Влияние технологии получения, состава и термической обработки на механические свойства аморфных сплавов

Семин, Александр Петрович

Влияние технологии получения, состава и термической обработки на механические свойства аморфных сплавов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Семин, Александр Петрович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новокузнецк МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Влияние технологии получения, состава и термической обработки на механические свойства аморфных сплавов»

Автореферат диссертации на тему "Влияние технологии получения, состава и термической обработки на механические свойства аморфных сплавов"

На правах рукописи

Семин Александр Петрович

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ, СОСТАВА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ СПЛАВОВ

специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» и Институте физики металлов и функциональных материалов им. Г.В. Курдюмова, ЦНИИЧермета им И.П. Бардина.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Глезер A.M.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор В.И. Данилов

кандидат технических наук А. Б. Юрьев

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тамбовский государственный

университет им. Г.Р. Державина»

Защита состоится в «15» ноября 2004 года в fO — часов на заседании диссертационного совета К 212.252.01 в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, г.Новокузнецк, Кемеровской области, ул. Кирова, 42.

Факс: (3843) 465792, e-mail: gromov@physics.sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан «2 » октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Куценко А.И.

45Ш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Сплавы с аморфной структурой целого ряда металлических систем обладают механическими свойствами, существенно отличающимися от свойств кристаллических материалов. Характерным для аморфных сплавов является высокая прочность, близкая к теоретически возможному пределу, а также достаточно высокие пластичность и вязкость разрушения. В свою очередь двухфазные сплавы, содержащие аморфную и кристаллическую фазы, при определенном соотношении структурных составляющих, а также при благоприятной структуре и морфологии фаз могут обладать более высокими механическими свойствами, чем кристаллические и аморфные материалы. Проблема заключается только в том, чтобы добиться оптимального сочетания прочности и пластичности при использовании достаточно надежно воспроизводимой технологии материала и последующей термической обработки. Надо отметить, что перспективно получение полностью микрокристаллических или нанокристаллических материалов из аморфного состояния. В этом случае может образоваться микрокристаллически однородная ультрадисперсная структура, обладающая при определенных условиях не только очень высокой прочностью, но и заметной пластичностью. В связи с вышесказанным актуальным является получение в аморфной матрице кристаллических областей, нивелирующих недостаток аморфного состояния, связанный с пониженным модулем Юнга и повышающих тем самым механические свойства в целом всего композита.

Целью работы является выяснение влияния химического состава и основных технологических параметров получения на базовые характеристики механических свойств аморфных и аморфно-кристаллических сплавов, предназначенных для применения в качестве металлической составляющей композитов (в частности, на основе пластмасс). Реализация данной цели потребовала решение следующих задач:

1. Установление основных параметров процесса спиннингования, влияющих на прочность и пластичность аморфных сплавов на основе железа.

2. Определение влияния химического состава и режимов термической обработки на прочностные и пластические свойства базовой трехкомпо-нентной системы аморфных сплавов

3. Установление влияния легирующих элементов на механические свойства многокомпонентных аморфных сплавов Fe-Ni-Cr-P-Si-B - основы для разработки металлической составляющей композита «металл — пластмасса».

4. Определение уровня адгезионной прочности аморфных ленточных сплавов оптимального состава с целью их применения в композитах «металл-пластмасса».

5. Анализ основных закономерностей формирования механических свойств аморфных сплавов, содержащих тугоплавкие кристаллические карбиды.

6. Установление оптимального состава аморфно-кристаллических сплавов, обладающих высокими значениями прочности и пластичности.

Научная новизна состоит в установлении технологических параметров, влияющих на прочность и пластичность аморфных сплавов; в разработке экономнолегированных сплавов Fe-Ni-Cr-P-Al и Fe-Cr-P-B-Al с пределом прочности свыше 2000 МПа; в определении адгезионной прочности сплавов, имеющих различное качество поверхности с пластмассами различного типа; в исследовании структуры и механических свойств аморфных сплавов Fe-Cr-B, содержащих частицы кристаллического тугоплавкого карбида WC; в установлении того, что введение в аморфную матрицу кристаллических твердых фаз приводит к повышению механических свойств аморфных сплавов.

Достоверность результатов работы определяется корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью, применением апробированных методик исследования. Она обеспечивается обоснованностью применяемых методов современного физического металловедения, необходимым и достаточным количеством экспериментального материала для корректной статистической обработки, сопоставлением полученных результатов с данными других авторов.

материалах. Полученные результаты раскрывают механизмы формирования механических свойств аморфных ленточных материалов. Особо следует выделить результаты, где показано, что формирование в аморфной матрице высокомодульных кристаллических фаз положительно влияет на упругие и прочностные свойства аморфно-кристаллических композитов.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в проведении экспериментов по получению аморфных сплавов, в исследованию их свойств, а также в обработке полученных результатов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментально установленные параметры процесса спиннингова-ния, влияющие на прочность и пластичность аморфных сплавов на основе железа.

2. Установленные закономерности влияния химического состава и режимов термической обработки на прочностные и пластические свойства системы аморфных сплавов Fe-Ni-B.

3. Установление влияния легирующих элементов (никеля, хрома, фосфора, кремния и бора) на механические свойства многокомпонентных аморфных сплавов Fe-Ni-Cr-P-Si-B - основы для разработки металлической составляющей композита «металл — пластмасса».

5. Результаты анализа основных закономерностей формирования механических свойств аморфных сплавов, содержащих тугоплавкие кристаллические карбиды.

6. Оптимальный состав аморфно-кристаллических сплавов, обладающих высокими значениями прочности и пластичности.

экология в третьем тысячелетии». Томск. 2003; XV Международной кон-

ференции «Физика прочности и пластичности материалов». Тольятти. 2003; Международной конференции «Действие электромагнитных полей и тока на материалы». Москва. 2003; XVII Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения». Киров. 2004; II Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур». Москва. 2004; Берштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов. Москва. 2004; ХЬП Международной конференции «Актуальные проблемы прочности». Калуга. 2004; Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов». Черноголовка. 2004; ХЫП Международной конференции «Актуальные проблемы прочности». Витебск. 2004.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах (из них 9 статей), список которых приведен в конце автореферата.

' Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 79 наименований, содержит 119 страниц машинописного текста, включая 9 таблиц и 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении представлено обоснование актуальности проводимых исследований, отмечена научная новизна, практическая значимость диссертационной работы.

Первая глава «Аморфные сплавы и перспективы их использования», являющаяся обзорной, содержит анализ литературных данных о структуре аморфных сплавов, их механических свойствах и областях и перспективах применения аморфных материалов. В результате выполненного анализа определены основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Материал и методика эксперимента» обоснован выбор материалов для исследований, описана методика получения аморфных сплавов закалкой из жидкого состояния методом спйнингования, метод микротвердости. Особое внимание в главе уделено математическому планированию эксперимента методом многофакторного регрессионного анализа.

Ленты аморфных сплавов шириной 5 мм были получены методом закалки из расплава на установке для спиннингования на воздухе. Температура отпускной хрупкости Тх определялась методом трехточечного изгиба после серии изотермических отжигов в течение 1 часа. Микротвердость НУ определялась на торцевых шлифах на приборе Epitip-2 при нагрузке 0,4 Н с точностью ±250 МПа. Предел прочности ств определялся при одноосном растяжении в пневматических захватах на испытательной машине In-stron-1114 с предельной нагрузкой 500 Н. Химический состав аморфных сплавов выполнен методом оже-спектроскопии с применением методики ионного травления на приборе LHS-10 SAM.

За критерий пластичности в работе был выбран параметр б, определяемый из соотношения - высота гребня, который образуется при микроиндентировании материала, а h - глубина отпечатка. ЛЬ и h определялись с помощью световой интерференционной микроскопии.

Для оценки адгезии компонентов выполнены эксперименты по отрыву аморфной ленты из монолита неметаллической основы. Для этого на массивные металлические пластины (Fe-3%Si) наносилась основа композита, затем накладывалась аморфная лента, затем снова основа композита и т.д. Далее этот многослойный композит застывал под прессом (Р=5 Н). Испытания проводились на испытательной машине Instron-1114 при предельной нагрузке 200 Н.

Третья глава «Влияние технологических параметров, химического состава и режимов термической обработки на механические свойства аморфных сплавов Fe-Ni-P» посвящена исследованию влияния технологических параметров спиннингования и режимов термообработки аморфных сплавов системы на их механические

свойства.

Методом многофакторного регрессионного анализа варьированием содержания никеля (Xt), скорости вращения закалочного диска (Хг), температуры перегрева расплава относительно температуры кристаллизации угла испускания расплава избыточного давления струи расплава

(Х5) проведен анализ влияния данных параметров на микротвердость (НУ) и параметр пластичности (<$). В результате компьютерной обработки данных получены следующие уравнения регрессии:

Н V= 675 - 3,64 Х\ +8,68 Хг -13,07 Х3 + 0,193 Х4, (3.1) 8= 40 + 2,86 X, - 9,25Х3 + 3,17 Х4 - 6,56 X5. (3.2)

Проведен анализ полученных уравнений.

Выполнена серия изотермических отжигов образцов из сплава Бе-№-Р в вакууме в интервале температур (50-400)°С в течение 10" часов, где/1= -2, -1, 0 и 1. Установлена бимодальная зависимость величины микротвердости от температуры отжига: наблюдаются два четко выраженных пика: один при температуре отжига (50-150) °С и другой - при (250-350) °С, что свидетельствует о термоактивационной природе структурных процессов, лежащих в его основе.

Зависимости НУ от длительности отжига при постоянной температуре также имеют два четких максимума, при этом отмечается тенденция к насыщению для достаточно высоких температур (200-250) °С. Значение НУ в области максимумов заметно превышает значения НУ как в исходном, так и в кристаллическом состояниях. Сделан вывод о том, что термическая обработка по оптимальному режиму существенно упрочняет аморфные сплавы, не переводя их в кристаллическое состояние.

Выполнен анализ изменения параметра пластичности и микротвердости НУ от температуры предварительного отжига. Установлено сначала постепенное, а затем резкое снижение пластичности по мере роста температуры. Важно отметить, что до температуры отжига 150 °С пластичность сплава в упрочненном состоянии все еще достаточно высока, а в области высокотемпературного пика НУ пластичность близка к нулю. В этой связи для практического применения рекомендован лишь низкотемпературный эффект упрочнения, ведущий к приросту микротвердости аморфных сплавов на 40-50%.

Проведен анализ влияния избыточного давления струи расплава на микротвердость по мере увеличения температуры отжига в течение I и 10 час. Установлено заметное влияние параметров получения сплава на ха-

рактер температурной зависимости НУ. В данном случае явно выражено влияние избыточного давления при истечении расплава, не влияющего, как следует из уравнения (3.1), на значение НУ в исходном состоянии. Хаким образом, существует скрытое влияние некоторых технологических параметров на механические свойства изученных сплавов, которое проявляется лишь после их термической обработки.

Четвертая глава «Разработка высокопрочных аморфных сплавов для применения в композитах на основе пластмасс» посвящена разработке новых экономно-легированных аморфных сплавов с высоким уровнем прочности и достаточным сцеплением с пластмассой при изготовлении композитов типа металл-пластмасса, металлический компонент которого должен сочетать высокие механические свойства.

С целью уменьшения использования в разрабатываемом аморфном сплаве дефицитных и дорогостоящих материалов, таких как никель и бор, проведен поиск на базе системы Ре-Сг-Р-Б последовательной заменой бора на фосфор в аморфном сплаве Ре70СГ|5В)5 (таблица 4.1). Следует отметить, что даже для сплава где степень замещения бора на фосфор

невелика, обнаружена малая прочность и пластичность, хотя уровень сопротивления тепловым охрупчивающим воздействиям и значения микротвердости достаточно высоки. Сплав также обладая невысокой прочностью, проявляет, кроме того, существенно более низкую сопротивляемость охрупчивающим термическим воздействиям. Сплав не удалось получить пластичным в исходном состоянии во всем использованном в работе интервале варьирования технологических параметров.

Таблица 4.1 - Химический состав и механические свойства сплавов Ре-Сг-Б-Р

№ Состав с1, мкм тх, "с НУ, МПа а„, МПа

1 РеуоСг.зВюРз 18-21 220 10300 1060

2 Ре7оСг15В5Р|о 21-25 160 9000 1060

3 Ре7оСг)5Р!5 18-20 исх.хр. 8400 770

Примечание: ¿/-толщина ленты Г,-температура отпускной хрупкости, НУ - микротвердость, ст„ - предел прочности.

В работе выполнено частичное замещение железа никелем, а также введение кремния в систему Ре-Сг-Б-Р (таблица 4.2). Обнаружено, что само по себе введение не приводит к улучшению механических свойств. Только сплав оказался технологичным и обладал средним уровнем прочности, твердости и сопротивления охрупчиваю-щим термическим воздействиям.

Таблица 4.2 — Химический состав и механические свойства сплавов

Ре-М-ОР^-В

№ Состав с1, мкм НУ, МПа ав, МПа

1 Ре751М15СГ|оР15 18-20 Исх.хр. 8150 1020

2 Ре691Ч!10Сг6Р,2Вз 17-18 Исх.хр. 7400 970

3 Ребв^шСГбР.гЗЕзВ, 11-13 Исх.хр. 7200 900

4 Ре6(№оСгюР145!4В2 19-20 Исх.хр. 9300 1240

Для установления влияния каждого из легирующих элементов использован метод планирования эксперимента. При этом содержание N1 варьировалось от 6 до 10 ат.%; Сг - от 8 до 12 ат.%; Р - от 12 до 16 ат.%;

— от 1 до 4 ат.%, В — от 2 до 4 ат.%. Получены ортогональные статистические модели и проведен их анализ:

У/ <7,)= 100- ЗЗА'з -ЪЪХ4- 2ЪХ; + ЗЗХ,Х3 ' (4.1)

У2 (НУ) = 8175 + 275X, + 550А'.,- 250А^ + 425Х,Х2 (4.2)

(сг„)= 103-15Х3 - 17Х4 - 15Х5 + ПХ1Х3, (4.3)

где У,--функция отклика {Тх, НУ, ассоответственно), X/— переменная, связанная с натуральной переменной (концентрацией соответствующего элемента) соотношением: - концентрация соответствую-

щего элемента на нулевом уровне, ¡, - соответствующий интервал варьирования.

Фрактографические исследования сплавов (рисунок 4.1) показали, что исходно хрупкие сплавы демонстрируют абсолютно гладкий скол (рисунок 4.1а). Исходно пластичные сплавы характеризуются небольшой микроскопической пластичностью, которая проявляется в слабо выраженном венообразном узоре на поверхности разрушения (рисунок 4.16). Для всех сплавов отмечено наличие крупных газовых пузырей в объеме материала (рисунок 4.1в,г).

