Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb
Методами рентгенографического анализа, измерения микротвердости и испытаний на изгиб исследовано влияние изохронных отжигов на структуру и механические свойства аморфных сплавов типа Finemet Fe₇₃Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₃ и Fe₇₃.₆Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₂.₄. Установлено, что отжиг в диапазоне температур 260–270°C прив...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69263 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb / В.В. Маслов, В.И. Ткач, В.К. Носенко, С.Г. Рассолов, Т.Н. Моисеева // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 62-70. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859630889036677120 |
|---|---|
| author | Маслов, В.В. Ткач, В.И. Носенко, В.К. Рассолов, С.Г. Моисеева, Т.Н. |
| author_facet | Маслов, В.В. Ткач, В.И. Носенко, В.К. Рассолов, С.Г. Моисеева, Т.Н. |
| citation_txt | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb / В.В. Маслов, В.И. Ткач, В.К. Носенко, С.Г. Рассолов, Т.Н. Моисеева // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 62-70. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Методами рентгенографического анализа, измерения микротвердости и испытаний на изгиб исследовано влияние изохронных отжигов на структуру и механические свойства аморфных сплавов типа Finemet Fe₇₃Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₃ и Fe₇₃.₆Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₂.₄. Установлено, что отжиг в диапазоне температур 260–270°C приводит к практически полной потере пластичности, что обусловлено релаксационными процессами. На основании анализа экспериментальных результатов и литературных данных высказано предположение, что наиболее вероятной причиной охрупчивания исследованных сплавов является необратимая релаксация закалочных напряжений, которая происходит путем восходящей диффузии атомов металлоидов в поверхностные слои лент, снижающей их пластичность.
Методами рентгенографічного аналізу, вимірювань мікротвердості та іспитами на загин досліджено вплив ізохронних відпалів на структуру і механічні властивості аморфних сплавів типу Finemet Fe₇₃Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₃ та Fe₇₃.₆Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₂.₄. Встановлено, що відпал в діапазоні температур 260–270°C призводить до практично повної втрати пластичності, що обумовлено релаксаційними процесами. На підставі аналізу експериментальних результатів та літературних даних висловлено припущення, що найбільш вірогідною причиною окрихчування досліджених сплавів є необоротна релаксація гартівних напружень, яка відбувається шляхом висхідної дифузії атомів металоїдів у поверхневі шари стрічок, знижуючи їх пластичність.
The effect of isochronal annealing on structure and mechanical properties of amorphous inemet-type Fe₇₃Si₁₅. ₈B₇.₂Cu₁Nb₃ and Fe₇₃.₆Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₂.₄ alloys was studied by X-ray diffraction, microhardness measurements and bend testing. It was established that annealing at temperatures in the range 260–270°C resulted in the essential loss of ductility caused by the relaxation processes. On the base of analysis of the experimental results and the literature data it has been proposed that the most probable reason of embrittlement of the investigated alloys is irreversible relaxation of the quenched-in stresses due to ascending diffusion of metalloid atoms into surface layers of ribbons thus lowering their ductility.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:10:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
© В.В. Маслов, В.И. Ткач, В.К. Носенко, С.Г. Рассолов, Т.Н. Моисеева, 2010
PACS: 81.40.Lm, 62.40.+i, 68.60.Dv
В.В. Маслов1, В.И. Ткач2, В.К. Носенко1, С.Г. Рассолов2, Т.Н. Моисеева2
ТЕРМИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ АМОРФНЫХ
СПЛАВОВ Fe–Si–B–Cu–Nb
1Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины
б. Вернадского, 36, ГСП, г. Киев-142, 03680, Украина
2Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Статья поступила в редакцию 17 сентября 2009 года
Методами рентгенографического анализа, измерения микротвердости и испыта-
ний на изгиб исследовано влияние изохронных отжигов на структуру и механиче-
ские свойства аморфных сплавов типа Finemet Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 и
Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4. Установлено, что отжиг в диапазоне температур 260–
270°C приводит к практически полной потере пластичности, что обусловлено ре-
лаксационными процессами. На основании анализа экспериментальных результа-
тов и литературных данных высказано предположение, что наиболее вероятной
причиной охрупчивания исследованных сплавов является необратимая релаксация
закалочных напряжений, которая происходит путем восходящей диффузии ато-
мов металлоидов в поверхностные слои лент, снижающей их пластичность.
Ключевые слова: аморфные сплавы, структурная релаксация, охрупчивание,
закалочные напряжения, диффузия
1. Введение
Благодаря высокой магнитной проницаемости, низкой коэрцитивной силе
и практически нулевой магнитострикции в сочетании с малыми потерями на
перемагничивание нанокристаллические сплавы типа Finemet [1] на основе
системы Fe–Si–B–Cu–Nb уже продолжительное время являются объектом
пристального внимания исследователей и технологов. В этих сплавах, полу-
чаемых обычно в виде лент путем спиннингования расплава, оптимальный
уровень магнитных свойств достигается после отжига при температурах,
при которых в сплавах происходят процессы нанокристаллизации с образо-
ванием в аморфной матрице ∼ 75–80 vol.% нанокристаллической фазы
α-Fe(Si)-состава, близкого к Fe3Si [2]. В то же время наряду с улучшением
магнитных характеристик уже низкотемпературная термообработка приво-
дит к резкому снижению пластичности (охрупчиванию), что значительно
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
63
осложняет последующие операции по изготовлению ленточных магнито-
проводов.
Необходимо отметить, что для металлических стекол типично термическое
охрупчивание, сущность которого заключается в том, что вследствие иниции-
рованных отжигом структурных изменений энергия активации пластического
течения становится меньше энергии образования трещины. В ряде сплавов
переход в хрупкое состояние связан с формированием кристаллических фаз
[3,4], однако в большинстве стекол металл–металлоид повышение температу-
ры вязкохрупкого перехода до комнатной обусловлено релаксационными из-
менениями структуры аморфных фаз. Существует две основных точки зрения
относительно природы релаксационных процессов, приводящих к потере пла-
стичности. Согласно первой охрупчивание металлических стекол является
следствием образования обогащенных атомами металлоида концентрацион-
ных неоднородностей [5–7], которые имеют пониженную пластичность. Со-
гласно другой, более распространенной точке зрения потеря пластичности
аморфными сплавами связана с уменьшением концентрации [8,9] или пере-
распределением (с образованием микропор) [10] избыточного свободного
объема, который фиксируется в процессе быстрого охлаждения расплава.
Каждая из упомянутых гипотез подтверждается экспериментальными
данными, не согласующимися с результатами, полученными на других
аморфных сплавах. Это означает, что переход стекол в хрупкое состояние
может быть обусловлен различными структурными изменениями, конкрет-
ная реализация которых определяется химическим составом сплава. Следо-
вательно, для более углубленного анализа причин потери пластичности не-
обходимы дальнейшие экспериментальные исследования, в частности рас-
ширение круга аморфных сплавов. Ввиду практической важности аморфных
сплавов типа Finemet в настоящей работе представлены результаты экспе-
риментальных исследований влияния термической обработки на структуру и
механические свойства (твердость и пластичность) двух сплавов этого типа:
Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4.
2. Методика эксперимента
Исходные сплавы готовили в индукционной печи в атмосфере Ar из вос-
становленного в водороде железа чистотой не менее 99.96 wt%, монокри-
сталлического кремния (99.999), аморфного бора (99.9), Cu и Nb (99.9).
Аморфные сплавы в виде пластичных лент сечением 20–25 μm × 20 mm бы-
ли получены сверхбыстрой закалкой расплава по методу литья плоской
струи на установке открытого типа в ИМФ им. Г.В. Курдюмова НАН Ук-
раины. Эжектирование расплава осуществляли сквозь узкое (0.35–0.6 mm)
сопло шириной 5–25 mm с расстояния 0.15–0.3 mm, которое поддерживали
постоянным на протяжении каждого цикла разливки. Температура перегрева
расплава перед закалкой составляла ∼ 100 K, давление эжектирования ∼ 25 kPа,
линейная скорость вращения закалочного диска ∼ 20–25 m/s.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
64
Термическую обработку лент (изохронные отжиги 60 min) проводили в
печи сопротивления (±1 K) в атмосфере Ar.
