Прочность аморфных лент на основе Fe

В данной работе приведены экспериментальные данные о напряжении разрушения аморфных лент на основе железа. Исследование лент с разным содержанием таких добавок как Со и Мо позволило сделать вывод об их влиянии на прочность аморфного сплава. Анализ экспериментальных данных о напряжениях разрушения...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2014
Main Authors:	Зацарная, А.В., Котречко, С.А., Носенко, В.К., Семирга, А.М., Филатов, А.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2014
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75955
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Прочность аморфных лент на основе Fe / А.В. Зацарная, С.А. Котречко, В.К. Носенко, А.М. Семирга, А.В. Филатов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 1. — С. 113-121. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859683178254434304
author	Зацарная, А.В. Котречко, С.А. Носенко, В.К. Семирга, А.М. Филатов, А.В.
author_facet	Зацарная, А.В. Котречко, С.А. Носенко, В.К. Семирга, А.М. Филатов, А.В.
citation_txt	Прочность аморфных лент на основе Fe / А.В. Зацарная, С.А. Котречко, В.К. Носенко, А.М. Семирга, А.В. Филатов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 1. — С. 113-121. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	В данной работе приведены экспериментальные данные о напряжении разрушения аморфных лент на основе железа. Исследование лент с разным содержанием таких добавок как Со и Мо позволило сделать вывод об их влиянии на прочность аморфного сплава. Анализ экспериментальных данных о напряжениях разрушения аморфных лент в рамках трёхпараметрического распределения Вейбулла позволил дать оценку пороговых напряжений разрушения исследуемых сплавов. Также было установлено, что кривые плотности распределения значений разрушающих напряжений исследованных лент являются практически симметричными для всех сплавов. В этом проявляется их отличие от распределения прочности типичных хрупких материалов (керамики, стекла и т.д.), кривые распределения которых характеризуются значительной асимметрией в области малых величин напряжения разрушения. В даній роботі наведено експериментальні дані стосовно напруження руйнування аморфних стрічок на основі заліза. Дослідження стрічок з різним вмістом домішок, таких як Со та Мо, уможливило зробити висновок про їх вплив на міцність аморфного стопу. Аналіз експериментальних даних про напруження руйнування аморфних стрічок у рамках трипараметричного Вейбуллового закону уможливив оцінити порогові напруження руйнування досліджуваних стопів. Також було встановлено, що криві густини розподілу значень напружень руйнування досліджуваних стрічок є майже симетричними для всіх стопів; в цьому виявляється їх відмінність від розподілу міцности типових крихких матеріалів (кераміки, скла тощо), криві розподілу яких характеризуються значною асиметрією в області малих значень напруження руйнування. A given work presents the experimental evidence on fracture stress of amorphous tapes made on the base of an iron. Investigation of the tapes with different content of such alloying elements as Co and Mo enables to conclude about their influence on amorphous alloy strength. Approximation of exper- imental data on fracture stress of amorphous tapes by means of the threeparameter Weibull distribution allows estimating threshold fracture stresses of studied alloys. As also ascertained, the curves of distribution density for fracture stresses of analysed tapes are symmetric for all alloys. This is their difference from strength distribution for typical brittle materials (ceramics, glasses, etc.) described by distribution curves, which are essentially asymmetric within the range of low fracture stresses.
first_indexed	2025-11-30T21:42:50Z
format	Article
fulltext	113 PACS numbers: 07.10.Lw, 46.50.+a, 61.43.Dq, 62.20.M-, 62.23.Kn, 62.25.Mn, 81.70.Bt Прочность аморфных лент на основе Fe А. В. Зацарная, С. А. Котречко, В. К. Носенко, А. М. Семирга, А. В. Филатов Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Акад. Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина В данной работе приведены экспериментальные данные о напряжении разрушения аморфных лент на основе железа. Исследование лент с раз- ным содержанием таких добавок как Со и Мо позволило сделать вывод об их влиянии на прочность аморфного сплава. Анализ экспериментальных данных о напряжениях разрушения аморфных лент в рамках трёхпара- метрического распределения Вейбулла позволил дать оценку пороговых напряжений разрушения исследуемых сплавов. Также было установлено, что кривые плотности распределения значений разрушающих напряже- ний исследованных лент являются практически симметричными для всех сплавов. В этом проявляется их отличие от распределения прочности ти- пичных хрупких материалов (керамики, стекла и т.д.), кривые распреде- ления которых характеризуются значительной асимметрией в области малых величин напряжения разрушения. В даній роботі наведено експериментальні дані стосовно напруження руй- нування аморфних стрічок на основі заліза. Дослідження стрічок з різним вмістом домішок, таких як Со та Мо, уможливило зробити висновок про їх вплив на міцність аморфного стопу. Аналіз експериментальних даних про напруження руйнування аморфних стрічок у рамках трипараметрич- ного Вейбуллового закону уможливив оцінити порогові напруження руй- нування досліджуваних стопів. Також було встановлено, що криві густи- ни розподілу значень напружень руйнування досліджуваних стрічок є майже симетричними для всіх стопів; в цьому виявляється їх відмінність від розподілу міцности типових крихких матеріалів (кераміки, скла то- що), криві розподілу яких характеризуються значною асиметрією в обла- сті малих значень напруження руйнування. A given work presents the experimental evidence on fracture stress of amor- phous tapes made on the base of an iron. Investigation of the tapes with dif- ferent content of such alloying elements as Co and Mo enables to conclude about their influence on amorphous alloy strength. Approximation of exper- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2014, т. 12, № 1, сс. 113–121  2014 ІМФ (Інститут металофізики ім. Ã. В. Курдюмова НАН Óкраїни) Надруковано в Óкраїні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 114 А. В. ЗАЦАРНАЯ, С. А. КОТРЕЧКО, В. К. НОСЕНКО и др. imental data on fracture stress of amorphous tapes by means of the three- parameter Weibull distribution allows estimating threshold fracture stresses of studied alloys. As also ascertained, the curves of distribution density for fracture stresses of analysed tapes are symmetric for all alloys. This is their difference from strength distribution for typical brittle materials (ceramics, glasses, etc.) described by distribution curves, which are essentially asym- metric within the range of low fracture stresses. Ключевые слова: аморфные ленты, напряжение разрушения, распреде- ление Вейбулла. (Получено 19 ноября 2013 г.; после доработки — 17 декабря 2013 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Открытые в середине 20-го века «металлические стекла» (металли- ческие сплавы с аморфной структурой, получаемые сверхбыстрой закалкой из расплава) стали остро востребованными и широко при- меняемыми в мировой промышленности уже в 90-х годах [1]. Около 90% процентов аморфных и нанокристаллических сплавов, произ- водимых сейчас в мире, используются в качестве магнитомягких материалов, в то время как крайне высокий уровень прочностных свойств [2, 3], характерных для аморфных сплавов, на промыш- ленном уровне остаётся нереализованным. Основными причинами такого одностороннего применения аморфных материалов являют- ся: высокая себестоимость материалов вследствие необходимости применения чистых исходных элементов и, соответственно, слож- ности технологического процесса получения аморфных материалов с использованием спецоборудования для плавки в защитной среде; относительно низкая склонность металлических расплавов к амор- физации, ограничивающая геометрические размеры получаемых изделий; низкий уровень макроскопической пластичности метал- лических стёкол, связанный со специфическим характером пла- стической деформации в них. С целью создания новых классов функциональных и конструк- ционных аморфных и нанокристаллических материалов с предель- ными эксплуатационными параметрами, особенно актуальными являются работы, направленные на создание новых сплавов с высо- кой способностью к аморфизации и упрощённой технологии полу- чения в части использования исходных материалов промышленной чистоты, не требующих использования сложного технологического оборудования. В связи со сказанным выше, актуальным являются исследования влияния химического состава разрабатываемых сплавов, их геометрии, технологических режимов на механические свойства получаемых изделий. Исследования предусматривали выполнение испытаний на одно- ПРОЧНОСТЬ АМОРФНЫХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ Fe 115 осное растяжение аморфных плёнок на основе Fe с различным со- держанием Ni, Co, Mo, Cr при комнатной температуре: 1. NHRS-(Со-1) — Fe45Ni19,4Cr5,7Мо1,9Co8,5B14Si5,5, 2. NНRP-4 — Fe50,0Ni19,0Cr6,6Мо1,5V1B14,1С2,5Р4,4Si1, 3. HBKNV-2 — Fe31,14Co32Сr6W1,79Nb4,67B19,1C2Si3,3, 4. NНRS-(Со-2) — Fe45Ni22,8Cr5,7Мо2Co5B14Si5,5, 5. NНRS-19 — Fe57Ni15,5Cr6,5Мо1B16Si4. Определение прочности аморфных лент выполнялось путём стандартных испытаний на одноосное растяжение. Испытания вы- полнялись на универсальной машине для механических испытаний Instron. Из ленты нарезались образцы таким образом, чтобы рабо- чая длина образца составляла 10 ширин, а также с обеих сторон оставалось по 9 см для зажатия ленты в захватах. Значения толщи- ны, ширины и длинны образцов приведены в табл. 1. Образцы в виде лент испытывались на одноосное растяжение. В процессе испытаний записывалась кривая нагружения в координа- тах усилие–перемещение. Напряжение разрушения определялось по стандартной (ÃОСТ 11701-84) формуле 0 /P F  , где F0 — начальная площадь попе- речного сечения образца, P — нагрузка в момент разрушения. Анализ диаграмм деформации аморфных плёнок показал, что деформация, предшествующая разрушению, является упруго- нелинейной. С погрешностью, не превышающей 3%, не было за- фиксировано наличие остаточных деформаций. Применение тех- ники скоростной съёмки позволило оценить время процесса разру- шения. Для исследованной плёнки оно не превышает 110 3 с. Полученные значения напряжения разрушения для разных лент сведены в табл. 2. Во время испытаний на одноосное растяжение образцы ленты NHRS разрывались на два куска в границах рабочей зоны, в то вре- мя как на образцах HBKNV-2 наблюдалось многоочаговое разру- шение. Это хорошо видно на фотографиях, приведённых на рис. 1. Статистическая обработка экспериментальных данных по напряжениям разрушения позволила определить минимальное, максимальное и среднее напряжения разрушения, дисперсию и ко- эффициент вариации, значения которых приведены в табл. 3. Как видно из приведённой выше таблицы, уменьшение ширины ленты NНRS-Со-1 з 10 мм до 6,5 мм приводит к увеличению средней величины напряжения разрушения с 930 МПа до 1034 МПа, увели- чивая также и дисперсию, что свидетельствует о большем разбросе значений напряжения разрушения. ТАБЛИЦА 1. Размеры образцов. Сплав NНRS-(Со-1) NНRS-(Со-1) NНRP-4 HBKNV-2 NНRS-(Со-2) NНRS-19 Толщина, мм 0,02 0,022 0,023–0,026 0,02–0,03 0,025 0,02–0,025 Ширина, мм 6,5 10,1 10 12 10,3 10 Длина рабочей части, мм 65 101 100 120 100 100 ТАБЛИЦА 2. Значения напряжения разрушения для разных лент. Номер образца NНRS-Со-1 шириной 10 мм NНRS-Со-1 шириной 6,5 мм NНRP-4 HBKNV-2 NНRS-(Со-2) NНRS-19 Напряжение разрушения, МПа 1 1050 1212 880 520 1080 1330 2 1000 1250 800 590 1100 1280 3 850 1250 850 520 1240 1130 4 950 1300 600 560 1100 1050 5 990 1050 200 1100 1000 6 940 1175 140 1150 1100 7 880 1080 120 1020 1100 8 950 950 300 800 1020 9 830 1210 90 1130 1080 10 860 1050 1200 1120 11 850 850 1060 12 800 1080 970 13 750 1050 1040 14 550 800 900 15 950 890 1 1 6 А . В . З А Ц А Р Н А Я , С . А . К О Т Р Е Ч К О , В . К . Н О С Е Н К О и д р . ТАБЛИЦА 3. Статистическая обработка экспериментальных данных. NНRS-Со-1 шириной 10 мм NНRS-Со-1 шириной 6,5 мм NНRP-4 HBKNV-2 NНRS-(Со-2) NНRS-19 Минимальное значение 830 550 600 90 800 890 Максимальное значение 1050 1300 880 590 1240 1280 Среднее значение 930 1034 782 342 1043 1052 Дисперсия 72 225 126 210 136 99 Коэффициент вариации 0,078 0,22 0,16 0,61 0,13 0,094 П Р О Ч Н О С Т Ь А М О Р Ф Н Ы Х Л Е Н Т Н А О С Н О В Е F e 1 1 7 118 А. В. ЗАЦАРНАЯ, С. А. КОТРЕЧКО, В. К. НОСЕНКО и др. Если сравнить между собой результаты измерений, полученные на лентах NНRS-Со-1 и NНRS-Со-2, а