Пластическая деформация аморфных металлических сплавов Хоник, Виталий Александрович

Введение к работе

В начале 60-х годов били впервые синтезированы аморфные металлические сплавы (АИС) - представители нового класса неупорядоченных твердых тел. В середине 70-х годов были начаты их интенсивные исследования к вскоре было установлено, что А!,'С обладают совокупностью уникальных физических свойств, позволяющие рассматривать их как перспективные материалы для различных областей техники-. Это обстоятельство, а также достигнутый прогресс в технодопш изготовления AJ.'.C определили необходимость их опитного и промышленного производства для реыения техіпіческих задач. В настоящее время ИХ применяет¹ в кзчестве магнитопроводов звуко- и видеозапиенвзи-щеи аппаратуры, сялоеых трансформаторов и электродвигателей, как активные элементы разнообразных датчиков физических величин и магнитооптических запоминающих устройств, в качестве коррозионно-стойких материалов. При этом области применения АМС непрерывно расширяются.

Однако, интерес исследователей к ЛМС обусловлен не только возможностями их практического использования. В определенном смысле АНС нокно рассматривать как модельные материалы для исследования влияния структурной неупорядоченности на свойства твердого тела. В частности» это относится в полной мере и к изучению проблемы пластического формоизменения.

Со времени начала интенсивных исследований этой проблемы накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал и получен ряд интересных результатов. Вместе с тем, отчетливо заметен круг важных вопросов, которым не уделялось достаточного внимания. Этот круг вопросов мокло разделить на две части.

Во-первых, имеется дефицит или полное отсутствие экспериментальной информации по ряду важных и принципиальных моментов. Так, совершенно не исследованными остались особенности пластического течения в условиях чисто сдвигобнх напряжений. Вместе с тем, есть все основания ожидать существенных отличии Механического поведения при таком нагрухении от наиболее исследованного случая - деформации растяжением. Практически полноегьа не. изучены релаксационные процессы при низкотемпературном статическом и. динамическом нагру-кении как исходных, так.и предварительно деформированных АМС. В особенности, остались не "еализованнымк значительные возмогнос-стй л высокая чувствительность метода внутреннего трекия ікз фене

дефицита информативных методов исследования) для анализа структурных изменений, происходящих при пластическое деформации. В литературе имеются лишь немногочислетше даюше сугубо косвенного характера об одной из вакнєйіпих вопросов как для поігамания физики пластического течения, так и для реализации инженерных приложении АМС - вопросе о внутренних напряжениях, возникающих при деформации и их темперэтурно-временнок вволюции..Несмотря на то, что анализу механического поведения АМС в условиях структурной релаксации (например,- исследованиям ползучести овекезакаленных образцов) уделялось много внимания, роль структурной релаксации в формировании механических свойств AUG установлена далеко не полностью. В частности, вто относится к вопросу о возможной связи структурной релаксации с типо» деформации АМС (гомогенным или гетерогенным) и еа влиянии на релаксационные процессы при приложении нагрузки. Наконец, практически не исследованы процессы пластического течения вблизи температура стеклования Т , хотя наличие, аномалий ряда физических свойств АМС вблизи Ї позволяет предположить ВОЗМОЖНОСТЬ аномалий пластического течения.

Вторая часть невыясненных вопросов связана с проблемой установления степени адекватности експерименту предложенных теоретических моделе» к представлений о пластическом течении А!.!С. Сложилась такая ситуация, когда основные експеримзпталыше результаты допускают интерпретация в рамках различных (иногда - принципиально.! подходов. Б связи с отим возникает необходимость получения таких експериментальних даіші:х, которпз помогли Си п еоемо:;:;:о бо-.7..:-2 пзлном обьмз установить достоинства, недостатки и гроницн применение чзг;:-ст:шх теоретических предстаьл."л:пЛ. Крем:; того, ::.. JTiioc'ii': .;льна к возможности получении такой ^кспаримоптальной .:-:._.рмзцпл. следует отметить, что предложении^ к настоящему вре- і." модели деформации обладает рядом существенных недостатков.

Излсг.лшое определяет актуальность темп пастелмзго кседздо-.. .:.;.

Ь работе были поставлена следукщке цели: 'і. Установить закономерности и особеішостп пластического гГормо-»-..,мекеннл А'.ІС в условиях деформации кручением и дать и.¹.! физическую интерпретаций. Определить роль структурной' релаксации в формировании этих закономерностей. Установить фактори, контролирующие смену механизмов деформации АМС при изменении температури. 2. Определить закономерности Низкотемпературной механической- ре-

лаксацки деформированных АМС в условиях статического и динамиче -ского нагружения.