Структуру быстрозакаленных и термообработанных лент исследовали
рентгенографически на автоматизированном стандартном рентгеновском
дифрактометре ДРОН-3M в фильтрованном Co Kα-излучении. По данным
этих исследований оценивали кратчайшие средние межатомные расстояния
rA и размеры областей когерентного рассеяния (ОКР) Ld, которые рассчиты-
вали из соотношений соответственно Эренфеста (rA = 0.615λ/sinθ) и Селяко-
ва–Шерера (Ld = λ/wcosθ) [11], где λ – длина волны излучения, θ – брэггов-
ский угол рассеяния, w – полуширина первого дифракционного максимума.
Микротвердость лент Hμ измеряли на свободной (противоположной зака-
лочному диску) поверхности лент на стандартном приборе ПМТ-3 под на-
грузкой 0.7 N, время выдержки 10 s. Значения Hµ для каждого образца опре-
деляли усреднением 10 измерений отпечатков правильной формы, что обес-
печивало среднеквадратичную погрешность ≤ 1.5%.
Пластичность ленточных образцов оценивали с использованием методи-
ки изгиба ленты между двумя параллельными пластинами с оценкой вели-
чины деформации разрушения ε = h/(D – h), где h – толщина ленты, D – рас-
стояние между поверхностями в момент разрушения [5].
3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
Рентгенографические исследования полученных лент сплавов
Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 в исходном состоянии показа-
ли, что все они имеют аморфную структуру без признаков наличия кристал-
лических фаз. Усредненные значения микротвердости лент Hμ для исследо-
ванных сплавов оказались примерно
одинаковыми и составили соответст-
венно 9800 ± 200 и 9900 ± 250 MPa. Из
результатов испытаний термообрабо-
танных лент на изгиб (рис. 1) следует,
что высокая пластичность, характер-
ная для свежеприготовленных образ-
цов, сохраняется до температур отжига
Ta ~ 260–270°C, а при более высоких
значениях Ta происходит их охруп-
чивание в узком температурном ин-
тервале.
Отметим, что аналогичный харак-
тер изменения пластичности в зави-
симости от температуры отжига на-
блюдается во всех изученных к на-
стоящему времени металлических
200 250 300 350 400
0.01
0.1
1
ε f
Ta, °C
Рис. 1. Зависимость деформации разруше-
ния аморфных лент Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3
(Δ) и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 (■) от тем-
ператур изохронных (60 min) отжигов
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
65
стеклах [3–5,10], что свидетельствует о наличии критических значений
структурных параметров, определяющих переход образцов в хрупкое со-
стояние. Тот факт, что указанный температурный интервал охрупчивания
существенно ниже температур, при которых в исследованных сплавах начи-
нается процесс нанокристаллизации (500–550°С) [12], однозначно позволяет
связать эффект охрупчивания с процессами структурной релаксации.
Характерная особенность релаксационных процессов в металлических стек-
лах заключается в том, что протекающие в них структурные перестройки, в ре-
зультате которых существенно изменяются физические свойства, лежат в пре-
делах погрешностей прямых структурных методов исследования [13]. Поэтому
для выяснения физической природы релаксационных процессов необходима
комбинация структурных методик с измерениями физических свойств. Прове-
денный таким образом анализ для аморфного сплава Fe40Ni40P14B6 показал
[14], что структурная релаксация представляет собой совокупность нескольких
элементарных обратимых и необратимых процессов, включающих изменения
локального атомного упорядочения, отжиг закалочных напряжений, уменьше-
ние концентрации избыточного свободного объема, а также рост концентраци-
онных флуктуаций мезоскопического масштаба (фазовое расслоение).
