Fractographic discoveries: investigation of bulk metallic glasses fracture surfaces after static compression test

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

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.2.1

Warianty tytułu

PL

Fraktografia przełomów masywnych szkieł metalicznych po statycznej próbie ściskania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of these studies was to broaden the knowledge of bulk metallic glasses failure mechanisms. Two glass forming systems: Zr48Cu36Al16 – xAgx (x = 0, 6, 12, 16 at. %) and Cu48Zr36Ag16 – yTiy (y = 3, 5, 8 at. %) were selected for the studies. Rod shape samples with a diameter of 3 mm were produced from pure elements by the copper mould casting. X-ray diffraction allowed to determine the crystalline phase presence within the samples (Fig. 1). Both partially crystalline and fully amorphous samples were subjected to the static compression tests. The fractography of the resultant scraps was performed by the scanning electron microscopy. The studies reveal several new issues and confirm a few already known related to deformation and fracture mechanisms of metallic glasses. Authors carefully observed and insightfully discussed issues like: main fracture surface exclusiveness for vein-like patterns (Fig. 2), plastic strain implementation by the slip bands proliferation (Fig. 3), vein-like pattern development degree dependence on the fracture stress (Fig. 4), temperature rise relics presence on the main fracture surface (Fig. 5) or determining the origin of a crystalline phase just by the fracture surface observations (Fig. 6, 7). The results presented in this manuscript might be useful for future materials expertise that would potentially be done on metallic glass scraps from failed constructions.

PL

Celem pracy było poszerzenie wiedzy o mechanizmach zniszczenia masywnych szkieł metalicznych. Do badań wybrano dwa układy szkłotwórcze: Zr48Cu36Al16 – xAgx (x = 0, 6, 12, 16 at. %) i Cu48Zr36Ag16 – yTiy (y = 3, 5, 8 at. %). Z czystych pierwiastków wytworzono pręty o średnicy 3 mm metodą odlewania do formy miedzianej. Badania dyfrakcji promieni rentgenowskich pozwoliły ustalić obecność fazy krystalicznej w próbkach. Zarówno próbki częściowo krystaliczne, jak i w pełni amorficzne zostały poddane statycznej próbie ściskania w temperaturze pokojowej. Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej przeprowadzono obserwacje fraktograficzne otrzymanych przełomów. Badania te umożliwiły potwierdzenie kilku znanych zagadnień oraz odkrycie nowych zjawisk związanych z odkształcaniem i pękaniem szkieł metalicznych. Autorzy dokonali obserwacji oraz omówienia takich kwestii, jak: wyłączność głównej powierzchni pęknięcia na obecność struktury żyłowej, realizowanie odkształcenia plastycznego przez mnożenie pasm poślizgu, zależność stopnia rozwinięcia struktury żyłowej od naprężenia pękania, obecność pozostałości po wzroście temperatury na głównej powierzchni pęknięcia czy określanie pochodzenia fazy krystalicznej na podstawie obserwacji powierzchni pęknięcia. Wyniki przedstawione w pracy mogą być przydatne w przypadku przyszłych ekspertyz materiałowych wykonywanych na złomach elementów konstrukcyjnych ze szkła metalicznego.

Słowa kluczowe

EN

bulk metallic glasses; compression tests; scanning electron microscopy; fractography

PL

masywne szkła metaliczne; statyczna próba ściskania; skaningowa mikroskopia elektronowa; fraktografia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 2
• Strony: 54--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 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] Inoue A., Nishiyama N.: New bulk metallic glasses for applications as magnetic-sensing. Chemical, and Structural Materials, MRS Bull. 32 (2007) 651÷658.
• [2] Inoue A., Takeuchi A.: Recent development and application products of bulk glassy alloys. Acta Mater. 59 (2011) 2243÷2267.
• [3] 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.
• [4] 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.
• [5] Qin C. L., Zhang W., Asami K., Kimura H., Wang X. M., Inoue A.: A novel Cu-based BMG composite with high corrosion resistance and excellent mechanical properties. Acta Mater. 54 (2006) 3731÷3719.
• [6] 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.
• [7] Lund A., Schuh C.: The Mohr–Coulomb criterion from unit shear processes in metallic glass. Intermetallics 12 (2004) 1159÷1165.
• [8] Argon A.: Plastic deformation in metallic glasses. Acta Metall. 27 (1979) 47.
• [9] Greer A. L., Cheng Y. Q., Ma E.: Shear bands in metallic glasses. Mat. Sci. Eng. R 74 (2013) 71÷132.
• [10] Zhang Y., Greer A. L.: The thickness of shear bands in metallic glasses. Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 071907.
• [11] Zhang H., Maiti S., Subhash G.: Evolution of shear bands in bulk metallic glasses under dynamic loading. J. Mech. Phys. Solids 56 (2008) 2171÷2187.
• [12] Gilbert C., Ager J., Schroeder V., Ritchie R., Lloyd J., Graham J.: Light emission during fracture of a Zr–Ti–Ni–Cu–Be bulk metallic glass. Appl. Phys. Lett. 74 (25) (1999) 3809÷3811.
• [13] 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.
• [14] Xiao X., Fang S., Xia L., Li W., Hua Q., Dong Y.: Effect of strain rates on the fracture morphologies of Zr-based bulk metallic glasses. J. Non-Cryst. Solids 330 (2003) 242÷247.