Выполнено исследование влияния микродобавок А1 и Си на механические свойства аморфных сплавов Ребо1чПюСг|оРн814В2 и Ре7о№5СгюР15> что позволило выделить влияние Д1 и Си в системах с полным набором металлоидов и в системе только с одним металлоидом (фосфором) Введение алюминия в состав сплавов приводит к качественному изменению механических свойств сплавов обеих систем (таблица 4.3). Особенно ярко этот эффект проявляется в системе Ре-М-Сг-Р, где введение А1 позволяет получить пластичную высокопрочную ленту с высоким качеством поверхности. Введение в эту систему 0,5 ат.% Си приводило к резкому снижению толщины ленты и к некоторому снижению прочности образца Введение А1 в систему Ре-М-Сг-Р^ также приводит к повышению технологичности сплава, к получению ленты с высоким качеством поверхности и к росту прочности. Введение 0,5 ат.% Си дополнительно к А1 приводит к росту значений и пластичности, а также к некоторому снижению прочности.

Юм км I

I__I !

Рисунок 4.1 - Фрактография аморфных сплавов системы Ре-М-Сг-Р-БНВ сплав хрупкое (а) и вязкое (б) разрушение; сплав

газовые пузыри на свободной поверхности (в) и поверхности разрушения (г)

Для выявления причин положительного влияния А1 на механические свойства аморфных сплавов проведен послойный анализ химического состава методом оже-спектроскопии. Из анализа оже-спектров следует, что А1 ведет себя как поверхностно-активный элемент, образуя на свободной поверхности ленточных образцов соединения с кислородом на глубину до »20 нм, где содержание А1 в несколько раз превышает содержание Fe. Распределение Сг в приповерхностном слое свободной поверхности сплавов, легированных Л1, также существенно отличается. Так, например, в сплаве Реб5К1)5СГ)оР)5 в приповерхностном слое преобладают атомы хрома, лишь на глубине = 80 нм сравниваясь по количественному соотношению с атомами железа. Введение в этот сплав 1 ат.% Л1 наряду с отмеченным выше качественным изменением уровня механических свойств приводит и к качественному изменению характера распределения элементов в приповерхностном слое. С другой стороны, для сплава без А1 характерно практически постоянное содержание атомов никеля в слое от поверхности до 1500 нм. Для сплава с 1 ат.% А1 отмечена узкая зона (от 10 до 20 нм) небольшого обогащения атомами никеля. Для сплава, легированного I ат.% А1 и 0,5 ат.% Си, характерна в общем та же картина распределения элементов, но в несколько сглаженном виде. Полученные результаты позволяют сделать заключение о поверхностно-активной природе влияния малых добавок алюминия на механические свойства аморфных сплавов.

Таблица 4.3 - Химический состав и механические свойства сплавов Ре-М-Сг-Р-БиВ-АЬСи

№ Состав d, мкм 7V,ÜC hv, МПа О"», МПа s,%

■1 Fe7oNi5Cr,oPi5 18-20 Исх.хр. 8150 1400 •

2 FetoNisCr.oPisAl, 21-24 210 9000 1700 0,1

3 Fess.sN i sCr i оР i s А11 Cuo.5 12-14 210 8150 1340 -

4 Fe60Nil0Cr10Pi4S¡4B2 19-22 Исх.хр. 9300 1240 -

5 FesgNi юСг i oPi 4SÍ4B2A ¡2 18-20 170 9000 1660 0,08

6 Fe58.5N¡,oCr,oPi4SÍ4B2AI,Cuo.5 16-19 190 9000 ■ 1360 0,3

7 Fe57sN¡ioCrioPi4SÍ4B2AI2Cuo,5 19-21 190 9000 1480 -

На основе проведенного анализа влияния химического состава на механические свойства предложено два новых сплава, призванных дополнить сплав Ре69М15Сг!0Р15А1|., Первый сплав отличается очень высокой стойкостью к охрупчивающим термическим воздействиям при полном отсутствии в составе бора. Второй сплав при отсутствии в его составе никеля обладает высоким уровнем всех без исключения механических характеристик (таблица 4.4).

Таблица 4.4 - Химический состав и механические свойства

оптимизированных сплавов

№ Состав <5?, МКМ тг, °С НУ, МПа а„ МПа

1 Ре69Ы16Сг|2Р12А1, 17-20 240 9000 1200

2 Ре6чСг|5Р|2ВзА1| 21-24 210 11100 1530

Полученные сплавы были использованы в качестве металлической составляющей композита. В качестве неметаллической основы композита были выбраны пластмасса Протакрил-М и эпоксидный клей ЭДП. В качестве наполнителя в эпоксидный клей вводились следующие порошки: керамический порошок Zr02 (размер частиц 5 мкм) или металлический порошок аморфного сплава (размер частиц 50 мкм).

В экспериментах использовалось три вида аморфных лент сплава

Реб9СГ|5Р|2ВзА1| с различным качеством поверхности и при всех возможных сочетаниях качества поверхности аморфной ленты, основы композита и способа подготовки поверхности массивной подложки. Во всех случаях адгезионная прочность превышала значение исследованных образцов.

Многослойные композиты изготавливались из 2-5 слоев аморфной ленты с различным качеством поверхности из сплава и, соответственно,

Рисунок 4.2 - Поверхность разрушения многослойных композитов после деформации со скоростью 10"5с"'

темные слои - аморфная лента, светлые слои - эпоксидная основа, сплав Реб9Сг|4Р|2В3А1|, увеличение ><600

3-6 слоев основы композита. Толщина каждого слоя композита составляла »50 мкм. Наибольшую прочность, близкую к прочности исходной аморфной ленты, имели двухслойные композиты. Кроме того, следует отметить, что с увеличением числа слоев в композите до 5 прочность композита возрастает по сравнению с 3-4 алойными вариантами.

Фрактографические исследования композитов после испытания на одноосное растяжение показали (рисунок 4.2), что разрушение основы -эпоксидной смолы — происходило в 97% опытов после разрушения аморфной ленты. При увеличении числа слоев до 5 разрушение одного слоя в меньшей степени сказывается на уменьшении эффективного сечения. Этот результат позволяет предположить, что дальнейшее увеличение числа слоев в композите должно привести к увеличению прочности до максимальной, соответствующей прочности исходной аморфной ленты.

Пятая глава «Высокопрочные аморфные сплавы, упрочненные карбидной фазой» посвящена получению аморфно-кристаллических композитов на основе железа и кобальта с высокими механическими свойствами. Двухфазное состояние ленточных образцов сплавов достигалось непосредственно в процессе закалки из расплава путем формирования тугоплавких карбидов в исходных заготовках. С этой целью выплавлялись сплавы системы Ре-Со-Сг-В Ре-У/(гг)-С-Сг-В (таблица 5.1) Из всех сплавов методом закалки из расплава были получены ленты шириной 1, 10 и 20 мм в аморфном состоянии.

Таблица 5.1 -Химический состав и механические свойства

Сплав Содержание элементов, ат.% Е, ш НУ,

Ре Со С ГПа ГПа ГПа

1 70 - - - 168,7 3,05 1,58 12,2

2 60 10 - ■ 164,6 3,1 2,20 9,5

3 50 20 - - 174,3 3,3 1,67 8,7

4 40 30 - - 170,6 2,9 1,70 6,2

5 68 - 1 1 175,8 3,3 1,90 15,1

6 66 - 2 2 190,6 3,52 3,27 16,4

Примечание. Кроме перечисленных элементов во всех сплавах содержалось 15%Сги 15% В.

