ИЗУЧЕНИЕ ХРУПКИХ РАЗРУШЕНИЙ ОБРАЗЦОВ АМОРФНЫХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ Fe-Si-C С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ (СЭМ)

STUDY OF BRITTLE FRACTURES OF Fe-Si-C BASED AMORPHOUS RIBBON SAMPLES USING SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)

Valik Ahmadov

Associate Professor of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Tabriz Shamilov

Associate Professor of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Farhad Mammadov

Associate Professor of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Aida Isayeva

Senior Lecturer of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Ilhama Nuriyeva

Azerbaijan Medical University, Scientific Research Center, Azerbaijan, Baku

Sadaqat Musayeva

Laboratory Director of the Department of Physics and Chemistry, Azerbaijan University of Architecture and Construction, Azerbaijan, Baku

Аннотация. В данной статье с помощью фрактографического анализа, проведенного на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), исследуются хрупкие разрушения аморфных лент на основе Fe-Si-C. Наша цель - более глубокое понимание причин хрупкости и механизмов разрушения аморфных лент Fe-Si-C путем изучения структурных характеристик поверхностей разрушения. Фрактографический анализ различных образцов лент Fe-Si-C показывает, что характеристики поверхностей разрушения значительно зависят от их химического состава.

Abstract. This article investigates the brittle fractures of Fe-Si-C-based amorphous ribbons using fractographic analysis conducted with a scanning electron microscope (SEM). Our aim is to gain a deeper understanding of the causes of brittleness and the fracture mechanisms of Fe-Si-C amorphous ribbons by examining the structural characteristics of fracture surfaces. The fractographic analysis of various Fe-Si-C ribbon samples reveals that the characteristics of the fracture surfaces are significantly influenced by their chemical composition.

Ключевые слова: аморфные материалы, СЭМ-изображения, фрактография.

Keywords: amorphous materials amorphous materials, SEM images, fractography.

Введение

Аморфные материалы на основе Fe-Si-C отличаются уникальными механическими и магнитными свойствами. Эти свойства делают их особенно привлекательными для использования в сердечниках электромагнитных устройств и в преобразовании энергии. Однако хрупкость аморфных лент, то есть их склонность к хрупкому разрушению при внешних воздействиях, может ограничивать возможности их применения[1-4].

Фрактографический анализ играет важную роль в изучении хрупких разрушений. Этот метод позволяет получить информацию о причинах и механизмах разрушения путем анализа поверхности разрушения материала под микроскопом. Фрактография в сочетании со сканирующей электронной микроскопией (СЭМ) может быть использована для исследования хрупких разрушений аморфных лент на основе Fe-Si-C [5-8].

Основная цель фрактографического анализа - исследование микроструктур, трещин, пустот и других структурных особенностей на поверхности разрушения. Детализация этих особенностей помогает понять факторы, определяющие поведение аморфных материалов при разрушении [8-10].

Во время СЭМ-изображения были выявлены следующие характерные особенности хрупкого разрушения: Плоскости расщепления: Эти плоские, гладкие поверхности указывают на разрушение материала вдоль определенных кристаллографических плоскостей, что является сильным признаком хрупкого разрушения. Рисунки в виде рек: Эти следы, напоминающие текущие реки, указывают направление распространения трещин и характерны для хрупкого разрушения. Межзеренное разрушение: Если разрушение происходит вдоль границ зерен, а не через сами зерна, это часто свидетельствует о хрупкости из-за слабости границ зерен. Транскристаллитное разрушение: Это происходит, когда трещина проходит через зерна, создавая более однородный вид, что также характерно для хрупких материалов. Отсутствие пластических характеристик: В отличие от пластического разрушения, хрупкое разрушение не имеет значительных пластических деформаций, таких как вмятины или разрывы. Определение этих особенностей помогает понять механизм разрушения и свойства материала [11].

На поверхностях разрушения были продемонстрированы характерные для хрупкого разрушения особенности, такие как "речные" рисунки и плоскости расщепления. Эти характеристики свидетельствуют о быстром распространении трещин с минимальной пластической деформацией (рисунок 1). Типичное изображение поверхности разрушения аморфной ленты Fe₉₂Si₆C₂ на СЭМ подчеркивает особенности хрупкого разрушения (рисунок 1). На рисунке 1 показаны особенности, указывающие на хрупкое разрушение с минимальной пластической деформацией.

Рисунок 1. СЭМ-изображение поверхности хрупкого излома аморфной ленты состава Fe92Si6C2

Рисунок 2. СЭМ-изображение поверхности хрупкого излома аморфной ленты состава Fe93Si6C1

Аморфная лента с составом Fe₉₃Si₆C₁ демонстрирует характерные черты хрупкого разрушения, такие как грубая зернистая текстура, острые края и характерные узоры, связанные с хрупкими изломами. Эти особенности показаны на изображении поверхности излома ленты Fe₉₃Si₆C₁, выполненном с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) (рисунок 2).

Анализ поверхностей излома показал, что разрушение часто начинается в местах с внутренними дефектами, такими как поверхностные дефекты, микрополости или включения. Эти начальные области служат концентраторами напряжений, вызывая быстрое распространение трещин. В таблице 1 обобщены места начала изломов и их характеристики.

Таблица 1.

Места начала изломов и их характеристики

У образцов Fe₉₂Si₆C₂ часто наблюдаются небольшие темные области, расположенные близко к поверхности. Эти дефекты служат концентраторами напряжений и вызывают появление трещин под растягивающим напряжением, что приводит к хрупкому излому от этих мест.

У образцов Fe₉₃Si₆C₁ границы зерен и неровные края обладают острыми угловыми особенностями с небольшой пластической деформацией. Эти границы и неровные края могут служить слабыми местами, вызывающими трещины. Поверхность излома показывает характерные "речные узоры", указывающие направление распространения трещин.

Заключение

1. Фрактографический анализ показал, что хрупкие разрушения аморфных лент на основе Fe-Si-C зависят от их химического состава и технологических режимов. СЭМ-изображения поверхностей изломов показывают, что распространение микроскопических трещин и внутренние структурные дефекты являются основными факторами, снижающими сопротивление разрушению. Небольшие изменения в составе существенно влияют на распределение внутренних напряжений и стабильность микроструктуры материала.
2. Определено, что микроструктурные особенности поверхностей изломов, такие как радиальные линии и размеры пустот, образовавшихся от трещин, предоставляют ценные сведения о механической прочности аморфных лент Fe-Si-C. На основе этих особенностей анализ механизмов разрушения предоставляет полезные направления для выбора состава и процессов обработки, с целью уменьшения хрупкости и оптимизации механических свойств лент.

Данная работа выполнена при финансовой поддержке Фонда Науки Азербайджана Грант № AEF-MQM-QA-2-2023-3(45)-05/01/1-M-01