Выходные данные проекта:
Тема: Прогнозирование поведения металлических стекол как перспективного функционального материала с точки зрения дислокационной концепции
Заказчик работ: Российский Фонд Фундаментальных Исследований (РФФИ)
Программа/Направление: (08) Фундаментальные основы инженерных наук
Конкурс: ( а
)
фундаментальных научных исследованийШифр проекта: 18-08-00327
Руководитель работ: Ясников Игорь Станиславович
Плановая продолжительность работ: от 2018г. до 2020г.
Объем финансирования проекта: 700 000 руб. в год
Бюджетные средства 700 000 руб. в год
Внебюджетные средства 0,0 руб.
Ключевые слова:
металлическое стекло, полоса сдвига, дислокация, метод цифровой корреляции изображений
Актуальность исследования:
Металлическое стекло (МС) – один из наиболее «молодых», быстроразвивающихся и перспективных материалов. Представляя из себя, по сути, "замороженную жидкость", МС обладает изотропной аморфной структурой, обладающей высокой коррозионной стойкостью, биосовместимостью, прочностью, твердостью, износостойкостью, формуемостью и магнитной мягкостью. В то же время наличие преимущественно металлических связей, обладающих куда большей гибкостью, чем ковалентные, обуславливает некоторую пластичность материала, сравнимую с пластичностью высокопрочных сталей. При этом, отношение предела упругости к модулю Юнга, т.е. способность аккумулировать упругую энергию очень высоко и сравнимо с полимерами. Такое сочетание свойств делает МС чрезвычайно интересным материалом как для фундаментальных исследований, так и для прикладной науки и производства. Однако, одним из главных недостатков, сдерживающих применение МС является сильная локализация деформации при комнатной температуре. Носителем деформации в данном случае являются так называемые полосы сдвига (ПС) – планарный дефект, толщина которого составляет порядка 10-100 нм. Такая сверхлокализация дестабилизирует пластическое течение материала и провоцирует раннее развитие микротрещин в полосах сдвига, что приводит к падению вязкости, пластичностии, в конечном счете, к преждевременному хрупкому разрушению. Любая успешная попытка улучшения прочностных качеств МС так или иначе приводит к изменению формирования и роста ПС, будь то подбор химического состава, микролегирование, геометрическая локализация деформации или повышение гомогенности аморфной структуры. Все вышеперечисленные методы приводят к более плотному ветвлению и взаимному пересечению укороченных ПС, препятствуя формированию магистральной полосы. Таким образом, сдвигообразование в МС – ключевой механизм, изменение которого неразрывно связано с изменением механических свойств. Именно поэтому изучение полос сдвига и закономерностей их развития является актуальной задачей, которой с момента первого упоминания в литературе занимались уже почти 50 лет как отечественные, так и зарубежные ученые (Хоник В.А., Виноградов А.Ю., Глезер А.М., Кетов С.В., Лузгин Д.В., Табачникова Е.Д., Masumoto T., Inoue A., Argon A.S., Gilman J.J., Spaepen F., Pampillo C.A., Chen H.S., Leamy H.J., Greer A.L., Maass R., Wright W.J., Dahmen K.A., Song S.X., Wilde G.., Klaumuenzer D., Hufnagel T. и многие другие). Однако, несмотря на всеобщий интерес к МС и локализации деформации в них, ясного понимания механизма ПС в аморфных сплавах до сих пор нет. Именно на изучение механизмов сдвигообразования в МС с точки зрения дислокационной концепции и направлен данный Проект.
Основные задачи проекта:
1. Провести серию статических и динамических экспериментов по исследованию эволюции полос сдвига в металлических стеклах. Полученные в этих экспериментах данные не только будут являться непосредственным подтверждением правомерности применения дислокационной концепции, но и создадут набор данных для последующего анализа с целью расширения возможностей дислокационного подхода.
2. Объяснить выявленный в пробных экспериментах скейлинг средней скорости фронта полосы сдвига и предложить на основе дислокационного подхода математическое обоснование наблюдаемого скейлинга связав его с вероятностными распределениями длин полос сдвига при их инициации и дальнейшем распространении.
3. На основе решения двух предыдущих задач предложить модель распространения полосы сдвига в металлическом стекле. Связать ранее известную термоактивируемую природу полос сдвига с дислокационной концепцией. Объединение решений поставленных задач в единое целое и последующий критический анализ позволит обозначить общность сдвиговых явлений в конденсированных средах с неупорядоченной структурой и расширить континуальный дислокационный подход на новые классы материалов и, в том числе на ряд геофизических явлений.
Основные результаты выполнения проекта:
1 этап (2018)
На основе разработанной ранее экспериментальной методики высокоскоростной микроскопической видеосъемки механических испытаний с синхронизацией видеозаписи с событиями локализованной деформации по сигналу АЭ, испускаемому этим событием проведена:
а) серия статических экспериментов по определению методом цифровой корреляции изображений деформационных полей смещения в вершине различных полос сдвига, образованных в процессе механического сжатия образцов металлического стекла;
б) серия динамических экспериментов по определению средней скорости фронта полосы сдвига при её инициации в процессе механического сжатия образцов металлического стекла.
2 этап (2019)
На основе проведенных статических экспериментов рассчитаны поля напряжений, соответствующие зарегистрированным полосам сдвига и сопоставлены рассчитанными для них теоретическими полями напряжений, соответствующим винтовой или краевой дислокации при измеренном макроскопическом векторе Бюргерса (сдвиге).
