Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент
С использованием разработанной модели массовой кристаллизации из жидкой и аморфной фаз исследованы особенности формирования структуры стеклующегося сплава Fe₈₀B₂₀ в условиях закалки расплава на массивном теплоприемнике и последующего нагрева быстрозакаленных аморфных лент. Показано, что при определе...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73128 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент / О.Л. Кравец, А.Б. Лысенко, Т.В. Калинина // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 535-545. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859796550642827264 |
|---|---|
| author | Кравец, О.Л. Лысенко, А.Б. Калинина, Т.В. |
| author_facet | Кравец, О.Л. Лысенко, А.Б. Калинина, Т.В. |
| citation_txt | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент / О.Л. Кравец, А.Б. Лысенко, Т.В. Калинина // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 535-545. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | С использованием разработанной модели массовой кристаллизации из жидкой и аморфной фаз исследованы особенности формирования структуры стеклующегося сплава Fe₈₀B₂₀ в условиях закалки расплава на массивном теплоприемнике и последующего нагрева быстрозакаленных аморфных лент. Показано, что при определенных параметрах модели (толщина лент менее 25 мкм, скорость нагрева 0,7 К⋅с⁻¹) процессом, контролирующим кинетику кристаллизации, является образование новых кристаллов в аморфной матрице.
З використанням розробленого моделю масової кристалізації з рідкої й аморфної фаз досліджено особливості формування структури стопу Fe₈₀B₂₀, здатного осклятися, в умовах загартування розтопу на масивному теплоприймачі й наступного нагрівання швидкозагартованих аморфних стрічок. Показано, що при певних параметрах моделю (товщина стрічок менша за 25 мкм, швидкість нагрівання 0,7 К⋅с⁻¹) процесом, що контролює кінетику кристалізації, є утвір нових кристалів в аморфній матриці.
Using a developed model of mass crystallization from liquid and amorphous phases, the features of structure formation of vitrescent Fe₈₀B₂₀ alloy in melt-quenching conditions on the massive heat absorber with postheating of rapid-quenched amorphous ribbons are investigated. As shown, at certain parameters of the model (a thickness of ribbons is less than 25 μm, heat rate is 0.7 K⋅s⁻¹), the process, which controls the crystallization kinetics, is formation of new crystals in an amorphous matrix.
|
| first_indexed | 2025-12-02T14:09:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
535
PACS numbers: 61.43.Dq, 64.70.D-, 64.70.pe, 81.05.Kf, 81.30.Fb
Особенности формирования структуры сплава Fe80B20
при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве
аморфных лент
О. Л. Кравец, А. Б. Лысенко, Т. В. Калинина
Днепродзержинский государственный технический университет,
ул. Днепростроевская, 2а,
51918 Днепродзержинск, Украина
С использованием разработанной модели массовой кристаллизации из
жидкой и аморфной фаз исследованы особенности формирования струк-
туры стеклующегося сплава Fe80B20 в условиях закалки расплава на мас-
сивном теплоприемнике и последующего нагрева быстрозакаленных
аморфных лент. Показано, что при определенных параметрах модели
(толщина лент менее 25 мкм, скорость нагрева 0,7 К⋅с−1) процессом, кон-
тролирующим кинетику кристаллизации, является образование новых
кристаллов в аморфной матрице.
З використанням розробленого моделю масової кристалізації з рідкої й
аморфної фаз досліджено особливості формування структури стопу
Fe80B20, здатного осклятися, в умовах загартування розтопу на масивному
теплоприймачі й наступного нагрівання швидкозагартованих аморфних
стрічок. Показано, що при певних параметрах моделю (товщина стрічок
менша за 25 мкм, швидкість нагрівання 0,7 К⋅с−1) процесом, що контро-
лює кінетику кристалізації, є утвір нових кристалів в аморфній матриці.
Using a developed model of mass crystallization from liquid and amorphous
phases, the features of structure formation of vitrescent Fe80B20 alloy in
melt-quenching conditions on the massive heat absorber with postheating of
rapid-quenched amorphous ribbons are investigated. As shown, at certain
parameters of the model (a thickness of ribbons is less than 25 μm, heat rate
is 0.7 K⋅s−1), the process, which controls the crystallization kinetics, is for-
mation of new crystals in an amorphous matrix.
Ключевые слова: структура стеклующегося сплава Fe80B20, кинетика
кристаллизации.
(Получено 7 сентября 2010 г.)