также их химический состав, можно сделать допущение, что к увеличению среднего и макси- мального значений напряжения разрушения приводит увеличение количества Ni при уменьшении доли Со. Наибольшее среднее значение напряжения разрушения, а также один из наименьших коэффициентов вариации были получены на образцах сплава NНRS-19, в котором полностью отсутствует Со, а также уменьшена доля Мо по сравнению с NHRS-(Со-2). При анализе разрушения аморфных сплавов широко использует- ся распределение Вейбулла [4–6] (рис. 2) ( ) 1 exp m th u P               , где P() — вероятность разрушения при заданной величине напря- жения ; th — пороговое напряжение; u, m — параметры распре- деления. Для оценки степени хрупкости сплава используется значение m а б в г Рис. 1. Внешний вид разрушенных образцов: а — NHRS-(Со-1) шириной 6,5 мм; б — HBKNV-2; в — NHRS-(Со-1) шириной 10 мм; г — NHRS-(Со-2). ПРОЧНОСТЬ АМОРФНЫХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ Fe 119 (модуль Вейбулла). Как правило, для хрупких керамик значение m5 [7]. Для аморфных сплавов на основе циркония Zr48Cu45Al7 — m73,4, для более хрупкого варианта этого сплава (Zr48Cu45Al7)98Y2 — m25,5 [8]. Для более пластичных сплавов на основе марганца в работе [9] было получено значение m35. Использование трёхпараметрического распределения Вейбулла для аппроксимации экспериментальных данных испытаний аморфных лент на одноосное растяжение позволило определить по- роговое значение напряжения разрушения и параметры распреде- ления Вейбулла (табл. 4). Экспериментальные данные напряжения разрушения на образцах NНRP-4 не анализировались из-за их ма- лого количества. В рамках изложенного выше подхода, исследуемые сплавы сле- дует рассматривать как наиболее хрупкие, однако при малых зна- чениях m меняется характер асимметрии кривой плотности рас- пределения (рис. 2), что может свидетельствовать о смене микроме- ханизма инициирования разрушения. Таким образом, величина параметра mможет нести информацию о механизме инициирова- ния разрушения, который обусловлен структурным состоянием. При полученных параметрах кривые плотности распределения значений разрушающих напряжений исследованных лент являют- ся практически симметричными для всех сплавов (рис. 3). В этом проявляется их отличие от распределения прочности типичных хрупких материалов (керамики, стекла и т.д.), кривые распределе- ния которых характеризуются значительной асимметрией в обла- сти малых величин напряжения разрушения. Рис. 2. Функция плотности распределения напряжения разрушения для разных значений модуля Вейбулла при th969,8 и u14,5 Мпа. 120 А. В. ЗАЦАРНАЯ, С. А. КОТРЕЧКО, В. К. НОСЕНКО и др. 2. ВЫВОДЫ Изменение ширины ленты NHRS-(Со-1) с 10 мм до 6,5 мм приводит к увеличению её прочности, однако в тоже время наблюдается эф- фект охрупчивания, проявлением которого в данном случае явля- ется увеличение разброса значений прочности. Наибольшее среднее значение напряжения разрушения, а также один из наименьших коэффициентов вариации были получены на образцах сплава NНRS-19, в котором полностью отсутствует Со, а также уменьшена доля Мо. В целом, этот сплав имеет наилучшие свойства по трём показателям: среднему значению прочности; ве- личине минимального напряжения разрушения и коэффициенту вариации значений прочности. Кривые плотности распределения значений разрушающих напряжений исследованных лент, являются практически симмет- ТАБЛИЦА 4. Значения параметров распределения Вейбулла. Сплав th, МПа m u, МПа NНRS-Со-1 шириной 10 мм 740 2,4 170 NНRS-Со-1 шириной 6,5 мм 250 3,2 800 HBKNV-2 20 3 250 NHRS-(Со-2) 600 2,5 400 NНRS-19 600 5 450 Рис. 3. Функции плотности распределения напряжения разрушения ис- следуемых аморфных лент. ПРОЧНОСТЬ АМОРФНЫХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ Fe 121 ричными для всех исследованных сплавов. В этом проявляется их отличие от распределения прочности типичных хрупких материа- лов, кривые распределения которых характеризуются значитель- ной асимметрией в области малых величин напряжения разруше- ния. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА–REFERENCES 1. H. Warlimont, Mater. Sci. Eng. A, 304–306: 61 (2001). 2. D. Raskin and C. H. Smith, Amorphous Metallic Alloys (Ed. F. E. Luborsky) (London: Butterworths: 1983), ch. 20, p. 381. 3. M. F. Ashby, Scr. Mater., 54: 321 (2006). 4. Y. H. Lai, C. J. Lee, Y. T. Cheng, H. S. Chou, H. M. Chen, X. H. Dua, and C. I. Chang, Scripta Materialia, 58: 890 (2008). 5. Yuan-Yun Zhao, E. Maband, and Jian Xu, Scripta Materialia, 58: 496 (2008). 6. A. S. Bakai, A. P. Shpak, N. Wanderka, S. Kotrechko, T. I. Mazilova, and I. M. Mikhailovskij, Journal of Non-Crystalline Solids, 356: 1310 (2010). 7. D. R. Askeland, Science and Engineering of Materials (Boston: PWS Publish- ing: 1994), p. 152. 8. W. F. Wu, Y. Li, and C.A. Schuh, Philos. Mag., 88: 71 (2008). 9. C. J. Lee, J. C. Huang, and T. G. Nieh, Appl. Phys. Lett., 91: 161913 (2007).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75955
