атомов, находящейся в аморфном состоянии, скольжения, как результата движения дислокаций, не происходит. В этом случае на разные атомы действуют различные по направлению и величине силы, и поэтому аморфное твердое тело должно деформироваться путем перемещения групп атомов. При этом, если нет сопротивления движению групп атомов, то деформация должна происходить непрерывно. Предполагают, что так называемое явление деформационного упрочнения, связанное с размножением дислокаций в кристалле и междислокационным взаимодействием, в аморфных твердых телах отсутствует.

Рнс. 8.7. Схема деформации кристаллических (а) и аморфных {б) металлов:

а - процесс деформации как следствие движения дислокаций; б-процесс деформации путем движения групп атомов в аморфных материалах

Рнс. 8.8. Схема, показывающаи внд диаграммы деформации и изменение формы образца в ходе деформирования кристаллических (а) и аморфных

(б) металлов: 1 - предел текучести; 2 - разрушение; 3 - область деформационного упрочнения

Вид диаграмм деформации кристаллических и аморфных металлов и изменеТ1ия формы образца при растяжении вплоть до разрушения схематично показан на рис. 8.8. В случае кристаллических металлов обычно наблюдается значительное деформационное упрочнение, при этом после достижения предела текучести деформация распространяется за счет одновременного протекания скольжения в различных частях образца. При напряжениях, превышающих предел текучести, пластическая деформация и необходимое для ее протекания напряжение существенно возрастают - происходит упрочнение. После достижения максимума напряжений в образце происходят явления, вызывающие локальное сужение (образование шейки) и уменьшение напряжения вплоть до разрушения образца. В случае же аморфных металлов, как материалов, не претерпевающих деформационного упрочнения, максимальное напряжение, достигаемое с ростом деформации, равно пределу текучести, после чего происходит скольжение путем перемещения групп атомов в направлении максимального касательного напряжения. Однако, поскольку при скольжении деформационное упрочнение отсутствует, деформация начинается и развивается в одной й той же части образца, а именно в плоскости максимального Racaтeльнoгo напряжения. В этой же плоскости происходит и разрушение. Вследствие крайне неоднородной по образцу деформации диаграммы де-

формации должны выглядеть так, как показано на рис. 8.8,6: после достижения предела текучести напряжение линейно снижается и разрушение образца, как предполагают, должно происходить при нулевом его значении.

Если считать, что аморфные металлы представляют собой материалы, не испытывающие деформационного упрочнения, а деформация и разрушение происходят так, как показано на рис. 8.8,6, то естественно, что пластическое удлинение должно быть крайне

мало. Проверка этого предполо-

жения требует использования раз-

рывных машин, имеющих высокую жесткость. На рис. 8.9 приведена диаграмма деформации аморфного сплава PdsoSiso, полученная на испытательной машине

S 10 Увтнение, кн

Рис. 8.9. Диаграмма деформации аморфного сплава PdsoSiae, полученная на испытательной машине с высокой жесткостью

Рнс. 8.10. Деформация н разрушение при растяжении образца аморфного сплава PdsoSiao (показан образец, диаграмма деФоомацнн для которого приведена на рнс. 8.9)

С высокой жесткостью. Процесс деформации и разрушения образца, соответствующий этой диаграмме, приведен на рис. 8.10 [15]. Видно, что реальная диаграмма деформации в этом случае имеет тот же вид, что и схематическая диаграмма на рис. 8.8,6. . Из рис. 8.10 также ясно, что деформация осуществляется скольжением в одной плоскости, расположенной под углом 52° к оси растяжения и развитие этого скольжения приводит к разрушению образца.

Обычно аморфные сплавы получают в виде тонкой ленты. Эксперименты по растяжению образцов из таких лент проводят на испытательных машинахтипа Инстрон и получающиеся при этом диаграммы деформации по виду аналогичны диаграммам, приведенным на рис. 8.2. После разрушения образца в изломе наблюдается узор двух типов, которые можно условно отнести к хрупкому и волокнистому излому [16]. Однако такое строение излома не ха-

рактерно для аморфных металлов вообще, а проявляется только в особых условиях испытаний тонких ленточных образцов [17] Обозначим через t толщину аморфной ленты, а через d ее ширину; обычно dfit>8. В этом случае при растяжении процесс разрушения образца происходит в условиях плоского напряженного состояния. Это особенно заметно для таких материалов, как аморфные металлы, которые не упрочняются в ходе деформирования. На рис. 8.11 показано, как происходит деформация и разрушение при испытании на растяжение тонкой ленты из аморфного металла [18]. При плоском напряженном состоянии течение начинается от одной кромки образца и распространяется в плоскости сдвига, расположенной под углом 45° к оси ленты в направлении, показанном стрелкой, вплоть до разрушения. Поверхность разрушения можно охарактеризовать как совокупность хрупкого разрушения (блестящий излом), отражающего процесс скольжения, и вязкого разрушения (характерный волокнистый излом), отражающего процесс нестабильного разрушения, возникающего вследствие локального адиабатического повышения температуры, обусловленного внезапностью скольжения.

. По сути дела, волокнистая составляющая излома отражает наличие деформации, происходящей путем вязкого течения матери-

Рис. 8.11. Разрушение рис. 8.12. Поверхность разрушения тон-

при растяжении тонкой кой ленты аморфного сплава после рас-

леиты аморфного метал- тяжения

ла в условиях плоскона-пряжеииого состояния

ала. Характерный вид поверхности разрушения ленточного образца аморфного сплава после испытания на растяжение показан на рис. 8.12. Таким образом, в случае ленточных образцов, когда разрушение происходит в условиях плоского напряженного состояния, прочность, т. е. напряжение разрушения, не соответствует истинному пределу текучести.

Однако, если размеры образца таковы, что d/t<:8, то процесс разрушения происходит в условиях плоского деформированного состояния; при этом можно непосредственно определить истинный предел текучести. Образец на рис. 8.9 и 8.10 имел dlt\,2 и разрушение происходило в условиях плоского деформированного состояния. При этом на основании того, что плоскость скольжения составила с осью растяжения угол 52° и удовлетворялся критерий Мизеса, можно сказать, что аморфный металл показал себя как идеально пластичное тело.

Аналогичные деформационные процессы обнаруживаются и при испытаниях на сжатие [19]. В отличие от деформации растяжением, при сжатии после достижения предела текучести наблюдается заметная пластическая деформация (рис. 8.13). Но также как и при растяжении, скольжение начинается в плоскости максимального касательного напряжения, расположенного под углом ~45° к оси образца и продолжается р этой же плоскости вплоть до разрушения [19].

Дедюрмация

Рис. 8.13. Диаграммы деформации, полученные при сжатии цилиндрических образцов (диаметр 3 мм, высота 5 мм) аморфного сплава Pd77,5Cu6Si,6,5 при 213 (/), 146 (2) и 356 К (3)

Рис. 8.14. Вид образца аморфного сплава после изгиба до соприкосновения концов

В отличие от вышеописанных процессов деформирования в случае приложения напряжения вдоль одной оси, при одновременном действии напряжений по йескольким направлениям, наблюдается гораздо более значительная пластическая деформация. Например, при испытаниях на изгиб деформация происходит по многим плос-

С мнением автора, что при выбранных условиях реализуется плоское деформированное состояние, согласиться трудно. Прим.. ред.

2 Критерий Мизеса -один из критериев перехода материала в пластическое состояние. Прим- ред.

костям скольжения и разрушение не происходит даже если довести изгиб до соприкосновения, концов образца. Такая деформация достигается благодаря возникновению многочисленных полос деформации (рис. 8.14). В результате появляется возможность подвергать аморфные металлы прокатке с обжатиями до 50-60% и волочению со степенями деформации >90%.

Можно предположить, что в условиях многоосного напряженного состояния полосы деформации появляются одновременно во многих участках образца; они могут пересекаться и размножаться за счет своего пересечения. С увеличением степени деформации аморфные металлы, в конце концов, разрушаются вследствие возникновения трещин и пор именно в местах пересечения полос деформации. Однако, поскольку аморфные металлы, как будет показано ниже, имеют высокую вязкость, то еще до возникновения пор (в уже имеющихся участках пересечения полос деформации) аналогичные полосы деформации появляются в других частях образца, В результате в одних участках образца деформация прекращается, ко локализуется в других.

Таким образом, значительная пластическая деформация является следствием последовательного протекания процессов возникновения полос деформации в различных частях образца. На рис. 8.15 показано строение внешней поверхности аморфного сплава

Рис. 8.15. Структура внешней поверхности аморфного сплава после холодной прокатки с обжатием 25%

после холодной прокатки [20]. Многочисленные полосы деформации возникают перпендикулярно направлению прокатки под углом 45° к плоскости ленты. Увеличение степени деформации в условиях многоосного напрйженного состояния повышает как прочность, Так и пластичность аморфных металлов. Зависимости прочности и предельного удлинения аморфной проволоки из сплава на основе железа от величины коэффициента обжатия при волочении приведены на рис. 8.16. Видно, что с ростом коэффициента обжатия до 50-60% происходит увеличение прочности и предельного удлинения проеолоки, но при дальнейшем увеличении коэффициента обжатия эти характеристики снижаются. Такое влияние обработки на механические свойства проволоки можно объяснить эффектами, возни-кающими при пересечениях после деформации.

80 и, %.

8.4. ВЯЗКОСТЬ

Рис. 8.16. Влияние степени деформации при волоченнн R на прочность при растяженни <т/ и предельное удлинение е/ проволоки из аморфного сплава FcysSiioBis

Еще одной характерной чертой аморфных металлов является то, что они, будучи высокоцрочными материалами с низкой вязкостью, обладают одновременно чрезвычайно высокой вязкостью разрушения. Кристаллические металлы обычно легко разрушаются в результате скола по кристаллографическим плоскостям. В аморфных металлах, где отсутствуют какие бы то ни было кристаллографические плоскости, разрушения сколом не наблюдается. Концентрация напряжений в вершинах трещин в аморфных металлах сопровождается большой пластической деформацией, поэтому энергия, необходимая для распространения трещин в таком материале, становится чрезвычайно высокой. Ниже приведена энергия разрыва аморфных металлов и некоторых других материалов, кДж/м: .

FeeoPisC: ,......

PdeoSia ........

CU57Zr43.......

Стекло силикатное (ЗЮг) %

Полимеры.......

Резина

Сталь Х-200 ......

Алюминиевый сплав 7076-Т6

110 40 60 ~0,01 1-10 1-10 17 10

Измеренная энергия разрыва ленты, например из сплава FegoPisC;, составляет 110 кДж/м, ленты из сплава Pd8oSi2o - 40кДж/м2, ленты из сплава Cu57Zr43 -60 кДж/м. В материалах, по свойствам близким к абсолютно хрупким (неорганические стек-

Вязкость - работа, затрачиваемая на деформирование единицы материала. Прим. ред.

объема