Анотація до роботи:

Бакай С.О. Механізми пластичної деформації в об ємних металевих стеклах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 фізика металів. – Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут”, Харків, Україна, 2004.

Дисертаційна робота присвячена вивченню і встановленню природи механізмів пластичної і мікропластичної деформації в об'ємних МС, що до нинішнього часу залишалося мало вивченим питанням. Оскільки існує ряд суперечливих моделей структури МС і структурних дефектів, що є основними носіями пластичної деформації, результати цих досліджень стали для перевірки концепцій теоретичних моделей і уявлень, що лежать в їхній основі.

Досліджені механічні властивості об'ємного МС Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀ засобом одноосьового стиску в вакуумі в широкому температурному інтервалі від кімнатних температур до температури склоутворення МС, T_g. Також вивчен вплив високотемпературної прокатки на зразки об'ємного МС при температурах близьких до T_g. Отримані експериментальні підтвердження існування змішаної пластичної деформації в об'ємному МС і вивчені процеси що зумовлюють змішану пластичну деформацію в МС. По Результатах механічних іспитів побудована карти механізмів пластичної деформації (на площині (, Т), - швидкість деформації) об'ємного МС Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀.

Вивчені процеси мікропластичної деформації об'ємного МС засобами виміру температурної залежності низькочастотного внутрішнього тертя і засобом акустичної емісії при кімнатній температурі.

Проведений аналіз результатів досліджень з метою перевірки уявлення про структуру МС і теоретичних пророкувань, отриманих в рамках різноманітних підходів, в результаті чого отриман адекватний опис процесів пружної і непружної пластичної деформації в об'ємних МС.

При виконанні дисертаційної роботи була вирішена задача встановлення мікроскопічної природи механізмів пластичної деформації вивчених металевих стекол і показано, що всі особливості механічних властивостей цих матеріалів зумовлені їх полікластерною будівлею.

1. Аморфний сплав Zr_53.5Ti₅Cu_17.5Ni_14.6Al_10.4 належить до класу високоміцних матеріалів, витримуючи навантаження більш 200 кг/мм² при кімнатній температурі, що дозволяє використовувати його, як альтернативу таких конструкційних матеріалів, як високоміцні загортовані сталі.

2. Зо результатами механічних досліджень вперше побудована карта механізмів пластичної деформації (на площині (, Т)) досліджуваного металевого скла Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀. Це дає можливість встановлення температурно-швидкісних режимів використання даного металевого скла. Що розширює можливість практичного застосування цього матеріала.

3. Встановлено, що металеве скло Zr_53.5Ti₅Cu_17.5Ni_14.6Al_10.4 є надпластичним в широкому температурному інтервалі (від 573 до 673 К), нижче температури склоутворення (T_g=702 К), при швидкостях навантаження від =210^-4 до =810^-3с^-1. Нижня межа температурного інтервалу (573 К), в якому спостерігається стан надпластичністі, співпадає з початком термоактивованої рухливісті атомів, про що свідчать результати вимірів температурної залежності внутрішнього тертя. При швидкості деформації =210^-4с^-1 перехід від однорідної до неоднорідної пластичної деформації відбувається поблизу температури 573 К.

Результати цих досліджень суттєво вирішують питання практичного застосування та обробки цього металевого стекла у досить широкому температурно-швидкісному інтервалі.

4 Термоциклювання в температурному інтервалі 300…670 К не впливає на температурну залежність внутрішнього тертя. Це означає, що структурні зміни в околицях дефектів, що породжують внутрішнє тертя, несуттєві при вибраних режимах термоциклювання. Результати цього дослідження свідчать про стабільність механічних властивостей об’ємного металового стекла в режимах термоциклювання в озаначеній температурной області.

5. В процесі прокатки при високих швидкостях навантаження (~10^-1) і температурах, близьких до T_g=702 К, зразки пружно деформуються аж до утворення смуги зсуву. Помітної однорідної пластичної деформації при цьому не виявлене. Цей результат визначає не можливість використання цього матеріала даному температурно-швидкісному режимі.

6. Вперше встановлено існування області значень і Т, при яких здійснюється змішана пластична деформація. В цьому режимі після досягнення межі пластичності починається дифузійно-в’язка течія по механізму Кобле, яка супроводжується генерацією та рухом дислокацій і утворенням смуг зсуву. Існування режиму змішанної пластичної деформації забезпечується полікластерною структурою металевого скла.

7. В ході одноосьового стиску зразків об'ємного МС Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀ укладених в тонку мідну оболонку при температурі на ~30 К нижче температури склоутворення спостерігається змішана пластична деформація при порівняно високих швидкостях стиску 1,610^-2с^-1 і 3,310^-2с ^-1. При вибраних температурно-швидкісних режимах одноосьового стиску зразки, поміщені в мідну оболонку, виявили надпластичність незважючи на множинне утворення смуг зрушення.

Тонка мідна оболонка відвертає утворення тріщин і руйнування зразка металевого стекла, що, звичайно, є наслідком утворення наскрізних смуг зрушення.

8. В об'ємних металевих стеклах Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀, Zr₄₁Ti₁₄Cu_12,5Ni₁₀Be_22,5 в процесі одноосьового стиску при кімнатній температурі спостерігається емісія широкого амплітудного спектру акустичних імпульсів.

Наявність сигналів акустичної емісії в пружній області деформування в металевих стеклах при кімнатній температурі говорить про наявність локальних непружних перебудов зсуву в матеріалах цього класу. З початком непружної деформації спостерігається зростання активності, загальної суми і амплітуди імпульсів акустичної емісії, що дозволяє надійно визначати «акустичну» межу пружності металевого скла.

9. При кімнатній температурі спостерігається ефект Кайзера що свідчить про необернені процеси ковзання під дією навантаженя. З ростом навантаження виснажуються дільниці найбільш легкого зародження і ковзання граничних дислокацій. Ковзання по цих дільницях і служить джерелом акустичної емісії. Оскільки формування смуги зсуву і наступне крихке руйнування зразка відбувається за дуже короткий (такий, що не реєструється нашою вимірювальною апаратурою) проміжок часу, акустична емісія, що спостерігається, відбувається в основному до утворення смуги зсуву.

10. Спостережено явище повернення ефекту Кайзера в об'ємних металевих стеклах Zr₄₁Ti₁₄Cu_12,5Ni₁₀Be_22,5, Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀ в результаті відпалів тривалістю ~10 хв при температурі на 30⁰ нижче Т_g. Це явище ми пов’язуємо з зворотним ковзанням (в процесі відпалів) по міжкластерних межах. Релаксаційний процес зворотного ковзання, як видно, є термоактивованим.

Виявлене засобом польовій емісійної мікроскопії існування внутрішніх границь розділу в металевому стеклі Zr₄₁Ti₁₄Cu_12,5Ni₁₀Be_22,5 - міжкластерних границь, дозволяє надійно встановити природу ефекту Кайзера зокрема і акустичної емісії в цілому, зв'язану з ковзанням по міжкластерних межах і рухом в площинах міжкластерних границь дислокацій що зародилися в тіла кластерів.

11. Процеси пружної і непружної пластичної деформації, що спостерігалися, знайшли пояснення в рамках полікластерної моделі металевих аморфних сплавів.

Публікації автора:

1. Бакай С.А., Неклюдов И.М.,. Савченко В.И, Экерт Ю. Исследование механизмов неупругой деформации объемного металлического стекла Zr_53.5Ti₅Cu_17.5Ni_14.6Al_10.4. // Вопросы Атомной Науки и Техники. –2001.- №2 (79), -С. 12 - 18.

2. Бакай А.С., Бакай С.А., Михайловский И.М., Неклюдов, И.М. Стоев П.И., Махт М.-П. О природе эффекта Кайзера в металлических стеклах // Письма в ЖЭТФ. –2002- т.76, №4. -С. 218 - 221.

3. Бакай С.А., Неклюдов И.М.,. Стоев П.И, Экерт Ю., У. Кюн. Механизмы пластической деформации – источники акустической эмиссии в объемном металлическом стекле Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀. // Металлофизика и Новейшие технологии. –2002.- т. 24, №10, -С. 1385 - 1396.

4. Бакай А.С., Бакай С.А., Неклюдов И.М., Савченко В.И., Стоев П.И., Экерт Ю., Кюн У. "О смешанной пластической деформации в объемных металлических стеклах" // Вопросы Атомной Науки и Техники. –2003.- №3 (83), -С. 151 - 153.

5. Бакай А.С., Бакай С.А., Неклюдов И.М., Стоев П.И., Экерт Ю., Кюн У., Махт М-П. "Возврат эффекта Кайзера в объемных металлических стеклах", Доповіді НАН України, 2003, №7, С. 91-95

6. Бакай С.А., Неклюдов И.М.,. Савченко В.И, Экерт Ю., У.Кюн. О влиянии тонкой медной оболочки на пластическую деформацию объемного металлического стекла, // Металлофизика и Новейшие технологии. -2004. №3, т. 26, С. 337-344

7. Неклюдов И.М.,. Савченко В.И, Бакай С.А., Экерт Ю. Температурная зависимость прочностных и релаксационных характеристик объемного металлического стекла Zr_52.5Ti₅Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀ . Труды 14 международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению. -2000. С.70-71

8. Бакай С.А., Неклюдов И.М.,. Савченко В.И. Механизмы пластической деформации объемного металлического стекла Zr_52.5Ti₅Cu_17.5Ni_14.6Al_10.4. // Научные Ведомости. Издательство Белгородского государственного университета. -2001.-№1 (14). –С.121 – 123.

9. Бакай А.С., Бакай С.А., Неклюдов И.М., Савченко В.И., Стоев П.И., Экерт Ю. Микроскопическая природа механизмов пластической деформации металлических стекол // Труды 15 международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению. -2002. С. 41-42

10. Бакай А.С., Бакай С.А., Неклюдов И.М., Савченко В.И., Камышанченко Н.В., Экерт Ю. У.Кюн, Влияние тонкостенной медной оболочки на пластическую деформацию объемного металлического стекла, "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений", 2003. С. 11-13

11. A.S. Bakai, S.A. Bakai, I.M. Neklyuodov, P.I. Stoev, J. Eckert, M.-P. Macht. The Kaiser Effect in Metallic Glasses. LAM12. -2004. p. LAM12-BO3

12. A.S. Bakai, S.A. Bakai, J. Eckert, I.M. Neklyuodov, V.I. Savchenko. Mixed Vscous Plastic Flow and softening of Bulk Metallic Glasses. LAM12. -2004. p. LAM12-BO4