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-11-30T21:42:50Z
publishDate	2014
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Зацарная, А.В. Котречко, С.А. Носенко, В.К. Семирга, А.М. Филатов, А.В. 2015-02-06T14:32:21Z 2015-02-06T14:32:21Z 2014 Прочность аморфных лент на основе Fe / А.В. Зацарная, С.А. Котречко, В.К. Носенко, А.М. Семирга, А.В. Филатов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 1. — С. 113-121. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1816-5230 PACSnumbers:07.10.Lw,46.50.+a,61.43.Dq,62.20.M-,62.23.Kn,62.25.Mn,81.70.Bt https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75955 В данной работе приведены экспериментальные данные о напряжении разрушения аморфных лент на основе железа. Исследование лент с разным содержанием таких добавок как Со и Мо позволило сделать вывод об их влиянии на прочность аморфного сплава. Анализ экспериментальных данных о напряжениях разрушения аморфных лент в рамках трёхпараметрического распределения Вейбулла позволил дать оценку пороговых напряжений разрушения исследуемых сплавов. Также было установлено, что кривые плотности распределения значений разрушающих напряжений исследованных лент являются практически симметричными для всех сплавов. В этом проявляется их отличие от распределения прочности типичных хрупких материалов (керамики, стекла и т.д.), кривые распределения которых характеризуются значительной асимметрией в области малых величин напряжения разрушения. В даній роботі наведено експериментальні дані стосовно напруження руйнування аморфних стрічок на основі заліза. Дослідження стрічок з різним вмістом домішок, таких як Со та Мо, уможливило зробити висновок про їх вплив на міцність аморфного стопу. Аналіз експериментальних даних про напруження руйнування аморфних стрічок у рамках трипараметричного Вейбуллового закону уможливив оцінити порогові напруження руйнування досліджуваних стопів. Також було встановлено, що криві густини розподілу значень напружень руйнування досліджуваних стрічок є майже симетричними для всіх стопів; в цьому виявляється їх відмінність від розподілу міцности типових крихких матеріалів (кераміки, скла тощо), криві розподілу яких характеризуються значною асиметрією в області малих значень напруження руйнування. A given work presents the experimental evidence on fracture stress of amorphous tapes made on the base of an iron. Investigation of the tapes with different content of such alloying elements as Co and Mo enables to conclude about their influence on amorphous alloy strength. Approximation of exper- imental data on fracture stress of amorphous tapes by means of the threeparameter Weibull distribution allows estimating threshold fracture stresses of studied alloys. As also ascertained, the curves of distribution density for fracture stresses of analysed tapes are symmetric for all alloys. This is their difference from strength distribution for typical brittle materials (ceramics, glasses, etc.) described by distribution curves, which are essentially asymmetric within the range of low fracture stresses. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Прочность аморфных лент на основе Fe Article published earlier
spellingShingle	Прочность аморфных лент на основе Fe Зацарная, А.В. Котречко, С.А. Носенко, В.К. Семирга, А.М. Филатов, А.В.
title	Прочность аморфных лент на основе Fe
title_full	Прочность аморфных лент на основе Fe
title_fullStr	Прочность аморфных лент на основе Fe
title_full_unstemmed	Прочность аморфных лент на основе Fe
title_short	Прочность аморфных лент на основе Fe
title_sort	прочность аморфных лент на основе fe
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75955
work_keys_str_mv	AT zacarnaâav pročnostʹamorfnyhlentnaosnovefe AT kotrečkosa pročnostʹamorfnyhlentnaosnovefe AT nosenkovk pročnostʹamorfnyhlentnaosnovefe AT semirgaam pročnostʹamorfnyhlentnaosnovefe AT filatovav pročnostʹamorfnyhlentnaosnovefe

Прочность аморфных лент на основе Fe

Institution

Similar Items