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2010, т. 8, № 3, сс. 535—545
© 2010 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
536 О. Л. КРАВЕЦ, А. Б. ЛЫСЕНКО, Т. В. КАЛИНИНА
1. ВВЕДЕНИЕ
Как известно, в структуре аморфных металлических сплавов, по-
лучаемых закалкой из жидкого состояния, фиксируются наномас-
штабные центры кристаллизации (закаленные зародыши). Объем-
ная плотность NS и размеры eR этих центров, с одной стороны, за-
висят от технологических параметров процесса быстрой закалки, а,
с другой стороны, являются важным элементом субмикрострукту-
ры аморфных материалов, влияющим на их свойства, термическую
устойчивость и особенности превращений при нагреве. Примерами
взаимосвязи параметров NS и eR с поведением аморфных материа-
лов при последующей термической обработке могут служить
наблюдаемые экспериментально изменения температуры кристал-
лизации Tx в зависимости от толщины и скорости нагрева быстро-
закаленных аморфных лент. В частности, для образцов сплава
Fe80B20, полученных с различными скоростями охлаждения, подоб-
ные изменения весьма существенны и достигают 50 К [1—7].
Для количественного анализа термической устойчивости аморф-
ных лент сплава Fe80B20 в цитируемых работах используют различ-
ные модификации модели массовой кристаллизации, с помощью
которых рассчитывают значения критической скорости закалки υс,
вызывающей аморфизацию, температур Tx, соответствующих мак-
симальной скорости кристаллизации при нагреве, а также термо-
динамических, кинетических и структурных параметров, контро-
лирующих процессы кристаллизации расплавов и металлических
стекол (МС) в условиях непрерывного изменения температуры.
Например, модель неизотермической кристаллизации аморфного
сплава Fe80B20, представленная в публикациях исследователей из
Донецкого физико-технического института НАН Украины [5—7],
основана на кинетическом уравнении [8]:
3
2 2
3( ) 1 exp 4
3
q
T T
x T u I N
Q Q+ +
π = − − + α α
, (1)
где x(T) – доля превращенного объема; I, u – скорости зарождения
и роста кристаллов, соответственно; Q – энергия активации про-
цесса диффузии на границе кристалл—аморфная фаза; α+ – ско-
рость нагрева; Nq – число закаленных центров в единице объема.
Расчеты x(T), выполненные путем подстановки в уравнение (1)
классических выражений для параметров I(T), u(T), а также значе-
ний термодинамических и кинетических переменных из [5], свиде-
тельствуют о хорошем согласии результатов моделирования с экс-
периментальными данными. Однако развитый в работах [4—8] под-
ход позволяет сделать лишь качественные оценки относительных
вкладов в величину x(T) двух возможных механизмов кристалли-
СТРУКТУРА СПЛАВА Fe80B20 ПРИ ЗАКАЛКЕ ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ 537
зации МС, а именно, роста вмороженных центров и образования но-
вых кристаллов путем зарождения и роста в аморфной матрице. В
силу сказанного, требует подтверждения принципиальный вывод
[3, 4, 6, 8] о том, что процесс кристаллизации МС Fe80B20 контроли-
руется исключительно ростом закаленных зародышей.
В настоящей работе представлена модель кристаллизации метал-
лических расплавов и стекол [9, 10], позволяющая раздельно анали-
зировать зависимости x(T), соответствующие различным механиз-
мам превращения, с помощью которой исследованы особенности
формирования структуры сплава Fe80B20 при закалке из жидкого со-
стояния и нагреве аморфных лент. В частности, получены расчетные
оценки вкладов в долю превращенного объема механизмов укрупне-
ния вмороженных центров и образования новых кристаллов.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА МОДЕЛИ
Сущность предлагаемой модели, а также используемые в работе
обозначения анализируемых кинетических и структурных пара-
метров иллюстрирует рис. 1. Видно, что в модели рассматриваются
2 этапа формирования структуры, первый из которых происходит в
условиях быстрого охлаждения тонких слоев расплава на тепло-
проводящей подложке и сопровождается кристаллизацией малой
доли объема
ex− , не превышающей чувствительности рентгенофазо-
вого анализа (∼ 10
−2). За все время охлаждения расплава в единице
объема образуется
SN− центров кристаллизации, которые к момен-
ту завершения процесса te достигают средних размеров
e
R− .
На втором этапе моделируются процессы кристаллизации, про-
исходящие при нагреве предварительно аморфизированных образ-
цов. Предполагается, что они осуществляются как путем роста за-
каленных зародышей, содержащихся в объеме МС, так и путем го-
могенного зарождения и дальнейшего роста новых кристаллов. В
результате роста вмороженных центров формируется доля превра-
щенного объема
ex−+ , которая складывается из относительных объ-
емов
SN− кристаллов с размерами
e
R−+ .
Рис. 1. Процессы и параметры, анализируемые в модели.
538 О. Л. КРАВЕЦ, А. Б. ЛЫСЕНКО, Т. В. КАЛИНИНА
Кристаллизация с помощью механизма зарождения и роста но-
вых центров происходит одновременно с процессами роста зароды-
шей, образовавшихся при охлаждении расплава. Результатом дей-
ствия этого механизма является образование
eN+ кристаллов, име-
ющих размер
e
R+ и привносящих в величину превращенного объема
долевой вклад, равный
ex+ . Очевидно, что результирующие, объем-
ные доли кристаллической фазы, сформировавшиеся на различных
этапах процесса, связаны соотношением:
1
e e ex x x− −+ ++ + = . (2)
Расчеты величин
ex− ,
ex−+ и
ex+ осуществляли по кинетическим
уравнениям, полученным в приближении эффективных скоростей
зарождения и роста кристаллов [9]. Согласно этому приближению,
в условиях массовой кристаллизации приращения числа кристал-
лических зародышей dN и линейных размеров кристаллов dR за
элементарный промежуток времени dt определяются не только
значениями параметров I и u, но и относительным количеством ма-
теринской (жидкой или аморфной) фазы xм в единице объема, т.е.
могут быть найдены из соотношений:
,мdN x Idt= (3)
мdR x udt= . (4)
Как видно, в предлагаемом подходе параметры I, u характеризу-
ют лишь потенциальные возможности процессов зарождения и ро-
ста кристаллов, в то время как фактический кинетический ход этих
процессов описывается эффективными параметрами:
,
eff м
I x I= (5)
eff м
u x u= . (6)
Уравнения (3)—(6) составляют формальную основу используемой
в работе модели массовой кристаллизации. Они позволяют полу-
чить зависимости от времени для всех трех процессов, схематично
показанных на рис. 1, т.е. кристаллизации из расплава при охла-
ждении, а также роста кристаллов из вмороженных центров и обра-
зования новых кристаллов при нагреве аморфных образцов.
Действительно, как показано в работах [10, 11], для кристаллов
сферической формы, образующихся путем зарождения и дальней-
шего изотропного роста в переохлажденном расплаве с эффектив-
ными скоростями (5), (6), доля закристаллизовавшегося объема
может быть определена с помощью уравнения:
СТРУКТУРА СПЛАВА Fe80B20 ПРИ ЗАКАЛКЕ ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ 539
( ) ( )
3
4
( ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) ( )
3 m
t t
c
tt
x t x t I t R t x t u t dt dt
− −
−−
− − − − − − − − −
′
′ ′ ′ ′′ ′′ ′′ ′= π − + −
, (7)
где
mt− – момент достижения температуры плавления Tm при охла-
ждении расплава; Rc – радиус критического зародыша; t− , t−′ , t−′′ –
текущие моменты времени, принадлежащие временному интервалу
кристаллизации [ mt− ,
et− ]: m et t t t t− − − − −′ ′′≤ ≤ ≤ ≤ .
Очевидно, что аналогичное кинетическое уравнение справедливо
и для процессов образования новых кристаллов при нагреве МС, по-
скольку, в соответствии с допущениями модели, эти процессы так
же, как и кристаллизация в условиях закалки из жидкого состоя-
ния, осуществляются с помощью механизма зарождения и роста
сферических кристаллов со скоростями Ieff, ueff:
( ) ( )
3
4
( ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) ( )
3 b
t t
c
tt
x t x t I t R t x t u t dt dt
+ +
++
+ + + + + + + + +
′
′ ′ ′ ′′ ′′ ′′ ′= π − + −
, (8)
где
b et t+ −≥ — время начала нагрева; t+ , t+′ , t+′′ – текущие моменты
времени, соответствующие стадии нагрева:
b et t t t t+ + + + +′ ′′≤ ≤ ≤ ≤ ;
et+ –
момент завершения кристаллизации при нагреве.
