Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Разрушение аморфных сплавов

18.01.2019


Обзор экспериментальных работ по разрушению аморфных сплавов приведен ранее. Здесь сосредоточим внимание на микромеханизмах разрушения. В особой степени коснемся вопроса о том, как они соотносятся с механизмами, определяющими гомогенное и негомогенное пластическое течение.

Вязкое разрушение


Мы называем разрушение аморфного сплава вязким, если оно происходит в результате, по крайней мере локально, большой пластической деформации. Особенно это относится к процессу разрушения, который следует за негомогенной пластической деформацией. При одноосном растяжении разрушение происходит вдоль плоскостей полос сдвига, а не по плоскости, нормальной к оси растяжения. где существует максимальная нормальная компонента напряжений. На рис. 12.14 изображен характерный венообразный или ручьистый излом, явившийся следствием разрушения, а на рис. 12.15 показано, как направление отдельных вен связано с полосами сдвига и направлением развития процесса разрушения. Очевидна аналогия между картиной, представленной на рис. 12.14, и теми, которые получены при разделении двух твердых поверхностей, содержащих вязкую прослойку наподобие вазелина или смазки. Этот любопытный факт подтверждает механизм разупрочнения при негомогенном пластическом течении, который обсуждался нами ранее.

Морфология разрушения является следствием нестабильности, которая имеет место при движении межфазной поверхности жидкость — окружающая воздушная среда. Это специальный случай общего явления нестабильности, которое впервые было описано Тейлором и применено к обсуждавшейся нами проблеме разрушения Спейненом, а также Аргоном и Салама.

Питтс и Грайлер провели приближенный анализ условий нестабильности, которые проиллюстрированы на рис. 12.16. Межфазная поверхность жидкость — воздух лежит в плоскости ху и сдвигается в направлении у под влиянием внешнего приложенногo отрицательного градиента давлении dр/dу. Бесконечно малое синусоидальное возмущение у = esin[(2пх)/Л] вызывает давление в точке А внутри у поверхности жидкости, которая определяется величиной поверхностного натяжения у и локальной кривизной х в виде: рх-ух = -(2п/Л)2.

В точке В влияние давления, обусловленного капиллярностью, имеет обратный знак, и влияние градиента приложенного давления на расстоянии 2е также необходимо принять во внимание в виде: рВ = ух+2е(dр/dу). Если рA меньше pB, вещество будет перетекать из точки В в точку А, и возмущение исчезнет. Если же рA больше pB, будет наблюдаться обратная картина, и возмущение начнет расти в виде выступа в слое жидкости. Эти выступы затем входят один в другой и увеличиваются, приводя к венообразной картине. Критическая длина волны, которая еще способна расти, соответствует условию pA=pB, или
Разрушение аморфных сплавов

Масштаб нестабильности определяется балансом между градиентом давления, вызвавшим движение межфазной поверхности, и поверхностным натяжением, затрудняющим рост локальных возмущений. Рассматриваемый процесс аналогичен явлению дендритной неустойчивости, наблюдающейся при росте кристалла и определяющейся балансом между температурным или концентрационным градиентом и натяжением поверхности раздела кристалл — расплав. В принципе теория этого явления может быть без труда перенесена на проблему неустойчивости при разрушении. Установлено, что длина волны наиболее быстро растущего возмущения Лm=3Лс. Подстановка соответствующих численных значений градиента давления и поверхностного натяжения дает значение Лm, находящееся в хорошем соответствии с минимальным расстоянием между венами на рис. 12.14.

Хрупкое разрушение


Факторами, вызывающими охрупчивание, являются, как показано ранее, отжиг, низкая температура и кристаллизация.

Следует обратить внимание на следующие моменты, связанные с охрупчиванием после отжига.

Охрупчивание весьма чувствительно к составу; аморфные сплавы на основе железа, особенно с большим содержанием металлоидов, охрупчиваются очень легко, а аморфные сплавы на основе палладия вовсе не охрупчиваются, если не переходят в процессе длительного отжига в кристаллическое состояние. Оно обнаруживает явные признаки корреляции с процессом структурной релаксации. Охрупчивание можно подавить облучением нейтронами.

Хотя фундаментальное понимание охрупчивания далеко от завершения, будет, по-видимому, весьма полезно упомянуть о некоторых наблюдениях, посвященных изучению гомогенной и негомогенной пластической деформации, которые могут быть использованы при обсуждении проблемы перехода к хрупкому разрушению.

Хрупкое разрушение является нарушением сплошности материала, которое легко может произойти в том случае, когда растягивающее напряжение у концентратора напряжений (например, у микротрещины) достигает теоретического напряжения разрушения оth, прежде чем возникающее напряжение может срелаксировать путем пластической деформации (например, затупить микротрещину). В принципе кажется правдоподобным, что существенное повышение вязкости при структурной релаксации (примерно на пять порядков величины) или снижение вязкости, связанное со снижением плотности при облучении, может оказать влияние на процесс затупления трещин.

Штайф недавно предпринял попытку промоделировать это явление, рассмотрев зависимость поля напряжений вокруг эллипсообразной поры от времени в ленточном материале при одноосной растягивающей деформации с постоянной скоростью. Предполагалось, что материал является нелинейным вязко-упругим континуумом с вязкостью, зависящей от локальной дилатации, т. е. or наличия свободного объема. Результаты расчета показали, что если локальный свободный объем, образованный вследствие дилатации, имеет возможность мгновенно перераспределяться в соответствии с новым равновесным распределением, то растягивающее напряжение вокруг поры никогда не становится настолько большим, чтобы вызвать нарушение сплошности. Таким образом, в материале весьма эффективно протекают процессы выравнивания напряжений.

Это, кажется, соответствует более ранним воззрениям Спейпена и Тауба о зарождении пластического течения на концентраторах напряжений. Они показали, что изменение температуры, необходимое для расширения эквивалентного его величине перед разрушением: AT=оth/(Kа).

Принимая, что oth=E/10 (Е — модуль Юнга), сжимаемость K=E и объемный коэффициент термического расширения а = 10в-4 К-1, получаем AT=10в3 К. Это вполне соответствует резкому снижению вязкости, более чем достаточному для релаксации пикового напряжения.

Для того, чтобы объяснить хрупкость в модели эллипсообразной поры, необходимо предположить, что свободный объем, возникающий при дилатации, не способен к мгновенному перераспределению, и требуется, следовательно, определенное время для достижения нового равновесного распределения. Путем введения постоянной времени для процесса перераспределения Штайфу удалось показать, что теоретическое напряжение разрушения может быть достигнуто в том случае, если постоянная времени и первоначальная вязкость материала достаточно велики. Его модель предполагает, что структурная релаксация не только повышает вязкость, но также и увеличивает константу времени для перераспределения свободного объема. В этом случае те различия в кинетике охрупчивания, которые наблюдаются в различных аморфных сплавах (например, на основе Fe и Pd), могут быть связаны по существу с различием в кинетике перераспределения свободного объема. Обсуждаемый нами процесс перераспределения свободного объема качественно подобен процессу, обсуждавшемуся применительно к изоконфигурационному течению, где объемные изменения, вызванные термическим расширением, перераспределяются надлежащим образом в структуре аморфного сплава. Однако значения констант времени при этом резко различаются (в данном случае время значительно короче), что создает заметные трудности в экспериментальной проверке этого предположения.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: