1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 7, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 7, стр. 622-634

Изменение радиуса первой координационной сферы в аморфных сплавах при деформировании

Г. Е. Абросимова a, *, В. В. Астанин b, Н. А. Волков a, Д. В. Гундеров c, Е. Ю. Постнова a, А. С. Аронин a

a Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН
142432 Черноголовка, ул. академика Осипьяна, 2, Россия

b Уфимский университет науки и технологий
450000 Уфа, ул. Заки Валиди, 32, Россия

c Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН
450075 Уфа, проспект Октября, 151, Россия

* E-mail: gea@issp.ac.ru

Поступила в редакцию 30.03.2023
После доработки 15.05.2023
Принята к публикации 15.05.2023

Аннотация

Методами рентгенографии и сканирующей электронной микроскопии исследованы изменения структуры аморфных сплавов при деформировании методами кручения под высоким давлением, многократной прокатки и барической обработки. Показано, что при всех способах деформирования в аморфных сплавах формируются полосы сдвига, представляющие собой области более низкой плотности по сравнению с окружающей недеформированной аморфной матрицей. Полосы сдвига являются зонами повышенного свободного объема, образование полос приводит к появлению ступенек на поверхности образцов. Количество полос сдвига и морфология поверхности деформированных аморфных сплавов определяются видом деформации и физическими свойствами материала.

Ключевые слова: аморфные сплавы, деформация, полосы сдвига, свободный объем

Список литературы

  1. Perepezko J.H. Nucleation-controlled reactions and metastable structures // Prog. Mater.Sci. 2004. V. 49. P. 263–284. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(03)00028-8

  2. Mu J., Fu H., Zhu Z., Wang A., Li H., Hu Z.Q., Zhang H. Synthesis and Properties of Al–Ni–La Bulk Metallic Glass // Adv. Eng. Mater. 2009. V. 11. P. 530–532. https://doi.org/10.1002/adem.200900100

  3. Yang B.J., Yao J.H., Chao Y.S., Wang J.Q., Ma E. Developing aluminum-based bulk metallic glasses // Phil. Mag. 2010. V. 90. P. 3215–3231. https://doi.org/10.1080/14786435.2010.484401

  4. Chunchu V.J., Markandeyulu G. Magnetoimpedance studies in as quenched Fe73.5Si13.5B8CuV3−xAlNbx nanocrystalline ribbons // Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 17A321. https://doi.org/10.1063/1.4795800

  5. Maaß R., Samwer K., Arnold W., Volkert C.A. A single shear band in a metallic glass: Local core and wide soft zone // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 105. P. 171902. https://doi.org/10.1063/1.4900791

  6. Ohta M., Yoshizawa Y. Magnetic properties of nanocrystalline Fe82.65Cu1.35Si푥B16−x alloys (x = 0–7) // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. P. 062517. https://doi.org/10.1063/1.2769956

  7. Makino A., Men H., Kubota T., Yubuta K., Inoue A. New Fe-metalloids based nanocrystalline alloys with high Bs of 1.9T and excellent magnetic softness // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. P. 07A308. https://doi.org/10.1063/1.3058624

  8. Abrosimova G., Matveev D., Pershina E., Aronin A. Effect of treatment conditions on parameters of nanocrystalline structure in Al-based alloys // Mat. Lett. 2016. V. 183. P. 131–134. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.07.053

  9. Aronin A., Matveev D., Pershina E., Tkatch V., Abrosimova G. The effect of changes in Al-based amorphous phase structure on structure forming upon crystallization // J. Alloy. Compd. 2017. V. 715. P. 176–183. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.305

  10. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов / Под ред. Г. Герман. М.: Металлургия, 1986. 374 с.

  11. Meng F., Tsuchiya K., Seiichiro I.I., Yokoyama Y. Reversible transition of deformation mode by structural rejuvenation and relaxation in bulk metallic glass // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 121914. https://doi.org/10.1063/1.4753998

  12. Boltynjuk E., Gunderov D., Ubyivovk E., Monclús M., Yang L., Molina-Aldareguia J., Tyurin A., Kilmametov A., Churakova A., Churyumov A. Enhanced strain rate sensitivity of Zr-based bulk metallic glasses subjected to high pressure torsion // J. Alloys Compd. 2018. V. 747. P. 595–602. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.03.018

  13. Gunderov D., Astanin V., Churakova A., Sitdikov V., Ubyivovk E., Islamov A., Jing Tao Wang. Influence of High-Pressure Torsion and Accumulative High-Pressure Torsion on Microstructure and Properties of Zr-Based Bulk Metallic Glass Vit105 // Metals. 2020. V. 10. P. 1433. https://doi.org/10.3390/met10111433

  14. Chen Y.M., Ohkubo T., Mukai T., Hono K. Structure of shear bands in Pd40Ni40P20 bulk metallic glass // J. Mater. Res. 2009. V. 24. P. 1–9. https://doi.org/10.1557/jmr.2009.0001

  15. Greer A.L., Cheng Y.Q., Ma E. Shear bands in metallic glasses // Mater.Sci. Eng. R Reports. 2013. V. 74. P. 71–132. https://doi.org/10.1016/j.mser.2013.04.001

  16. He J., Kaban I., Mattern N., Song K., Sun B., Zhao J., Kim D.H., Eckert J., Greer A.L. Local microstructure evolution at shear bands in metallic glasses with nanoscale phase separation // Sci. Reports. 2016. V. 6. P. 25 832. https://doi.org/10.1038/srep25832

  17. Rösner H., Peterlechner M., Kübel C., Schmidt V., Wilde G. Density changes in shear bands of a metallic glass determined by correlative analytical transmission electron microscopy // Ultramicroscopy. 2014. V. 142. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2014.03.006

  18. Şopu D., Scudino S., Bian X.L., Gammer C., Eckert J. Atomic-scale origin of shear band multiplication in heterogeneous metallic glasses // Scripta Mater. 2020. V. 178. P. 57–61. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.11.006

  19. Glezer A.M., Khriplivets I.A., Sundeev R.V., Louzguine-Luzgin D.V., Pogozhev Yu.S., Rogachev S.O., Bazlov A.I., Tomchuk A.A. Quantitative characteristics of shear bands formed upon deformation in bulk amorphous Zr-based alloy // Mater. Letters. 2020. V. 281. P. 128 659. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128659

  20. Liu C., Roddatis V., Kenesei P., Maaß R. Shear-band thickness and shear-band cavities in a Zr-based metallic glass // Acta Mater. 2017. V. 140. P. 206–216. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.08.032

  21. Постнова Е.Ю., Абросимова Г.Е., Аронин А.С. Поверхность и структура аморфных сплавов после барической обработки // Поверхность. Рентгеновские, Синхротронныеи Нейтронные Исследования. 2021. Т. 21. № 11. С. 5–10. https://doi.org/10.31857/S1028096021110169

  22. Mironchuk B., Abrosimova G., Bozhko S., Pershina E., Aronin A. Correlation between phase transformation and surface morphology under severe plastic deformation of theAl87Ni8La5 amorphous alloy // J. Non-Crystal. Solids. 2022. V. 571. P. 121279. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121279

  23. Aronin A.S., Louzguine-Luzgin D.V. On nanovoids formation in shear bands of an amorphous Al-based alloy // Mechanics of Materials. 2017. V. 113. P. 19–23. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2017.07.007

  24. Lewandowski J.J., Greer A.L. Temperature rise at shear bands in metallic glasses // Nature Mater. 2006. V. 5. P. 15–18. https://doi.org/10.1038/nmat1536

  25. Csontos A.A., Shiflet G.J. Formation and chemistry of nanocrystalline phases formed during deformation in aluminum-rich metallic glasses // Nano Structured Mater. 1997. V. 9. P. 281–289. https://doi.org/10.1016/S0965-9773(97)90068-4

  26. Georgarakis K. Shear band melting and serrated flow in metallic glasses // App. Phys. Lett. 2008. V. 93. P. 031 907. https://doi.org/10.1063/1.2956666

  27. Hartley K.A., Duffy J., Hawley. R.H. Measurement of the temperature profile during shear band formation in steels deforming at high strain rates // J. Mech. Solids. 1987. V. 35. P. 283–301. https://doi.org/10.1016/0022-5096(87)90009-3

  28. Li J.G., Umemoto M., Todaka Y., Fujisaku K., Tsuchiya K. The dynamic phase transformation and formation of nanocrystalline structure in sus304 austenitic stainless steel subjected to high pressure torsion // Rev. Adv. Mater. Sci. 2008. V. 18. P. 577–582. https:// www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_71808/umemoto.pdf.

  29. Jiang W.H., Atzmon M. The effect of compression and tension on shear-band structure and nanocrystallization in amorphous Al90Fe5Gd5: a high-resolution transmission electron microscopy study // Acta Materialia. 2003. V. 51. P. 4095–4105. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00229-5

  30. Kim J.J., Choi Y., Suresh S., Argon A.S. Nanocrystallization during nanoindentation of a bulk amorphous metal alloy at room temperature // Science 2002. V. 295. P. 654–657. https://doi.org/10.1126/science.1067453

  31. Schmidt V., Rösner H., Peterlechler M., Wilde G. Quantitative Measurement of Density in a Shear Band of Metallic Glass MonitoredAlongits Propagation Direction // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115. P. 035501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.035501

  32. Абросимова Г.Е., Матвеев Д.В., Аронин А.С. Формирование наноструктур в гомогенной и гетерогенной аморфной фазе // УФН. 2022. Т. 192. № 3. С. 247–266. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.04.038974

  33. Doolittle A.K. Studies in Newtonian flow. II. The dependence of the viscosity of liquids on free-space // J. Appl. Phys. 1951. V. 22. P. 1471–1475.

  34. Haruyama O., Inoue A. Free volume kinetics during sub-structural relaxation of a bulk Pd40Ni40P20 metallic glass // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. P. 131 906. https://doi.org/10.1063/1.2189833

  35. Rätzke K., Hüppe P.W., Faupel F. Transition from Single-Jump Type to Highly Cooperative Diffusion during Structural Relaxation of a Metallic Glass // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. P. 2347–2349.

  36. Dmowski W., Iwashita T., Chuang C.P., Almer J., Egami T. Elastic Heterogeneity in Metallic Glasses // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105. P. 205502. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.205502

  37. Yavari A.R., Moulec A.L., Inoue A., Nishiyama N., Lupu N., Matsubara E., Botta W.J., Vaughan G., Michiel M.D., Kvick Å. Excess free volume in metallic glasses measured by X-ray diffraction // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 1611–1619. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.12.011

  38. Cohen M.H., Grest G.S. Liquid-glass transition, a free-volume approach // Phys. Rev. B 1979. V. 20. P. 1077.

  39. Turnbull D., Cohen M.H. Free-Volume Model of the Amorphous Phase: Glass Transition // J. Chem. Phys. 1961. V. 34. P. 120–125. https://doi.org/10.1063/1.1731549

  40. Pan J., Chen Q., Liu L., Li Y. Softening and dilatation in a single shear band // Acta Mater. 2011. V. 59. P. 5146–5158. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.04.047

  41. Greer A.L. Partially or fully devitrified alloys for mechanical properties // Mat. Sci. Eng. 2001. V. 304–306. P. 68–72. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01449-0

  42. Boucharat N., Hebert R., Rösner H., Valiev R., Wilde G. Synthesis routes for controlling the microstructure in nanostructured Al88Y7Fe5 alloys // J. All. Comp. 2007. V. 434–435. P. 252–254. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.08.128

  43. Wilde G., Rösner H. Nanocrystallization in a shear band: An in situ investigation // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. P. 251904. https://doi.org/10.1063/1.3602315

  44. Gunderov D., Astanin V. Influence of HPT Deformation on the Structure and Properties of Amorphous Alloys // Metals. 2020. V. 10. P. 415. https://doi.org/10.3390/met10030415

  45. Gunderov D.V., Churakova A.A., Astanin V.V., Asfandiyarov R.N., Hahn H., Valiev R.Z. Accumulative HPT of Zr-based bulk metallic glasses // Mater. Lett. 2020. V. 261. P. 127000. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.127000

  46. Masumoto T., Maddin R. Structural stability and mechanical properties of amorphous metals // Mater. Sci. Eng. 1975. V. 19. P. 1–24. https://doi.org/10.1016/0025-5416(75)90002-6

  47. Wang X.D., Bednarcik J., Saksi K., Franz H., Cao Q.P., Jiang A.Z. Tensile behavior of bulk metallic glasses by in situ x-ray diffraction // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. P. 081913. https://doi.org/10.1063/1.2773945

  48. Stoica M., Das J., Bednarcik J., Franz H., Mattern N., Wang W.H., Eckert J. Strain distribution in Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10 bulk metallic glass investigated by in situ tensile tests under synchrotron radiation // J. Appl. Phys. 2008. V. 104. P. 013522. https://doi.org/10.1063/1.2952034

  49. Wang X.D., Bednarcik J., Franz H., Lou H.B., He Z.H., Cao Q.P., Jiang J.A. Local strain behavior of bulk metallic glasses under tension studied by in situ x-ray diffraction // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. P. 011911. https://doi.org/10.1063/1.3064136

  50. Абросимова Г.Е., Аронин А.С., Афоникова Н.С., Кобелев Н.П. Влияние деформации на изменение структуры аморфной фазы Pd40Ni40P20 // ФТТ. 2010. Т. 52. № 9. С. 1763–1768. https://doi.org/10.1134/S1063783410090179