1. Количественно определить внутренние напряжения, возникающие при деформации АМС и исследовать их физическую природу.

2. Установить закономерности высокотешературного пластического течения АМС. Определить факторы, контролирующие или существенно влияющие на высокотемпературную пластичность.

3. На ^основе полученных результатов разработать косые моделып;е представления о физических механизмах пластической деформации Л!,К, а такке уточнить и дополнить существующие.

Для достижения поставленных целей решались следующие ксккрет-ше задачи:

1. Разработать и изготовить оксперименталыгое оборудование для комплексного исследования механического поведения АМС при различ-ішх видах нагрукения.

2. Исследовать процессы пластического течения ігри активном погружении, релаксации напряжений и возврате формы s условиях деформации кручением в широком итервале температур.

3. Изучить процессы низкотемпературной релаксации напряжений в исходных и предварительно деформированных АМС при прилокеши рас-тягивакщей нагрузки и определить.их зктивационные параметры. Исследовать релаксационное поведение АМС в условиях ступенчатого разгружения.

4. Применить структурно-чувствительный метод внутреннего трения для'исследования гетерогенного пластического течения АМС.

5. Провести кошлексное исследование високотемпературного гомогенного течения широкого круга ЛЫС при различных експериментальних условиях. ..'

Научная новизна полученных в работе експериментальних результатов определяется тем, что в ней впервые:

определена особенности пластической деформации АМС в условиях чисто сдвигового нагрукения;

обнарукеш и исследованы явления нормального и аномального формоизменения, возникающие при нагреве предварительно деформированных кручением образцов;

установлены закономерности релаксации напряжений при изохронном нагреве} ,

- исследована изотермическая релаксация напряжений при комнатной и
более низких температурах и определены эффективные внутренние

напряжения, возникающие при растяжении АМС;

- оонарукенэ анизотропия релаксация напряжений в предварительно

деформированном материале;

- определены закономерности низкотеютерэтурного внутреннего трения
г: Al'.Z после гетерогенной деформации;

показана возможность сьерхпластического течения широкого круга л;/С, установлено необходимой условие проявления этого еффекта и определен:.: фактори, существенно влияющие на величину предельной

^;>-v-;,:-j у, релаксационные пики внутреннего трения, ,. >:'.'.'_шческ:;й причиной вффекта свэрхпластичностк /J.IC является рез-.; гнппени.? вязкости материала в окрестности интервала стеклова-;:;::. Увеличение доли избыточного свободного объема в структуре при прочих раьшх условиях приводит к росту высокотемпературной пластичности.

Совокупность полученных в работе експериментальних результатов, еб основных ПОЛОК35ЙІЙ и выводов ыохзю рассматривать как новое научное направление "Пластическая деформация и внутренние напряже-

jmm і и 11 і

mm гморфн^х металлических сплгпов в условиях интенсивной л ;:;::; тетески зэтормояешюй структурной релаксации".

Практическое значение результатсз и зчводов работа определяется следую^.

Получешшз в работе экспериментальные данное о пластическое деформацій а условиях чисто сдвпгошх напряжений, релаксгцпсшпіх явленнях, происходящих при статическом и днна'Лічееком иэгруу.епин леходшх и предварительно д/'їор.чировршгух о'іразцоз, сгерхпластн-чзсксм течении, з токг5 разработзннке качественнее ^непчеехпе

- I III и^я^—««

лмческих сплавов" (Москва, 19S4 и 1988); IX, XV и XX Всесоюзных совещаниях по актуальним проблемам прочности (Ижевск, 1984, 1987 и 1939); VIII Всесоюзной совещании по стеклообразному состоянию (Ленинград, 198Ь); XV Международном конгрессе по стеклу (Ленинград, 1989), V и VI Республиканских конференциях "Демпфирующие металлические материала" (Киров, 1988 и 1991); VI Всесоюзной конференции "Физика разрушения" (Киев, 1989); III в IV Всесоюзных конференциях "Сверхпластичность металлов" (Тула, 1986, Уфа, 1989); II Всесоюзной конференции "Действие влектроыагнитных полей на пластичность и прочность материалов (Юрмала, 1990); VII Всесоюзное конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (Челябинск, 1990); III, IV и V Всесоюзны» семинарах "Структура дислокаций и механические свойетвз металлов и сплавов" (Свердловск, 1984, 1987 и 1990); V Всесоюзной конференции "Аморфные прецизионные . сплави: технология, свойства и применение" (Ростов Великий, 1991).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 26 статьях, список которых приведен в конце автореферата.

Обьем работы. Диссертационная работе состоит из 6 глав, содержит Э1Ь страниц машинописного текста, включая 118 рисунков, 5 таблиц и библиографию из 35** наименований.