Объемную долю кристаллической фазы x-+, формирующуюся за
счет роста вмороженных центров, рассчитывали следующим обра-
зом.
Полагали, что все закаленные зародыши, фиксируемые в едини-
це объема металлических стекол, имеют некий средний размер
e
R− .
При дальнейшем нагреве они начинают расти, вследствие чего к
моменту времени t+′ достигают размера ( )R t−+ +′ и занимают суммар-
ную долю объема:
34
( ) ( )
3
Sx t R t N−+−+ + + −′ ′= π . (9)
Элементарное приращение доли закристаллизованного объема,
обусловленное рассматриваемым механизмом превращения, со-
ставляет:
2
( ) 4 ( ) ( )
Sdx t N R t dR t−+ −+−+ + − + +′ ′ ′= π . (10)
С учетом соотношения (4) уравнение (10) преобразуется к виду:
[ ]2
( ) 4 ( ) 1 ( ) ( )Sdx t N R t x t u t dt−+−+ + − + + + +′ ′ ′ ′ ′= π − . (11)
Интегрируя (11), получаем:
540 О. Л. КРАВЕЦ, А. Б. ЛЫСЕНКО, Т. В. КАЛИНИНА
[ ]2
( ) 4 ( ) 1 ( ) ( )
b
t
S
t
x t N R t x t u t dt
+
+
−+−+ + − + + + +′ ′ ′ ′= π − . (12)
Расчеты кинетики кристаллизации в условиях закалки из жид-
кого состояния выполняли путем согласованного численного реше-
ния уравнения (7) с уравнениями теплопроводности Фурье [12] для
слоя расплава толщиной l и полубесконечной медной подложки с
использованием алгоритма, подробно описанного в работах [10, 11].
Вычисления выполняли методом конечных разностей по неявной
схеме [13].
Процессы кристаллизации при нагреве моделировали, полагая,
что быстрозакаленная аморфная лента, имеющая начальную тем-
пературу
bT+ , нагревается путем теплообмена с рабочей средой, тем-
пература которой линейно повышается с наперед заданной скоро-
стью υ+. Долю закристаллизованного объема x(t+), входящую в
подынтегральные выражения уравнений (8) и (12), рассчитывали с
учетом относительных вкладов всех анализируемых в модели ме-
ханизмов превращения:
( ) ( ) ( )ex t x x t x t+ − −+ + + += + + . (13)
Для расчетов скоростей зарождения I и u кристаллов в уравнени-
ях (7), (8), (12) использовали эмпирические зависимости этих пара-
метров от температуры T, полученные авторами [8] на основе ана-
лиза кинетики кристаллизации и структуры, полностью закри-
сталлизованных образцов МС Fe80B20:
3 2
50
3 2
0,437 ( )31900
( ) 1,3 10 exp ,
( )
m m
m
T T T
I T
T T T T
+ = ⋅ − + −
(14)
11 2( )31900
( ) 3 10 exp 1 exp m
m
T T
u T
T T T
− = ⋅ − − − +
. (15)
Радиус критического зародыша определяли по формуле:
2 ,
c m
R V
G
σ=
Δ
(16)
где Vm – молярный объем; σ – удельная, свободная энергия грани-
цы кристалл—расплав; ΔG – молярная разность свободных энергий
жидкой и кристаллической фаз.
Величину σ оценивали путем согласования с данными работ [3, 5]
и принимали равной 0,193 Дж⋅м−2.
Разность свободных энергий ΔG рассчитывали с помощью при-
ближения Томсона—Спейпена [14].
СТРУКТУРА СПЛАВА Fe80B20 ПРИ ЗАКАЛКЕ ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ 541
3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ
На рисунке 2 показаны результаты расчетного анализа кинетики
кристаллизации сплава Fe80B20, выполненного с использованием
уравнения (7) применительно к тонким слоям расплава, охлажда-
ющимся на медном закалочном блоке. В расчетах этой серии тол-
щину слоев изменяли в пределах 10—65 мкм с шагом 5 мкм и для
всех значений l определяли скорость охлаждения υm при темпера-
туре плавления Tm, конечную величину доли закристаллизовавше-
гося объема
ex− , температуру
maxT− и приведенное переохлаждение
max
rT −Δ , при которых достигается максимальная скорость кристал-
лизации, значения скоростей зарождения
maxI− и роста
maxu− кри-
сталлов при
maxT− , а также структурные параметры
SN− и
e
R− , фик-
сируемые в момент окончания процесса быстрой закалки.
Как видно из рис. 2, с ростом толщины исследуемых слоев доля
объема, кристаллизующегося за все время охлаждения, увеличива-
ется от ∼ 1,2⋅10
−5
(l = 10 мкм) до ∼ 0,99 (l = 65 мкм). Важно, что как
общий характер зависимости ( )ex l− , так и значения критической
толщины слоя расплава (lс ≈ 45 мкм), при которой объемная доля
кристаллической фазы составляет ∼ 10
−2, а также скорости охлажде-
ния (υm ≈ 1,2⋅106
К⋅c−1) и переохлаждения расплава ( )max
0,33rT −Δ = ,
хорошо согласуются с результатами расчетов [15], выполненных в
рамках классического подхода Колмогорова—Джонсона—Мэла—
Аврами [16].
Это свидетельствует о правомерности применения предложенного
Рис. 2. Расчетная зависимость доли объема, кристаллизующегося при за-
калке из жидкого состояния сплава Fe80B20, от толщины слоя расплава.
542 О. Л. КРАВЕЦ, А. Б. ЛЫСЕНКО, Т. В. КАЛИНИНА
в работе принципа кинетического анализа массовой кристаллизации
для изучения особенностей формирования структуры стеклующихся
сплавов в условиях ЗЖС.
Следует отметить, что в аморфизирующихся слоях (l ≤ lc) процес-
сы кристаллизации осуществляются при относительно высоких
Рис. 3. Зависимости объемной доли кристаллической фазы от времени нагре-
ва для быстрозакаленных аморфных лент Fe80B20 толщиной 10 (а), 30 (б), 45
(в) мкм, соответствующие скорости нагрева υ+ = 0,7 К⋅с−1. 1 – механизм роста
закаленных зародышей (x—+); 2 – механизм образования новых кристаллов
(х+); 3 – общая доля закристаллизованного объемах = х— + х—+ + х+.
СТРУКТУРА СПЛАВА Fe80B20 ПРИ ЗАКАЛКЕ ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ 543
скоростях зарождения ( max 204 10I− ≈ ⋅ м
−3⋅с−1) и роста кристаллов
( max 34 10u −
− ≈ ⋅ м⋅с−1). По данным расчетов, при таком сочетании па-
раметров I и u суммарная плотность закаленных зародышей изме-
няется от 6,7⋅1016
до 3,8⋅1017
м
−3, а их усредненные размеры от 35 до
193 нм с ростом l в пределах 10—45 мкм.
Получение широкого спектра структурных состояний, различа-
ющихся объемной долей, плотностью центров и размерами включе-
ний кристаллической фазы в аморфной матрице, позволяет проана-
лизировать влияние термической предыстории сплава на кинетику
кристаллизации быстрозакаленных аморфных лент при последую-
щем нагреве. С этой целью для лент различной толщины (10—60
мкм) по уравнениям (8) и (12) рассчитывали объемные доли кри-
сталлической фазы, одна из которых (x+) образуется путем зарожде-
ния и роста новых кристаллов в аморфной матрице, а другая (x—+)
формируется за счет роста вмороженных зародышей. Вычисления
выполняли, задаваясь двумя скоростями нагрева: 0,03 и 0,7 К⋅с−1.
В качестве примера на рис.3 приведены расчетные кинетические
кривые x—+(t+), x+(t+), x(t+) для лент толщиной 10, 30 и 45 мкм,
нагреваемых со скоростью 0,7 К⋅с−1. Видно, что, в зависимости от
толщины ленты, рассматриваемые в модели механизмы кристал-
лизации, вносят различный вклад в суммарную долю превращен-
ного объема x. При нагреве тонких лент (рис. 3, а) кристаллизация
Рис. 4. Влияние толщины аморфных лент Fe80B20 и скорости нагрева на
вклады конкурирующих механизмов кристаллизации в общую долю
превращенного объема: , – x—+; , – x+; светлые символы –
υ+ = 0,03 К⋅с−1; темные символы – υ+ = 0,7 К⋅с−1.
544 О. Л. КРАВЕЦ, А. Б. ЛЫСЕНКО, Т. В. КАЛИНИНА
осуществляется преимущественно с помощью механизма образова-
ния новых кристаллов ( 0,65ex+ ≈ ; 0,34ex−+ ≈ ). Однако с ростом l со-
отношение величин
ex+ и
ex−+ изменяется в пользу последней и в
слоях критической толщины (lc = 45 мкм) процесс укрупнения кри-
сталлов, возникших на стадии охлаждения расплава, становится
преобладающим ( 0,27ex+ ≈ ; 0,72ex−+ ≈ ).
