CC BY
37
УДК 539.3
3)
РЕЛАКСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБЪЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКЛАХ Zr46Cu46Al8 И Zr46(Cu4/sAg1/5)46Als
© Г.В. Афонин1), Н.П. Кобелев2), Н.Т.Н. Нгуен1), С.В. Хоник3), В.А. Хоник1
1) Воронежский государственный педагогический университет, г. Воронеж, Россия 2) Институт физики твердого тела РАН, г. Черноголовка, Россия Воронежский государственный университет, г. Воронеж, Россия, e-mail: [email protected]
Ключевые слова: металлические стекла; структурная релаксация; гомогенное течение.
Исследована релаксация крутящего момента в условиях изохронного нагрева металлических стекол системы 2г-(Cu,Ag)-Al с существенно различной стеклообразующей способностью. Установлено, что релаксация напряжений реализуется почти независимо от стеклообразующей способности соответствующего расплава.
Принято считать, что металлические расплавы с высокой стеклообразующей способностью (СС) отвечают плотной структуре с минимальной концентрацией структурных «дефектов», как связанных с избыточным свободным объемом, так и нет. Можно тогда предположить, что замораживание (стеклование) таких расплавов приведет к формированию стекол с минимальной концентрацией «центров релаксации», ответственных за структурную релаксацию и гомогенное течение под нагрузкой ниже температуры стеклования Тё. Эту концентрацию можно качественно оценить, измеряя, например, кинетику релаксации напряжений в интервале температур 300 К < Т < Тё. Проводя измерения на стеклах с различной СС, можно получить информацию о том, связана ли СС с концентрацией «центров релаксации», имеющихся в твердом стеклообразном состоянии. В этом состояла мотивация настоящей работы.
Для исследования были выбраны металлические стекла 7г46Си46А18 и Zr46(Cu4/5Ag1/5)46Al8 (ат.%). Первое стеклуется в виде цилиндра диаметром до 5 мм, тогда как критический диаметр второго стекла составляет не менее 20 мм [1]. Стекла для настоящего исследования приготовлялись методом реактивной закалки расплава (скорость закалки « 200 К/с) в виде отливок размером 1x10x65 мм3. С помощью оригинальной деформационной крутильной микромашины измерялась релаксация крутящего момента в процессе нагрева со скоростью 5 К/мин в исходном состоянии и после различных термообработок. Для исследований использовались образцы прямоугольного сечения (40 ^ 60) х (75 ^ 150) мкм и длиной 8 ^ 10 мм. Рабочая длина образцов составляла 1-1,5 мм. Крутящий момент на образце определялся по углу закручивания последовательно соединенной с ним кварцевой нити, который фиксировался методом оптического рычага с помощью позиционно-чувствительного фотодатчика. Образец при комнатной температуре нагружался крутящим моментом М0, который выбирался таким образом, чтобы напряжение на поверхности образца составляло а0~165 МПа. Далее следовал нагрев до требуемой температуры Та1, после чего
образец охлаждался до комнатной температуры, снова нагружался крутящим моментом М0, нагревался до следующей заданной температуры и т. д.
На рис. 1 представлены температурные зависимости нормированного крутящего момента М(Т)/М0 образцов в исходном состоянии, а также после предварительных нагревов до температур 373 К, 473 К и 623 К. Видно, что релаксация напряжений в исходном состоянии начинается вблизи 310 К, так что при Т = 350360 К крутящий момент падает до = 5 % от первоначального. Предварительная термообработка приводит к смещению кривых релаксации в сторону более высоких температур в тем большей степени, чем выше температура предварительного отжига. Из рис. 1 также видно, что релаксация напряжений в исследуемых стеклах реализуется примерно одинаково, независимо от стеклообразующей способности.
300 400 500 600 700 800
температура, К
Рис. 1. Температурные зависимости нормированного крутящего момента стекол Zr46Cu46Al8 (светлые символы) и Zr46(Cu4/5Ag1/5)46Al8 (темные символы). Четыре серии кривых соответствуют исходному состоянию (кружки), а также измерениям после нагревов до 373 К (квадраты), 473 К (треугольники) и 623 К (ромбы). Стрелками показаны температуры стеклования
ЛИТЕРАТУРА
1. Jiang Q.K., Wang X.D., Nie X.P., Zhang G.Q., Ma H., Fecht H.J., Bendnarcik J., Franz H., Liu Y.G., Cao Q.P., Jiang J.Z. // Acta Mate-rialia. 2008. V. 56. Р. 1785.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по грантам 09-02-01236 и 10-02-00502.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Afonin G.V., Kobelev N.P., Nguen N.T.N., Khonik S.V., Khonik V.A. Stress relaxation in bulk metallic glasses Zr46Cu46Al8 and Zr46(Cu4/5Agi/5)46Als.
Torque relaxation upon linear heating of Zr-(Cu,Ag)-Al metallic glasses with significantly different glass-forming ability has been investigated. It has been found that stress relaxation is nearly independent of the glass-forming ability of the corresponding melt.
Key words: metallic glasses; structural relaxation; homogenous flow.
