напряжений и низкочаактивационный объем. Это предположение не влияет существенным стотного внутреннего трения, обусловленных СР. При образом на корректность приведенных далее оценок.

Физика твердого тела, 1997, том 39, № 888 А.Ю. Виноградов, В.А. Михайлов, В.А. Хоник предел интегрирования в (1) после подстановки (3) Список литературы равным E0 = ATd, где A = 3.07 · 10-3 eV/K [18].

[1] В.П. Алехин, В.А. Хоник. Структура и физические законоТогда несложно рассчитать, что в процессе нагружения мерности деформации аморфных сплавов. М. (1992). 248 с.

вязкость линейно (в соответствии с многочисленными [2] A.S. Argon. Acta Met. 27, 1, 47 (1979).

экспериментальными данными, см., например, [1,16,17]) [3] Ф. Спейпен. В кн.: Быстрозакаленные металлы / Под ред.

растет от 0.7·1014 Pa · s при t порядка нескольких секунд Б. Кантора. М. (1983). С. 366–379.

до 6 · 1014 Pa · s при t =4 · 103 s.

[4] Г.А. Дзюба, И.В. Золотухин, А.Т. Косилов, В.А. Хоник. ФТТ Наконец, кинетика изменения N при T = Td после 33, 11, 3393 (1991).

отжига при температуре Ta в течение времени ta дается [5] А.Т. Косилов, В.А. Кузьмищев, В.А. Хоник. ФТТ 34, 12, (1992).

уравнением [6] V.A. Khonik, A.T. Kosilov, V.A. Kuzmitschev, G.A. Dzuba. Acta Met. Mater. 40, 6, 1387 (1992).

E E N(E, t) =N0 exp -ta exp - - t exp -. [7] О.П. Бобров, И.А. Сафонов, В.А. Хоник. ФТТ 36, 6, kTa kTd (1994).

(4) [8] O.P. Bobrov, V.A. Khonik, I.A. Safonov. Scr. Met. Mater. 32, 9, Тогда, подставляя (4) в (1), можно показать, что вязкость 1369 (1995).

при Td = 473 K после предварительного отжига при [9] V.A. Khonik. J. Alloys & Comp. 211/212, 114 (1994).

Ta = 673 K в течение часа примерно постоянна и равна [10] O.P. Bobrov, V.A. Khonik. J. Non.-Cryst. Col. 192/193, 5 · 1020 Pa · s. Таким образом, рост вязкости пример- (1995).

[11] V.A. Khonik, L.V. Spivak. Acta Mater. 44, 1, 367 (1996).

но на шесть порядков в результате предварительного [12] А.М. Лексовский, А.Ю. Виноградов, В.В. Смирнов. Письма отжига вновь приводит к замене гомогенного течения в ЖТФ12, 11, 641 (1986).

локализованным. Поскольку вязкости при комнатной [13] А.П. Брагинский, А.Ю. Виноградов, А.М. Лексовский, температуре и при 473 K после высокотемпературного Б.М. Медведев. Письма в ЖТФ 12, 18, 1111 (1986).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.