При уменьшении скорости нагрева до 0,03 К⋅с−1
процессы роста
закаленных зародышей приобретают главенствующую роль практи-
чески во всем исследуемом интервале значений l, за исключением
слоев толщиной 10 мкм, в котором оба конкурирующих механизма
вносят равновеликие вклады в общую долю закристаллизованного
объема (рис. 4). В лентах критической толщины lc = 45 мкм относи-
тельный вклад механизма зарождения и роста новых кристаллов
снижается до уровня 0,09ex+ ≈ . И лишь в слоях толщиной 60 мкм, в
объеме которых при закалке из жидкого состояния фиксируется
около 11% кристаллической фазы, величина
ex+ становится прене-
брежимо малой (9⋅10
−3). Отсюда следует, что в модельных исследова-
ниях кинетики кристаллизации МС Fe80B20 толщиной l ≤ lc необхо-
димо учитывать оба возможных механизма превращения. Как видно
из рис. 4, последнее заключение, прежде всего, относится к процес-
сам ускоренного (υ+ > 0,1 К⋅с−1) нагрева.
Согласно данным выполненных расчетов, кристаллизация
аморфных лент сплава Fe80B20 осуществляется при глубоких пере-
охлаждениях относительно температуры плавления, которые со-
ставляют 0,53Тm при υ+ = 0,7 К⋅с−1
и 0,56Tm при υ+ = 0,03 К⋅с−1. В
этих условиях процессы зарождения происходят со скоростью
≅ 1015
м
−3⋅с−1, а скорость роста кристаллов изменяется в пределах
≅ 10
−8—10
−9
м⋅с−1.
Приведенные значения параметров I, u существенно ниже анало-
гичных характеристик, соответствующих температуре кристалли-
зации при закалке из жидкого состояния. Несмотря на это, вслед-
ствие несоизмеримо больших временных интервалов кристаллиза-
ции, за время нагрева в единице объема образуется ∼ 1017—1018
новых
кристаллов, конечные размеры которых ( (1,8
e
R+ = 7
4,7) 10 м)
−⋅
менее чем на порядок величины уступают размерам кристаллов,
растущих из вмороженных центров ( (1,1
e
R−+ = 7
7,0) 10 м)
−⋅ . Эти
результаты расчетного анализа являются еще одним подтверждени-
ем вывода о необходимости учета двух механизмов кристаллизации
металлических стекол.
4. ВЫВОДЫ
1. В рамках приближения эффективных скоростей зарождения и
СТРУКТУРА СПЛАВА Fe80B20 ПРИ ЗАКАЛКЕ ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ 545
роста кристаллов получены кинетические уравнения для расчета
объемных долей кристаллической фазы, образующейся при затвер-
девании расплава, а также при нагреве металлических стекол в ре-
зультате роста закаленных зародышей и образования новых кри-
сталлов в аморфной матрице.
2. Расчетным анализом, выполненным применительно к стеклую-
щемуся сплаву Fe80B20, установлено, что с ростом толщины аморф-
ных лент и уменьшением скорости их нагрева более конкуренто-
способным становится механизм укрупнения вмороженных цен-
тров кристаллизации.
3. Показано, что в лентах толщиной l ≤ lc, нагреваемых со скоро-
стями более 0,1 К⋅с−1, вклад механизма зарождения и роста новых
кристаллов в общую долю закристаллизованного объема, как и его
влияние на параметры конечной микроструктуры сплава, могут
быть соизмеримыми и даже преобладающими в сравнении с про-
цессами роста закаленных зародышей.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. F. E. Luborsky, Mater. Sci. Eng., 28: 139 (1977).
2. J. L. Walter, Mater. Sci. Eng., 39: 95 (1979).
3. A. L. Greer, Acta Metallurgica, 30, No. 1: 171 (1982).
4. В. И. Ткач, Физика и техника высоких давлений, 8, № 4: 91 (1998).
5. V. I. Tkatch, A. I. Limanovskii, and V. Yu. Kameneva, J. Mater. Sci., 32: 5669
(1997).
6. С. Г. Рассолов, В. И. Ткач, В. В. Попов, А. И. Лимановский, Физика и тех-
ника высоких давлений, 12, № 3: 116 (2002).