Как обсуждалось выше, большинство из перечисленных процессов может
приводить к снижению пластичности, поэтому целью последующего анали-
за было выяснение наиболее вероятной причины охрупчивания аморфных
сплавов Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4. Для этого были про-
ведены измерения изменений микротвердости и рентгенодифракционные
структурные исследования аморфных лент, отожженных в течение 60 min
при температурах 100–350°С. Измерения показали, что изменения микро-
твердости Hμ каждого образца ленты длиной ~ 20 mm не превышали 1–1.5%,
в то время как разброс значений Hμ разных образцов в отдельных случаях
достигал 4%. По этой причине для выяснения влияния собственно термиче-
ской обработки значения Hμ каждого образца после отжига сравнивали с его
микротвердостью в исходном состоянии.
Данные, представленные на рис. 2, показывают, что повышение температур
изохронных отжигов приводит к немонотонным изменениям микротвердости
обоих сплавов. Аналогичное поведение микротвердости отожженных аморф-
ных сплавов Fe81B13.5Si3.5C2 отмечалось и в работе [15], т.е. наблюдаемый нами
характер изменений Hμ является не случайным и отражает сложный характер
структурных перестроек в многокомпонентных аморфных сплавах.
Следует отметить, что проведенный ранее [12] методом малоуглового рас-
сеяния рентгеновских лучей анализ структурных изменений в исследуемых
сплавах показал, что первые признаки фазового расслоения проявляются при
температурах отжига, существенно более высоких (≥ 400°С), чем температуры,
обусловливающие охрупчивание. Это означает, что потеря пластичности в
сплавах Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 не связана с образованием
обогащенных атомами металлоидов концентрационных неоднородностей.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
66
100 200 300
-2
0
2
4
6
8
Ta , °C
(H
μ–
H
aq
)/H
aq
,
%
Маловероятным также представляется, что охрупчивание изучаемых
сплавов обусловлено уменьшением концентрации избыточного свободного
объема, поскольку согласно результатам исследований с использованием
метода электрон-позитронной аннигиляции [17] это явление происходит при
достаточно высоких температурах, близких к температуре стеклообразного
перехода. Кроме того, следовало бы ожидать, что повышение плотности
аморфного сплава должно сопровождаться ростом его твердости, в то время
как в диапазоне температур 250–300°C одновременно с охрупчиванием лент
исследуемых сплавов происходит и заметное снижение их микротвердости
(рис. 1, 2).
Из проведенного анализа следует, что процессы, которые определяют потерю
пластичности в аморфных сплавах Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4,
имеют, скорее всего, иную природу. Сопоставление известных опублико-
ванных экспериментальных результатов с приведенными выше данными по-
зволяет сделать некоторые предположения относительно механизма охруп-
чивания аморфных сплавов, в том числе и типа Finemet. В частности, как
установлено в работе [17], наиболее существенное снижение пластичности
металлического стекла Fe40Ni40P14B6 происходит при отжиге в диапазоне
температур 200–300°С. На термограммах дифференциальной сканирующей
калориметрии (ДСК) при этих температурах наблюдается размытый макси-
мум тепловыделения, что свидетельствует о наличии необратимого процесса
с относительно низкой (0.94 eV) энергией активации. По мнению авторов
[17], этим процессом, приводящим к низкотемпературному охрупчиванию
аморфного сплава, является локальное атомное упорядочение, хотя прямое
экспериментальное подтверждение данного предположения в работе отсут-
ствует. Следует заметить, что на кривых ДСК аморфных лент сплава
Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3, близкого по составу к исследуемым в данной работе, в
температурном диапазоне 200–300°C также присутствует размытый макси-
мум тепловыделения [18], который исчезает при повторных нагревах.
Рис. 2. Относительные изменения
микротвердости аморфных лент
сплавов Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 (Δ) и
Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 (■) в зависимо-
сти от температур изохронных (60 min)
отжигов. Пунктирной и сплошной
вертикальными линиями отмечены
температуры отжига, выше которых
теряют пластичность ленты первого и
второго сплавов соответственно
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
67
Подробный анализ релаксационных процессов в металлическом стекле
Fe40Ni40P14B6 [14], проведенный с использованием структурных методов ис-
следования, ДСК и измерений электрического сопротивления, позволил ав-
торам предположить, что необратимым процессом, происходящим при от-
носительно низких температурах, является отжиг закалочных напряжений,
которые непременно присутствуют в лентах, полученных методом спиннин-
гования расплава. К сожалению, данные относительно характера распреде-
ления закалочных напряжений в металлических стеклах и их релаксации
весьма ограничены. Тем не менее, как экспериментально установлено в ра-
боте [19], оба поверхностных слоя (~ 4 μm) быстрозакаленных аморфных
лент Fe79B16Si5 общей толщиной 20 μm находятся под воздействием сжи-
мающих напряжений (приблизительно 20 МPа), в то время как в центральной
их части присутствуют растягивающие напряжения (до 18 МPа). По мере по-
вышения температуры отжига уровень напряжений снижается, и при темпе-
ратуре 400°C ленты становятся полностью свободными от напряжений.
Исходя из рассмотренных выше данных, можно предположить, что основ-
ным процессом, который определяет охрупчивание исследованных аморфных
лент при температурах 250–300°C, является релаксация закалочных напряже-
ний. Этот процесс происходит путем диффузии наиболее подвижных атомов
меньших размеров (металлоидов) в зоны сжимающих напряжений (в поверх-
ностные слои ленты), снижая таким образом их уровень. Принципиальная
возможность механизма релаксации неоднородных механических напряже-
ний за счет восходящей диффузии была показана, в частности, в работе [19].
Более того, как установлено методами оже-спектроскопии [20,21], низкотем-
пературный отжиг аморфных лент из сплавов металл–металлоид приводит к
повышению концентрации металлоидов на поверхности лент. При этом ха-
рактерные пути диффузии составляют около десятка атомных диаметров, по-
скольку обогащение поверхностного слоя толщиной в несколько атомных
слоев происходит из зоны, непосредственно прилегающей к поверхности [21].
Это означает, что такой процесс может происходить при относительно низких
температурах отжига. Ввиду того, что пластичность аморфных сплавов сни-
жается с повышением концентрации металлоидов [22], рассмотренные в на-
стоящей работе структурные изменения вполне могут быть причиной охруп-
чивания изученных аморфных сплавов.
К сожалению, методы исследования, которые использовались в данной
работе, не позволяют получить прямые экспериментальные подтверждения
реализации предложенного механизма охрупчивания. Тем не менее, как по-
казывает анализ, среднее кратчайшее межатомное расстояние в диапазоне
температур отжига 250–300°C имеет тенденцию к снижению (рис. 3), кото-
рая более четко прослеживается в аморфном сплаве Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4.
Поскольку рентгенодифракционные картины отображают преимущественно
характер структуры поверхностных слоев лент, снижение межатомных рас-
стояний может быть следствием повышения концентрации атомов меньших
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
68
размеров, что можно рассматривать в качестве косвенного подтверждения
корректности предложенного выше качественного механизма причин поте-
ри пластичности в аморфных сплавах типа Finemet.
100 200 300
1.56
1.62
1.68
1.74
1.80
0.249
0.250
0.251
L d, n
m
Ta, °C
r A ,
nm
100 200 300
1.7
1.8
1.9
0.2496
0.2502
0.2508
L d, n
m
Ta, °C
r A, n
m
а б
Рис. 3. Изменения размеров областей когерентного рассеяния Ld (●) и среднего крат-
чайшего межатомного расстояния rA (○) аморфных сплавов Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 (а)
и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 (б) в зависимости от температур изохронных (60 min) от-
жигов
В то же время немонотонный характер изменений структурных параметров
rA и Ld (ОКР), как и микротвердости (рис. 2), свидетельствует о наличии допол-
нительных релаксационных процессов, протекающих при отжиге аморфных
образцов исследуемых сплавов при температурах ниже начала кристаллизации.
Их более детальный анализ нуждается, однако, в привлечении дополнительных
экспериментальных методов, а также в использовании других видов термиче-
ской обработки, в частности нагревов с постоянной скоростью, что даст воз-
можность оценить энергетические параметры релаксационных процессов и тем
самым сделать более обоснованные заключения относительно возможных ме-
ханизмов структурной релаксации, исследованных в аморфных сплавах.
В заключение отметим, что как диапазон температур отжига, в котором
происходит релаксация закалочных напряжений в быстроохлажденных лен-
тах с аморфной структурой, так и характер такого процесса зависят от хи-
мического состава сплавов. Вследствие этого в различных стеклах охрупчи-
вание может быть обусловлено и иными релаксационными процессами
(снижением концентрации свободного объема и фазовым расслоением), а
при отсутствии условий для их реализации металлические стекла теряют
пластичность на начальных стадиях кристаллизации [22].
5. Выводы
В результате проведенных исследований установлено, что:
– отжиг аморфных лент сплавов Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 и Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4
типа Finemet при температурах выше 260–270°C приводит к их резкому ох-
рупчиванию, которое связывается с процессами структурной релаксации;
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
69
– изменения микротвердости и структурных характеристик (наиболее ве-
роятного межатомного расстояния, размера областей когерентного рассея-
ния) аморфных лент имеют немонотонный характер в зависимости от тем-
ператур отжига в интервале температур 50–350°C.
Высказано предположение, что наиболее вероятным процессом, обуслов-
ливающим потерю пластичности исследованных аморфных лент в диапазо-
не температур 250–300°C, является необратимая релаксация закалочных на-
пряжений, которая происходит путем восходящей диффузии атомов метал-
лоидов в поверхностные слои лент, снижая их пластичность.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Президиума
НАН Украины (проект № 26/09-Н).
1. Y. Yoshizawa, S. Oguma, K. Yamauchi, J. Appl. Phys. 64, 6044 (1988).
2. Y. Yoshizawa, Scr. Mater. 44, 1321 (2001).
3. M.A. Munoz-Morris, S. Surinach, L.K. Varga, M.D. Baro, D.G. Morris, Scr. Mater.
47, 31 (2002).
4. Y.C. Niu, X.F. Bian, W.M. Wang, J. Non-Cryst. Sol. 341, 40 (2004).
5. J.L. Walter, F.E. Luborsky, Mater. Sci. Eng. 33, 91 (1978).
6. J.L. Walter, D.G. Legrand, F.E. Luborsky, Mater. Sci. Eng. 29, 161 (1977).
7. A.R. Yavari, J. Mater. Res. 1, 746 (1986).
8. E.P. Barth, F.S. Spaepen, R.L. Bye, K. Das, Acta Mater. 45, 423 (1997).
9. P. Murali, U. Ramamurty, Acta Mater. 53, 1467 (2005).
10. А.М. Глезер, Б.В. Молотилов, О.Л. Утевская, ФММ 58, 991 (1984).
11. Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов, Л.Н. Расторгуев, Кристаллография,
рентгенография и электронная микроскопия, Металлургия, Москва (1982).
12. А.Г. Ильинский, А.П. Бровко, В.В. Маслов, В.К. Носенко, И.К. Евлаш, Металло-
физ. новейшие технол. 21, 38 (1999).
13. A.L. Greer, in: Rapidly Solidified Alloys, H.H. Liebermann (ed.), Marcel Decker,
N.Y. (1993), p. 269.
14. V.I. Tkatch, S.G. Rassolov, V.I. Krysov, V.V. Popov, V.Yu. Kameneva, Sol. State Phe-
nom. 115, 133 (2006).
15. E. Zelder, G. Lehmann, in: Rapidly Quenched Metals, S. Steeb, H. Warlimont (eds.),
North-Holland, Amsterdam (1985), p. 743.
16. C. Nagel, K. Ratzke, E. Schmidtke, F. Faupel, Phys. Rev. B60, 9212 (1999).
17. H. Kimura, D. Ast, Proc. 4th Intern. Conf. on Rapidly Quenched Metals, T. Masu-
moto, K. Suzuki (eds.), Jap. Inst. of Metals, Sendai (1982), p. 475.
18. B.V. Jalnin, S.D. Kaloshkin, E.V. Kaevitser, V.V. Tcherdyntsev, E.V. Obrucheva, in:
Properties and Applications of Nanocrystalline Alloys from Amorphous Precursors,
B. Idzikowski, P. Svec, M. Miglierini (eds.), Kluwer Acad. Publ., Dordrecht (2005), p. 59.
19. В.П. Набережных, О.Н. Белошов, Б.И. Селяков, В.М. Юрченко, Металлофизика
14, № 3, 79 (1992).
20. Т.И. Братусь, М.А. Васильев, В.Т. Черепин, Металлофизика 5, № 1, 71 (1983).
21. Zh. Qu, T. Xie, Mater. Sci. Eng. A134, 955 (1991).
22. A.R. Yavari, Mater. Sci. Eng. 98, 491 (1988).
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
70
В.В. Маслов, В.І. Ткач, В.К. Носенко, С.Г. Расcолов, Т.Н. Моісeєва
ТЕРМІЧНО ОБУМОВЛЕНЕ ОКРИХЧУВАННЯ АМОРФНИХ СПЛАВІВ
Fe–Si–B–Cu–Nb
Методами рентгенографічного аналізу, вимірювань мікротвердості та іспитами на
загин досліджено вплив ізохронних відпалів на структуру і механічні властивості
аморфних сплавів типу Finemet Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 та Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4.
Встановлено, що відпал в діапазоні температур 260–270°C призводить до практич-
но повної втрати пластичності, що обумовлено релаксаційними процесами. На
підставі аналізу експериментальних результатів та літературних даних висловлено
припущення, що найбільш вірогідною причиною окрихчування досліджених
сплавів є необоротна релаксація гартівних напружень, яка відбувається шляхом
висхідної дифузії атомів металоїдів у поверхневі шари стрічок, знижуючи їх пла-
стичність.
Ключові слова: аморфні сплави, структурна релаксація, окрихчування, гартівні
напруження, дифузія
V.V. Maslov, V.I. Tkatch, V.K. Nosenko, S.G. Rassolov, T.N. Moiseeva
THERMALLY INDUCED EMBRITTLEMENT OF Fe–Si–B–Cu–Nb
AMORPHOUS ALLOYS
The effect of isochronal annealing on structure and mechanical properties of amorphous
Finemet-type Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 and Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 alloys was studied by
X-ray diffraction, microhardness measurements and bend testing. It was established that
annealing at temperatures in the range 260–270°C resulted in the essential loss of ductil-
ity caused by the relaxation processes. On the base of analysis of the experimental results
and the literature data it has been proposed that the most probable reason of embrittle-
ment of the investigated alloys is irreversible relaxation of the quenched-in stresses due to
ascending diffusion of metalloid atoms into surface layers of ribbons thus lowering their
ductility.
Keywords: amorphous alloys, structural relaxation, embrittlement, quenched-in stresses,
diffusion
Fig. 1. Dependence of the fracture strain of amorphous Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 (Δ) and
Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 (■) ribbons on temperature of isochronal (60 min) annealing
Fig. 2. Relative changes in microhardness of amorphous Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 (Δ) and
Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 (■) ribbons versus temperature of isochronal (60 min) anneal-
ing. The dotted and solid vertical lines show temperatures above which the former and
latter alloy, respectively, lose their ductility
Fig. 3. Changes in the size of the coherent scattering range Ld (●) and the average near-
est-neighbor distance rA (○) of Fe73Si15.8B7.2Cu1Nb3 (a) and Fe73.6Si15.8B7.2Cu1Nb2.4 (б)
amorphous alloys as a function of temperature of isochronal (60 min) annealing
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69263 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:10:45Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Маслов, В.В. Ткач, В.И. Носенко, В.К. Рассолов, С.Г. Моисеева, Т.Н. 2014-10-09T19:22:44Z 2014-10-09T19:22:44Z 2010 Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb / В.В. Маслов, В.И. Ткач, В.К. Носенко, С.Г. Рассолов, Т.Н. Моисеева // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 62-70. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Lm, 62.40.+i, 68.60.Dv https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69263 Методами рентгенографического анализа, измерения микротвердости и испытаний на изгиб исследовано влияние изохронных отжигов на структуру и механические свойства аморфных сплавов типа Finemet Fe₇₃Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₃ и Fe₇₃.₆Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₂.₄. Установлено, что отжиг в диапазоне температур 260–270°C приводит к практически полной потере пластичности, что обусловлено релаксационными процессами. На основании анализа экспериментальных результатов и литературных данных высказано предположение, что наиболее вероятной причиной охрупчивания исследованных сплавов является необратимая релаксация закалочных напряжений, которая происходит путем восходящей диффузии атомов металлоидов в поверхностные слои лент, снижающей их пластичность. Методами рентгенографічного аналізу, вимірювань мікротвердості та іспитами на загин досліджено вплив ізохронних відпалів на структуру і механічні властивості аморфних сплавів типу Finemet Fe₇₃Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₃ та Fe₇₃.₆Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₂.₄. Встановлено, що відпал в діапазоні температур 260–270°C призводить до практично повної втрати пластичності, що обумовлено релаксаційними процесами. На підставі аналізу експериментальних результатів та літературних даних висловлено припущення, що найбільш вірогідною причиною окрихчування досліджених сплавів є необоротна релаксація гартівних напружень, яка відбувається шляхом висхідної дифузії атомів металоїдів у поверхневі шари стрічок, знижуючи їх пластичність. The effect of isochronal annealing on structure and mechanical properties of amorphous inemet-type Fe₇₃Si₁₅. ₈B₇.₂Cu₁Nb₃ and Fe₇₃.₆Si₁₅.₈B₇.₂Cu₁Nb₂.₄ alloys was studied by X-ray diffraction, microhardness measurements and bend testing. It was established that annealing at temperatures in the range 260–270°C resulted in the essential loss of ductility caused by the relaxation processes. On the base of analysis of the experimental results and the literature data it has been proposed that the most probable reason of embrittlement of the investigated alloys is irreversible relaxation of the quenched-in stresses due to ascending diffusion of metalloid atoms into surface layers of ribbons thus lowering their ductility. Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Президиума НАН Украины (проект № 26/09-Н). ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb Термічно обумовлене окрихчування аморфних сплавів Fe–Si–B–Cu–Nb Thermally induced embrittlement of Fe–Si–B–Cu–Nb amorphous alloys Article published earlier |
| spellingShingle | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb Маслов, В.В. Ткач, В.И. Носенко, В.К. Рассолов, С.Г. Моисеева, Т.Н. |
| title | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb |
| title_alt | Термічно обумовлене окрихчування аморфних сплавів Fe–Si–B–Cu–Nb Thermally induced embrittlement of Fe–Si–B–Cu–Nb amorphous alloys |
| title_full | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb |
| title_fullStr | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb |
| title_full_unstemmed | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb |
| title_short | Термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов Fe-Si-B-Cu-Nb |
| title_sort | термически обусловленное охрупчивание аморфных сплавов fe-si-b-cu-nb |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69263 |
| work_keys_str_mv | AT maslovvv termičeskiobuslovlennoeohrupčivanieamorfnyhsplavovfesibcunb AT tkačvi termičeskiobuslovlennoeohrupčivanieamorfnyhsplavovfesibcunb AT nosenkovk termičeskiobuslovlennoeohrupčivanieamorfnyhsplavovfesibcunb AT rassolovsg termičeskiobuslovlennoeohrupčivanieamorfnyhsplavovfesibcunb AT moiseevatn termičeskiobuslovlennoeohrupčivanieamorfnyhsplavovfesibcunb AT maslovvv termíčnoobumovleneokrihčuvannâamorfnihsplavívfesibcunb AT tkačvi termíčnoobumovleneokrihčuvannâamorfnihsplavívfesibcunb AT nosenkovk termíčnoobumovleneokrihčuvannâamorfnihsplavívfesibcunb AT rassolovsg termíčnoobumovleneokrihčuvannâamorfnihsplavívfesibcunb AT moiseevatn termíčnoobumovleneokrihčuvannâamorfnihsplavívfesibcunb AT maslovvv thermallyinducedembrittlementoffesibcunbamorphousalloys AT tkačvi thermallyinducedembrittlementoffesibcunbamorphousalloys AT nosenkovk thermallyinducedembrittlementoffesibcunbamorphousalloys AT rassolovsg thermallyinducedembrittlementoffesibcunbamorphousalloys AT moiseevatn thermallyinducedembrittlementoffesibcunbamorphousalloys |