Вплив термічної передісторії на процеси релаксації і кристалізації рідких та аморфних сплавів на основі заліза в неізотермічних умовах - Автореферат

Не менш актуальною проблемою для створення матеріалів з поліпшеними фізичними властивостями є розробка фізичних моделей, які описують кінетику процесів структурної релаксації та кристалізації, що відбуваються в розплаві при гартуванні і в АМС при нагріві, і дозволяють прогнозувати структуру проміжних станів в залежності від режимів термічного впливу. Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі: · визначити емпіричні залежності між основними параметрами процесу спінінгування, товщиною швидкоохолоджених стрічок та швидкістю їх охолодження; Для дослідження термічного режиму охолодження стрічок гартувальний валок, виготовлений з алюмінієвої бронзи, був обладнаний термопарою, яка дозволяла вимірювати температуру контактних шарів розплаву в залежності від часу в процесі формування стрічок та їх затвердіння. Кінетика процесів структурної релаксації і кристалізації в ізотермічних умовах (відпал у розплавах солей) і нагріві з постійною швидкістю вивчалась за допомогою диференційного термічного аналізу (ПРТ-1000М), диференційної скануючої калориметрії (DSC7-Perkin-Elmer), та вимірювання електричного опору чотирьохзондовим потенціометричним методом на постійному струмі. Таким чином, наведені у розділі результати експериментальних досліджень свідчать про те, що характер звязку між товщиною стрічок і швидкістю їх охолодження визначається параметром процесу спінінгування, за рахунок якого змінюється d, і ця обставина повинна братись до уваги при аналізі варіацій структури і фізичних властивостей, які спостерігаються в стрічках АМС різної товщини.Шляхом експериментальних досліджень та модельних розрахунків в дисертаційній роботі встановлені взаємозвязки між режимами аморфізації розплавів методом спінінгування, товщиною отриманих стрічок та швидкістю їх охолодження, а також між термічною передісторією АМС та їх стійкістю до процесу кристалізації при нагріві с постійною швидкістю. Визначені емпіричні залежності між d та a_, які можуть бути використані як для кількісного аналізу впливу термічної передісторії на структуру та властивості АМС, так і для оптимізації процесу отримання швидко загартованих стрічок. Встановлено, що характер взаємозвязку між швидкістю гартування і товщиною стрічок суттєво залежить від того, за допомогою якого технологічного параметру регулюється величина d: при зміні швидкості гартувального валка - пропорційно a_ ? d-3,1, що сильніше ніж теоретично передбачувана залежність для ідеального режиму охолодження, а при варіації температури ежекції a_ зростає з товщиною стрічок. Використання спеціальної термічної обробки (нагрів с постійною швидкістю до різних температур з послідуючим швидким охолодженням) дозволило виявити ряд особливостей процесу структурної релаксації АМС Fe40Ni40P14B6, які не виявляються при неперервному нагріві, ізотермічних та ізохрональних відпалах: виявлено оборотний характер локального атомного впорядкування і встановлено дифузійний механізм зростання концентраційних неоднорідностей мезоскопічного рівня.

спінінгування швидкоохолоджений релаксаційний кристал

Шляхом експериментальних досліджень та модельних розрахунків в дисертаційній роботі встановлені взаємозвязки між режимами аморфізації розплавів методом спінінгування, товщиною отриманих стрічок та швидкістю їх охолодження, а також між термічною передісторією АМС та їх стійкістю до процесу кристалізації при нагріві с постійною швидкістю. За результатами досліджень сформульовані головні висновки та рекомендації.

1. Вперше проведені систематичні експериментальні дослідження впливу головних параметрів процесу спінінгування (швидкості гартувального валка, температури розплаву) на товщину стрічок та швидкість охолодження. Визначені емпіричні залежності між d та a_, які можуть бути використані як для кількісного аналізу впливу термічної передісторії на структуру та властивості АМС, так і для оптимізації процесу отримання швидко загартованих стрічок.

2. Встановлено, що характер взаємозвязку між швидкістю гартування і товщиною стрічок суттєво залежить від того, за допомогою якого технологічного параметру регулюється величина d: при зміні швидкості гартувального валка - пропорційно a_ ? d-3,1, що сильніше ніж теоретично передбачувана залежність для ідеального режиму охолодження, а при варіації температури ежекції a_ зростає з товщиною стрічок.

3. Використання спеціальної термічної обробки (нагрів с постійною швидкістю до різних температур з послідуючим швидким охолодженням) дозволило виявити ряд особливостей процесу структурної релаксації АМС Fe40Ni40P14B6, які не виявляються при неперервному нагріві, ізотермічних та ізохрональних відпалах: виявлено оборотний характер локального атомного впорядкування і встановлено дифузійний механізм зростання концентраційних неоднорідностей мезоскопічного рівня.

4. За допомогою сумісного вирішення рівняння балансу потоків через границю розділу і крайової дифузійної задачі вперше отримано точне та наближене аналітичні співвідношення, які описують контрольований дифузією ріст кристалів в аморфній фазі в залежності від температури та швидкості нагріву. Показано, що при трактуванні параметру T2/(a Q) як ефективного часу при нагріві з постійною швидкістю отримані в роботі наближені співвідношення формально збігаються з відомими параболічними залежностями, які були встановлені для ізотермічних умов.

5. Шляхом моделювання дифузійно-контрольованого росту кристалів в АМС показано, що при збільшенні швидкості нагріву розміри зерен монотонно зменшуються і, зокрема, в сплаві Fe85B15 при a ? 104 К/с повинна формуватися нанокристалічна структура. Добрий збіг розрахункових даних з експериментальними свідчить про застосовність отриманих співвідношень для аналітичного опису неізотермічної кінетики первинної кристалізації АМС та прогнозування умов отримання нанокристалічних структур в широкому колі сплавів.

6. Встановлено, що залежність температури кристалізації АМС Fe80B20 від товщини стрічок з відомою термічною передісторією може бути кількісно інтерпретована в рамках запропонованої моделі, яка базується на концепції фіктивної температури.

7. Показано, що режим охолодження розплаву визначає густину загартованих зародків і ступінь відхилення структури стекол від рівноваги, а також встановлені експериментальні умови, при яких кожен з цих факторів впливає на термічну стійкість аморфних фаз.

1. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. ч.1. М.: Мир, 1978 - 806с.

2. Structural relaxation in amorphous Fe40Ni40P14B6 alloy studied by positron annihilation / T. Mihara, S. Otake, H. Fukushima, M. Doyama, // J. Phys. F: Metal Phys. - 1981. - V. 11. - P. 727-735.

3. Кристаллизация аморфного сплава Fe80B20 при нагреве с постоянной скоростью / В.П. Набережных, В.И. Ткач, А.И. Лимановский, В.Ю. Каменева // Физ. мет. и металловед. - 1991. - т. 71, № 2. - 157-164.

4. Абросимова Г.Е., Аронин А.С., Стельмух В.А. Кристаллизация аморфного сплава Fe85B15 выше температуры стеклования // ФТТ - 1991. - т. 33, № 12. - С. 3570-3576.

5. Ищенко А.М., Лысов В.И., Харьков Е.И. Взаимосвязь технологии получения и термической стабильности аморфных сплавов // Быстрозакаленные материалы. - Будапешт: ЦИИФ. - 1989.- С. 112-118.

6. Набережных В.П. Моделирование обратимой структурной релаксации в металлическом стекле // ФММ. - 1995. - т. 79, вып. 2. - С. 5 - 15.

Размещено на .ru