абсолютно упругих тел удлинение линейно зависит от напряжения. В случае же аморфных сплавов эта зависимость при больших нагрузках отклоняется от линейного закона. При снятии нагрузки форма образца не восстанавливается и при этом возникает так называемая петля механического гистерезиса. Энергия, соответствующая площади этой петли, необратимо расходу-. ется на смещение атомов, находящихся в неустойчивых шоложениях. Величина таких смещений в аморфных металлах, как правило, примерно на порядок больше, чем в кристаллических металлах, а полная деформация при этом составляет 1—2%. Неупругость аморфных металлов связана со свободным объемом в их структуре: если свободный объем мал, то мала и неупругая деформация. Следовательно, неупругость связана также и с плотностью сплава: неупругая деформация аморфных сплавов снижается после отжига, вызывающего структурную релаксацию и кристаллизацию, и, наоборот, возрастает после облучения.

224

8.1 ТВЕРДОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ

Е, ГН/мг

HV/RR

Важными особенностями аморфных металлов являются их высокие твердость и прочность. В табл. 8.2 приведены типичные значения этих величин для различных аморфных сплавов. Как твердость, так и прочность сильно изменяются в зависимости от химического состава сплава. Например, в сплавах на основе элементов подгруппы железа (Fe, Со, Ni) твердость HV может достигать значений > 1000, а прочность — выше 4,0 ГН/м2. Эти значения больше, чем максимальные значения прочности и твердости используемых в настоящее время металлических материалов. Так, прочность проволоки из некоторых аморфных сплавов на железной основе примерно на 1,0 ГН/м2 выше прочности так называемой рояльной проволоки, что видно по диаграммам деформации, представленным на рис. 8.3. Значения VFE для аморфных сплавов равны 0,02—0,03, что составляет почти половину от значения а/? = 0,05, отвечающего теоретической прочности. Это существенно выше, чем для наиболее прочных из используемых ныне металлических материалов, для которых ст/? составляет всего лишь 10~5— Ю-2. Например, прочность рояльной проволоки, как наиболее прочного из известных в настоящее время стальных изделий, приближается к 3,0 ГН/м2. Поскольку ее модуль Юнга равен 210 ГН/м2, то получается, что А/Е составляет не более 0,015. Далее, как видно из табл. 8.2, отношение твердости к прочности НУДт составляет 2,5—3,0, что близ-Таблица 8.2. Твердость и прочность некоторых аморфных сплавов

170

700 1080 640 760 910 970 900 1130

я, ГН/м"

0,020

3,1 2,9 2,5 2,7 2,9 2,7 2,8

FesoPao

Fe80BSo

124 120

0,025 0,028

Fernery

Fe8oFX3C7

Fe78BMSil2

Fee2MoagCls

FejijCr^MSQB

Fe4jCr1,Moa)CI8

0,034

600 910 890 1190 1400

1,9 3,1 3,3 3,9 4,1

3,2 3,0 2,7 3,1 3,4

3,3 4,0

90

CoB0Zrt0

Co78SiisB18

C°5eCraeCi8

СОДЕМОЗВСЭД

550 860 1060

1,8 2,5 3,5

0,034

80

3,1 3,4 3,0

Со34Сга8МогоС18

68

0,020

325 410

1,4 1,9

2,4 2,7

NiMSiMBla NJSJCTMMOMQS

132 100

PdeoSijo

610

CU50ZrBQ

Nb50Ni50 Т1ввСи5в ко к теоретической величине 2,9 для идеально пластичных тел, не претерпевающих деформационного упрочнения. Таким образом, все сказанное выше с полным правом позволяет назвать аморфные металлы высокопрочными материалами.

Рис. 8.3. Сравнение диаграмм деформации аморфного сплава Fe75SimB,5 и рояльной проволоки (скорость деформации e=4,17-Ю-1 с-1)1 — рояльная проволока 0 0,18 мм; 2 — аморфный сплав после волочения R = = 85%; 3 — то же, R=36%; 4 — аморфный сплав (прог волока 0 0,18 мм), не подвергнутый волочению

(О 20 40 4,0 0,0

Важным фактором, влияющим на прочностные характеристики аморфных сплавов, является их химический состав. В сплавах с одинаковыми основными металлическими элементами прочностные своиства меняются в зависимости от сорта и количества атомов металлоидов, облегчающих аморфизацию. Так, на рис. 8.4 приведена зависимость твердости бинарного сплава Fe—В от содержания бора [12]. Из этого рисунка следует, что с увеличением концентрации бо-ратвердость сплава возрастает практически линейно. На рис. 8.5 показано, как изменяется твердость при добавлении второго металлоида (М) в сплавы Fe8oB2o и Fe8nP2o. При постоянном суммарном содержании металлоидов ~20% (ат.) твердость сплава сильно зависит от сорта атомов второго металлоида. Видно, что твердость сплава FeaoPao увеличивается при добавлении В, С и Si и снижается при добавлении Ge; в случае же сплава FeeoB2o твердость всегда снижается при добавлении С, Si, Р и Ge. Можно считать, что с изменением содержания М твердость меняется линейно.

Поскольку сплавы Fe8cjVf2o (М—С, Si, Ge) не аморфизируются при быстром охлаждении, значения твердости этих сплавов показаны на рис. 8.5 как результат линейной экстраполяции до концентрации М, равной 20% (ат.). Если сравнить твердость сплавов, содержащих одинаковые суммарные количества металлоидов [20% (ат.)], то можно заметить, что она

226

227

уменьшается в ряду составов Fe80B2o, Fe8oCj, FeeoSijo, FesoPao. Fe8oGe2o. Таким образом, чем выше по периодической системе порядковый номер группы и