Формирование аморфного состояния в объёмных образцах многокомпонентных сплавов на основе железа

Abstract

Методами рентгенографического анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и измерения микротвёрдости исследованы склонность к аморфизации (СА) и механические свойства ряда новых многокомпонентных сплавов на основе железа. Сплавы Fe₆₉Mn₁Mo₄Cr₂C₇P₁₀B₅Si₂ и Fe₅₅Ni₈Co₆Mo₄Cr₂V₁Al₂P₉C₆B₅Si₂ были получены в аморфном состоянии литьём в медный кокиль в форме пластинок толщиной 0,5 и 2 мм соответственно, а кристаллизация сплава Fe₅₀,₀Ni₁₉,₀Cr₆,₅Мо₁,₅V₁B₁₄,₁С₂,₅Р₄,₄Si₁ подавляется только в тонких лентах, полученных методом спиннингования расплава. Анализ СА был проведён в рамках известных термодинамических критериев, основанных на температурах перехода стеклования (Tg), начала кристаллизации (Tons) и ликвидуса (Tl). Установлено, что критические скорости охлаждения, необходимые для объёмной аморфизации первых двух сплавов, предсказываемые критерием γm=(2Tons−Tg)/Tl (1010 и 262 К/с соответственно), хорошо согласуются со значениями (3150 и 303 К/с), оценёнными по эмпирической зависимости «скорость охлаждения—толщина». Исследованные объёмные металлические стёкла на основе железа, химические составы которых могут быть сформированы с использованием исходных промышленных материалов, имеют относительно высокую прочность (до 3,5 ГПа) и представляют интерес с практической точки зрения.

Методами рентґенографічної аналізи, диференційної сканувальної калориметрії та міряння мікротвердости досліджено схильність до аморфізації (СА) та механічні властивості ряду нових багатокомпонентних стопів на основі заліза. Литтям у мідний кокіль було одержано в аморфному стані стопи Fe₆₉Mn₁Mo₄Cr₂C₇P₁₀B₅Si₂ і Fe₅₅Ni₈Co₆Mo₄Cr₂V₁Al₂P₉C₆B₅Si₂ у формі платівок товщиною у 0,5 і 2 мм відповідно, а кристалізація стопу Fe₅₀,₀Ni₁₉,₀Cr₆,₅Мо₁,₅V₁B₁₄,₁С₂,₅Р₄,₄Si₁ пригнічується тільки в тонких стрічках, одержаних методою спінінґування розтопу. Аналізу СА було проведено в межах відомих термодинамічних критеріїв, що ґрунтуються на температурах переходу склування (Tg), початку кристалізації (Tons) і ліквідусу (Tl). Встановлено, що критичні швидкості охолодження, необхідні для об’ємної аморфізації перших двох стопів, які передбачаються критерієм γm=(2Tons−Tg)/Tl (1010 і 262 К/с відповідно), добре узгоджуються із значеннями (3150 і 303 К/с), яких оцінено за емпіричною залежністю «швидкість охолодження—товщина». Досліджені об’ємні металеві стекла на основі заліза, хемічні склади яких можуть бути сформовані з використанням вихідних промислових матеріялів, мають відносно високу міцність (до 3,5 ГПа) і є цікавими з практичної точки зору.

The glass-forming ability (GFA) of a number of the new multicomponent Fe-based alloys and their mechanical properties are investigated by X-ray diffractometry, differential scanning calorimetry, and microhardness measurements. The Fe₆₉Mn₁Mo₄Cr₂C₇P₁₀B₅Si₂ and Fe₅₅Ni₈Co₆Mo₄Cr₂V₁Al₂P₉C₆B₅Si₂ alloys are obtained in amorphous state by copper mould casting in plates with thickness of 0.5 and 2 mm, respectively, while crystallization of the Fe₅₀,₀Ni₁₉,₀Cr₆,₅Мо₁,₅V₁B₁₄,₁С₂,₅Р₄,₄Si₁ alloy is suppressed only in thin ribbons produced by the melt-spinning processing. The GFA analysis is carried out in terms of the known thermodynamic criteria based on the values of temperatures of glass transition (Tg), onset crystallization (Tons), and liquidus (Tl). As found, the critical cooling rates required for bulk amorphization of first two alloys predicted by the criterion of γm=(2Tons−Tg)/Tl (1.01⋅103 and 262 K/s, respectively) are in a good agreement with those (3150 и 303 K/s) estimated from the empirical ‘cooling rate—thickness’ relation. The investigated Fe-based bulk metallic glasses, whose chemical compositions may be formed using industrial raw materials, have a relatively high strength (up to 3.5 GPa) and are of interest from an application point of view.