Oni su metalni i stakleni. Metalno staklo i način proizvodnje metalnog stakla

metalno staklo(amorfne legure, staklasti metali, metstakla)- legure metala u staklastom stanju, formirane na super brzo hlađenje topljenje metala kada je kristalizacija spriječena brzim hlađenjem (brzina hlađenja< 10 6 К/с).

Metalna stakla su metastabilni sistemi koji kristališu kada se zagreju na temperaturu od ~ 1/2 t sq. Zagrijavanje, kada se povećava mobilnost atoma, postepeno dovodi amorfnu leguru kroz niz metastabilnih stanja u stabilno kristalno stanje. Mnoge metalne naočale doživljavaju strukturnu relaksaciju već na temperaturi malo iznad sobne. Nametanje deformirajućeg naprezanja povećava difuzijsku pokretljivost i povezano strukturno preuređenje legura.

Sastav metalnih stakla najčešće se izražava formulom M 80 X 20, gdje su M prelazni (Cr, Mn, Fe, Co, Ni itd.) ili plemeniti metali, a X su polivalentni nemetali (B, C , N, Si, P, Ge, itd.), koji su elementi koji formiraju staklo.

Metalna stakla se razlikuju od kristalnih legura po odsustvu takvih strukturnih defekata kao što su praznine, dislokacije, granice zrna i po jedinstvenoj hemijskoj homogenosti: nema segregacije, cijela legura je jednofazna.

Strukturne karakteristike metalnih stakla određuju odsustvo anizotropije svojstava karakterističnih za kristale, visoku čvrstoću, otpornost na koroziju i magnetnu permeabilnost, te niske gubitke pri preokretu magnetizacije.

Fizičko-kemijska svojstva metalnih stakla značajno se razlikuju od lijevanih legura. Karakteristične karakteristike potrošačka svojstva Metalna stakla su visoke čvrstoće u kombinaciji sa velikom duktilnošću i visokom otpornošću na koroziju. Neka metalna stakla su feromagneti sa vrlo niskom koercitivnošću i visokom magnetskom permeabilnosti (npr. Fe 80 B 20), dok se druga karakterišu vrlo niska apsorpcija zvuka (legure retkih zemalja sa prelaznim metalima). Metalna stakla se široko koriste zbog svojih magnetnih i korozivnih svojstava.

Magnetno meka metalna stakla izrađuju se na bazi Fe, Co, Ni sa dodatkom 15...20% amorfnih elemenata B, C, Si, P. .6 T) i niskom koercitivnom silom (32...35 mA). /cm). Amorfna legura Co 66 Fe 4 (Mo, Si, B) 30 ima relativno nisku vrijednost magnetne indukcije (0,55 T), ali visoka mehanička svojstva (900 ... 1000 HV).

Samo stabilne amorfne legure imaju visoku otpornost na koroziju. Dakle, za proizvodnju dijelova otpornih na koroziju koriste se metalna stakla na bazi željeza i nikla, koja sadrže najmanje 3 ... 5% kroma i neke druge elemente. Kritična koncentracija hroma, koja osigurava stabilnost amorfne legure, određena je odnosom legirajućih elemenata legure i aktivnošću korozivne sredine. Otpornost metalnih stakla na koroziju smanjena je procesima koji povećavaju hemijsku heterogenost, i to:

pojava fluktuacija u hemijskom sastavu; razdvajanje originalne amorfne faze u dvije druge amorfne faze ili faze s drugom hemijski sastav;

· prelazak amorfne faze u dvo- ili višefaznu mešavinu kristala različitog hemijskog sastava;

· formiranje kristalne faze istog hemijskog sastava kao i okolna matrica.

Hlađenje?106 K/s). Brzo odvođenje topline postiže se ako je barem jedna od dimenzija uzorka koji se proizvodi dovoljno mala (folija, traka, žica). Spljoštavanjem kapi taline između ohlađenih nakovnja dobija se folija širine 15–25 mm i debljine 40–70 µm, a hlađenjem na rotirajućem bubnju (disku) ili kotrljanjem mlaza između dva valjaka traka 3–6. mm širine i 40–100 µm debljine. Ceđenjem taline u ohlađeni može se napraviti M. s. u obliku žice.

Sastav MS: = 80% prelaznih (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr, itd.) ili plemenitih metala i cca. 20% polivalentnih nemetala (B, C, N, Si, P, Ge, itd.), koji igraju ulogu stakloformirajućih elemenata. Primjeri su binarne legure (Au81Si19, Pd81Si19 i Fe80B20) i pseudobinarne legure koje se sastoje od 3-5 ili više komponenti. MS - metastabilni sistemi, kristaliziraju se kada se zagrije na temperaturu od cca. 1/2 temperature topljenja.

M. uči sa. omogućava vam da istražite prirodu metala., Magnet. i druge St. TV. tel. Visoka (približava se teoretskoj granici za kristale) u kombinaciji sa visokom duktilnošću i visokom otpornošću na koroziju čini M. s. obećavajući elementi za jačanje materijala i proizvoda. Neki M. s. (npr. Fe80B20) - feromagneti sa vrlo malom koercitivnom silom i visokom magnetskom permeabilnosti, što određuje njihovu upotrebu kao mekih magnetnih materijala. Druga važna klasa amorfnih magn. materijali - legure retkih zemalja sa prelaznim metalima. Upotreba električne energije je obećavajuća. i akustični sv-in M. s. (visok i slabo temperaturno ovisan električni otpor, slab zvuk).

Fizički enciklopedijski rječnik. - M.: Sovjetska enciklopedija. . 1983 .

METAL GLASS

(metglass) - sorta amorfni metali, amorfne legure sa metalom. tipa provodljivosti, to-rye nemaju dalekosežni poredak u prostoru, raspored atoma i karakteriše ih makroskopski. koeficijent smična viskoznost Pa. Izrađuju se u obliku filmova, traka i žica uz pomoć specijalnih. tech. metode (gašenje iz rastopa pri tipičnim brzinama hlađenja od ~10 V K/s, termičko raspršivanje ili u vakuumu na ohlađenu podlogu, itd.), koje dovode do brzog skrućivanja legiranih komponenti u relativno uskom temperaturnom opsegu od oko t. . temperatura prelaska stakla T g .

Gospođa. imaju jedinstvenu kombinaciju visoke mehan., magn., električne. i svojstva korozije.

Gospođa. izuzetno čvrste i visoke čvrstoće; npr. s at za M. s. Fe 80 B 20 dostiže 3,6-10 ° N / m 2 (370 kgf / mm 2), što daleko premašuje vrijednost s at najbolji čelici; iz tog razloga, M. s. koristi se za armiranje u kompozitima. materijali (kompoziti).

By magn. svojstva M. sa. dijele se u dvije tehnološki važne klase. Gospođa. klasa "feromagnetni prelazni metal (Fe, Co, Ni, u količini 75-85%) - nemetal (B, C, Si, P - 15-25%)" su mekih magnetnih materijala sa malo koercitivna sila N sa zbog odsustva magn.-kristala. anizotropija (makroskopska magnetna anizotropija zbog nenulte magnetostrikcije ekst. ili lok. naponi, koji se mogu smanjiti tokom žarenja, kao i indukovana anizotropija u rasporedu susednih atoma). magnetna atomska struktura main takvi sistemi se mogu predstaviti kao skup paralelno orijentisanih lokalizovanih magneta. trenuci u odsustvu emitovanja. periodičnosti u njihovim prostorima, smještaju, a zahvaljujući efektima lokalnog okruženja magnetno. joni mogu varirati u veličini (vidi amorfni magneti). Gospođa. ove klase imaju gotovo pravougaonu petlju histereza magnetna sa visokom vrijednošću indukcije zasićenja B s , što u kombinaciji sa visokim otkucajima. električni otpor r i, posljedično, mali gubici na čini M. s. u poređenju sa elektrotehnikom. čelici poželjniji kada se koriste, na primjer, u transformatorima.

Uporedne karakteristike neki kristalni. i strane amorfne magnetno meke legure (kao i jedna od domovina. M. str. 94 ZhSR - A na bazi željeza) prikazane su u tabeli.

Gospođa. klasa „rijetkozemni element – ​​prelazni d- metal", obično pripremljen u obliku filmova uz pomoć katodnog raspršivanja, u nekim slučajevima (Gd - Co, Gd - Fe) otkrivaju kolinearnu feromagnetnu strukturu sa svojstvima koja obećavaju za stvaranje uređaja sa memorijom na cilindrični magnetni domeni(CMD), na primjer magnetizacija niske zasićenosti M s i visoka anizotropija okomita na ravan filma. U većini drugih slučajeva, jak lokalni pojedinačni jon sa slučajnom raspodjelom osi lake magnetizacije, koji je svojstven ionima rijetkih zemalja s orbitalnim uglom momentom koji nije nula, obično dovodi do M. s. ovu klasu do hao-tiča. struktura nekolinearnog tipa spin staklo.

Uporedne karakteristike nekih magnetno mekih kristalnih i amorfnih legura (na 300 K).

* T c je temperatura prijelaza u paramagnetno stanje ( Curie point).

** Metglass - registrovan zaštitni znak Allied Chemical Corporation.

Od električne svojstva M. sa. naib, značajna količina preostalog elektriciteta. otpor (obično 2-4 puta veći od kristalnih analoga) i niska vrijednost temperaturnog koeficijenta. otpornost (izvan temperaturnog opsega procesa strukturne relaksacije i kristalizacije).

Red M. s. klasa "prijelazni metal - nemetal" sa dodatkom Cr i P otkriva isključenje, otpornost na koroziju u agresivnim sredinama, koja prelazi nekoliko. otpornost reda veličine nehrđajućih čelika. Poremećaj atomske strukture M. s. je također razlog visoke otpornosti njihovih svojstava na zračenje.

Amorfna struktura MS, budući da je metastabilna, ima veoma dug životni vek. Na primjer, procjene vremenskog intervala rada, određenog početkom procesa kristalizacije, daju jednu od najmanje stabilnih M. s.oc. 550 godina na 175 0 C i 25 godina na 200 0 C.

Posebnost fizičke svojstva M. sa. je posledica amorfne prirode njihove strukture (njegove hemijske homogenosti, odsustva granica zrna i linearnih defekata tipa dislokacije). Na rendgenskim, elektronskim i neutronskim gramima M. s. ima ih nekoliko difuzni oreoli, koji se opisuju pomoću funkcije radijalne distribucije atoma (FRRA), gdje je p (r) prosječna atomska udaljenost G od slučajnog atoma izabranog kao ishodište (Sl.). FRRA ne daje potpune informacije o rasporedu atoma u trodimenzionalnom prostoru, ali u kombinaciji s drugim metodama (proučavanje fine strukture spektra apsorpcije rendgenskih zraka, anihilacija pozitrona, itd.) omogućava odabir oni strukturni modeli M. s.,

Normalizirana funkcija radijalne distribucije atoma je prosječna atomska gustoća tvari) za amorfno željezo.

koji se najbolje uklapaju u eksperimente. podaci. Sličnost FRRA za amorfna i tečna stanja, posebno u velikim i usp. udaljenosti, koje je u početku dopušteno koristiti za jednoatomne M. s. model nasumično zbijenog pakovanja tvrdih sfera, koji je predložio J. D. Bernal (J. D. Bernal) za jednoatomske tečnosti, a za M. s. tip "metal - nemetal" - modifikacija ovog modela, prema kojoj mali atomi nemetala ispunjavaju velike praznine ("rupe" Bernala) u nasumično gustom pakiranju atoma metala i ne koegzistiraju jedni s drugima. Međutim, podaci o difrakciji eksperimenti (npr. cijepanje drugog FRRA pika, kojeg nema u tečnim metalima) govori o postojanju u M. str. atomski poredak kratkog dometa. termodinamički proračuni. stabilnost atomskih mikroklastera i strukturni faktor za M. s. ukazuju na preferenciju za njih modela poretka kratkog dometa, u kojem je glavni. element strukture je ikosaedar - pravilni dvadesetedar, koji se dobija pakovanjem 12 blago iskrivljenih tetraedara i ima 12 vrhova sa 5 konvergentnih ivica, kroz koje se može povući 6 osi simetrije petog reda.

Iako je ikosaedar ne može biti element izgradnje kristala, jer je nemoguće gusto ispuniti trodimenzionalno periodičnom. prevodi ikosaedra bez pojave nedosljednosti u strukturi, jak argument u korist ikosaedra. poredak kratkog dometa u M. s. je također nedavno otkriće u leguri Al 86 MnI 4 fundamentalno novog tipa atomske strukture čvrstih tijela - kvazikristalne. strukture sa ikosaedarskim dugog dometa (vidi kvazikristal). Kao i M. s., kvazikristali se dobijaju brzim gašenjem iz taline / yatt. izgled pepelom prekrivenih kompozicija u sistemima

Xf_Fe), ali, za razliku od M. s., daju koherentne Braggove refleksije na rendgenskim uzorcima koji odgovaraju simetriji petog ili čak desetog reda. Some-ryeM. od. (npr. Pd 60 U 20 Si 20 ) nakon žarenja prelaze u kvazikristalne. stanje, un-ruzhiva time blisko genetski. povezanost strukturnog stanja M. sa. i kvazikristalni. države.

Lit-1) Petrovsky G. A., Amorfni magneti, "UFN", "1981, v. 134, str. 305; 2) Lyuborsky F. V., Izgledi za upotrebu amorfnih legura u magnetnim uređajima, u knjizi Magnetizam amorfnih sistema, prevedeno sa Engleski, M., II)Sl; 3) Handrich K., Kobe S., Amorfni fero- i ferimagneti, preveden s njemačkog, M., 1982; 4) Kraposhin VS, Linetsky Ya. L., Fizička svojstva metali i legure u amorfnom stanju, u: Itogi Nauki i Tekhniki. Nauka o metalu · termička obrada, v. 16, M., 1982; 5) Metalna stakla, traka. sa engleskog, M., 1984; 6) Amorfne metalne legure izd. F. Luborsky, L.-, 1983; 7) Amorfne legure, M., 1984; 8) Preobrazhensky A. A., Bishard E. G., Magnetic Materials i, 3. izdanje, M 1986; 9) Ichikawa, T., Studija elektronske difrakcije lokalnog atomskog rasporeda u filmovima amorfnog gvožđa i nikla, "Phys. Stat. Sol. (a)", 1973, v. 19, N, 2, str. 707; 10) Polk D. E. Struktura staklastih metalnih legura, "Acta Metall.", 1972, v. M, br. 4-485; 11) Sachdev S., Nelson D. R., Order m metallic glasses and icosaedral crystals, "Phys. Rev. B", 1985, v. 32, br. 7-4592" 12) Shechtman D. et al., Metalna faza sa dalekosežnim orijentacionim redom i bez translacione simetrije, "Phys. Rev. Lett.", 1984, v. 53, M 20, str. 1951; 13) Levine D., Steinhardt P. J., Kvazikristali. 1-2, "Phys. Rev. B", 1986 v. 34, MJ 2, str. 596; 14) Nelson D. R., Kvazikristali preveden sa engleskog, "U svijetu nauke", 1986, br. 10, str. 19; 15) Po-o h S J., Drehman AJ, Lawless KR, Staklena u ikosaedarska fazna transformacija u legurama Pd - U - Si, "Phys. Rev Lett", 1985, v. 55, Mi 21, str. 2324. M. V. Medvedev.

Fizička enciklopedija. U 5 tomova. - M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1988 .

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

staklo od metalne legure

Uvod

1. Metalne čaše

2. Sastav, struktura, svojstva

3. Mehanička svojstva metalnih stakla

4. Obim

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Čvrstoća i plastičnost su aktuelna područja istraživanja u mehanici loma. Ova područja mehanike čvrstog materijala intenzivno se razvijaju u velikoj mjeri zbog sve većih zahtjeva industrije, zbog čega je uloga novih materijala i tehnologija svake godine sve veća. Njihov razvoj, dobijanje i proučavanje svojstava objektivna je nužnost razvoja ljudskog društva.

Otkriće elektroplastičnog efekta na metale dovelo je do dubljeg razumijevanja mehanizma plastične deformacije. Postalo je moguće kontrolirati mehanička svojstva metalnih materijala.

U eksperimentima s impulsnom strujom pronađeno je povećanje plastičnosti i smanjenje lomljivosti metala. Električna struja također uzrokuje povećanje brzine opuštanja naprezanja u metalu i ispostavlja se kao pogodan tehnološki faktor za ublažavanje unutrašnjih naprezanja. Elektroplastični efekat linearno zavisi od gustine struje, najizraženiji je kod impulsne struje, a izostaje kod naizmenične struje.

Očigledna je svrsishodnost proširenja upotrebe elektroplastičnog efekta, jer njegova upotreba smanjuje troškove energije, a time i ekonomske. Konkretno, u industriji se različiti materijali široko koriste u električnim poljima, zbog čega se mijenjaju njihove mehaničke karakteristike.

Fizička svojstva metalnih stakla (visoka čvrstoća u kombinaciji sa plastičnošću, visoka tvrdoća, otpornost na koroziju, otpornost na habanje i električna otpornost, itd.) određena su ne samo hemijskim sastavom, već i strukturnim stanjem ovih materijala.

Masovna upotreba amorfnih metalnih legura koje djeluju u električnim poljima postavlja problem proučavanja njihovih mehaničkih svojstava pod djelovanjem impulsne električne struje.

1. Metalne čaše

Staklasti metali, metstakla, metalik. Legure u staklastom stanju nastale tokom ultrabrzog hlađenja taline metala (brzina hlađenja 106 K/s). Brzo odvođenje topline postiže se ako je barem jedna od dimenzija uzorka koji se proizvodi dovoljno mala (folija, traka, žica). Spljoštavanjem kapi taline između ohlađenih nakovnja dobija se folija širine 15–25 mm i debljine 40–70 mikrona, a hlađenjem na rotirajućem bubnju (disku) ili kotrljanjem mlaza između dva valjaka, dobije se traka širine 3–6 mm i debljine 40–100 mm. Ekstrudiranjem taline u ohlađenu tečnost mogu se napraviti u obliku žice.

Proučavanje metalnih stakla omogućava istraživanje prirode metalnih, magnetskih i drugih svojstava čvrstih tijela.

Visoka čvrstoća (približava se teoretskoj granici za kristale) u kombinaciji sa visokom duktilnošću i visokom otpornošću na koroziju čini metalna stakla obećavajućim elementima za ojačavanje materijala i proizvoda.

Neka metalna stakla, kao što je Fe80B20, su feromagneti sa vrlo niskom koercitivnom silom i visokom magnetnom permeabilnosti, što određuje njihovu upotrebu kao mekih magnetnih materijala. Druga važna klasa amorfnih magnetnih materijala su legure rijetkih zemalja s prijelaznim metalima. Obećavajuća je upotreba električnih i akustičkih svojstava metalnih stakla (visoke i slabo zavisne od temperature, struje, otpora, slabe apsorpcije zvuka).

Devedesetih godina, na bazi široko rasprostranjenih metala: magnezijuma, titana, bakra, gvožđa, dobijena su masivna metalna stakla (OMG) veličine > 1 mm u svakoj od 3 prostorne dimenzije (slika 1). u binarnim, ternarnim, kvartarnim i višekomponentnim legurama.

Rice. 1. Uzorci odljevaka od masivnog metalnog stakla (optička slika)

Statistička analiza dostupnih informacija o OMS pokazala je povećanje njihove sposobnosti stvaranja stakla od binarnih prema ternarnim i kvaternarnim legurama.

2. sastav,struktura, svojstva

Sastav metalnih stakla je 80% prelaznih (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr, itd.) ili plemenitih metala i oko 20% polivalentnih nemetala (B, C, N, Si, P, Ge itd.), igrajući ulogu stakloformirajućih elemenata. Primjeri su binarne legure Au81Si19, Pd81Si19 i Fe80B20) i pseudobinarne legure koje se sastoje od 3-5 ili više komponenti. Metalna stakla su metastabilni sistemi koji kristališu kada se zagreju na temperaturu jednaku ½ tačke topljenja.

Atomska struktura stakla, koja pokazuje odsustvo reda dugog dometa u rasporedu atoma (slika 2), određuje njihova svojstva, posebno mehanička. U pogledu čvrstoće i specifične čvrstoće, značajno nadmašuju odgovarajuće kristalne legure zbog nemogućnosti korištenja mehanizama akomodativne deformacije tipa dislokacije ili blizanaca. Uslovna granica popuštanja rasutih metalnih stakla dostiže ~2 GPa za masivna metalna stakla na bazi Cu, Ti i Zr, ~3 GPa za Ni, ~4 GPa za Fe, ~5 GPa za Fe i Co i 6 GPa za kobalt legure. Struktura metalnog stakla takođe obezbeđuje elastičnu deformaciju do 2%, što u kombinaciji sa visokom granom tečenja dovodi do velikih vrednosti pohranjene energije elastične deformacije (indikatori yy2/E i yy2/cE, gde je yy, c i E su granica tečenja, gustina i Youngov modul, respektivno). Treba napomenuti da nedavna istraživanja ukazuju na prisustvo atomskih klastera u velikim metalnim staklima.

Rice. 2. Slika transmisione elektronske mikroskopije visoka definicija i uzorci difrakcije odabranog submikroskopskog (SAED) i nano-veličine (NBD) regije. Primetno je odsustvo reda dugog dometa u rasporedu atoma. Veličina područja raspršenja je konvencionalno prikazana kružićima. (U Rusiji proučavanje strukture provode, posebno, A.S. Aronin i G.E. Abrosimova)

Volumetrijska metalna stakla imaju ne samo visoku čvrstoću, tvrdoću, otpornost na habanje i velike vrijednosti elastična deformacija prije početka plastične deformacije, ali i visoka otpornost na koroziju, uključujući spontanu pasivizaciju u nekim rješenjima. Visoka tvrdoća, otpornost na habanje, kvalitet površine masivnih metalnih stakala, kao i fluidnost pri zagrevanju određuju njihovu upotrebu u mikromašinama kao prenosnih mehanizama (zupčanika), komponenti visokopreciznih mehaničkih sistema. Masivna metalna stakla na bazi željeza i kobalta sa magnetizacijom zasićenja do 1,5 T imaju rekordno niske vrijednosti koercitivne sile manje od 1 A/m i aktivno se koriste kao meki magnetni materijali. Treba napomenuti da su u Rusiji metalna stakla na bazi gvožđa i kobalta proučavali naučnici kao što su A.M. Glezer, S.D. Kaloškin i mnogi drugi. Fenomen staklastog prijelaza uočen pri prelasku iz tekućine u staklo i devitrifikacije pri zagrijavanju jedan je od najvažnijih neriješenih problema u fizici čvrstog stanja. Naime, da li su amorfna i tečna faza ista faza, samo se posmatraju na različitim temperaturama, ili postoji fazni prijelaz iz tečnog u amorfno stanje i obrnuto, i ako jeste, kakav je to fazni prijelaz? Određeni napredak je postignut korištenjem kompjuterskih simulacija, ali to još nije potpuno jasno.

Plastično strujanje u metalnim staklima javlja se u obliku visoko lokaliziranih traka smične deformacije. Kada su mehanički uvjeti takvi da se može izbjeći katastrofalna nestabilnost procesa, postoji više traka smicanja tijekom jednoosnog sabijanja, savijanja, valjanja i izvlačenja, kao i tijekom lokaliziranog utiskivanja.

Deformacije u pojedinačnim trakama su izuzetno velike. U proučavanju površinskih replika sa oštro savijenih Pd80Si20 traka primenom transmisione elektronske mikroskopije, Masumoto i Maddin su uočili smične trake širine ~200 Å Koristeći interferentnu mikroskopiju, na površini su otkriveni koraci koji su im povezani do 2000 λ, što ukazuje na posmične deformacije. u bendu. Takve trake se pojavljuju mnogo prije loma, stoga, posmična deformacija loma materijala prelazi 200 E. Sposobnost izdržavanja velikih naprezanja povezana je s odsustvom krute prostorne orijentacije veza strukture ili s činjenicom da amorfna matrica je relativno bez takvih makroskopskih defekata kao što su pore, inkluzije oksida, pojedinačni kristali, itd. Prvi objašnjava plastičnost metalnih stakla u poređenju sa drugim neorganskim staklima kao što je silicijum dioksid koji ima kovalentne veze; drugi objašnjava prisutnost više lokalizirane plastičnosti metalnih stakla u odnosu na plastičnost savijanja čeličnih limova.

Jaka lokalizirana posmična deformacija sama po sebi ukazuje na odsustvo deformacijskog stvrdnjavanja u metalnim staklima. Dalju potvrdu ovoga daju testovi kompresije koje su izvršili Pampillo i Chen na amorfnoj leguri Pd77.5Cu6Si16.5. Staklo ovog sastava je amorfizirano, što omogućava dobivanje šipki velikog promjera (~ 2 mm), koje su pogodne za tlačno ispitivanje. Uzorci su podvrgnuti kompresiji do pojave deformacijskih traka. Nakon toga su polirani kako bi se uklonile stepenice koje su formirale pruge na njihovoj površini i nakon toga ponovo utovarene.

Ispostavilo se da su se trake koje su se pojavile nakon prvog opterećenja ponovo pojavile, iako na površini nije bilo koncentratora naprezanja povezanih s kliznim stepenicama. To se ne bi dogodilo u prisustvu stvrdnjavanja traka. Oblik krivulje "naprezanje - deformacija" ukazuje na odsustvo deformacijskog očvršćavanja: napon potreban za plastično tečenje ostaje približno konstantan.

3. Mehanička svojstva metalnih stakla

Zbog odsustva deformacijskog stvrdnjavanja, deformacija stakla u režimu jednoosnog zatezanja je mehanički nestabilna, te se plastično strujanje razvija u lom. Za žice, napetost stvara katastrofalnu posmičnu nestabilnost. U slučaju traka, da bi se isključilo kidanje, manifestaciji takve nestabilnosti prethodi formiranje vrata. U ovom slučaju, vrat je teško otkriti, iako orijentacija pomaka jasno ukazuje na njegovo postojanje, a na više visoke temperature formira se razvijeniji vrat koji se lako uočava.

Za trake metalnih stakla sa konstantnim poprečnim presjekom u napetosti tipičan je kvar zbog širenja kidanja, što je karakteristično za tanke trake od materijala visoke čvrstoće. Uništavanje obično počinje u zahvatima zbog koncentracija naprezanja koje tamo postoje. Pucanje se širi slično dislokaciji vijka u ravni orijentisanoj pod uglom od ~45° u odnosu na os zatezanja i normalu na površinu vrpce. U plastičnoj zoni uz pukotinu dolazi do lokalizirane posmične deformacije, a duž deformiranog materijala dolazi do posmičnog pucanja.

U radijalno simetričnom uzorku, tendencija kidanja je eliminisana, a kvar se javlja istovremeno sa nestabilnošću na smicanje. U cijelom presjek uzorka pod uglom od 45° prema osi zatezanja, razvija se izuzetno jaka posmična traka duž koje dolazi do smicanja.

Mala glatka površina koja odgovara početnom smicanju obično se opaža na površini loma naočala. Ostatak površine je označen "šablom vena" koji je prvi uočio i opisao Leamy. Koristeći stereo skenirajuću elektronsku mikroskopiju, Leamy i saradnici su utvrdili da su vene podignute na ravnoj pozadini. Smične pukotine u obliku diska nastaju u materijalu i šire se duž trake smicanja. Tamo gdje se spajaju, materijal se razgrađuje formirajući unutrašnje vratove, što rezultira nježno zaobljenim "venama". Formiranje posmičnih pukotina u obliku diska događa se uz sudjelovanje dilatacije (ekspanzije ili kompresije) uzorka. To potvrđuje i činjenica da kada se amorfna žica rasteže u uvjetima superponiranog hidrostatskog tlaka, pukotina nastaje prvenstveno na vanjskoj periferiji posmične zone. U ovom slučaju, na površini loma dominira porodica blisko raspoređenih, približno paralelnih vena orijentiranih okomito na smjer smicanja. Kratki segmenti pukotine šire se kao spiralne komponente dislokacijske petlje, ostavljajući za sobom vene koje su analogne rubnim dislokacijskim dipolima.

Konačno uništenje žice ispitane na zamor uvijek se događa istovremeno s općim strujanjem preko preostalog dijela presjeka, kroz koji se zamorna pukotina još nije proširila. Uništavanje trake sa bazom se događa na isti način, ako je primijenjeno vlačno naprezanje približno 99% napona protoka. U slučaju nižih nivoa naprezanja, kvar se javlja pod uglom od 45°. U potonjem slučaju u središnjem dijelu presjeka neposredno prije zamorne prsline dolazi do troosno naprezanog stanja. Površina katastrofalnog loma je orijentisana pod uglom od 90° prema osi zatezanja. Makroskopski, takav prijelom je krh. U ovom slučaju zamorna pukotina se širi od mjesta nastanka preko površine, koja je polukrug. Nakon toga slijedi brzo uništavanje. Površina loma, orijentisana pod uglom od 90° u odnosu na os zatezanja, karakteriše klasična „ševron” šara u obliku slova V, čije su linije orijentisane prema mestu nastanka pukotine. Pri detaljnijem pregledu površine loma, ševroni imaju pilasti oblik sa površinama koje se nalaze koso u odnosu na os zatezanja. Detaljno proučavanje ovih površina pokazalo je da su prekrivene finom mrežom ravnopravnog uzorka "nalik na venu". To ukazuje da čak i pod makroskopskim uvjetima ravne deformacije dolazi do lokalnog loma posmičnom putanjom.

4. Obim

Interes za metalna stakla pokrenuta je, prije svega, mogućnostima njihove primjene u tehnologiji, na osnovu neobičnih svojstava ovih materijala.

Mehanička svojstva metalnih stakla omogućavaju da se koriste kao navoji za ojačanje kompozitnih materijala koristi se u građevinarstvu, aeronautici i sportu, kao i za armiranje betona i sličnih materijala. Jake trake se mogu koristiti kao namotaji za ojačanje posuda pod pritiskom ili za izradu velikih zamašnjaka koji se koriste za skladištenje energije. Visoka tvrdoća i nedostatak granica zrna omogućavaju odlične rezne ivice, posebno za žiletove. Neke vrste opruga od metalnih stakla mogu naći primenu.

Magnetna svojstva metalnih stakla otvaraju mogućnost njihove upotrebe kao materijala za jezgra induktivnih komponenti. elektronska kola, u energetskim transformatorima, gdje mogu zamijeniti konvencionalne legure Fe-Si orijentisane na zrno, i u motorima, kao meki magnetni materijali za magnetnu zaštitu, kao magnetne glave za snimanje, senzori, mehanički filteri uzbuđivača i linije za kašnjenje.

Zbog svojih električnih svojstava, metalna stakla se mogu koristiti, na primjer, kao otporni termometri i grijači na niskim temperaturama i precizni otpornici sa nultim temperaturnim koeficijentom otpora. Superprovodne metalne staklene trake su neosjetljive na oštećenja od zračenja i stoga mogu biti poželjnije za primjene fuzije.

Dobra otpornost na koroziju čini ih vrlo vrijednim za hemiju, hirurgiju, biomedicinu. Međutim, za takve aplikacije, opšti slučaj metalne čaše ne bi trebalo da imaju oblik trake, već neki drugi oblik.

Moguće su i druge primjene metalnih stakla, na primjer kao folije za lemljenje, emisione katode, osigurači i skladište vodonika.

Zaključak

U početku su metalna stakla bila predmet samo naučnog interesovanja, kao novo, neobično stanje čvrste materije, a sada se intenzivno koriste u industriji.

Pojava metalnih stakla (legura s niskom kritičnom brzinom hlađenja, koja omogućava dobivanje ingota težine do 1 kg ili više u amorfnom stanju) stvorila je perspektivu njihove upotrebe kao konstrukcijskih materijala. Metalne naočare imaju i nedostatke. Imaju prilično nisku duktilnost, a također gube snagu s povećanjem brzine opterećenja. Međutim, amorfne legure se još uvijek mogu smatrati plastičnim staklima: mogu se bušiti i rezati na trake u markicama, u žicu, mogu se tkati i savijati. Mogu se koristiti za izradu pletenih mreža koje će uspješno zamijeniti armaturu u armiranobetonskim pločama, užadima, izdržljivim vlaknastim kompozitima i raznim proizvodima, čime će se uštedjeti ogromna količina metala.

Bibliografija

1. Gilman D.D., Leimi H.D. Metalne čaše. Moskva: Metalurgija. 1984. 264p.

2. Bobrov O.L., Laptev S.N. , Khonik V.A. Relaksacija naprezanja u masivnom metalnom staklu Zr52.5Ti5CU17.9Ni14.6 AII0 // FTT. 2004. T. 46. Br. 6. S. 457 - 460.

3. Kozhushka A.A., Sinani A.B. Brzina opterećenja i krhkost čvrstih materija. // FTT. 2005. T. 47. Br. 5. S. 812 - 815.

4. Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. Magnetoplastični učinak: osnovna svojstva i fizički mehanizmi // Kristalografija. 2003. T. 48. Br. 2. S. 826-854.

5. Morgunov R.B., Baskakov A.A., Trofimov I.N., Yakunin D.V. Uloga termički aktiviranih procesa u formiranju magnetski osjetljivih kompleksa točkastih defekata u monokristalima NaCl:Eu // FTT. 2003. T. 45. Br. 2. S. 257-258.

Hostirano na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Klasifikacija, označavanje, sastav, struktura, svojstva i upotreba aluminijuma, bakra i njihovih legura. Dijagrami stanja konstrukcijskih materijala. Fizička i mehanička svojstva i primjena plastike, poređenje metalnih i polimernih materijala.

tutorial, dodano 13.11.2013


Prednosti i nedostaci metalnih konstrukcija. Klasifikacija opterećenja i uticaja. Primjena i nomenklatura metalnih konstrukcija. Fizička i mehanička svojstva čelika. Proračun metalnih konstrukcija civilnih i industrijskih zgrada.

prezentacija, dodano 23.02.2015


Kratka recenzija i karakteristike čvrstih materijala. Grupe metalnih i nemetalnih čvrstih materijala. Suština, formiranje strukture i mehanička svojstva tvrdih legura. Proizvodnja i primjena neobloženih i presvučenih tvrdih legura.

sažetak, dodan 19.07.2010


Proučavanje metoda za izradu dijagrama stanja metalnih legura. Proučavanje fizičkih procesa i transformacija koje nastaju prilikom kristalizacije legura. Vrste termičke obrade. Analiza uticaja temperature na rastvorljivost hemijskih komponenti.

test, dodano 21.11.2013


Poboljšanje operativnih i tehnoloških svojstava metalnog materijala zbog legure metala. Faze metalnih legura. Dijagrami fazne ravnoteže. Stanje legura sa neograničenom rastvorljivošću komponenti u čvrstom stanju.

sažetak, dodan 31.07.2009


Koncept metalnih legura. Vrste dvostrukih legura. Proizvodi nastali tokom interakcije komponenti legure u uslovima termodinamičke ravnoteže. Dijagrami stanja binarnih legura, priroda promjene svojstava ovisno o njihovom sastavu.

test, dodano 08.12.2013


Austenitni čelici i čelici koji sadrže dušik otporni na koroziju: metode proizvodnje, tehnologija proizvodnje, topljenje, termomehanička obrada, osnovna svojstva. Metoda elektrozguranog pretapanja metalnih elektroda u vodeno hlađenom kalupu.

disertacije, dodato 19.06.2011


Glavne vrste stakla koje se koriste u mašinskoj proizvodnji staklenih cijevi. Moguće kombinacije keramičkih materijala sa odgovarajućim vrstama stakla. Obrada staklene površine. Njegovo bušenje i sečenje. Jetkanje stakla i topljenog kvarca.

sažetak, dodan 28.09.2009


Materijali za dobijanje veštačke staklene mase. Tehnologija topljenja stakla. Fizička, mehanička, termička i električna svojstva. Propustljivost plina i otplinjavanje stakla. Hemijska otpornost. Sirovine za puhanje stakla.

seminarski rad, dodan 11.07.2009


Proizvodnja metalne pjene od taline metala. Svojstva pjenastog aluminija i pjenastog nikla. Upotreba metalne pjene u mašinstvu, svemirskoj tehnici, građevinarstvu i medicini. Njihova upotreba je za smanjenje koncentracije neželjenih iona.

Metalna stakla, ili amorfne legure, dobijaju se hlađenjem taline brzinom većom od stope kristalizacije. U tom slučaju, nukleacija i rast kristalne faze postaju nemogući, a metal nakon skrućivanja ima amorfnu strukturu. velike brzine može se postići hlađenje razne metode, međutim, najčešće se koristi kaljenje iz taline na površini brzo rotirajućeg diska (Sl. 177). Ova metoda vam omogućava da dobijete traku, žicu, granule, prah.

Dobivanje amorfne strukture je u principu moguće za sve metale. Najlakše amorfno stanje se postiže u legurama Al, Pb, Sn, Cu itd. Za dobijanje metalnih stakla na bazi Ni, Co, Fe, Mn, Cr, nemetala ili polumetalnih elemenata C, P, Si, Njima se dodaju B, As, S. i drugi (amorfni elementi). Amorfne legure češće odgovaraju formuli M 80 X 20, gdje je M jedan ili više prelaznih elemenata, a X jedan ili više nemetala ili drugih amorfnih elemenata (Fe 80 P 13 C, Ni 82 P 18, Ni 80 S 20).

Rice. 177. Šema za dobijanje amorfnih legura brzim hlađenjem iz rastopa: a - izlivanje u disk; b - izlivanje između dva diska; 1 - induktor; 2 - rastopiti; 3 - lončić; 4 - disk; 5 - traka od amorfnog materijala

Amorfno stanje metala je metastabilno. Prilikom zagrijavanja, kada se povećava mobilnost atoma, teče proces kristalizacije, koji postepeno dovodi metal (legura) kroz niz metastabilnih u stabilno kristalno stanje. Mehanička, magnetska, električna i druga strukturno osjetljiva svojstva amorfnih legura značajno se razlikuju od kristalnih legura. karakteristična karakteristika amorfne legure imaju visoku granicu elastičnosti i čvrstoću tečenja bez gotovo nikakvog kaljenja.

Visoka mehanička svojstva

Amorfne legure na bazi kobalta imaju visoka mehanička svojstva.

Amorfne legure su često krte na napetost, ali relativno duktilne na savijanje i kompresiju. Može biti predmet hladno valjanje. Uspostavljena je linearna veza između granice popuštanja i tvrdoće za legure na bazi željeza i kobalta. Čvrstoća amorfnih legura je bliska teoretskoj. To je zbog, s jedne strane, visoke
vrijednost m, a s druge strane niže vrijednosti modula elastičnosti E (za 30-50%) u odnosu na kristalne legure.

Amorfne legure na bazi željeza koje sadrže najmanje 3-5% Cr imaju visoku otpornost na koroziju. Amorfne legure na bazi nikla takođe imaju dobru otpornost na koroziju. Kao meki magnetni materijali koriste se amorfne legure Fe, Co, Ni sa dodatkom 15-25% amorfnih elemenata B, C, Si, P.

Grupe amorfnih legura

Meke magnetne amorfne legure podijeljene su u tri glavne grupe:

1. amorfne legure na bazi željeza sa visokim vrijednostima magnetne indukcije i niskom koercitivnom silom (32-35 mA/cm);
2. legure gvožđe-nikl sa prosečnim vrednostima magnetne indukcije (0,75-0,8 T) i nižom koercitivnom silom od legura gvožđa (6-7 mA/cm);
3. amorfne legure na bazi kobalta, koje imaju relativno nisku indukciju zasićenja (0,55 T), ali visoka mehanička svojstva (900-1000 HV), nisku koercitivnu silu i visoku magnetnu permeabilnost. Zbog vrlo visoke električne otpornosti, amorfne legure karakteriziraju niski gubici vrtložnih struja - to je njihova glavna prednost.

Meke magnetne amorfne legure koriste se u električnoj i elektronskoj industriji (magnetna kola transformatora, jezgra, pojačala, prigušni filteri, itd.). Legure sa visokim sadržajem kobalta koriste se za izradu magnetnih štitova i magnetnih glava, pri čemu je važno imati materijal visoke otpornosti na habanje.

Opseg metalik stakla je i dalje ograničen činjenicom da se brzim hlađenjem (gašenjem) iz tekućeg stanja mogu dobiti samo u obliku tankih traka (do 60 μm) širine do 200 mm ili više ili žice sa prečnika 0,5–20 μm. Međutim, postoje široki izgledi za razvoj ove grupe materijala.

Upravo taj materijal, za koji će energija formiranja posmičnih traka biti mnogo manja od energije potrebne za njihovu transformaciju u pukotine, autori su pokušali stvoriti. Nakon što su isprobali mnoge opcije, odlučili su se na leguru paladija, fosfora, silicija i germanija, što je omogućilo dobivanje staklenih šipki promjera oko 1 mm. Uz dodatak srebra, promjer je povećan na 6 mm; Napominjemo da je veličina uzoraka ograničena činjenicom da početno taljenje zahtijeva vrlo brzo hlađenje.

“Mješanjem pet elemenata osiguravamo da materijal, kada se ohladi, “ne zna koju kristalnu strukturu da uzme, te bira amorfnu”, objašnjava Robert Ritchie, jedan od učesnika studije. Eksperimenti su pokazali da takvo metalno staklo zaista kombinuje inherentnu tvrdoću stakla sa karakterističnom otpornošću metala na pucanje.

Nije teško predvidjeti da će se u praksi novi materijal koji sadrži izuzetno skup paladij rijetko koristiti - možda za izradu zubnih ili bilo kojih drugih medicinskih implantata.

"Nažalost, još nismo utvrdili zašto naša legura ima tako atraktivne karakteristike", kaže drugi učesnik u radu, Marios Demetriou. “Ako uspijemo, možemo pokušati stvoriti jeftiniju verziju stakla na bazi bakra, željeza ili aluminija.”

Metalna stakla ili amorfni metali su nove tehnološke legure čija struktura nije kristalna, već prilično neorganizirana, s atomima u donekle slučajnom rasporedu. U tom smislu, metalna stakla su slična oksidnim staklima kao što su stakla od natrijevog vapna koja se koriste za prozore i boce.

Sa određene tačke gledišta, amorfna struktura metalnih stakla određuje dva važna svojstva. Prvo, kao i druge vrste stakla, oni prolaze kroz stakleni prijelaz u superohlađeno tečno stanje kada se zagriju. U ovom stanju, protočnost stakla može se kontrolisati na mnogo načina, stvarajući tako veliki broj mogućih oblika koji se mogu dati staklu. Na primjer, Liquidmetal Technologies je napravio palicu za golf.

Drugo, amorfna atomska struktura znači da metalno staklo nema defekte kristalne rešetke, takozvane dislokacije, koje utiču na mnoga svojstva čvrstoće većine konvencionalnih legura. Najočitija posljedica ovoga je veća tvrdoća metalnih stakla od njihovih kristalnih stakla. Osim toga, metalna stakla su manje kruta od kristalnih legura. Kombinacija visoke tvrdoće i niske krutosti daje metalnim staklima visoku elastičnost – sposobnost da akumuliraju energiju elastične deformacije i oslobode je.

Druga posljedica amorfne strukture je da su za razliku od kristalnih legura, metalna stakla oslabljena zbog deformacije. "Deformacijska dekompresija" uzrokuje koncentraciju deformacije u vrlo uskim trakama klizanja, transmisijska elektronska mikroskopija.

Metalno staklo ili prozirni metal?

razvijen na Kalifornijskom institutu za tehnologiju nova metoda proizvodnja izuzetno perspektivnih konstrukcijskih materijala - volumetrijskih metalik stakla. To su legure nekoliko metala koje nemaju kristalnu strukturu. Po tome su slični običnom staklu - otuda i naziv. Metalno staklo nastaje prilikom vrlo brzog hlađenja taline, zbog čega jednostavno nemaju vremena za kristalizaciju i zadržavanje amorfne strukture. Prvo su na ovaj način naučili kako da dobiju tanke trake od metalnih čaša koje je lakše napraviti da brzo izgube temperaturu. Volumetrijska metalna stakla su mnogo teže za proizvodnju.

Metalne čaše imaju mnoge prednosti. Kristalne rešetke običnih metala i legura uvijek sadrže određene strukturne nedostatke koji smanjuju njihova mehanička svojstva. U metalnim staklima takvih nedostataka nema i ne može biti, stoga se odlikuju posebnom tvrdoćom. Neka metalna stakla su također još bolje otporna na koroziju. od nerđajućeg čelika. Stoga stručnjaci vjeruju da ove materijale čeka svijetla budućnost.

Do sada su bulk metalna stakla imala jedan veliki nedostatak - nisku duktilnost. Dobro podnose savijanje i kompresiju, ali se lome pri istezanju. Sada su Douglas Hoffman i njegove kolege izmislili tehnologiju za proizvodnju volumetrijskih metalnih stakala na bazi legura titana, cirkonija, niobija, bakra i berilija, što dovodi do rađanja materijala koji po čvrstoći nisu inferiorni najboljim legurama titana i čelika.

Programeri vjeruju da će u početku naći primjenu u avio-industriji, a onda, kada uspiju smanjiti troškove, u drugim industrijama.

Metalno staklo kako savladati krhkost

Pod skenirajućim elektronskim mikroskopom jasno je vidljiva stepenasta struktura posmične trake.

Slične posmične trake formiraju se duž rubova pukotina, što dovodi do razaranja vrha pukotine i sprječava njen daljnji rast.

Zbog svoje amorfne strukture, metalna stakla mogu biti jaka kao čelik i duktilna kao polimernih materijala, oni su u stanju da provode električnu struju i imaju visoku otpornost na koroziju. Takvi materijali mogli bi se široko koristiti u proizvodnji medicinskih implantata i raznih elektronskih uređaja, ako ne zbog jednog neugodnog svojstva: krhkosti. Metalna stakla su općenito lomljiva i neravnomjerno odolijevaju opterećenjima od zamora, što dovodi u pitanje njihovu pouzdanost. Upotreba višekomponentnih amorfnih metala rješava ovaj problem, ali je i dalje relevantna za monolitna metalna stakla.

Kao dio nove studije. koji su zajednički sproveli naučnici iz laboratorije Berkeley i Kalifornijskog instituta za tehnologiju, pronađen je način da se poveća otpornost na zamor velikih metalnih stakla. Glomazno metalno staklo na bazi paladijuma, podvrgnuto opterećenju od zamora, pokazalo se jednako dobro kao i najbolja kompozitna metalna stakla. Njegova čvrstoća na zamor je uporediva s onom kod obično korištenih polikristalnih strukturnih metala i legura kao što su čelik, aluminij i titan.

Pod opterećenjem se na površini paladijum metalnog stakla formira posmična traka, lokalno područje značajne deformacije, koje poprima stepenasti oblik. Istovremeno se pojavljuju iste posmične trake duž rubova pukotina koje razdvajaju stepenice, što otupljuje vrhove pukotina i sprječava njihovo daljnje širenje.

Paladij se odlikuje visokim omjerom zapreminskih i smičnih modula. što prikriva lomljivost svojstvenu staklastim materijalima, budući da je formiranje višeslojnih posmičnih traka, koje sprječavaju daljnji rast pukotina, energetski povoljnije od stvaranja velikih pukotina koje dovode do brzog razaranja uzorka. Zajedno sa visokom čvrstoćom materijala na zamor, ovi mehanizmi značajno povećavaju čvrstoću na zamor rasutog metalnog stakla na bazi paladija.

Nekristalni metal ili legura, koji se obično dobija superhlađenjem rastaljene legure metodom taloženja u parnoj ili tečnoj fazi ili metodama spoljašnjeg udara.

Izvori: www.nanonewsnet.ru, tran.su, www.razgovorium.ru, www.popmech.ru, enc-dic.com

Bitka na Nevi 1240. - Bitka na Nevi 1240., bitka ruskih i švedskih trupa na obalama rijeke. Neva 15. jula 1240. Svrha...

Charybdis

U starogrčkoj mitologiji, Scila i Haribda su bile morska čudovišta. Prema Homerovoj Odiseji, Scila i Haribda...

Uzroci Prvog svetskog rata

U svetskoj istoriji postoji mnogo različitih događaja koji su promenili suštinu same istorije. U svakom periodu istorije...