  51. Hebert R.J., Boucharat N., Perepezko J.H., Rösner H., Wilde G. Calorimetric and microstructural analysis of deformation induced crystallization reactions in amorphous Al88Y7Fe5 alloy // J. Alloys Compd. 2007. V. 434. P. 18–21. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.08.134

  52. Abrosimova G., Chirkova V., Pershina E., Volkov N., Sholin I. Aronin A. The Effect of Free Volume on the Crystallization of Al87Ni8Gd5 Amorphous Alloy // Metals. 2022. V. 12. P. 332. https://doi.org/10.3390/met12020332

  53. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk Nanostructured Materials from Severe Plastic Deformation // Prog. Mater. Sci. 2000. V. 45. P. 103–189. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(99)00007-9

  54. Degtyarev M.V., Chashchukhina T.I., Voronova L.M., Patselov A.M., Pilyugin V.P. Influence of the relaxation processes on the structure formation in pure metals and alloys under high-pressure torsion // Acta Mater. 2007. V. 55. P. 6039–6050. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.04.017

  55. Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications // Progress in Materials Science. 2008. V. 53. P. 893–979. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.03.002

  56. Chashchukhina T.I., Degtyarev M.V., Voronova L.M. Effect of pressure on the evolution of copper microstructure upon large plastic deformation // Physics of metals and metallography. 2010. V. 109. P. 201–209. https://doi.org/10.1134/S0031918X10020122

  57. Скрышевский А.Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. М.: Высшая школа, 1980. 328 с.

  58. Gunderov D.V., Boltynjuk E.V., Sitdikov V.D., Abrosimova G.E., Churakova A.A., Kilmametov A.R., Valiev R.Z. Free volume measurement of severely deformed Zr62Cu22Al10Fe5Dy1 bulk metallic glass // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2018. V. 1134. P. 012 010. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1134/1/012010

  59. Абросимова Г. Эволюция структуры аморфных сплавов // УФН. 2011. Т. 181. № 12. С. 1265. https://doi.org/10.3367/UFNr.0181.201112b.1265

  60. Abrosimova G., Aronin A., Budchenko A. Amorphous phase decomposition in Al–Ni–RE system alloys // Mater. Letters. 2015. V. 139. P. 194–196. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.10.076

  61. Abrosimova G., Aronin A. On decomposition of amorphous phasein metallic glasses // Rev. Adv. Mater. Sci. 2017. V. 50. № 1–2. P. 55–61. http://www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_15017/07_15017_abrosimova.pdf

  62. Abrosimova G., Gunderov D., Postnova E., Aronin A. Changes in the Structure of Amorphous Alloys under Deformation by High-Pressure Torsion and Multiple Rolling // Materials. 2023. V. 16. P. 1321. https://doi.org/10.3390/ma16031321

  63. Бойчишин Д., Ковбуз М., Герцик О., Носенко В., Котур Б. Влияние структурирования аморфных металлических сплавов Al87Y5–xGdxNi8–y (x = 0, 1, 5; y = 0, 4) на их механические свойства // ФТТ. 2013. Т. 55. № 2. С. 209–212.

  64. Microstructure and properties of Materials / Ed. J.C.M. Li. World Scientific. Singapore, 2000. 439 p.

  65. Lewandowski J.J., Wang W.H., Greer A.L. Intrinsic plasticity or brittleness of metallic glasses // Phil. Mag. Letters. 2005. V. 85. P. 77–87. https://doi.org/10.1080/09500830500080474

  66. Глезер А.М., Шурыгина Н.А. Аморфно-нанокристаллические сплавы. М., Физматлит, 2013. 452 с.

  67. Gu X.J., Poon S.J., Shiflet G.J., Widom M. Ductility improvement of amorphous steels: Roles of shear modulus and electronic structure // Acta Materialia. 2008. V. 56. P. 88–94. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.09.011

  68. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото Л. Аморфные металлы. М.: Металлургия, 1987. 328 с.

  69. Zhang Z., Keppens V., Liaw P.K., Yokoyama Y., Inoue A. Elastic properties of Zr-based bulk metallic glasses studied by resonant ultrasound spectroscopy // J. Mater. Res. 2007. V. 22. P. 364–367. https://doi.org/10.1557/jmr.2007.0040

  70. Kassner M.E., Smith K., Eliasson V. Creep in amorphous metals // J. Mater. Res. Tech. 2015. V. 4. P. 100–107. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.11.003

  71. Физические величины. Справочник / Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал