1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 9, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 9, стр. 821-829

Анализ условий подавления кристаллизации расплава Fe40Ni40P14B6

Е. А. Свиридова a, b, *, С. В. Васильев a, b, В. И. Ткач a

a ФГБНУ “Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина”
283114 Донецк, ул. Р. Люксембург, 72, Россия

b ФГБОУ ВО “Донбасская национальная академия строительства и архитектуры”
286123 Макеевка, ул. Державина, 2, Россия

* E-mail: ksvir@list.ru

Поступила в редакцию 01.06.2023
После доработки 13.07.2023
Принята к публикации 01.08.2023

Аннотация

В рамках формализма классической теории кристаллизации (гомогенное зарождение, линейный изотропный рост и кинетика по модели Колмогорова–Джонсона–Мэла–Аврами), оценены критические скорости охлаждения, необходимые для подавления кристаллизации расплава Fe40Ni40P14B6. Для оценок использовали расчетные изотермические диаграммы “время–температура–превращение” и интегральное уравнение Колмогорова, записанное для случая непрерывного охлаждения. Температурные зависимости скоростей зарождения и роста кристаллов рассчитывали с использованием как термодинамических и кинетических параметров, контролирующих формирование кристаллов в аморфной фазе, так и предложенной в работе трехпараметрической зависимостью коэффициента диффузии от температуры. Для различных комбинаций уравнений, описывающих зарождение и рост кристаллов, определены критические скорости охлаждения и установлены условия для корректного прогноза склонности расплава Fe40Ni40P14B6 к аморфизации.

Ключевые слова: металлические стекла, кристаллизация, зарождение и рост кристаллов, кинетика, ВТП диаграммы, критическая скорость охлаждения

Список литературы

  1. Ковнеристый Ю.К., Осипов Э.К., Трофимова Е.А. Физико-химические основы создания аморфных металлических сплавов. М.: Наука, 1983. 145 с.

  2. Uhlmann D.R. A kinetic treatment of glass formation // J. Non-Cryst. Sol. 1972. V. 7. P. 337–348.

  3. Davies H.A., Aucote J., Hull J.B. The kinetics of formation and stabilities of metallic glasses // Scr. Metallurg. 1974. V. 8. P. 1179–1189.

  4. Колмогоров А.Н. К статистической теории кристаллизации металлов // Изв. АН СССР. Сер. матем. 1937. № 3. С. 355–360.

  5. Johnson W.A., Mehl R.E. Reaction kinetics in processes of nucleation and growth // Trans. Amer. Inst. Min. Met. 1939. V. 135. P. 416–434.

  6. Avrami M. Kinetics of phase change I. General theory // J. Chem. Phys. 1939. V. 7. P. 1103–1112.

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

  8. Ramachandrarao P., Cantor B., Cahn R.W. Viscous behaviour of undercooled metallic melts // J. Non-Cryst. Sol. 1977. V. 24. P. 109–120.

  9. Anderson P.M. III, Steinberg J., Lord A.E. Jr. Continuos cooling (CT) versus isothermal transformation (TTT) diagrams in metallic alloy glasses // J. Non-Cryst. Sol. 1979. V. 34. P. 267–272.

  10. Kim Y.J., Busch R., Johnson W.L., Rulison A.J., Rhim W.K. Experimental determination of a time-temperature-transformation diagram of the undercooled Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 alloy using the containerless electrostatic levitation processing technique // J Appl. Phys. 1996. V. 68. P. 1057–1059.

  11. Kim Y.J., Bush R., Johnson W.L., Rulison A.J., Rhim W.K. Metallic glass formation in highly undercooled Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 during containerless electrostatic levitation processing // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65. P. 2136–2138.

  12. Ganorkar S., Lee S., Lee Y.-H., Ishikawa T., Lee G.W. Origin of glass forming ability of Cu-Zr alloys: A link between compositional variation and stability of liquid and glass // Phys. Rev. Mater. 2018. V. 2. P. 115606.

  13. Castellero A., Fiore G., Van Steenberge N., Battezzati L. Processing a Fe67Mo4.5Cr2.3Al2Si3C7P8.7B5.5 metallic glass: Experimental and computed TTT and CCT curves // J. Alloys Compds. 2020. V. 843. 156061.

  14. Castellero A., Battezzati L. Thermophysical parameters governing the glass formation and crystallization of CuZr // J. Non-Cryst. Sol. 2023. V. 610. 122311.

  15. Васильев С.В., Костыря С.А., Ткач В.И. Оценка склонности расплавов Fe40Ni40P14B6 и Fe48Co32P14B6 к аморфизации с использованием диаграмм время-температура-превращение // Физ. техн. выс. давл. 2023. Т. 33. № 1. С. 101–113.

  16. Shen T.D., Schwarz R.B. Bulk ferromagnetic glasses in the Fe–Ni–P–B system // Acta Mater. 2001. V. 49. P. 837–847.

  17. Li Q. Formation of ferromagnetic bulk amorphous Fe40Ni40P14B6 alloys // Mater. Lett. 2006. V. 60. P. 3113–3117.

  18. Morris D.G. Crystallization of the Metglas 2826 amorphous alloy // Acta Metallurg. 1981. V. 29. P. 1213–1220.

  19. Metglass Alloy 2826 // Alloy Digest. 1976. Nov. P. 4–5.

  20. Набережных В.П., Лимановский А.И., Ткач В.И., Кукса Л.В., Каменева В.Ю. Влияние скорости нагрева на размер зерна и кинетику кристаллизации аморфного сплава Fe40Ni40P14B6 // ФММ. 1988. Т. 66. № 1. С. 169–177.

  21. Tiwari R.S. Analysis of steady state crystal nucleation in Metglas 2826 // J. Non-Cryst. Sol. 1986. V. 83. P. 126–133.

  22. Limoge Y., Barbu A. Cinetique et mecanisme de cristallsation par decomposition eutectique d’un alliage metallique amorphe: le systeme Fe40Ni40P14B6 // Acta Metall. 1982. V. 30. № 12. P. 2233–2243.

  23. Vasiliev S.V., Kovalenko O.V., Svyrydova K.A., Limanovskii A.I., Tkatch V.I. Crystallization kinetics of the Fe40Ni40P14B6 metallic glass in an extended range of heating rates // J. Mater. Sci. 2019. V. 54. № 7. P. 5788–5801.

  24. Thompson C.V., Spaepen F. On the approximation of the free energy change on crystallization // Acta Metallurg. 1979. V. 22. № 12. P. 1855–1859.

  25. Wang Q., Wang L.-M., Ma M.Z., Binder S., Volkmann T., Herlach D.M., Wang J.S., Xue Q.G., Tian Y.J., Liu R.P. Diffusion-controlled crystal growth in deeply undercooled Zr50Cu50 melt on approaching the glass transition // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 014202.

  26. Galenko P.K., Wonneberger R., Koch S., Ankudinov V., Kharanzhevskiy E.V., Rettenmayr M. Bell-shaped “dendrite velocity-undercooling” relationship with an abrupt drop of solidification kinetics in glass forming Cu–Zr(–Ni) melts // J. Cryst. Growth. 2020. V. 532. P. 125411.

  27. Kim J.H., Kim S.G., Inoue A. In situ observation of solidification behavior in undercooled Pd–Cu–Ni–P alloy by using a confocal scanning laser microscope // Acta Mater. 2001. V. 49. P. 615–622.

  28. Fokin V.M., Abyzov A.S., Rodrigues A.M., Pompermayer R.Z., Macena G.S., Zanotto E.D., Ferreira E.B. Effect of non-stoichiometry on the crystal nucleation and growth in oxide glasses // Acta Mater. 2019. V. 180. P. 317–328.

  29. Steinberg J., Tyagi F., Lord A.E. Jr. The viscosity of molten Fe40Ni40P14B6 and Pd82Si18 // Acta Metallurg. 1981. V. 29. № 7. P. 1309–1319.

  30. Tkatch V.I., Denisenko S.N., Beloshov O.N. Direct measurements of the cooling rates in the single roller rapid solidification technique // Acta Mater. 1997. V. 45. № 7. P. 2821–2826.

  31. Tkatch V.I., Rassolov S.G., Popov V.V., Kostyrya S.A. Crystallization of glassy Fe40Ni40P14B6 alloy on heating and the melt amorphization during melt-spinning processing // J. Phys.: Conf. Ser. 2008. V. 98. P. 052011.

  32. Lin X.H., Johnson W.L. Formation of Ti–Zr–Cu–Ni bulk metallic glasses // J. Appl. Phys. 1995. V. 78. № 11. P. 6514–6519.

  33. Macfarlane D.R. Continuous cooling (CT) diagrams and critical cooling rates: a direct method of calculation using the concept of additivity // J. Non-Cryst. Sol. 1982. V. 53. P. 61–72.

  34. Ткач В.И., Крысов В.И., Каменева В.Ю., Лимановский А.И., Рассолов С.Г., Крысова С.К., Попов В.В. Изменения структуры и свойств металлического стекла Fe40Ni40P14B6 в условиях непрерывного нагрева // Конденсированные среды и межфазные границы. 2001. Т. 3. № 1. С. 46–48.

  35. Meyer A., Busch R., Schober H. Time-temperature superposition of structural relaxation in a viscous metallic liquid // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. № 24. P. 5027–5029.

  36. Yang Q., Liu H., Peng H. Crystal growth in deeply undercooled Ni50Al50: Signature of the ordering sequence at the interface // J. Chem. Phys. 2021. V. 154. P. 194503.

  37. Rozas R.E., Ankudinov V., Galenko P.K. Kinetics of rapid growth and melting of Al50Ni50 alloying crystals: phase field theory versus atomistic simulations revisited // J. Phys.: Condens. Matter. 2022. V. 34. P. 494002.

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