Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

ки не меняется. Все сплавы, подвергнутые дорекристаллизационному отжигу при 400 °С после деформации, при последующем термоциклиро-вании также не меняют интервала M—Mj.
...
Таким образом, если исходное состояние материала перед термоцик-лированием неупрочненное, то фазовый наклеп быстро развивается в начальных термоциклах. Затем при достаточно высоком упрочнении (достаточно высокой плостности дислокаций) субструктура стабилизируется, а потому прекращается изменение характеристических температур ТИМП. Если же в исходном состоянии сплав существенно упрочнен (дислокационное упрочнение или дисперсионное упрочнение), то дополнительное дислокационное упрочнение при термоциклировании затруднено — в силу повышения «дислокационного» предела текучести. Повышение плотности дислокаций при ТЦО способствует превращению через промежуточную Л-фазу, действуя аналогично деформационному наклепу. ТЦО после высокотемпературной термомеханической обработки приводит к существенному росту обратимой деформации «аустенит-ного» ОЭПФ, наведенной ВТМО, в связи с увеличением ориентирующего влияния упругих полей ориентированных кристаллов мартенсита.
...
Термомеханическая обработка (ТМО) заключается в комбинировании в едином цикле термической обработки и пластической деформации металла. При этом фазовые и структурные превращения протекают под влиянием повышенной плотности и закономерного распределения дефектов решетки, введенных деформацией.
...
ТМО эффективно повышает комплекс механических свойств сталей и сплавов с мартенситными превращениями, что обусловлено: прямым наследованием конечной фазой дислокационной субструктуры исходной фазы; измельчением и большей однородностью размеров кристаллов новой фазы; равномерным распределением и уменьшением «мощности» скоплений примесей; измельчением и большей однородностью размеров частиц выделений при старении и отпуске; изменением кинетики превращений.
...
СПФ на основе никелида титана — естественные объекты применения ТМО, которая в том или ином виде входит в технологическую цепочку изготовления практически всех изделий из нитинола.
...
Существуют две основные классические схемы ТМО: высокотемпературная (ВТМО) и низкотемпературная (НТМО). Они обе используются для управления комплексом функциональных свойств нитинола [26].
...
Структурообразование в аустените никелида титана при горячей деформации удобно проследить на сплаве Ti—Ni—Fe с точкой Ms ниже Тко .
...
В присутствии динамически полигонизованной и рекристаллизован-ной структур характеристические температуры ИМП практически не меняются по сравнению с контрольной закалкой.
...
Субструктура горячего наклепа приводит к существенному снижению мартенситного интервала; температура же промежуточного ^-превращения возрастает. Максимальное реактивное напряжение ведет себя аналогично пределу текучести аустенита (который является естественным пределом реактивного напряжения). В итоге, силовые характеристики возросли в 2,5 раза в присутствии субструктуры горячего наклепа и в 1,5 раза — при динамически полигонизованной субструктуре аустенита (рис. 5.21).
...
Максимальная обратимая деформация после ВТМО также возрастает, очевидно, вследствие увеличения разности обычного и фазового пределов текучести и благоприятной текстуры аустенита (см. рис. 5.21).
...
На эквиатомном сплаве влияние ВТМО на свойства меньше из-за наложения фазового наклепа и заметно только при 7^еф
...
ВТМО приводит к возникновению «аустенитного» ОЭПФ [27]. Основной причиной этого ОЭПФ являются ориентированные поля напряжений от дислокационной субструктуры, вызывающие ориентированное мартенситное превращение. Величина ОЭПФ растет при последующей ТЦО, т. е. по мере развития дислокационной субструктуры фазового на-
...
Рис. 5.20. Динамически поли-гонизованная субструктура аустенита, сформированная в сплаве Ti-47%Ni-3%Fe в результате ВТМО. Степень обжатия 50 %, скорость деформации 5 с-1, температура деформации, °С:
...
клепа и усиления ее ориентирующего влияния. В результате можно получить обратимую деформацию ОЭПФ до 3 % (рис. 5.22). С ростом Гдеф
...
В случае НТМОд холодная или теплая деформация стабильного аустенита, создающая сильный деформационный наклеп, резко уменьшает максимальную обратимую деформацию, наводимую после НТМОА, размывает температурный интервал мартенситных превращений, в то же время значительно повышая силовые характеристики. Например, можно получить реактивное напряжение до 1500 МПа.
...
НТМОм приводит к возникновению высокотемпературного ЭПФ при последующем нагреве: формовосстановление завершается при 400...500°С, тогда как после обычной обработки точка А? лежит около 100 °С (рис. 5.23).
...
Кроме того, деформация мартенсита наводит ОЭПФ в обычном интервале температур — это «мартенситный» ОЭПФ. Характер его анизотропии иной, чем в случае ОЭПФ после ВТМО.
...
8 %. Т. е. особенности структуры и напряженного состояния, внесенные пластической деформацией мартенсита во время НТМОм, являются носителями высокотемпературного ЭПФ, наведенного деформацией после
...
Итак, НТМОм позволяет получить на сплавах Ti—Ni высокотемпературный ЭПФ, но при этом она не дает преимущества по величине реактивного напряжения и уменьшает обратимую деформацию. НТМОд, обеспечивая высокое реактивное напряжение, резко уменьшает обратимую деформацию до уровня, неприемлемого для практического использования.
...
Следовательно, для оптимизации комплекса функциональных свойств надо не только упрочнить сплав НТМО, но и устранить излишний деформационный наклеп, в то же время не уничтожая наследственное влияние созданной при ТМО субструктуры. Для этого целесообразно использовать последеформационный нагрев, приводящий к возврату, полигонизации и рекристаллизации аустенита. Его можно проводить после НТМОм и НТМОд.
...
Используемый интервал температур последеформационного нагрева -400...550°С. В нем происходит возврат, статическая полигонизация и рост субзерен; при нагреве выше этого интервала рекристаллизация аустенита возвращает комплекс свойств к исходному.
...
Характеристические точки интервала мартенситных превращений с ростом температуры нагрева в интервале возврата и полигонизации не-
...
Рис. 5.23. Дилатограммы нагрева сплава Ti-50,0%Ni после НТМО мартенсита прокаткой при 7К0МН с обжатием 25 % (высокотемпературный ЭПФ) (/) в сравнении с дила-тограммой, полученной после обычной закалки (2)
...
Рис. 5.22. Обратимая деформация ОЭПФ, наведенного ВТМО при 800 °С, и ее изменение при термо-циклировании через интервал мартенситных превращений
...
прерывно повышаются и стабилизируются при переходе к рекристаллизации аустенита. Силовые характеристики сплавов наиболее высоки после нагрева в нижней части интервала полигонизации, когда сохраняется очень высокое сопротивление деформации аустенита. Например, поли-гонизуюший нагрев при 450...500°С привел к генерации очень высокого реактивного напряжения (1000... 1200 МПа) по сравнению с рекрис-таллизованным состоянием (400...500 МПа). Такая же обработка приводит к повышению усталостной долговечности при термоциклировании через температурный интервал мартенситных превращений под нагрузкой в 5-10 раз.
...
В то же время обратимая деформация выше обычно после нагрева в верхнем интервале полигонизации, где она сравнима с получаемой на рекристаллизованной структуре аустенита. Здесь же обеспечивается более легкая деформация при наведении ЭПФ.
...
Высокое сопротивление деформации полигонизованного аустенита, особенно на ранних стадиях полигонизации, определяет повышение характеристик сверхупругости или появление сверхупругости в сплавах, в которых после обычной обработки она не наблюдается.
...
Наиболее характерный пример применения НТМО с полигонизующим нагревом — медицинские устройства с ПФ. Проволоку или ленту после теплой или холодной деформации заневоливают на оправке, придавая нужную форму конструкции, и нагревают при 400...500°С. При этом одновременно фиксируется исходная форма изделия за счет релаксации напряжений, получаются высокие силовые характеристики и обратимая деформация вследствие образования полигонизованной субструктуры, устанавливаются требуемые температурные интервалы восстановления формы и легкой деформации для наведения ЭПФ за счет контролируемого деформационного старения.
...
Термомеханическая тренировка. В заключение надо упомянуть еще один вид ТМО СПФ. Это - термоциклирование через температурный интервал мартенситных превращений под напряжением — термомеханическая тренировка (ТМТ). Этот вид ТМО используется, в основном, для наведения ОЭПФ, а также сверхупругости [23, 25].
...
Роль ТМТ заключается в создании развитой дислокационной субструктуры фазового наклепа, причем под воздействием внешнего напряжения дислокационная субструктура оказывается ориентированной. Следовательно, ориентированы и поля связанных с ней напряжений. Характеристики сверхупругости при этом повышаются в результате развития фазового наклепа.
...
Итак, с помощью ТМО, создающей в сплавах развитую дислокационную субструктуру, свойства СПФ регулируются в широких пределах, при этом можно получить комплекс свойств, недостижимый методами обычной термообработки. Резерв управления функциональными свойствами СПФ с помощью ТМО может быть расширен, если использовать возможность формирования нанокристаллической или субмикрокристаллической структуры в сплавах Ti—Ni в условиях накопления больших пластических деформаций. При этом для практических целей важно получить нано- или субмикрокристаллическую структуру СПФ в массивных заготовках. В настоящее время известен только один метод получения наноструктуры в массивных образцах. Это — равнока-нальное угловое прессование (РКУП).
...
При РКУП заготовка продавливается через два канала равного поперечного сечения, расположенные под углом друг к другу, в результате чего в металле реализуется механизм деформации простым сдвигом, а макроформа заготовки на выходе из второго канала не изменяется. В результате многократного РКУП можно достигнуть весьма больших степеней деформации.
...
Исследования в области применения РКУП к СПФ на основе Ti—Ni получили развитие только в последнее время и пока в ограниченном числе научных центров в стране и за рубежом. Ниже изложены результаты последних исследований, проведенных совместно Московским институтом стали и сплавов и Институтом физики перспективных материалов (г. Уфа) [29].
...
Термомеханические условия и закономерности формирования нано-и субмикроструктуры удобнее изучать на небольших образцах, деформируя их по схеме кручения под давлением (КпД). Объектами исследования были характерные СПФ на основе Ti—Ni: Ti—50,0 % (ат.) Ni («высокотемпературный» сплав с интервалом мартенситных превращений выше ТК0МИ,
...
Электронно-микроскопическое исследование (рис. 5.24) показало, что сплав Ti—50,0 % (ат.) Ni с исходной мартенситной структурой в результате КпД аморфизируется. На электронно-микроскопических изображениях наблюдается характерный слабый «бесструктурный» контраст (см. рис. 5.24, а).
...
В сплавах с исходной структурой В2-аустенита при такой же деформации аморфизация не происходит, а образуется нанокристаллическая структура аустенита. Ей соответствует характерная дифракционная картина: узкие кольца, состоящие из отдельных точечных рефлексов (от отдельных кристаллитов), распределенных равномерно по кольцу, а также светлопольный и темнопольный контраст, формируемый структурными элементами — зернами размером 10...20нм (см. рис. 5.24, б).
...
Нагрев аморфизированного сплава Ti—50,0 % (ат.) Ni при 450 °С привел к его кристаллизации в наноструктурное состояние аустенита с соответствующей точечной кольцевой микродифракцией и структурными элементами размером 10...20нм (см. рис. 5.24, в).
...
Исходя из данных, полученных после КпД и нагрева, был выбран температурный интервал РКУП, в котором следовало ожидать возникновения нано- или субмикрокристаллической структуры при достаточно большой деформации. Поскольку сплавы Ti—Ni в массивных образцах обладают ограниченной деформируемостью при 7К0МН, то РКУП проводили в интервале 400...500°С.
...
Сплав Ti—50,7 % (ат.) Ni — стареющий, в состаренном состоянии он обладает малым запасом пластичности. Поэтому после трех РКУ-прохо-Дов (истинная деформация 2,5) при 450 °С образец разрушился. Разрушение также происходило в ходе деформации при Ткоьлн, наводящей ЭПФ, сразу после исчерпания ресурса обратимой деформации. Структурное исследование показало, что при РКУ прессовании за 3 прохода было Достигнуто только состояние субструктуры динамического возврата. В то
...
же время был получен многообещающий комплекс функциональных свойств: максимальная полностью обратимая деформация гг
...
Очевидно, для реализации возможностей, заложенных в РКУП СПФ Ti—Ni, следовало перейти к РКУП нестареющего сплава Ti—50,0%(ат.)№, обладающего большим запасом пластичности.
...
Первый результат, который следует сразу отметить, — это резкое повышение общей и технологической пластичности в ходе и после теплого РКУП при переходе от стареющего сплава Ti—50,7 % (ат.) Ni к нестареющему Ti—50,0 % (ат.) Ni. Действительно, если первый сплав при РКУП разрушился уже в 3-м проходе, а при наведении ЭПФ разрушал-
...
Рис. 5.24. Структура сплавов на основе Ti—Ni после интенсивной деформации кручением под давлением (е = 5,75): а — сплав Ti— 50,0%Ni, аморфизированная структура; 6 — Ti—47%Ni—3%Fe, нанокриеталлическая структура. После дополнительного нагрева при 450 °С, 1 ч: в — Ti—50,0%Ni, нанокриеталлическая структура; г — сплав Ti—47%Ni—3%Fe, субмикрокристаллическая структура. ПЭМ
...
ся сразу после исчерпания ресурса обратимой деформации, то второй сплав выдержал 8 проходов (е = 6,5) при 400 °С и 12 (е = 9,7) при 500 °С, а при наведении ЭПФ показал достаточную пластичность за пределами Ресурса обратимой деформации. Это открывает возможности использования РКУП эквиатомного сплава Ti—50,0 % (ат.) Ni не только для получения нано- или субмикроструктуры, но и использования ее для управления комплексом функциональных свойств без опасности разрушения металла при деформации, наводящей ЭПФ, или в эксплуатации.
...
По данным электронно-микроскопического анализа, в результате рКУП при 500 и 400 °С в аустените сплава Ti—50,0 % (ат.) Ni образует-Ся субмикрокристаллическая структура с размером структурных элемен-
...
После РКУП при 400 °С степень восстановления формы равна 100% до е(- = 7 % включительно (после РКУП при 500 °С в этих условиях на
...
мечается небольшая необратимая деформация). Этот результат соответствует лучшему, полученному после НТМО с последеформаиионным нагревом при 450 °С.
...
Ниже приведены некоторые примеры медицинского применения тер-Момеханически обработанного нитинола. При разработке этих устройств использованы результаты работ, проведенных в рамках проектов подпрограммы «Новые материалы» Минобразования РФ [30, 31].
...
На рис. 5.26 показано восстановление проходимости кровеносного сосуда (бедренной артерии) с помощью спирального эндопротеза с памятью формы (разработка МИСиС и НЦХ РАМН). Эндопротез в компактном виде (свернутый до диаметра 2 мм) вводится через пункционное от-
...
верстие в сосуд и по его руслу доставляется в место сужения сосуда Здесь протез отсоединяется от доставляющего устройства, разворачивается под действием тепла тела до требуемого диаметра и армирует стенки сосуда, восстанавливая кровоток по артерии. Аналогичным способом проводят расширение и восстанавливают проходимость полых органов желчных протоков, пищевода, цервикального канала матки и др.
...
Противоположная задача — обжатие кровеносного сосуда — также решается оптимальным способом при использовании устройства, действующего на основе ЭПФ. В частности, для восстановления работоспособ-
...
а — до установки (клапан несостоятелен, наблюдается обратный ток крови — рефлюкс). б — после установки корректора (клапан работоспособен, рефлюкс отсутствует)
...
ности несостоятельных клапанов варикозно расширенной вены применяется экстравазальный корректор (ЭВК) с памятью формы, показанный на рис. 5.27 (разработка МИСиС и РГМУ). ЭВК,
...
ем тепла тела охватывает варикозную вену в области несостоятельного клапана, сближает его створки и таким образом восстанавливает работоспособность. На рис. 5.28 показаны результаты такой операции: обратный ток крови (приводящий к застою крови в нижних конечностях, образованию трофических язв), существовавший до операции (рис. 5.28, а),
...
Примером использования свойства сверхупругости служит ловушка «Трал» для извлечения камней из полых органов (рис. 5.29; разработка МИСиС и ЦВМКГ, г. Купавна). Это — единственная ловушка из существующих, которая обеспечивает легкое освобождение камня простым выпрямлением спиральной бранши; затем коническая форма ловушки восстанавливается за счет свойства сверхупругости.
...
Сочетание одностороннего ЭПФ и обратимого ЭПФ использовано при создании зажима «Клест» для клипирования сосудов и мягких тканей при лапароскопических операциях (разработка МИСиС и ЦКБ МПС) (рис. 5.30). В отличие от существующих механических зажимов, требующих использования дорогостоящего манипулятора, срабатывающих принудительно, нерегулируемых и неудаляемых, термомеханическая клипса с памятью формы срабатывает «самопроизвольно» (при небольшом нагреве), ее усилие легко дозируется. Кроме того, клипса может проши-
...
5.30. Схема действия зажима «Клест» с памятью формы (охват сосуда с прошиванием тканей — обжатие сосуда за счет ЭПФ — освобождение сосуда за счет ОЭПФ)
...
вать ткани, обеспечивая более надежное и менее травматичное обжатие, а наведенный в ней ОЭПФ позволяет легко удалить клипсу, используя местное охлаждение.
...
Для конструирования и прогнозирования биомеханического поведения в организме человека устройств - имплантантов, работающих в условиях длительного сверхупругого механопиклирования, особенно важен единый подход к определению характеристик работоспособности имплантантов из нитинола. Подобный подход реализуется в системе БМСИ — новой концепции проектирования, производства и применения биологически и механически совместимых имплантантов, разработанной в МАТИ — Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского совместно с ЦИТО им. Н.Н.Пи-рогова и Российского УДН. На основе проведенных в рамках подпрограммы «Новые материалы» исследований и сформированной концепции созданы наборы фиксаторов с памятью формы и саморегулирующейся компрессией для остеосинтеза и укрепления связочно-хрящевых структур, применяемые в ортопедии, травматологии, кардиологии и нейрохирургии (рис. 5.31).
...