Показано, что легирование кобальтом вплоть до 20 % практически не влияет на Т„р, а затем происходит резкое снижение Ткр. Вольфрам и цирконий даже в небольших количествах резко повышают Хкр- Микротвердость плавно снижается при увеличении содержания кобальта. При введении вольфрама или циркония одновременно с углеродом значение НУ резко возрастает по закону, близкому к линейному.

Зависимости предела текучести определены на ленточных образцах с помощью специально разработанного метода по углу остаточного изгиба. На рисунке 5.1 представлены зависимости предела текучести о, от расстояния между изгибающими пластинами Б. Установлено, что эти характеристики связаны между собой линейной зависимостью, что свидетельствует о наличии в сплавах незначительного деформационного упрочнения. Степень упрочнения определялась по формуле т=«1сг/(к.

а, б, в, г, д - сплавы 1,2,3,4,6 соответственно

Рисунок 5.1 - Зависимости предела текучести от от Б при измерениях по остаточному углу загиба ленточных образцов

В случае линейной зависимости для аморфных сплавов то

есть прирост стт не должен превышать 2,5% при увеличении степени пластической деформации на 1%. Анализ данных, приведенных в таблице, по-

называет, что введение до 20 ат.% Со повышает значение стт до 3,3 ГПа. Модуль Юнга и коэффициент деформационного упрочнения при этом также растут. В сплаве с 2 ат.% W и 2 ат.% С они превосходят предельные значения, полученные для аморфных сплавов (Е=180 ГПа и т=2,5). Это означает, что в структуре таких сплавов присутствует вторая кристаллическая фаза с очень высокими механическими характеристиками.

В результате оптических и электронно-микроскопических исследований установлено, что в структуре сплавов, легированных вольфрамом и углеродом, присутствуют частицы кристаллической карбидной фазы, размер которых колеблется в пределах 1-5 мкм. Частицы имеют форму, характерную для карбидных выделений. Объемная доля этих частиц в сплавах 5 и 6 составляет 1 % и 2,5 % соответственно. Кристаллы имеют решетку, соответствующую карбиду вольфрама WC с параметром решетки а=0Д8 нм.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.С применением метода математического планирования эксперимента для закаленных из расплава аморфных сплавов

показано, что наибольшее влияние на величину микротвердости оказывает число оборотов закалочного диска и температура расплава, причем их влияние противоположно. Увеличение содержания никеля в аморфных сплавах снижает значение НУ. Влияние параметра а незначительно, а величина избыточного давления вообще не оказывает влияния на микротвердость и на предел текучести.

2. Показано, что технологические параметры оказывают существенное влияние на пластичность сплавов. Так, уменьшение температуры перегрева расплава и избыточного давления увеличивает значение параметра Значение параметра а и содержание никеля существенного влияния на пластичность закаленных сплавов не оказывают, а скорость вращения закалочного диска вообще не влияет на пластичность.

В. Предложено три композиции сплавов, состав которых соответствует высокому уровню механических свойств.

4. Выявлено существенное влияние на технологичность и механические свойства изученных сплавов небольших добавок (0,5-2,0 ат.%) алюминия и меди. Показано, что влияние алюминия связано с поверхностно-активным поведением: обогащением поверхностных слоев алюминием и соответствующим перераспределением в этих слоях основных металлических компонентов сплава.

5. Установлена удовлетворительная адгезионная прочность разработанных аморфных сплавов с полимерными пластмассами (эпоксидная смола, про-такрил). Показано, что введение металлического порошка в пластмассовый наполнитель повышает адгезионную прочность и прочность многослойного композита. Прочность композитов на одноосное растяжение растет по мере увеличения числа слоев и приближается к прочности исходной аморфной ленты.

6. Предложена технология получения аморфных сплавов, упрочненных тугоплавкими карбидами путем введения карбидообразующих элементов в состав исходной заготовки при закалке из расплава методом спиннингова-ния.

7. Установлено, что наиболее высокой прочностью и термической стабильностью обладает аморфный сплав Fe - 15 ат.% Сг — 15 ат.% В. Показано, что одновременное введение в этот сплав оптимального (до 2 ат.%) W и С вызывает образование в аморфной матрице частиц карбида вольфрама WC размером несколько микронов.

8. Введение W и С существенно повышает модуль Юнга и предел текучести аморфного сплава без снижения его пластичности и термической стабильности.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. Разработка высокопрочных аморфных сплавов для применения в композитах на основе пластмасс // Материаловедение, 2003, №12, С.20-26.

2. Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. Влияние технологических параметров, химического состава и режимов термической обработки на механические свойства аморфных сплавов Fe-Ni-P // Известия вузов. Черная металлургия, 2003, №12, С.32-34.

3. Семин А.П., Глезер A.M., Коваленко В.В. и др. Влияние параметров спинингования и химического состава на механические свойства аморфного сплава Fe-Ni-P // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ. 2003. вып. 12. С.98-101.

4. Семин А.П., Глезер A.M., Коваленко В.В. и др. Определение механических свойств аморфных сплавов Fe-Ni-P // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2003. т.8., вып.4. -С.577-579.

5. Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. и др. Планирование влияния параметров спинингования и химического состава на механические свойства аморфного сплава Fe-Ni-P // Материалы II всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии». Томск: Изд-во ИФПМ СО РАН. 2003. С.80-81.

6. Семин А.П., Глезер A.M., Коваленко В.В. и др. Влияние термической обработки на механические свойства аморфного сплава // Научные труды VI Международного симпозиума «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева. Новгород: Изд-во НовГУ. 2003. т.1. С.239-243.

7. Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. и др. Влияние параметров спин-нингования и химического состава на механические свойства аморфных сплавов Fe-Ni-P // Труды 11 Евразийской научно-практической конференции ПРОСТ, Москва: Изд-во МИСиС, 2004, СИЗ.

8. Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. и др. Влияние химического состава на механические свойства аморфных сплавов системы Fe-Ni-Cr-P-Si-B // Труды XL1I Международной конференции «Актуальные проблемы прочности», Калуга: Изд-во КФ МГТУ, 2004, С6.

9. Семин А.П., Глезер A.M., Коваленко В.В. и др. Модификация механических свойств аморфных сплавов системы Fe-Ni-P // Доклады Международной конференции «Действие электромагнитных полей и тока на материалы». Москва: Изд-во ИМАШ РАН. 2003. С.75-77.

Ю.Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. и др. Разработка высокопрочных аморфных сплавов с карбидным упрочнением // Тезисы докладов XV11 Уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения». Киров: Изд-во ВятГУ. 2004. С.161.

П.Семин А.П., Глезер A.M., Коновалов СВ. и др. Влияние химического состава, технологических параметров и режимов термообработки на механические свойства аморфных сплавов железа // Тезисы докладов XVII Уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения». Киров: Изд-во ВятГУ. 2004. С.80-81.

12.Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. и др. Механические свойства аморфных сплавов Fe-Ni-P при разных технологических параметрах, химическом составе и режимах термической обработки // Сборник тезисов и докладов XV Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов». Тольятти: Из-во ТГУ. 2003. С.2104.

1 З.Семин А.П., Глезер A.M., Коновалов СВ. Повышение механических свойств аморфных сплавов за счет образования карбидной фазы // Известия вузов. Черная металлургия, 2004, №6, С.75-76.

