Влияние высокочастотной ударной обработки на механические свойства и фрактографию поверхности разрыва аморфной ленты

М. А. Васильев$^{1}$, В. Н. Шиванюк$^{1}$, Б. Н. Мордюк$^{1,2}$, И. В. Загорулько$^{1}$, С. М. Волошко$^{2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», просп. Победы, 37, 03056 Киев, Украина

Получена: 19.03.2021. Скачать: PDF

Исследовано влияние высокочастотной ударной обработки (ВЧУО) на механические характеристики быстрозакалённой аморфной ленты нового класса FINEMET, содержащей фосфор (Fe$_{81}$B$_7$Si$_1$P$_{10}$Cu$_1$). С целью исключения механохимического окисления ВЧУО проводилась при комнатной температуре в среде аргона. Получены количественные данные по изменению микротвёрдости, предела прочности, удлинения и модуля упругости при испытании ленты на разрыв. Изучены картины фрактографии поверхности разрушения с помощью растровой электронной микроскопии. Установлены эффекты воздействия ВЧУО как на повышение предела прочности разрушения, так и на рост пластичности. Картины фрактографии характеризуются наличием областей хрупкого разрушения, отражающего процесс скольжения, и вязкого разрушения, приводящего к формированию сетки рек и вен, как для исходного состояния, так и после ВЧУО. Обработка приводит к изменению соотношения площадей указанных областей. Интерпретация полученных результатов выполнена в рамках модели гетерогенной природы пластической деформации аморфных лент и синергетического эффекта взаимодействия полос сдвига и свободного объёма.

Ключевые слова: аморфный сплав, микротвёрдость, хрупкость, прочность, полосы сдвига, фактография.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i05/0655.html

PACS: 61.43.Dq, 62.20.mj, 62.20.mt, 62.20.Qp, 68.35.Dv, 81.40.Np


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Y. Yoshizawa, S. Oguma, and K. Yamauchi, J. Appl. Phys., 64: 6044 (1988). Crossref
  2. T. Gheiratmand, and H. R. Madaah Hossein, J. Magn. Magn. Mater., 408: 177 (2016). Crossref
  3. В. В. Маслов, А. Г. Ильинский, В. К. Носенко, В. А. Машира, А. Л. Бельтюков, В. И. Ладьянов, А. И. Шишмарин, Физика и техника высоких давлений, 15: 105 (2005).
  4. А. П. Шпак, В. В. Маслов, В. К. Носенко, Наука та інновації, 1: 92 (2005).
  5. В. В. Маслов, В. К. Носенко, Л. Е. Тараненко, А. П. Бровко, ФММ, 91: 47 (2001).
  6. A. Carlos Pampillo, J. Mater. Sci., 10: 1194 (1975). Crossref
  7. А. М. Глезер, Б. В. Молотилов, Структура и механические свойства аморфных сплавов (Москва: Металлургия: 1992).
  8. В. П. Алехин, В. А. Хоник, Структура и физические закономерности деформации аморфных сплавов (Москва: Металлургия: 1992).
  9. М. А. Васильев, Г. И. Прокопенко, В. С. Филатова, Успехи физики металлов, № 5: 345 (2004). Crossref
  10. M. O. Vasylyev, V. K. Nosenko, I. V. Zagorulko, and S. M. Voloshko, Progress in Physics of Metals, 21, No. 3: 319 (2020). Crossref
  11. F. O. Mear, B. Doisneau, A. R. Yavari, and A. L. Greer, J. Alloys Compd., 483: 256 (2009). Crossref
  12. T. Ichitsubo, E. Matsubara, S. Kai, and M. Hirao, Acta Mater., 52: 423 (2004). Crossref
  13. Y. Petrusenko, A. Bakai, I. Neklyudov, I. Mikhailovskij, S. Bakai, P. K. Liaw, L. Huang, and T. Zhang, Metall Mater. Trans. A, 42: 1511 (2011). Crossref
  14. С. О. Бакай, М. Б. Лазарєва, К. С. Бакай, О. Й. Волчок, В. М. Горбатенкo, Вопросы атомн. науки и техники, 1(101): 70 (2016).
  15. А. М. Глезер, М. Р. Плотникова, А. В. Шалимова, С. В. Добаткин, Известия РАН. Серия физическая, 73, № 9:1302 (2009). Crossref
  16. Y. B. Wang, D. D. Qu, X. H. Wang, Y. Cao, X. Z. Liao, M. Kawasaki, S. P. Ringer, Z. W. Shan, T. G. Langdon, and J. Shen, Acta Mater., 60: 253 (2012). Crossref
  17. Yue Dong, Suya Liu, Johannes Biskupek, Qingping Cao, Xiaodong Wang, Jian-Zhong Jiang, Rainer Wunderlich, and Hans-Jörg Fecht, Materials, 12: 1611 (2019). Crossref
  18. Z. Q. Ren, A. A. Churakova, X. Wang, S. Goel, S. N. Liu, Z. S. You, Y. Liu, S. Lan, D. V. Gunderov, J. T. Wang, and R. Z. Valiev, Mater. Sci. Eng. A, 803: 140485 (2021). Crossref
  19. W. H. Jiang, F. E. Pinkerton, and M. Atzmon, Acta Mater., 53: 3469 (2005). Crossref
  20. H. Bei, S. Xie, and E. P. George, Phys. Rev. Lett., 96: 105503 (2006). Crossref
  21. W. H. Jiang, F. E. Pinkerton, and M. Atzmon, Acta Mater., 53: 3477 (2005). Crossref
  22. K. K. Song, Y. Zhang, S. Scudino, P. Gargarella, K. B. Surreddi, U. Kühn, and J. Eckert, Intermetallics, 19: 1394 (2011). Crossref
  23. A. Concustell, F. O. Mear, S. Surinach, M. D. Baro, and A. L. Greer, Phil. Mag. Lett., 89: 831 (2009). Crossref
  24. Л. Г. Коршунов, Н. Л. Черненко, ФММ, 106: 635 (2008). Crossref
  25. B. N. Mordyuk and G. I. Prokopenko, Mater. Sci. Eng. A, 437: 396 (2006). Crossref
  26. Г. І. Прокопенко, Б. М. Мордюк, М. О. Васильєв, С. М. Волошко, Фізичні основи ультразвукового ударного зміцнення металевих поверхонь (Київ: Наукова думка: 2017).
  27. Б. М. Мордюк, Г. І. Прокопенко, С. М. Волошко, С. О. Соловей, І. М. Клочков, Г. О. Линник, Т. А. Красовський, М. В. Високолян, Ультразвукова ударна обробка конструкцій і споруд транспортного машинобудування (Суми: Університетська книга: 2020).
  28. M. O. Vasiliev, V. O. Tin’kov, Yu. M. Petrov, S. M. Voloshko, G. G. Galstyan, V. T. Cherepin, and A. S. Khodakivskyy, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 35, No. 5: 667 (2013).
  29. C. Ma, H. Qin, Z. Ren, S. C. O’Keeffe, J. Stevick, G. L. Doll, Y. Dong, B. Winiarski, and C. Ye, J. Alloys Compd., 718: 246 (2017). Crossref
  30. N. I. Noskova, F. Vildanova, Yu. I. Filippov, and A. P. Potapov, phys. status solidi (a), 87: 549 (1985). Crossref
  31. S. Lesz, D. Szewieczek, and J. Tyrlik-Held, Archives Materials Sci. Eng., 29: 73 (2008).
  32. L. I. Xifeng, K. Zhang, and G. Wang, J. Mater. Sci. Technol., 24: 745 (2008). Crossref
  33. M. Huráková, K. Csach, J. Miškuf, A. Juríkov, V. Ocelík, and J. De Hosson, Mater. Sci, Forum Submitted, 891: 494 (2016). Crossref
  34. C. Minnert, M. Kuhnt, S. Bruns, A. Marshal, K. G. Pradeep, M. Marsilius, E. Bruder, and K. Durst, Materials and Design, 156: 252 (2018). Crossref
  35. E. Field, Contemp. Phys., 12: 1 (1971). Crossref
  36. C. A. Pampillo and A. C. Reimschuessel, J. Mater. Sci., 9: 718 (1974). Crossref
  37. J. Megusar, A. S. Argon, and N. J. Grant, Mater. Sci. Eng., 38: 63 (1979). Crossref
  38. J. Feinberg, S. Gross, M. Marder, and H. Swinney, Phys. Rev. Lett., 67: 457 (1991). Crossref
  39. Y. Watanabe, J. Mater. Res., 8: 2543 (1993). Crossref
  40. G. Wang, Y. T. Wang, Y. H. Liu, M. X. Pan, D. Q. Zhao, and W. H. Wanga, Appl. Phys. Lett., 89: 121909 (2006). Crossref
  41. D. T. A. Matthews, V. Ocelik, P. M. Bronsveld, and J. T. M. De Hosson, Acta Mater., 56 (8): 1762 (2008). Crossref
  42. G. Wang, D. Q. Zhao, H. Y. Bai, M. X. Pan, A. L. Xia, B. S. Han, X. K. Xi, Y. Wu, and W. H. Wang, Phys. Rev. Lett., 98: 235501 (2007). Crossref
  43. M. Antoni, F. Spieckermann, V. Soprunyuk, N. Chawake, B.Sarac, J. Zálešák, C. Polak, C. Gammer, R. Pippan, M. Zehetbauer, and J. Eckert, J. Magn. Magn. Mater., 525: 167679 (2021). Crossref
  44. Y. T. Wang, X. K. Xi, G. Wang, X. X. Xia, and W. H. Wanga, J. Appl. Phys., 106: 113528 (2009). Crossref
  45. А. Г. Ильинский, Г. М. Зелинская, В. В. Маслов, В. К. Носенко, Ю. В. Лепеева, Металлофизика, 26: 1501 (2004).
  46. В. В. Маслов, Д. Ю. Падерно, Аморфные металлические сплавы (Киев: Наукова думка: 1987).
  47. B. N. Mordyuk, and G. I. Prokopenko, J. Sound Vibration, 308: 855 (2007). Crossref
  48. Г. I. Прокопенко, М. О. Васильєв, Б. М. Мордюк та ін., Ультразвуковий пристрій для зміцнення та наноструктуризації поверхні металів: Патент України № 9175 (Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9).
  49. S. Argon and H. Kuo, Mater. Sci. Eng., 39: 101 (1979). Crossref
  50. M. H. Cohen and D. J. Turnbull, Chem. Phys., 31: 1164 (1959). Crossref
  51. D. E. Polk and D. Turnbull, Acta Metall., 20: 493 (1972). Crossref
  52. F. Spaepen, Acta Metall., 25: 407 (1977). Crossref
  53. S. Ramanathan, and D. S. Fisher, Phys. Rev. Lett., 79: 877 (1997). Crossref
  54. T. H. Zhang and X. Y. Liu, J. Am. Chem. Soc., 44: 13520 (2007). Crossref
  55. J. Lewandowski and A. L. Greer, Nature Materials, 5: 15 (2006). Crossref
  56. C. Schuh and T. C. Hufnagel, Acta Mater., 55: 4067 (2007). Crossref
  57. Yu. G. Chabak, and V. G. Efremenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 34, No. 9: 1205 (2012).
  58. V. G. Efremenko, Yu. G. Chabak, K. Shimizu, A. G. Lekatou, V. I. Zurnadzhy, A. E. Karantzalis, H. Halfa, V. A. Mazur, and B. V. Efremenko, Materials and Design, 126: 278 (2017). Crossref
  59. A. Inoue, W. Zhang, T. Zhang, and K. Kurosaka, Acta Mater., 49: 2645 (2001). Crossref
  60. C. T. Liu, L. Heatherly, and J. A. Horton, Metall. Mater. Trans. A, 29: 1811 (1998). Crossref
  61. P. Lowhaphandu, L. A. Ludrosky, S. L. Montgomery, and J. J. Lewandowski, Intermetallics, 8: 487 (2000). Crossref
  62. A. L. Greer, Y. Q. Cheng, and E. Ma, Mater. Sci. Eng. R., 74: 71 (2013). Crossref
  63. D. T. A. Matthews, V. Ocelı´k, P. M. Bronsveld, and J. Th. M. De Hosson, Acta Mater., 56: 1762 (2008). Crossref