Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к металлическим стеклам (МС) обусловлен как чисто научными причинами, так и значительными возможностями их практического применения. Специфика структуры МС определяет уникальность большинства их свойств. Однако, к настоящему времени не удалось однозначно идентифицировать структуру этих материалов и на этой основе разработать адекватное описание их физических свойств. Кроме того, структура МС не остается неизменной во времени. В силу неравновесности структурного состояния МС в них самопроизвольно протекают в основном необратимые процессы, известные под обобщеїшьім назваїшем "структурная релаксация". Структурная релаксация (СР) изменяет все физические свойства МС. Достаточно давно был установлен факт ее определяющего влияния на пластическое течение МС при температурах выше комнатной. Однако, несмотря на многочисленные попытки шггерггоетации пластического течения МС в условиях интенсивной СР (так называемого "гомогенного течения"), можно утверждать, что в настоящее время достаточно аргументированные и экспериментально апробированные представления о его природе отсутствуют. Вместе с тем, накапливаются данные о том, что гомогенное течение есть ни что иное, как СР, ориентировшшая полем внешних напряжений. Таким образом, возникает объективная необходимость разработки адекватной физической модели гомогенного течения в условиях интенсивной СР и ее экспериментальной апробации.
Цель и задачи исследований. С учетом изложенного, в работе была поставлена цель: разработать количествешгую модель необратимой СР в поле внешних напряжений, применить ее для анализа квазистатических и низкочастотных механических релаксаций (релаксации напряжений и низкочастотного внутреннего трения) if осуществить экспериментальную проверку разработанных представлений.
Для достижешія цели работы были поставлены следующие задачи:
-
Проанализировать кинетику необратимой СР в свободном от нагрузки состоянии с учетом тепловой предыстории.
-
Сформулировать уточненную коїщепщпо необратимой СР в поле внешних напряжений и рассчитать с ее помощью макроскопическую пластическую деформацию, обусловленную СР в иоле приложенных напряжений.
-
Получить уравнения, описывающие низкочастотное внутреннее трение и релаксацию напряжений, обусловленные необратимой СР.
-
Провести измерения низкочастотного внутреннего трения и релаксации напряжений в одном из МС, выбранном в качестве модельного, и на этой основе оценить степень адекватности разработанных представлений.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:
осуществлен анализ кинетики необратимой СР в свободном от нагрузки и напряженном состояниях с учетом тепловой предыстории;
получено выражение для тензора макроскопической пластической деформации, обусловленной необратимой СР под нагрузкой;
получены уравнения, описывающие с единых позиций кинетику низкочастотного вігутреннего трения и релаксации напряжений в условиях интенсивной СР;
- разработан эффективный метод восстановления энергетического спектра необра
тимой СР металлических стекол по данным релаксации напряжсшш в условиях
линейного нагрева.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Установлена связь между средней локальной пластической деформацией, реализующейся в результате элементарного акта СР, и макроскопической пластической деформацией металлических стекол в напряженном состоянии.
-
Разработанный способ учета ориентирующего влияния внешнего напряжегаш на кинетику необратимой СР металлических стекол позволяет количественно описать температурно-временные зависимости низкочастотного внутреннего трешш и релаксации напряжений при линейном нагреве и в изотермических условиях с учетом тепловой предыстории.
-
Энергетический спектр необратимой структурной релаксации может быть восстановлен с использованием разработанного метода анализа кинетики релаксации в условиях линейного нагрева.
Практическая значимость. Разработанные представления о кинетике необратимой структурной релаксации МС в поле внешних напряжений углубляют представления о природе стеклообразного состояния и могут послужить основой для количественного прогнозирования демпфирующей способности и кинетики накопления пластической деформации МС в сложных темперэтурно-шловых условиях испытаний.
Непосредственный инженерный интерес представляют разработанные методики измерений релаксации крутящего момента и низкочастотного внутреннего трения микрообразцов в изотермических условиях и при линейном нагреве.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на II научно-методической конференции "Использование научно-технических до-
стижеііий в демонстрациотгом эксперименте и в постановке лабораторных практикумов" (Саранск, 1994 г.), VI международной конференции по структуре некристал-шгческих материалов (NCM-6, Прага, Чехия, )994 г.), школе-семинаре "Релаксационные явления в твердых телах" (Воронеж, 1995 г.), международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений" (Тамбов, 1996 г.), 11 международной конфереіщии по впутреіпіему трению и затуханию ультразвука в твердых телах (ICIFUAS-11, Пуатье, Франция, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.
Личный вклад автора. Основные результаты и выводы диссертации, получены лично автором.
Струкгура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка цитированной литературы. Работа содержит 116 страниц текста, включая 35 рисунков, 5 таблиц и библиографию из 105 наименований.