Аморфными называют вещества, в которых отсутствует дальний порядок в расположении атомов. Аморфные вещества распространены в природе так же часто, как и кристаллические. К ним относятся оксидные стекла, многие высокомолекулярные соединения и их смеси. Долгое время считали, что металлы нельзя перевести в аморфное состояние. Однако в 1960 г. П.Дувесом при изучении влияния скорости охлаждения на структуру закаленного из жидкого состояния сплава А1 + 25 % Si были получены рентгенограммы, характерные для жидких веществ. В это же время И.В.Салли и И.С.Мирошниченко сообщили о получении быст-розакаленных кристаллических и аморфных сплавов методом, когда падающая капля жидкого металла сплющивалась между двумя быстросбли-жающимися холодными массивными пластинами. При этом скорости охлаждения расплавов достигали 105-И06 К/с. Полученные в этих, а также других последующих работах сплавы назвали аморфными металлическими сплавами {АМС)
...
Необычность аморфного состояния для металлических систем сразу же привлекла внимание к изучению его физических и химических свойств. Однако исследования свойств АМС получили широкое развитие после того, как был предложен метод их получения спиннингова-нием — разливкой тонкой струи металла на быстровращающийся холодный металлический барабан. Этот способ позволил получать в достаточном для исследований количестве АМС в виде ленты толщиной 15...30 мкм. Его развитие привело к производству АМС в промышленных масштабах. В дальнейшем были разработаны методы получения аморфных металлических порошков, тонких нитей, проволок и пленок, аморфных покрытий путем осаждения из газовой фазы и при воздействии лазерного облучения поверхности или ионной имплантации, получения композиционных материалов, в состав которых входят аморфные сплавы. АМС были получены также и при твердофазных реакциях: методами механохимии, при введении и последующем удалении водорода, облучении тяжелыми ионами, термобарической обработкой, когда устойчивая при высоком давлении фаза после резкого снятия давления и понижения температуры переходит в аморфное состояние.
...
Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов и дефектов структуры предопределяют комплекс особых физических и химических свойств АМС, по многим из которых эти материалы превосходят соответствующие кристаллические аналоги. Это обусловило интерес к АМС.
...
Ежегодно публикуется большое количество статей, обзоров по проблемам получения, использования и исследования их свойств, опубликован ряд монографий, регулярно проводятся научные конференции как у нас в стране, так и за рубежом. К настоящему времени число металлических аморфизирующихся систем насчитывает многие сотни.
...
Все многообразие важных для техники АМС можно условно разделить на несколько больших групп. Это сплавы переходных металлов с металлоидами, переходных металлов с редкоземельными элементами, сплавы титана, циркония и гафния с переходными металлами, алюминия или магния с редкоземельными и переходными металлами.
...
Получение аморфных металлических сплавов. Переход в аморфное состояние в металлических системах возможен из исходных жидкого, газообразного и твердого состояний. Механизмы аморфизации при этих процессах различны. Однако общим для них является одно и то же условие: образование аморфной фазы происходит в том случае, когда исходное состояние находится очень далеко от равновесного. Это может быть сильно переохлажденный расплав, газовая металлосодержащая фаза, далекая от состояния равновесия или термически (или термоба-рически) закаленная твердая кристаллическая фаза. Наиболее полно исследованы условия образования АМС при быстрой закалке из расплавов. При достаточно большой степени переохлаждения расплава ниже температуры плавления, при некоторой температуре Т (температуре стеклования) и значениях вязкости п = 1012Па-с происходит затвердевание жидкости с сохранением ее структуры — аморфизация. Склонность к переходу в аморфное сотояние оценивают по критической скорости охлаждения или по критической (максимальной) толщине, которая обратно пропорциональна скорости охлаждения. Одним из последних достижений в области исследований АМС является обнаружение многокомпонентных сплавов с низкими значениями критической скорости охлаждения 1...500 К/с и, соответственно, большой критической толщиной — до 40 мм. Эти сплавы называют объемными АМС. Они получены в системах на основе Zr, Ti, а также А1 или Mg с La и переходными металлами. В самое последнее время появились сообщения об изготовлении объемных (толщиной до 10 мм) аморфных сплавов на основе железа, изготовленных из промышленного литейного чугуна с добавками бора [32].
...
Структура АМС. Исследования структуры АМС проводят методами рентгенографии, нейтронографии, тонкой структуры рентгеновских спектров поглощения (EXAFS), ЯГР, ЯМР и другими методами спектроско-
...
пии твердого тела в сочетании с моделированием на ЭВМ. Основные результаты, полученные в этих исследованиях, кратко можно свести к следующим. Вид функций радиального распределения (ФРР) для аморфных сплавов в общих чертах подобен таковым для расплавов, хотя имеются и некоторые четко выраженные различия. Интенсивность максимумов на кривых ФРР убывает при увеличении угла рассеяния для АМС менее резко, чем для расплавов. Кроме того, для большинства АМС наблюдается расщепление второго максимума на кривых ФРР, что для расплавов проявляется менее четко. Эти отличия могут свидетельствовать о большей степени упорядоченности в расположении атомов в АМС, чем в жидких.
...
В АМС различают два типа упорядоченного расположения атомов различных компонентов — композиционный, или химический и геометрический, или физический ближний порядок, который включает в себя как топологический ближний порядок, так и геометрические искажения. Экспериментальное установление параметров упорядочения в АМС является очень сложной задачей, однако несомненно, что изменения некоторых свойств, связанные с термической обработкой или пластической деформацией, обусловлены изменением ближнего порядка. В частности, чувствительность температуры Кюри ферромагнитных АМС к термической обработке, и в особенности к термической обработке в магнитном поле, указывает на происходящие изменения в структуре ближнего порядка. Наведенная с помощью магнитного поля структурная анизотропия очень важна для практического использования, поскольку она определяет магнитную проницаемость, эффекты магнитного последействия, магнитные потери в ферромагнитных АМС.
...
Механические свойства. А. М. Глезер и Б. В. Молотилов подробно рассмотрели механические свойства и особенности деформации АМС. Важными качествами АМС являются высокие твердость и прочность. В сплавах на основе элементов подгруппы железа твердость HV может достигать значений более 1000 ГПа, а прочность - до 4 ГПа. В частности, упомянутые объемные АМС, изготовленные из чугуна с добавками °т 0,2 до 2,0 % (масс.) бора имеют значения модуля Юнга 122-132, предел прочности 3400-3680 и твердость HV 950-И 10 ГПа, и эти свойства еще несколько повышаются после отжига [32].
...
Неупругая деформация АМС значительно выше, чем у кристаллических материалов, и практически отсутствует деформационное упрочнение. Относительное удлинение при оптимальных температурах и скоростях Деформации может достигать сотен процентов, что можно видеть, напри-
...
мер, на рис. 5.32. Изучение механических свойств некоторых АМС при воздействии облучения показало, что они, в отличие от кристаллических материалов, почти не изменяются при облучении, и АМС по сравнению с кристаллическими обладают превосходной стойкостью по отношению к нейтронному облучению.
...
Магнитные свойства. АМС в зависимости от состава и природы основных компонентов могут находиться в ферро-, диа-, пара-, антифер-ро- и ферримагнитном состояниях. Наибольший интерес вызывает ферромагнитное состояние. Поскольку ферромагнетизм обусловлен, в основном, обменным взаимодействием между ближайшими соседями, для его проявления не обязательна строгая периодичность в расположении атомов. При наличии атомов с положительным значением обменного интеграла (Fe, Со, Ni, Gd) и атомов неферромагнитных элементов, которые влияют на расстояния между ферромагнитными атомами и, тем самым, на величину обменного интеграла, варьирование химического состава АМС позволяет получать многообразие их магнитных свойств.
...
АМС являются более магнитомягкими материалами, чем соответствующие им кристаллические аналоги. Для них характерна меньшая площадь петли гистерезиса, они имеют более высокую проницаемость и меньшую коэрцитивную силу. Для большинства АМС магнитное насыщение составляет 0,5... 1,8 Тл, которое достигается при значительном
...
внешнем магнитном поле. Свойства магнитомягких АМС находятся на уровне лучших магнитомягких материалов типа пермаллоев, которые, однако, получают путем сложной металлургической и термической обработки, в то время как АМС имеют те же свойства непосредственно после их разливки.
...
Варьирование составов АМС позволяет получать сплавы с практически нулевой магнитострикцией, что, помимо прочего, приводит к отсутствию влияния напряжений на магнитные свойства. Благодаря этому высокие магнитные свойства могут наблюдаться как в свободной ленте, так и тороидах, из нее изготовленных.
...
АМС могут служить промежуточным материалом для получения структуры, обладающей высокими магнитными свойствами. Например, в сплавах системы Fe—Si—В с небольшими добавками меди и ниобия при их частичной кристаллизации при нагреве образуется нанокристал-лическая структура, обусловленная тем, что добавки меди облегчают зарождение кристаллической фазы, а добавки ниобия затрудняют ее рост. Такие сплавы отличаются сочетанием высоких магнитных гисте-резисных свойств с высокой магнитной индукцией. Варьирование условий термической и термомагнитной обработок позволяет получать широкий диапазон магнитных свойств.
...