7. С. Г. Рассолов, В. И. Ткач, Изв. РАН. Сер. физическая, 69, № 8: 1218 (2005).
8. В. П. Набережных, В. И. Ткач, А. И. Лимановский, В. Ю. Каменева, Физика
металлов и металловедение, 71, № 2: 157 (1991).
9. А. Б. Лысенко, Тезисы докладов международной конференции «Современ-
ные проблемы физики металлов» (7—9 октября 2008 г., Киев) (Киев: ИМФ
им. Г. В. Курдюмова НАНУ: 2008).
10. A. B. Lysenko, G. V. Borisova, O. L. Kravets, and A. A. Lysenko, The Physics
of Metals and Metallography, 106, No. 5: 435 (2008).
11. А. Б. Лысенко, О. Л. Кравец, Г. В. Борисова, Физика и техника высоких
давлений, 17, № 3: 52 (2007).
12. А. В. Лыков, Теория теплопроводности (Москва: Высшая школа: 1967).
13. Е. А. Волков, Численные методы (Москва: Наука: 1987).
14. C. V. Thompson, F. Spaepen, Acta Metallurg. Mater., 22, No. 12: 1855 (1979).
15. V. I. Tkatch, S. N. Denisenko, and B. I. Selyakov, Acta Metallurg. Mater., 43,
No. 6: 2485 (1995).
16. Дж. Кристиан, Теория превращений в металлах и сплавах (Москва: Мир:
1978).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73128 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T14:09:16Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кравец, О.Л. Лысенко, А.Б. Калинина, Т.В. 2015-01-05T14:16:57Z 2015-01-05T14:16:57Z 2010 Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент / О.Л. Кравец, А.Б. Лысенко, Т.В. Калинина // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 535-545. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.43.Dq, 64.70.D-, 64.70.pe, 81.05.Kf, 81.30.Fb https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73128 С использованием разработанной модели массовой кристаллизации из жидкой и аморфной фаз исследованы особенности формирования структуры стеклующегося сплава Fe₈₀B₂₀ в условиях закалки расплава на массивном теплоприемнике и последующего нагрева быстрозакаленных аморфных лент. Показано, что при определенных параметрах модели (толщина лент менее 25 мкм, скорость нагрева 0,7 К⋅с⁻¹) процессом, контролирующим кинетику кристаллизации, является образование новых кристаллов в аморфной матрице. З використанням розробленого моделю масової кристалізації з рідкої й аморфної фаз досліджено особливості формування структури стопу Fe₈₀B₂₀, здатного осклятися, в умовах загартування розтопу на масивному теплоприймачі й наступного нагрівання швидкозагартованих аморфних стрічок. Показано, що при певних параметрах моделю (товщина стрічок менша за 25 мкм, швидкість нагрівання 0,7 К⋅с⁻¹) процесом, що контролює кінетику кристалізації, є утвір нових кристалів в аморфній матриці. Using a developed model of mass crystallization from liquid and amorphous phases, the features of structure formation of vitrescent Fe₈₀B₂₀ alloy in melt-quenching conditions on the massive heat absorber with postheating of rapid-quenched amorphous ribbons are investigated. As shown, at certain parameters of the model (a thickness of ribbons is less than 25 μm, heat rate is 0.7 K⋅s⁻¹), the process, which controls the crystallization kinetics, is formation of new crystals in an amorphous matrix. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент Кравец, О.Л. Лысенко, А.Б. Калинина, Т.В. |
| title | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент |
| title_full | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент |
| title_fullStr | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент |
| title_full_unstemmed | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент |
| title_short | Особенности формирования структуры сплава Fe₈₀B₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент |
| title_sort | особенности формирования структуры сплава fe₈₀b₂₀ при закалке из жидкого состояния и последующем нагреве аморфных лент |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73128 |
| work_keys_str_mv | AT kravecol osobennostiformirovaniâstrukturysplavafe80b20prizakalkeizžidkogosostoâniâiposleduûŝemnagreveamorfnyhlent AT lysenkoab osobennostiformirovaniâstrukturysplavafe80b20prizakalkeizžidkogosostoâniâiposleduûŝemnagreveamorfnyhlent AT kalininatv osobennostiformirovaniâstrukturysplavafe80b20prizakalkeizžidkogosostoâniâiposleduûŝemnagreveamorfnyhlent |