Ла), энергия распространения трещины представляет собой только энергию, необходимую для образования новых свободных поверхностей, и составляет лишь 10 Дж/м. Однако в случае, когда происходит релаксация напряжений за счет пластической деформации в вершине трещины, необходима некоторая из1быточная энергия, которая затрачивалась бы на эту пластическую деформацию. С учетом этого можно сказать, что при разрушении аморфных металлов протекает значительная пластическая деформация. Например, энергия разрыва в аморфных сплавах на порядок больше, чем кристаллического железа или алюминия. Уже только этот факт поразителен сам по себе. Других материалов, кроме аморфных сплавов, которые, обладая высокой прочностью, имели бы столь высокую вязкость разрушения, пока не найдено.

Энергия разрыва определяет величину вязкости разрушения Шс, которая для аморфного сплава Feg&CisPy составляет - 95 МН/мз/2, для сплава PdgoSizo - 47,5 МН/м/г. Для количественной оценки вязкости разрушения обычно сравнивают значения Ки. Однако, поскольку аморфные сплавы, как правило, получаются в виде тонких лент, проведение испытаний с целью непосредственного определения Ки практически невозможно. Вязкость разрушения можно рассчитать, используя результаты испытаний на изгиб образцов с надрезом. По таким оценкам величина Ки Для сплавов в системе Pd-Си-Si, оказалась равной 63 МН/м/ Так называемые мартенситностареющие стали, которые из всех применяемых в настоящее время сталей наилучшим образом сочетают в себе высокие прочность и вязкость, имеют Ки всего лишь 9,5-11 МН/мз/2 при прочности 2,0 ГН/м.

Пластичность и вязкость аморфных сплавов существенно зависят от таких технологических особенностей, как продолжительность процесса изготовления, условия закалки и последующая термическая обработка. На рис. 8.17 приведены зависимости вязкости раз-

ZOO т 600 ш то

Время о/пжиеа, мин

Рис. 8.17. Изменение вязкости и пластичности прн отжиге аморфного сплава PdreCueSiie при 623 К: Gic - сила сопротивления движению трещины; е/ - деформация разрушения; Лгс - вязкость разрушения

рушения Кхй, деформации разрушения е/ и сопротивления распространению трещины Gic от времени отжига аморфного сплава PdysCueSiie [22]. Указанные величины резко уменьшаются после отжига при б23 К (350°С) в течение 300 мин; при дальнейшем увеличении продолжительности отжига они сохраняются постоянными, а затем, после отжига в течение 500 мин снова начинают

Имеется в виду локальная пластическая деформация, фронту распространения трещины. Прим. ред.

возникающая по

уменьшаться. Такое двухстадийное изменение связано с процессами кристаллизации: после 300-мин отжига происходит выделение кристаллитов Pd (Af5-I), после отжига продолжительностью 500 мин и выше-выпадение химического соединения PdsSi (AfS-II).

Аморфные сплавы/на основе железа при низких температурах (при температуре жи.кого азота) становятся хрупкими и утрачивают вязкость, хотя скорости закалки, применяемые при их получении, достаточно высоки. Следовательно, при исследовании ме-

ханических свойств аморфных историю их получения.

металлов необходимо учитывать

8.5. ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ AEOOPfMAUHH

При комнатных температурах аморфные сплавы разрушаются после протекания крайне неоднородной деформации. При повышении температуры до значений, непосредственно приближающихся к температуре кристаллизации Тх вид деформации меняется и она становится однородной. На рис. 8.18 схематично приведена зависимость вида деформации аморфных сплавов от температуры. По оси ординат отложено напряжение, необходимое для начала пластической деформации; скорость деформации здесь везде полагается постоянной. При температурах выше температуры перехода Гр

ZOO доо т т.с

Рнс. 8.19. Завнснмость твердости аморфного сплава Pd8oSi2<) от температуры (нагрузка 5Н)

Рис. 8.18. Схема, иллюстрирующая развитие разных видов деформации в зависимости от температуры:

А - неоднородная деформация; В -равномерная деформация

напряжение, необходимое для осуществления неоднородной деформации меньше, чем напряжение, требуемое для протекания однородной деформации, а при температурах выше Тр наоборот, однородная деформация требует меньшего напряжения.

Очевидно, имеется в виду, что хрупкость аморфных сплавов при низких температурах не может быть обусловлена мнкрокрнсталлнкамн a-Fe, появляющимися в аморфной ленте при недостаточно высокой скорости закалки. Прим. ред.

в качестве реального подтверждения такой схемы могут служить данные, приведенные на рис. 8.19 [2]. Здесь показана связь между температурой деформации и твердостью по Виккерсу, определениой при вдавливании индентора с постоянной скоростью. На рисунке как характерные особые точки можно отметить Тр, Тд и Тх. Температура Тр является точкой перегиба, причем Тр значительно ниже температуры стеклования Тд-, ниже Тр в зоне деформации, расположенной в окрестности отпечатка, отчетливо виден характерный узор, который отсутствует при температурах >Цр1 При температурах наступает довольно интенсивное разупрочнение, а затем при температурах Т>Тх начинается упрочнение сплава. Температура Тр изменяется в зависимости от скорости деформации: при снижении последней Тр немного смещается в сторону более высоких температур.

На рис. 8.20 представлены зависимости прочности (напряжения разрушения) аморфного сплава Pd8oSi2o от температуры и скорости деформации при испытаниях на растяжение [4]. Точки, обозначенные звездочкой, соответствуют максимальным напряжениям разрушения при однородной деформации. Слева от штрих-пунктир-

то- то

Рис. 8.20. Зависимость прочности Рис. 8.21. Температурные зави-

аморфного сплава PdeoSi от темпе- симости прочности о/ и пре-

ратуры н . скорости деформации ё дельного удлинения е/ аморф-

/ - область однородной деформации; ного сплава PdeoSi

Я -неоднородной деформации; *- AfS-I и Af5-II - метастабиль-

о/тах ные кристаллические фазы; * -

О/тах

ной линии расположена область однородной деформации, справа-область неоднородной деформации. Граница между этими областями смещается к высоким температурам при повышении скорости деформации. Характерно, что в области неоднородной деформации прочность слабо зависит от скорости деформации, тогда как в области однородной деформации эта зависимость довольно значительна. На рис. 8.21 показаны изменения напряжения разрушения и предельного удлинения с температурой при постоянной скорости деформации (8-10-5 -jj С повышением температуры напряжение разрушения постепенно уменьшается, но при температурах

т ООО

Врещмин

Рис. 8.22. Кривая ползучести аморфного сплава PdsoSi при 125°С при напряжении 640 МН/м и кривая разгружения

200*0 скорость этого снижения существенно возрастает. Одновременно предельное удлинение также резко увеличивается, однако при температурах >300°С оно снижается вследствие развития процессов кристаллизации.

При температурах >250°С разрушение происходит после образования шейки, что не наблюдается при неоднородной деформации, имеющей место при более низких температурах. Разупрочнение и переход в область однородной деформации важны с точки зрения осуществления прокатки, перфорирования аморфных сплавов и т. п.

О процессах высокотемпературной деформации аморфных металлов при температурах >Гр можно судить по результатам испытаний на ползучесть [5, 6, 28]. На рис. 8.22 приведена типичная для аморфных металлов кривая ползучести, полученная на сплаве Pd8oSi2o при 125°С во время испытания под нагрузкой 640 МН/м [4]. Процесс ползучести, как видно, можно разбить на две стадии: вначале следует стадия неустановившейся ползучести, которая затем переходит в устан01вившуюся ползучесть. Полностью идентичный ход кривых ползучести отмечается и при испытаниях кристаллических металлов, где неустановившаяся ползучесть связана с процессами размножения дислокаций, а установившаяся - соответствует одновременному протеканию процессов размножения и аннигиляции дислокаций. В связи с этим, учитывая отсутствие дислокаций в аморфных металлах, правомерен вопрос о том, каков в этом случае механизм ползучести? Для ответа на него необходимо прежде всего подробно проанализировать кривую ползучести.

Введем следующие обозначения: ео-упругая деформация; 61 - деформация на неустановившейся стадии ползучести; ез - деформация установившейся ползучести; ез - упругая деформация после снятия нагрузки; 64 - деформация ползучести, восстановленная после снятия нагрузки. Деформация ei никогда не равна 64, так как полностью вязко-упругих тел в природе не существует. Деформацию 6i можно разделить на обратимую 6ia и необратимую 81 р составляющие, которые могут быть выражены следующим образом:

Ча =4 U - еР (- /Го)]; е,р =eg {1 - ехр (- ;/То)}.

Так как наличие деформации 6ip является следствием протекания релаксации аморфной структуры, можно считать, что ,6ia и 64 практически равны друг другу (это известно также из экспериментов по релаксации напряжений). Далее, можно считать, что для

стадии установившейся ползучести справедливо соотношение 62 = = vf (ev - скорость установившейся ползучести). Процессы на этой стадии являются термически активируемыми. В результате анализа кривой ползучести установлено, что энергия активации составляет 0,55 эВ, коэффициент вязкости равен примерно 10 Па-с, активационный объем равен примерно объему атома. Показатель степени при напряжении на стадии установившейся ползучести составил 1,0-1,5. Все это указывает на то, что процесс установившейся ползучести близок к вязкому течению и осуществляется путем диффузии. Подобные результаты получаются и на других аморфных сплавах, что свидетельствует об их общности в отношении процессов, протекающих при высокотемпературной деформации.

Если провести испытания на длительную прочность, то на полученных диаграммах можно выделить стадии установившейся и неустановившейся ползучести, а также стадию ускоренной ползучести, на которой наступает разрушение образца (рис. 8.23) [5].

Данные, приведенные на рис. 8.24,. показывают зависимость времени до разрушения при ползучести сплава Pd8oSi2o при различных температурах и постоянном уровне напряжений. Видно, что для этого сплава существует предел прочности при ползучести, который равен 600 МН/м.

о 50 . 100 т гоо

Время дорозр(/шетя,мин

Рнс. 8.23. Кривые ползучести аморфного сплава PdsoSijo под напряжением 670 МН/м при различных температурах

W JO W 50 70 100 ZOO 300 Время Оорозршетя, миИ

Рнс. 8.24. Разрушение прн ползучести аморфного сплава PdsoSijo прн различных температурах

Эксперименты по внутреннему трению также позволяют получить определенные сведения о высокотемпературных механических свойствах аморфных металлов. Так, в ходе подобных экспериментов установлено, что вблизи температуры Г, энергия активации составляет 125-250 кДж/моль, активационный объем равен --100 tm2ri объемам, а коэффициент вязкости составляет пзимерно 10 Па-с. Однако механизм течения при температурах, близких к Tq, пока не выяснен. Трудности возникают, вероятно, вследствие наложения процессов кристаллизации и расслоения фаз.

Речь идет о расслоении исходной аморфной фазы. Прим. ред.

Таблица 8.3. Влияние облучения

иейтроиами иа мехаиическве свойства аморфного сплава PdsoSiso

8.6. ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

При облучении электронами или нейтронами в кристаллических металлах и сплавах в больших количествах образуются вакансии и поры, что приводит к снижению их пластичности. В этой связи понятна важность изучения влияния облучения на механические свойства аморфных металлов. Обратимся к табл. 8.3 [29]. В ней приведены значения некоторых механических свойств аморфного сплава Pd8oiSi2o до и после облучения нейтронами (доза облучения составляла 5-1.0° нейтронов на 1 см). Напряжение разрушения и предельное удлинение, в отличие от кристаллических металлов, почти не изменяются при облучении. Однако модуль Юнга после облучения уменьшается на 10%, что вызывает увеличение упругой деформации. Это же является причиной так называемого разупрочнения . В рате [30], посвященной изучению влияния облучения нейтронами на структуру аморфных сплавов, указывается, что при облучении, предположительно, происходит увеличение свободного объема и нарушение ближнего порядка. Однако в целом можно считать, что аморфные металлы по сравнению с кристаллическими Обладают превосходной стойкостью по отношению к нейтронному облучению.

Имеется также ряд работ по облучению аморфных сплавов электронами высоких энергий [31]. Установлено, что в сплавах с вялой кинетикой кристаллизации последняя ускоряется в результате облучения. Этот факт довольно трудно объяснить локальным повышением температуры. Кроме того, предполагают, что в сплавах, у которых отношение TJTm {Тх - температура кристаллизации, Тт - температура плавления) ниже 0,6, облучение вызывает кристаллизацию [29].

8.7. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В лентах из аморфных сплавов на основе железа, свернутых в спираль, наблюдается явление замедленного разрушения. Например,-на рис. 8.25 показано развитие разрушения под действием изгибающей нагрузки (или отвечающей ей деформации) от времени испытания на замедленное разрушение в воздушной атмосфере. Сплавы, содержащие значительные количества фосфора (например, Ре8оВ1бР4, FesoPiaC?), при высоких напряжениях характеризуются малым временем до разрушения. Сплавы жеРе84В1б, FeygSijoBiz даже при высоких напряжениях разрушаются спустя более чем

Поимечание. ние значения.

В скобках даны соед-