Химические свойства. Химические свойства АМС изучены меньше, чем физические, однако и в этой области проявляется ряд их особенностей. С химической точки зрения АМС представляют собой принципиально новые материалы. В них отсутствуют макроскопические дефекты, присущие сплавам, охлаждаемым с обычными скоростями, такие, как ликвация, сегрегации, включения и другие неоднородности. Структура АМС близка к идеально однородной. Поэтому развитие коррозионных процессов, происходящее, как правило, на неоднородностях структуры, в АМС затруднено. Добавки хрома к АМС на основе железа приводят к практически полному подавлению коррозии этих сплавов. Добавление таких элементов, как Ni, Со, V, Ti также приводит к снижению скорости коррозии в водных растворах кислот в десятки и сотни раз. При этом не развивается также и питтинговая коррозия. Эта особенность связана с тем, что в АМС легко образуется защитная пассивирующая пленка, в которой происходит накопление хрома, чего не наблюдается в кристаллических сплавах.
...
Из других химических свойств можно отметить каталитическую активность АМС, которая несколько выше, чем у кристаллических аналогов. Кроме того, в последнее время все большее внимание привлекают
...
способы сохранения водорода в твердом состоянии в гидридах и сплавах. АМС способны абсорбировать на 40...50 % больше водорода, чем кристаллические.
...
Термическая стабильность АМС. Поскольку АМС находятся в неравновесном состоянии, при нагревании, как только атомы их компонентов приобретают достаточную подвижность, в них происходят превращения, связанные с переходом в более устойчивое состояние. Критерием стабильности АМС является температура, при которой становится заметным изменение каких-либо свойств. При определении термической стабильности АМС наиболее часто используют методы дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и дифференциального термического анализа (ДТА), посредством в которых определяют температуру начала выделения тепла при нагревании сплава с определенной скоростью. Аналогично используют измерение электросопротивления или дилатометрию. При таких методах температура начала превращения зависит от скорости нагрева. Часто термическую стабильность оценивают также по времени, которое проходит до начала превращения при изотермических отжигах или при изохронно-изотермических отжигах. Поэтому все находимые различными методами критерии стабильности являются условными и требуют оговорки об использованном способе их определения. Вместе с тем все методы дают одну и ту же последовательность при определении температурной стабильности АМС различных составов.
...
Различают два типа изменений в АМС, происходящих при их нагревании. Первому соответствуют изменения при сохранении аморфного состояния — структурная релаксация. При втором происходит распад аморфной фазы с образованием кристаллических фаз — кристаллизация. Протекание релаксации связано с тремя основными процессами: 1)
...
Кристаллизация происходит вслед за релаксацией или одновременно с ней и может протекать в несколько стадий. Принципиальное отличие кристаллизации АМС при их нагреве от кристаллизации расплавов заключается в том, что первая происходит в условиях больших отклоне-
...
ний от равновесия и при низких температурах, в условиях малой подвижности атомов, в то время как кристаллизация жидкости происходит при сравнительно высоких температурах при их высокой подвижности. Кроме того, при кристаллизации происходит не просто переход аморфной фазы в кристаллическую того же состава, а имеют место химические реакции с образованием различных фаз, как стабильных, так и ме-тастабильных, зачастую сложного химического состава. Заканчивается кристаллизация образованием равновесных фаз в соответствии с диаграммой состояния.
...
Изучение термической устойчивости АМС способствовало развитию представлений о природе АМС. Рассматривали различные факторы, которые могли бы определять устойчивость аморфного состояния: соотношение размеров атомов компонентов, образующих сплав, относительную концентрацию валентных электронов, электроотрицательность, энергию связи в сплаве, которую предлагалось оценивать по теплоте сублимации. Многими исследованиями была установлена корреляционная связь между температурой начала кристаллизации АМС Тх и соответствующим изменением энтальпии Д#кр. Было отмечено, что чем меньше АЯкр, тем выше Тх. Это означает, что стабильность АМС тем выше, чем меньше термодинамический стимул к их распаду. Для однотипных сплавов проявляется закономерное повышение термической устойчивости аморфной фазы при уменьшении разности энтальпии аморфного и кристаллического состояний. С.Д. Калошкин и И.А.Томилин описали термодинамическую модель аморфного твердого раствора, которая на примере системы Fe—Si—В позволила объяснить с единой точки зрения главные особенности распада аморфного состояния, такие как смещение температуры кристаллизации и изменение фазового состава в зависимости от концентрации металлоидов.
...
Кинетика кристаллизации АМС определяется подвижностью атомов компонентов, входящих в состав сплава. Однако для большинства АМС кристаллизация происходит с большой скоростью при сравнительно низких температурах, когда коэффициенты диффузии компонентов малы, и отличается большими значениями эффективной энергии активации. Анализ многочисленных данных по кинетике кристаллизации привел к заключению, что этот процесс определяется кооперативными смещениями групп из 10...20 атомов на расстояния порядка межатомных. Такой подход позволил С.Д. Калош кину и И.А.Томилину объяснить как высокие значения энергии активации, так и ее протекание с относительно большой скоростью при сравнительно низких температурах.
...
Физико-химические условия образования АМС. Проведенные исследования АМС привели к получению новых фундаментальных сведений о строении и свойствах металлов и сплавов. Сейчас ясно, что аморфное состояние в металлических системах представляет собой одну из закономерных разновидностей существования вещества и занимает промежуточное положение между жидким и кристаллическим состояниями в последовательности газ — жидкость — твердое тело. В первых исследованиях аморфное состояние в металлических сплавах рассматривали как абсолютно неустойчивое, лабильное, но в настоящее время имеется все больше оснований рассматривать его как метастабильное. В пользу этого указывает ряд надежно установленных фактов:
...
— экспериментально определенные значения энтальпии кристаллизации АМС, полученные в различных лабораториях, сходятся между собой и дают общую зависимость от химического состава. Это же относится и к температурам начала кристаллизации и ее максимальной скорости;
...
— АМС, полученные закалкой из расплава и методом механосплав-ления из чистых компонентов в высокоэнергетических шаровых мельницах, имеют одни и те же параметры кристаллизации;
...
— в ряде систем полученные при закалке кристаллические пересыщенные твердые растворы при их нагревании переходят в аморфное состояние (так называемое «инверсное плавление»). Это обусловлено тем, что распад закаленного сплава требует большого перераспределения концентраций, переход в аморфное состояние такого перераспределения не требует, но сопровождается уменьшением энергии Гиббса;
...
— прямые экспериментальные определения энтальпии образования ряда аморфных сплавов показали, что эта величина закономерно зависит от химического состава и близка к энтальпии образования расплава при температуре Tg.
...
Первые попытки анализа причин, приводящих к образованию аморфного состояния в металлических системах, были связаны с установлением некоторых общих корреляций. Так, отмечалось, что АМС преимущественно образуются в области составов, соответствующих глубоким эвтектикам. Однако АМС были получены и в области составов, соответствующих интерметаллическим соединениям. Рассматривали корреляции между склонностью к аморфизации и электронным строением сплавов, а также и некоторые другие. Однако отмеченные выше опре-
...
деления энтальпии образования АМС прямыми калориметрическими методами показали, что ее зависимость от концентрации может быть хорошо описана в рамках теории ассоциированных растворов. Сами значения энтальпии образования АМС близки к энтальпии образования интерметаллидов. Образование малых группировок, ассоциатов, разнородных атомов в расплаве, обусловленное их сильным химическим взаимодействием, приводит к повышению его вязкости, что способствует переохлаждению жидкого состояния и переходу его при быстром охлаждении в аморфное состояние. Существенно, что один из основателей современной теории кристаллизации Г. Тамман указывал, что образование различного типа стекол наблюдается при быстром охлаждении так называемых «ассоциированных» жидкостей. АМС, по существу, представляют собой металлические стекла и их физико-химическая природа, в этом смысле, не отличается от других органических и неорганических стекол.
...
Практическое применение АМС. Благодаря уникальному сочетанию свойств аморфные и нанокристаллические материалы нашли в настоящее время широкое промышленное применение. На рис. 5.33 показан внешний вид некоторых деталей, изготовленных из аморфных сплавов [33].
...
Аморфные магнитные сплавы успешно конкурируют с такими кристаллическими материалами, как высоконикелевые пермалои и Fe—Si-электротехнические стали. Продолжается поиск различных областей их применения, таких как использование высокоомных сплавов для электронагревателей, высокопрочных и коррозионностойких сплавов для армирования композитов и режущего инструмента, высококоэрцитивных сплавов на основе систем Fe—Nd— В и Fe—Сг—Со для постоянных магнитов, в качестве чувствительных элементов — датчиков с использованием гальваномагнитных, магнитоупругих, магнитострикционных, магнитоэлектрических, магнитоакустических и других свойств, аномально высоких для этих материалов.
...
Подробный анализ промышленного использования АМС содержится в обзорах [34]. Подавляющая масса промышленно выпускаемых АМС относится к магнитомягким. Годовые объемы их производства достигают десятков тысяч тонн. В настоящее время в мире эксплуатируется более 100 тыс. трансформаторов с магнитопроводами из АМС. Изготовлен и работает трансформатор мощностью 1600 кВ-А. В России ЦНИИчермет и ВНИИметмаш разработали технологию и оборудование для производства магнитомягких аморфных сталей в объеме около 3,5 тыс. т в год. Экономические оценки показывают, что использование АМС для из-
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы