Influence of silver on glass forming ability and mechanical properties of Zr–Cu–Al alloys

• Autorzy: Błyskun P. , Cieślak G. , Kowalczyk M. , Latuch J. , Kulik T.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.4.1

Warianty tytułu

PL

Wpływ srebra na zdolność do zeszklenia i właściwości mechaniczne stopów z układu Zr–Cu–Al

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work focuses on studying the influence of silver content on the glass forming ability and the mechanical properties of the Zr48Cu36Al16 – xAgx alloys (x = 0, 2, 4, ..., 16 at. %). Rods with a diameter of 3 mm were manufactured by the copper mould casting. X-ray diffraction studies (Fig. 1) revealed that samples with 6÷14 at. % of silver content were fully amorphous. Differential scanning calorimetry (Fig. 3) allowed selecting the alloy that possessed the best glass forming ability on the basis of the supercooled liquid region width (ΔTx). The Zr48Cu36Al6Ag10 alloy exhibited ΔTx = 91 K. Mechanical properties of the alloys were characterized by means of Vickers microhardness (Fig. 5) and room temperature compression tests (Fig. 6). The highest value of microhardness was detected for the partially crystalline Zr48Cu36Al16 alloy (791 HV). However, the highest compression strength was measured for the Zr48Cu36Al12Ag6 alloy (σc = 1881 MPa). It should be noticed that a plastic strain was observed in the fully amorphous alloys. On the other hand, partially crystalline samples cracked catastrophically without any observable plastic strain. These studies revealed that the silver content increase resulted in the microhardness and the compression strength decrease. Good mechanical performance and satisfying glass forming ability of the fully amorphous alloys examined at this work seems to be promising set of properties for structural applications. However, the Zr48Cu36Al4Ag12 is the most promising one.

PL

Praca dotyczy określenia wpływu dodatku srebra na zdolność do zeszklenia i właściwości mechaniczne stopów Zr48Cu36Al16 – xAgx (x = 0, 2, 4, ..., 16% at.). Pręty o średnicy 3 mm odlewano do formy miedzianej. Badania dyfrakcyjne promieni rentgenowskich wykazały, że próbki o zawartości srebra 6÷14% at. są w pełni amorficzne. Pozostałe stopy miały zbyt małą zdolność do zeszklenia, aby ulec pełnej amorfizacji w formie o średnicy 3 mm. Różnicowa kalorymetria skaningowa pozwoliła wskazać stopy o największej zdolności do zeszklenia wyznaczanej na podstawie szerokości zakresu cieczy przechłodzonej (ΔTx). Stop Zr48Cu36Al6Ag10 cechował się największą zdolnością do zeszklenia ΔTx = 91 K. Właściwości mechaniczne stopów scharakteryzowano za pomocą pomiarów mikrotwardości i statycznej próby ściskania w temperaturze pokojowej. Największszą mikrotwardość zmierzono dla próbki częściowo krystalicznej Zr48Cu36Al16 (791 HV). Jednak największą wytrzymałość na ściskanie uzyskano dla próbki w pełni amorficznej Zr48Cu36Al12Ag6 (σc = 1881 MPa). Należy podkreślić, że dla wszystkich próbek amorficznych odnotowano pewien zakres odkształcenia plastycznego. Natomiast wszystkie próbki częściowo krystaliczne pękały katastroficznie bez odkształcenia plastycznego. Badania wykazały, że wzrost zawartości srebra powoduje zmniejszenie zarówno mikrotwardości, jak i wytrzymałości na ściskanie, ale w pewnym zakresie (6÷15% at.) wyraźnie poprawia zdolność do zeszklenia. Dobre właściwości mechaniczne i zadowalająca zdolność do zeszklenia stopów w pełni amorficznych, badanych w tej pracy, wydają się obiecującym zestawieniem właściwości w przypadku przyszłych zastosowań konstrukcyjnych. Stop o składzie Zr48Cu36Al4Ag12 okazał się optymalnym kandydatem.

Słowa kluczowe

EN

bulk metallic glasses; Zr–Cu–Al alloys; silver addition; glass forming ability; mechanical properties

PL

masywne szkła metaliczne; stopy Zr–Cu–Al; dodatek srebra; zdolność do zeszklenia; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 4
• Strony: 154--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., fig, tab.

Twórcy

autor

Błyskun P.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw Univeristy of Technology

autor

Cieślak G.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw Univeristy of Technology

autor

Kowalczyk M.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw Univeristy of Technology

autor

Latuch J.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw Univeristy of Technology

autor

Kulik T.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw Univeristy of Technology

Bibliografia

• [1] Kim Y. C., Lee J. C., Cha P. R., Ahn J. P., Fleury E.: Enhanced glass forming ability and mechanical properties of new Cu-based bulk metallic glasses. Mater. Sci. Eng. A 437 (2006) 248÷253.
• [2] Sun Y. J., Qu D. D., Huang Y. J., Liss K.-D., Wei X. S., Xing D. W., Shen J.: Zr–Cu–Ni–Al bulk metallic glasses with superhigh glass-forming ability. Acta Mater. 57 (2009) 1290÷1299.
• [3] Zhang W., Jia F., Zhang Q., Inoue A.: Effects of additional Ag on the thermal stability and glass-forming ability of Cu–Zr binary glassy alloys. Mater. Sci. Eng. A 459 (2007) 330÷336.
• [4] Mondal K., Ohkubo T., Toyama T., Nagai Y., Hasegawa M., Hono K.: The effect of nanocrystallization and free volume on the room temperature plasticity of Zr-based bulk metallic glasses. Acta Mater. 56 (2008) 5329÷5339.
• [5] Shen Y., Zheng G. P.: Modelling of shear band multiplication and interaction in metallic glass matrix composites. Scripta Mater. 63 (2010) 181÷184.
• [6] Brothers A. H., Dunand D. C.: Porous and foamed amorphous metals. MRS Bull. 32 (2007) 639÷643.
• [7] Guo S. F., Liu Z., Chan K. C., Chen W., Zhang H. J., Wang J. F., Yu P.: A plastic Ni-free Zr-based bulk metallic glass with high specific strength and good corrosion properties in simulated body fluid. Mater. Lett. 84 (2012) 81÷84.
• [8] Liu L., Qiu C. L., Huang C. Y., Yu Y., Huang H., Zhang S. M.: Biocompatibility of Ni-free Zr-based bulk metallic glasses. Intermetallics 17 (2009) 235÷240.
• [9] Inoue A.: Bulk amorphous alloys. Trans Tech Publications, Zurich (1998) 1÷116.
• [10] Zhang G. Q., Jiang Q. K., Chen L. Y., Shao M., Liu J. F., Jiang J. Z.: Synthesis of centimeter-size Ag-doped Zr–Cu–Al metallic glasses with large plasticity. J. Alloys Compd. 424 (2006) 176÷178.
• [11] Inoue A., Nishiyama N.: New bulk metallic glasses for applications as magnetic-sensing, chemical, and structural materials. MRS Bull. 32 (2007) 651÷658.
• [12] Louzguine-Luzgin D. V., Xie G., Zhang W., Inoue A.: Devitrification behavior and glass-forming ability of Cu–Zr–Ag alloys. Mater. Sci. Eng. A 465 (2007) 146÷152.
• [13] Louzguine-Luzgin D. V., Xie G., Li S., Zhang Q., Zhang W., Suryanarayana C., Inoue A.: Glass-forming ability and differences in the crystallization behaviour of ribbons and rods of Cu36Zr48Al8Ag8 bulk glass-forming alloy. J. Mater. Res. 24 (2009) 1886÷1895.
• [14] Wang X., Cao Q. P., Chen Y. M., Hono K., Zhong C., Jiang Q. K., Nie X. P., Chen L. Y., Wang X. D., Jiang J. Z.: A plastic Zr–Cu–Ag–Al bulk metallic glass. Acta Mater. 59 (2011) 1037÷1047.
• [15] Jiang Q. K., Wang X. D., Nie X. P., Zhang G. Q., Ma H., Fecht H. J., Bendnarcik J., Franz H., Liu Y. G., Cao Q. P., Jiang J. Z.: Zr–(Cu, Ag)–Al bulk metallic glasses. Acta Mater. 56 (2008) 1785÷1796.
• [16] Zhang W., Zhang Q., Qin C., Inoue A.: Synthesis and properties of Cu–Zr–Ag–Al glassy alloys with high glass-forming ability. Mater. Sci. Eng. B 148 (2008) 92÷96.
• [17] Inoue A., Zhang W., Zhang T., Kurosaka K.: High-strength Cu-based bulk glassy alloys in Cu–Zr–Ti and Cu–Hf–Ti ternary systems. Acta Mater. 49 (2001) 2645÷2652.
• [18] Liu Y., Blandin J. J., Suery M., Kapelski G.: Effect of cooling rate on the microstructure and microhardness of the CuZrAgAl alloy. Mater. Charact. 70 (2012) 8÷13.
• [19] Zhang Q., Zhang W., Inoue A.: New Cu–Zr-based bulk metallic glasses with large diameters of up to 1.5 cm. Scripta Mater. 55 (2006) 711÷713.
• [20] Schuh C., Nieh T.: A nanoindentation study of serrated flow in bulk metallic glasses. Acta Mater. 51 (2003) 87÷99.
• [21] Inoue A., Zhang W., Zhang T., Kurosaka K.: High-strength Cu-based bulk glassy alloys in Cu–Zr–Ti and Cu–Hf–Ti ternary systems. Acta Mater. 49 (2001) 2645÷2652.
• [22] Panga J. J., Tana M. J., Liew K. M.: On valence electron density, energy dissipation and plasticity of bulk metallic glasses. J. All. Compd. 577S (2013) S56÷S65.
• [23] Lee S. W., Huh M. Y., Fleury E., Lee J. C.: Crystallization-induced plasticity of Cu–Zr containing bulk amorphous alloys. Acta Mater. 54 (2006) 349÷355.