14.Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. Высокопрочные аморфные сплавы, упрочненные карбидной фазой // Материаловедение, 2004, №8, С.20-23.

15.Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. и др. Влияние микролегирования на механические свойства аморфных сплавов // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Физико-математические науки», 2004, вып.27, С. 172-175.

Издлиц. № 01439 от 05.04.2000. Подписано в печать ~3 р. 092004 Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная Усл.печ.л. и Уч.издл. Тираж 100 экз. Заказ НЬ-Сибирский государственный индустриальный университет. 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 Издательский центр СибГИУ

»188 70

РНБ Русский фонд

2005-4 15871

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Семин, Александр Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

1.1. Структура аморфных сплавов.

1.2. Механические свойства аморфных материалов.

1.2.1. Общие положения.

1.2.2. Прочность.

1.3. Методы механических испытаний.

1.3.1. Специфика механических испытаний.

1.3.2. Одноосное растяжение.

1.3.3. Изгиб.

1.3.4. Микротвердость.

1.4. Области и перспективы применения аморфных металлических сплавов.:.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Выплавка и закалка из расплава.

2.2. Структурные методы исследования.

2.3. Методы исследования механических свойств.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ СПЛАВОВ Fe-Ni-P.

3.1. Влияние параметров спиннингования и химического состава на механические свойства.

3.2. Влияние термической обработки на механические свойства.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПРОЧНЫХ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КОМПОЗИТАХ НА ОСНОВЕ ПЛАСТМАСС.

Л4) 4.1. Обоснование выбора области поиска оптимального химического состава аморфного сплава для композита с пластмассами.

4.2. Влияние химического состава на механические свойства аморфных сплавов системы Fe-Ni-Cr-P-Si-B.

4.3. Влияние микролегирования алюминием и медью на механические свойства аморфных сплавов системы Fe-Ni-Cr-P-Si-B.

4.4. Оптимизация состава аморфных сплавов для компактирования с пластмассами.

4.5. Оценка адгезионной прочности компонентов и изготовление многослойных композитов.

ГЛАВА 5. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ,

УПРОЧНЕННЫЕ КАРБИДНОЙ ФАЗОЙ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по физике, на тему "Влияние технологии получения, состава и термической обработки на механические свойства аморфных сплавов"

Аморфное состояние твердого тела - одно из наименее изученных областей современной физики конденсированного состояния. Его можно определить как состояние с отсутствием корреляций между атомами на больших расстояниях при сохранении их на нескольких координационных сферах. Поскольку аморфное состояние твердого тела в значительной степени отражает структуру жидкости, в основе описания его структуры должны быть учтены флуктуации плотности, локального окружения и химического состава. Это вносит в характер описания структуры вероятностный и статистический характер. Идея о близком родстве жидкости и конденсированного аморфного состояния восходит к Я.И.Френкелю, который считал, что процесс плавления можно трактовать как аморфизацию с сохранением твердости. Последнее означает, что чисто упругое поведение вещества по типу твердого тела или чисто вязкое поведение вещества по типу жидкости, не вытекает из его собственных свойств, а имеет относительный характер, зависящий от скорости приложения внешней нагрузки [1-3].

В принципе существует два предельных случая поведения тела при приложении внешней нагрузки. В первом случае, который соответствует идеальному твердому телу, деформация пропорциональна приложенному напряжению. Второму предельному случаю соответствует вязкая жидкость, для которой скорость деформации равна приложенной нагрузке, поделенной на коэффициент вязкости. Аморфные твердые тела, включая металлические, не являются ни идеально упругими, ни идеально вязкими, соединяя в себе упругие и вязкие свойства. Это означает, что полная деформация аморфного твердого тела складывается как бы из двух частей: упругой и вязкой, которые Я.И.Френкель назвал соответственно «твердой» и «жидкой». Аморфные сплавы, о которых Я.И.Френкель даже и не подозревал, в полной мере подтвердили продуктивность подобного «двойственного» подхода к механическому поведению аморфных твердых тел.

Еще одна важная идея, развитая Я.И. Френкелем, заключается в том, что аморфному состоянию, как и жидкости, свойственны местные разрывы -«дырки», обусловленные значительным (на несколько процентов) увеличением объема при плавлении твердого тела. Рассматривая аморфное состояние как переохлажденную жидкость и предполагая, что дополнительный объем в основном соответствует объему этих полостей, мы приходим к заключению о существовании в структуре аморфных веществ избыточного свободного объема, образующего характеристические дефекты в виде «дырок» или полостей. При этом, как отмечает Я.И. Френкель, эти «дырки» не идентичны вакансиям в кристаллической решетке, а существуют в виде своеобразных зародышевых микротрещин. Концентрация избыточного свободного объема играет фундаментальную роль в понимании физических и механических свойств аморфных сплавов, особенно на мезоскопическом масштабном уровне.

Отсутствие у аморфных металлических материалов дальнего порядка в расположении атомов, казалось бы, исключает существование аназотропии каких-либо физических свойств. Тем не менее, магнитная анизотропия в микрообъемах аморфных ферромагнетиков и связанное с ней упорядоченное расположение векторов спонтанной намагниченности надежно установлены экспериментально. Первоначально дальний магнитный порядок в атомно-неупорядоченной среде приписывался существованию неких кристаллических областей. Это было связано с тем, что ферромагнетизм не мыслился без кристаллической решетки. Однако в 60-х годах А.И.Губанов теоретически обосновал возможность существования аморфных ферромагнетиков [2], что в дальнейшем нашло неопровержимое экспериментальное подтверждение. Однако полная физическая картина макроскопической анизотропии магнитных свойств пока не получена. Эксперименты показывают, что основной вклад в магнитную анизотропию аморфных ферромагнетиков вносят магнитно-упругая анизотропия и анизотропия упорядоченных по ориентации атомных пар (так называемое направленное упорядочение). Поскольку наиболее интенсивно в настоящее время развиваются приложения аморфных сплавов, связанные с их уникальными магнитными свойствами, природа ферромагнетизма неупорядоченных систем остается очень актуальной.

Важная особенность, присущая структуре всех без исключения аморфных сплавов, состоит в том, что атомный ансамбль обладает выраженным в той или иной степени ближним порядком. Если топологический ближний порядок, описывающий степень локального упорядочения по типу кристалла, не имеет аналога в обычных кристаллах, то химический (композиционный) ближний порядок, описывающий тенденцию атомов окружать себя атомами определенного сорта, в заметной степени близок тому, который почти всегда существует в многокомпонентных кристаллах. Более того, способ количественного описания композиционного ближнего порядка в аморфных системах и ближнего порядка в кристаллах по существу одинаков. Складывается, таким образом, любопытная ситуация: структурные состояния, находящиеся как бы на различных полюсах атомно-кристаллической упорядоченности, могут быть описаны общими закономерностями, и те представления, которые характерны для ближнего атомного порядка в упорядочивающихся кристаллах, могут быть с успехом применены для описания атомной корреляции в неупорядоченных системах.

Следует сказать о двух бурно развивающихся в последние годы направлениях исследований. Первое связано с получением и анализом свойств так называемых «массивных» аморфных сплавов, имеющих очень высокую склонность к стеклованию в жидком состоянии и способных, следовательно, аморфизоваться при сравнительно низких скоростях охлаждения расплава [3,4]. Успех в получении таких материалов для весьма ограниченного числа композиций стимулировал появление большого числа работ, анализирующих возможные критерии перехода расплава при охлаждении в аморфное состояние. Второе направление связано с получением частично кристаллизованных аморфно-нанокристаллических структур, уникальные магнитные свойства которых превышают таковые для аморфных ферромагнетиков [5]. Сейчас эти два направления имеют тенденцию к сближению, поскольку нанокристаллы, полученные при контролируемой кристаллизации массивных аморфных сплавов, также представляют большой интерес как в чисто научном, так и в прикладном аспектах.

Наиболее актуальными проблемами в области фундаментальных исследований аморфных сплавов являются следующие [3,4]:

- Проведение исследований атомной и магнитной структуры аморфных, аморфно-нанокристаллических и нанокристаллических металлических систем в зависимости от условий их получения и режимов последующей обработки;

- Расширение исследований структуры и свойств аморфизирующихся металлических расплавов и систематический анализ природы и условий реализации термовременных обработок;

- Детальный анализ структурных состояний, реализующихся при переходе из аморфного состояния в кристаллическое, и их влияния на физико-механические свойства;

- Создание физико-химических и структурных критериев склонности переохлажденных расплавов к аморфизации;

- Теоретическое и экспериментальное изучение влияния специальных обработок (лазерная, криогенная, ультразвуковая обработки, создание структурных барьеров и магнитоактивных покрытий, насыщение водородом и др.) на структуру и функциональные характеристики аморфных сплавов;

- Сопоставление структуры и физико-химических свойств аморфных состояний, полученных различными методами (закалка из расплава, механическое легирование, большие пластические деформации и т.п.).

В области разработки новых перспективных материалов [4]:

- Продолжение поиска новых композиций сплавов для применений в качестве материалов для сенсоров с использованием магнитно-акустических, магнитно-электрических, инварных и других эффектов.

- Разработка аморфных электротехнических сплавов с целью использования в качестве аморфизаторов недефицитных элементов и недорогостоющих легирующих добавок.

- С целью расширения областей применения аморфных и нанокристаллических сплавов проведение поисковых исследований по созданию новых композиций, обладающих высокой прочностью и пластичностью, высокими режущими свойствами, а также различными комбинациями физических, механических и коррозионных свойств.

- Расширение исследований в области массивных аморфных материалов в особенности на основе железа.

- Продолжение интенсивных исследований по созданию новых высокоэффективных сплавов для высокочастотной и импульсной техники и покрытий для них.

Сплавы с аморфной структурой, полученные в целом ряде металлических систем, обладают механическими свойствами, существенно отличающимися от свойств кристаллических материалов. Характерным для аморфных сплавов является высокая прочность, близкая к теоретически возможному пределу, а также достаточно высокие пластичность и вязкость разрушения [6].

Все вышесказанное определяет актуальность данной работы.

Структура и свойства аморфных сплавов существенным образом должны зависеть от целого ряда факторов, сопровождающих закалку из расплава: от температуры расплава, величины избыточного давления, скорости вращения закалочного диска, природы материала, из которого он изготовлен и от ряда других факторов. В связи с этим в данной работе предпринята попытка установить влияние некоторых технологических параметров спиннингования и химического состава аморфных сплавов на механические свойства аморфных сплавов системы Feg^s-xNixPn.s (0< х <34), которая представляет определенный интерес для практического применения. С целью получения более достоверной информации в условиях одновременного влияния нескольких параметров в работе использовался метод математического планирования эксперимента.

Данная работа ставила также своей целью разработку новых экономно-легированных аморфных сплавов с уровнем прочности свыше 2000 МПа и достаточным сцеплением с пластмассой при изготовлении композитов типа металл-пластмасса. Металлический компонент такого композита должен сочетать высокую прочность, достаточную пластичность, удовлетворительную адгезионную прочность, определенную коррозионную стойкость и содержать минимальное количество дефицитных и дорогостоящих компонентов. Для решения этой задачи нами был проведен поиск химического состава аморфного сплава на основе железа, содержащего минимальное количество дорогостоящего бора в качестве элемента-аморфизатора.

Проведенный анализ работ, посвященных аморфным и аморфно-кристаллическим сплавам, позволяет сделать важное заключение: двухфазные сплавы, содержащие аморфную и кристаллическую фазы, при определенном соотношении структурных составляющих, а также при благоприятной структуре и морфологии фаз могут обладать более высокими механическими свойствами, нежели кристаллические и аморфные материалы. Проблема заключается только в том, чтобы добиться оптимального сочетания прочности и пластичности при использовании достаточно надежно воспроизводимой технологии получения материала и последующей термической обработки. Перспективно также получение полностью микрокристаллических или нанокристаллических материалов из аморфного состояния. В этом случае может образоваться микрокристаллически однородная ультрадисперсная структура, обладающая при определенных условиях не только очень высокой прочностью, но и заметной пластичностью. В связи с вышесказанным большой интерес представляет получение в аморфной матрице кристаллических областей, нивелирующих недостаток аморфного состояния, связанный с пониженным модулем Юнга и повышающих тем самым механические свойства в целом всего композита.

2. Определение влияния химического состава и режимов термической обработки на прочностные и пластические свойства базовой трехкомпонентной системы аморфных сплавов Fe-Ni-B.

Научная новизна состоит в установлении технологических параметров, влияющих на прочность и пластичность аморфных сплавов; в разработке экономнолегированных сплавов Fe-Ni-Cr-P-AI и Fe-Cr-P-B-AI с пределом прочности свыше 2000 МПа; в определении адгезионной прочности сплавов, имеющих различное качество поверхности с пластмассами различного типа; в исследовании структуры и механических свойств аморфных сплавов Fe-Cr-B, содержащих частицы кристаллического тугоплавкого карбида WC; в установлении того, что введение в аморфную матрицу кристаллических твердых фаз приводит к повышению механических свойств аморфных сплавов.

Научная и практическая значимость работы заключается в том, что данное исследование является по существу первым, в котором проведено систематическое исследование аморфных сплавов в виде ленты толщиной 30-40 мкм, предназначенных для применения в композиционных материалах. Полученные результаты раскрывают механизмы формирования механических свойств аморфных ленточных материалов. Особо следует выделить результаты, где показано, что формирование в аморфной матрице высокомодульных кристаллических фаз положительно влияет на упругие и прочностные свойства аморфно-кристаллических композитов.

Положения, выносимые на защиту: 1. Экспериментально установленные параметры процесса спиннингования, влияющие на прочность и пластичность аморфных сплавов на основе железа.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: VI Международном симпозиуме «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева. Новгород. 2003; II всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии». Томск. 2003; XV Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов». Тольятти. 2003; Международной конференции «Действие электромагнитных полей и тока на материалы». Москва. 2003; XVII Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения». Киров. 2004; II Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур». Москва. 2004; Берштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов. Москва. 2004; XLII Международной конференции «Актуальные проблемы прочности». Калуга. 2004; Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов». Черноголовка. 2004; XLIII Международной конференции «Актуальные проблемы прочности». Витебск. 2004.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 79 наименований, содержит 119 страниц машинописного текста, включая 9 таблиц и 30 рисунков.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. С применением метода математического планирования эксперимента для закаленных из расплава аморфных сплавов Fe82;5.xNixP17)5 (0< х <34), показано, что наибольшее влияние на величину микротвердости HV оказывает число оборотов закалочного диска и температура расплава, причем их влияние противоположно. Увеличение содержания никеля в аморфных сплавах снижает значение HV. Влияние параметра а незначительно, а величина избыточного давления вообще не оказывает влияния на микротвердость и на предел текучести.

2. Показано, что технологические параметры оказывают существенное влияние на пластичность сплавов. Так, уменьшение температуры перегрева расплава и избыточного давления увеличивает значение параметра 8. Значение параметра а и содержание никеля существенного влияния на пластичность закаленных сплавов не оказывают, а скорость вращения закалочного диска вообще не влияет на пластичность.

3. С применением метода математического планирования эксперимента получены независимые оценки влияния никеля, хрома, фосфора, кремния и бора на механические свойства аморфных сплавов системы Fe-Ni-Cr-P-Si-B. Предложено три композиции сплавов, состав которых соответствует высокому уровню механических свойств.

5. Установлена удовлетворительная адгезионная прочность разработанных аморфных сплавов с полимерными пластмассами (эпоксидная смола, протакрил). Показано, что введение металлического порошка в пластмассовый наполнитель повышает адгезионную прочность и прочность многослойного композита. Прочность композитов на одноосное растяжение растет по мере увеличения числа слоев и приближается к прочности исходной аморфной ленты.

7. Установлено, что наиболее высокой прочностью и термической стабильностью обладает аморфный сплав Fe - 15 ат.% Сг - 15 ат.% В. Показано, что одновременное введение в этот сплав оптимального (до 2 ат.%) W и С вызывает образование в аморфной матрице частиц карбида вольфрама WC размером несколько микронов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Семин, Александр Петрович, Новокузнецк

1. Френкель Я.И. "Введение в теорию металлов". -JL: Наука, 1972. - 424 с.

2. Осипьян Ю.А. "Аморфные металлы и сплавы" // Вестник АН СССР. 1987.№9. С. 3-13.

3. Глезер A.M., Молотилов Б.В. "Структура и механические свойства аморфных сплавов". -М.: Металлургия, 1992. -208 с.

4. Мирошниченко И.С. "Закалка из жидкого состояния". -М.: Металлургия, 1982.-168 с.

5. Глезер A.M., Утевская O.JI. "Разработка методики измерения механических свойств тонких ленточных материалов". В кн.: Композиционные прецизионные материалы.- М.: Металлургия, 1983. С. 78-82.

6. Глезер A.M., Молотилов Б.В., Утевская O.J1. "Механические свойства аморфных сплавов" //Металлофизика. 1983. Т.5., №1. с.29-45.

7. Лихачев В.А., Шудегов В.Е. Принципы организации аморфных структур. С-Пб: С-ПбГУ, 1999. 228 с.

8. Глезер A.M., Молотилов Б.В. Структура аморфных сплавов // ФММ, 1990, №2, с.5-28.

9. Золотухин И.В., Калинин Ю.Е. Аморфные металлические сплавы // УФН, 1990, т. 160, №9, с.75-110

10. Золотухин И.В. Физические свойства аморфных сплавов. -М.: Металлургия, 1986.176 с.

11. Золотухин И.В., Бармин Ю.В. Стабильность и процессы релаксации в металлических стеклах. М.: Металлургия. 158 с.

12. Скаков Ю.А. Фазовые превращения при нагреве и изотермических выдержках в металлических стеклах, Итоги науки и техники // Сер. Металловедение и термическая обработка, 1987, т.21, с.53-96.

13. Манохин А.И., Митин Б.С., Васильев В.А., Ревякин А.В. Аморфные сплавы. М.: Металлургия, 1984.160 с.

14. Гусев АЛ, Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. М.: Физматлит, 2001. 224 с.

15. Куницкий Ю.А. Структурные превращения в аморфных сплавах. Киев: КПИ, 1983.60 с.

16. Металлические стекла: ионная структура, электронный перенос и кристаллизация. Сб. научных трудов (под ред. Г.Гюнтеродта и Г.Бека), -М.: Мир, 1983.376с.

17. Лаврентьев В.И. Структурные превращения ближнего порядка в аморфных металлических сплавах // ФТТ, 1998, т.40, №3, с.398-392.

18. Грудин Б.Н., Плотников B.C., Фищенко В.К. и др. Определение корреляционно-спектральных характеристик неоднородностей структуры в аморфных сплавах по микроскопическим изображениям // Изв. РАН, сер.физич., 2001, т.65, №10, с.1411-1417.

19. Абросимова Г.Е., Аронин А.С. Особенности фазового расслоения при нагреве аморфного сплава Fe90Zri0 П ФТТ, 1998, т.40, №10, с. 1769-1772

20. Шкловский В.А., Кузьменко В.М. Взрывная кристаллизация аморфных веществ // УФН, 1989, т.157, №2, с.311-338.

21. Григорьевич В.К. "Твердость и микротвердость металлов". М.: Наука, 1976.-230с.

22. Шутин A.M., Королева JI.A. "Особенности измерения микротвердости тонких ленточных образцов из аморфных сплавов" // Металлофизика. 1988. Т 54. № 8. С. 81-83.

23. Булычев С.И., Алехин В.П. "Исследование физико-механических свойств металлических стекол методом непрерывного вдавливания индентора" // ФХОМ. 1981. №2. С. 110-114.

24. Глезер A.M., Утевская O.JI. "Параметры структурной релаксации и механические свойства" // Физика металлов и металловедение. Т. 57. № 6. 1984.

25. Хоник В.А. Роль структурной релаксации в формировании закономерностей пластического течения металлических стекол // Изв. РАН, сер.физич., 2001, т.65, №10, с.1424-1427.

26. Глезер A.M., Молотилов Б.В., Утевская O.JL, Грацианов Ю.А. "Структура и механические свойства аморфного сплава". -Киев: Наукова думка. Т. 2, №4, 1980.

27. Косилов А.Т., Хоник В.А. Направленная структурная релаксация и гомогенное течение свежезакаленных металлических стекол // Изв. РАН, сер. физич., 1993, т.57, №11, с.192-198.

28. Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г., Амосова О.В. Пористость и механические свойства аморфных сплавов // Изв. РАН, сер.физич., 2003, т.67, №6, с.818-822.

29. Черемской П.Г., Слезов В.В., Бетехтин В.И. Поры в твердом теле. М.: Энергоатомиздат, 1990. 376 с.

30. Calvo М. Structure and embitterment of metallic glasses // Mater. Sci Eng., 1997, v.A226, p.833-846.

31. Разрушение (под ред. Г.Либовица). М.: Мир, 1976, т. 1. 797 с.

32. Glezer А .М., Betekhtin V .1. Free volume and microfrac ture mechanisms of amorphous alloys // Phys. Solid State, 1996, v.38, No. 6, p.983-986.

33. Глезер A.M., Бетехтин В.И. Свободный объем и механизмы микроразрушения аморфных сплавов // ФТТ, 1996, т.38, №6, с. 17784-1790.

34. Greer A.L. Partially or fully devitrified alloys for mechanical properties // Mater. Sci Eng., 2001, v.A304, p.68-73.

35. Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. М.: Наука, 1983.296 с.

36. Глезер A.M., Молотилов Б.В., Овчаров В.П. и др. // ФММ, 1987. Т.64. Вып.6. С.1106-1109.

37. Судзуки К., Фудзимори X., Хасимото К. Аморфные металлы. М.: Металлургия, 1987.

38. Vailant M.L., Keryvin V., Rouxel Т., Kawamura Y. Changes in the mechanical properties of a Zr-Cu-Al-Ni bulk metallic glass due to heat treatment // Scr. Met., 2002, v.47, p.19-23.

39. Zielinski P.G., Ast D.G. // Acta Met. 1984. V.32. N 3. P.397-405.

40. Люборский Ф .Е. Аморфные металли ческие с плавы. — М .: Металлургия,1987.-584 с.

41. Золоторевский B.C. "Механические испытания и свойства металлов". -М.: Металлургия, 1974.- 303 с.

42. Алехин В.П., Хоник В.А. "Структура и физические закономерности деформации аморфных сплавов". -М.: Металлургия, 1992. С. 248.

43. Раскин Д., Смит С.Х. В кн.: "Аморфные металлические сплавы". М.: Металлургия, 1987. С. 375-397.

44. Судзуки К., Фудзимори X., Хасимото К. "Аморфные металлы". Пер. с япон. -М.: Металлургия, 1987,28 с.

45. Бенгус В.З., Табачникова Е.Д., Гайко В.П. "Вязкое и хрупкое разрушение металлических стекол при низких температурах" // Металлофизика, 1986, т.8, №6, с.3-7.

46. Pampillo С., Chen H.S. "Comprehensive plastic deformation of a bulk metallic glass"//J. Mater. Sci., 1974, v.l3,N2, p.181-188.

47. Нестеренко В.Ф., Паршин C.A., Табачникова Е.Д. "Температурная зависимость прочности на сжатие материалов, полученных импульсным прессованием быстрозакаленных порошков" // Физика высоких давлений,1988, №4, с.125-129.

48. Mulder A.L. "On the fatigue properties of some metallic glasses // Proc. Fourth Int. Conf. RQM, Sendai, 1982, v.l, p.1361-1368."

49. Davis L.A. Mechanics of metallic glasses // Prepr. Second Int. Conf. RQM, Cambrige Univ., Cambrige, 1975, 23 p.

50. Mulder А.1., Emmens W.C. "Influence of annealing and surface conditions on the strength and fatigue of metglass 2826." Conf. Met. Glass.: Science and Technology, Budapest, 1980, v.2, p. 407-413.

51. Kimura H., Masumoto T. "Fracture toughness of amorpous metals." // Scr. Met., 1975, v.9,N3, p. 211-222.

52. Зайченко С.Г., Борисов В.Т., Минин В.В. Методика определения механических характеристик аморфных лент при испытании на изгиб // Заводская лаборатория, 1989, т.55, №5, с. 76-79.

53. Федоров В.А., Ушаков И.В., Пермякова И.Е. Сравнительный анализ изменения пластичности отожженного металлического стекла U-методом и методом микроиндентирования // Материаловедение, 2003, №8, с.21-24.

54. Федоров В.А., Ушаков И.В., Пермякова И.Е. Особенности изменения механических свойств и кристаллизация отожженного металлического стекла на основе кобальта // Материаловедение, 1999, №5, с.25-28.

55. Булычев С.И., Алехин В.П. Исследование физико-химических свойств металлических стекол методом непрерывного вдавливания индентора // ФХОМ, 1981, №2, с.110-114.

56. Warlimont Н. Amorphous metals giving materials and process innovations // Mater. Sci. Eng., 2001, v.A304, p.61-68.

57. Makino A., Bitoh Т., Kojima A. Low core losses of Fe-Zr-Nb-B soft magnetic amorphous alloys with high magnetic flux density // Mater. Sci. Eng., 2001, v.A306, p.1083-1087.

58. Молотилов Б.В. Новые направления в металлургии аморфных сталей и сплавов. В кн.: И.П.Бардин и металлургическая наука. -М.: Металлургиздат, 2003, с.233-241.

59. Мельникова Н.В., Егорушкин В.Е. Аморфные металлы. Томск: ИНТЛ, 2003, 166 с.

60. Степанова Е.А., Смышляев А.С., Маркин П.Е. Влияние лазерной обработки на магнитные свойства аморфного металлического сплава Fe-B-Si-C // ФММ, 11997, т.84, №2, с.54-63.

61. Бойко В.И., Валяев А.Н., Погребняк А.Д. Модификация металлического материала импульсом мощного пучка частиц // УФН, 1999, т.169, №11, с. 1243-1272.

62. Dragoi D., Ustundag Е. Investigation of tungsten-fiber bulk metallic glass matrix composites // Scr. Met., 2001, v.45, p.245-252.

63. Kawamura Y., Ohno Y. Spark welding of Zr-Al-Ni-Cu metallic glasses // Scr. Met., 2001, v.45,p.l27-132.

64. Носкова Н.И., Пономарева, Перетурина И.А. Структура, прочность и пластичность нанофазного сплава // ФММ, 1996, т.82, №6, с. 116-121

65. Жданова Л.И., Ладьянов В.И., Волков В.А. и др. Влияние термообработки на электрохимическое поведение и каталитическую активность аморфных лент ciuiaBaFe-Cu-Nb-Si-B // Защита металлов, 1999, т.35, №6, с.577-580.

66. Круткина Т.Г., Решетников С.М., Самойлович С.С. Изучение сопротивления коррозии магнитно-мягких аморфных сплавов на основе кобальта // Вестник УдГУ, 1994, №6, с.61-70.

67. Пустое Ю.А., Балдохин Ю.В., Колотыркин П.Я. и др. Состояние поверхности и устойчивость к питтинговой коррозии аморфных сплавов на основе железа после изотермического отжига // Защита металлов, 1999, т.35, №6, с.565-576.

68. Молоканов В.В., Щербаков А.И., Петржик М.И. и др. Влияние изотермических отжигов выше температуры стеклования на катодную эффективность структуры и свойства металлических стекол // Защита металлов, 1997, т.ЗЗ, №2, с.149-152.

69. Pang S.J., Zhang Т., Asami К. Synthesis of Fe-Cr-Mo-C-B-P bulk metallic glasses with high corrosion resistance // Acta Met., 2002, v.50, p.489-497.

70. Л.М.Утевский. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. М.: Металлургия, 1973. 583 с.

71. Металлические стекла: атомная структура и динамика, электронная структура, магнитные свойства. Сб. научных трудов (под ред. Г.Бека и Г.Гюнтерродта), М.: Мир, 1983. 454с.

72. Растровая электронная микроскопия. Разрушение: Справ. Изд. (под.ред. Л.Энгель, Г.Клингеле). -М: Металлургия, 1986. 232 с.

73. Булычев С.И. Достижения и перспективы испытания материалов непрерывным вдавливанием индентора // Заводская лаборатория, 1992, т.58, №3, с.29-36.

74. Глезер A.M., Утевская О.Л. // Заводская лаборатория. 1981. №9. С.35-37.

75. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 208 с.

76. В.В .Налимов. Лекции по математическому планированию эксперимента. М.: МГУ, изд.6, 1996 г. 58 с.

77. Семин А.П., Глезер A.M., Громов В.Е. Влияние технологических параметров, химического состава и режимов термической обработки на механические свойства аморфных сплавов Fe-Ni-P // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2003. №12. С.

78. Модуль нормальной упругости 190,6 ГПа1. Предел текучестипри одноосном растяжении (t=20°C) 3520 МПа1. Микротвердостъ 16,4 ГПа

79. Пластичность на изгиб 100 %

80. Температура отпускной хрупкости 320°С

81. Данная лента была использована в качестве прецизионного упругого элемента и по своим рабочим параметрам превзошла упругий элемент из кристаллического сплава 40КХВН на 15-20 %.1. Главный метролог1. Т.А. Сваровскаяп9