Динамическое течение (обзор)

Влияние температуры и давления. На рис. 11.33 показано соотношение между напряжением разрушения и модулем сдвига для различных аморфных сплавов в зависимости от температуры. Пампилло и Полк сделали заключение, что имеются две характерные особенности температурной зависимости предела текучести в режиме негомогенного пластического течения; наличие плато и резкое возрастание его при низких температурах. Напряжение при низких температурах можно связать с термически активируемой компонентой. Эта идея вытекает из нашего анализа температурной зависимости полос скольжения и других измерений температурной зависимости напряжения разрушения и предела текучести. В настоящее время имеются два объяснения наличия плато на зависимости напряжения течения от температуры. Пампилло и Полк приписывают напряжению течения атермическую природу в соответствии с теорией Зегера для кристаллических материалов. Наша модель механики описывает другую возможность, основанную на динамическом течении. Ниже представлены значения температуры Tр, начиная с которой на температурной зависимости макроскопического предела текучести наблюдается плато, для различных аморфных сплавов:

Значения Tр были получены пересечением кривой низкотемпературной зависимости предела текучести с областью плато (см. рис. 11.33). При сравнении этих данных с представленными в табл. 11.2 можно обнаружить заметную корреляцию между величинами Tg и Tp для сплавов на основе железа, никеля и палладия. Это предполагает объяснение существовании плато следующим образом. Пороговое механическое напряжение, соответствующее 0 К, непрерывно снижается с ростом температуры под влиянием эффектов термической активации, но возрастание амплитуды прерывистого течения с ростом температуры компенсирует это снижение.

Полагая, что критическое сдвиговое напряжение экспоненциально зависит от давления в виде т=т0exp (еP), активационный объем AV и e связаны соотношением АV = еkT, где k и T — постоянная Больцмана и температура. Зависимость напряжения течения от давления, которая показана на рис. 11.18, удовлетворительно укладывается в рамки независимого от давления активационного объема, равного 1,6*10в-4 нм3 для аморфного сплава Fe40Ni40P14B6. Это значение не соответствует простой модели свободного объема.

Влияние состава. Показано, что предел текучести аморфных сплавов состоит как бы из двух независимых компонент о0 = ое + Aо, определяющихся термической активацией. Амплитуда прерывистого течения аморфных сплавов выражается на основании комбинации уравнений (11.18), (11.20) и (11.23) соотношением:

В уравнение (11.24) заложено предположение, что результаты, полученные по уравнениям (11.18) и (11.23) одинаковы для различных аморфных сплавов; экспонента n постоянна и имеет значение 0,46, а величина H и предэкспоненциальный коэффициент C2 являются константами материала. Заметьте, что скоррелированная амплитуда прерывистого течения достигает в пределе ~11% от предела текучести сплава Pd78Cu6Si16 при обычно используемых скоростях деформирования (см. рис. 11.28). При обсуждении природы и общей картины предела текучести при негомогенной пластической деформации в области комнатной температуры следует учитывать динамические эффекты, описываемые уравнениями (11.21) и (11.24). Вместе с тем при рассмотрении порогового напряжения течения при О К следует принять во внимание корреляцию между пределом текучести и упругим модулем, описываемую уравнением (11.13).



Адекватное феноменологическое описание пластического течения, которое может быть использовано для предсказания наблюдающегося в эксперименте течения, базируется на теории переходного состояния. Спейпен предложил теорию негомогенного пластического течения, которая основывается на динамическом равновесии между стимулируемым напряжением, зарождением и диффузионной аннигиляцией структурного разупорядочения, и дал следующее выражение для температурной границы между негомогенной и гомогенной пластической деформацией:

где S=(2u/3) (1+v) (1-v); Q — атомный объем; а — безразмерная константа, зависящая от структуры аморфного состояния и статики атомного перемещения; k, Т, u и v — параметры, описанные ранее. Аргон предложил теорию, которая основана на термически активируемых сдвиговых превращениях, происходящих в области свободного объема под действием приложенного сдвигового напряжения. В соответствии с его теорией переход между гомогенной и гетерогенной деформацией происходит при следующей температуре:

где Tg — температура стеклования, т — внутреннее сопротивление сдвигу; уG — предэкспоненциальный множитель.

Здесь у0 — сдвиговая деформация, присущая превращению; Qf — объем примерно сферической формы, содержащий элементарный носитель пластического течения.

Теория Аргона описывает температурную зависимость напряжения начала негомогенного пластического течения при постоянной скорости деформации в виде:

где VG — частота нормальной моды колебаний превращающегося комплекса активационного рельефа; a0 — числовая константа и установившаяся доля объема элементарных носителей деформации, участвующих в пластическом течении; у — скорость деформации.

Граница между негомогенной и гомогенной деформацией экспериментально была установлена Маддином и Масумото, которые исследовали влияние скорости деформации на напряжение разрушения и на механизм пластической деформации аморфного сплава Pd80Si20 в температурном интервале 0—300°С. С одной стороны, Паттерсон и Джонс показали, что экспериментально установленная граница между гомогенной и негомогенной деформациями для аморфного сплава Fe40Ni40P14B6 согласуется с предсказанной Спайпеном границей [уравнение (11.25)] при соответствующих значениях подгоночных параметров и при атомном объеме Q = 9x10 нм3. С другой стороны, Mегycap и др. продемонстрировали, что предсказанное Аргоном соотношение (11.26) при использовании соответствующих величин тех же подгоночных параметров, удовлетворительно согласуется с границей между гомогенным и негомогенным пластическим течением для аморфного сплава Pd80Si20, хотя имеется некоторое расхождение между теорией и экспериментом.

Apгон сравнил свои предсказания, выраженные в виде уравнения (11.27) с температурной зависимостью напряжения течения при испытании на сжатие аморфного сплава Pd77,5Cu6Si16,5, полученной Пампилло и Ченом (рис. 11.34) и нашел хорошую согласованность между теорией и экспериментом, предположив определенные величины параметров в уравнении (11.27). Концепция термически активируемого течения, лежащая в основе теории Аргона для описания негомогенного пластического течения аморфных сплавов, в принципе сравнима с термически активируемым движением макроскопических полос скольжения, вытекающим из модели механики, предложенной ранее. Наша модель прерывистого течения может привести к лучшему пониманию заметного отклонения температурной зависимости предела текучести в области плато от той, которую предсказывает уравнение (11.27) (см. рис. 11.34).

В рамках феноменологического описания негомогенной пластической деформации аморфных сплавов необходимо проводить самосогласованное рассмотрение результатов теории и эксперимента, принимая во внимание предполагаемый механизм пластического течения.