Structure and Properties of Mg-Cu-(Y,Ca) Bulk Metallic Glasses

• Autorzy: Babilas R. , Cesarz-Andraczke K. , Nowosielski R.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0427

Warianty tytułu

PL

Struktura i własności masywnych szkieł metalicznych Mg-Cu-(Y,Ca)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work presents preparation methods, structure characterization and mechanical properties analysis of Mg-based bulk metallic glasses in as-cast state and after crystallization process. The studies were performed on Mg₆₀Cu₃₀Y₁₀ and Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇ glassy alloys in the form of plates and rods. The X-ray diffraction investigations revealed that the tested samples with different thicknesses and shapes were amorphous. The characteristics of the fractured surfaces showed mixed fractures with the “river” and “mirror” patterns, which are characteristic for the glassy materials and some “smooth” areas. The samples of Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇ alloy presented a two-stage crystallization process, but addition of Y caused a single stage crystallization behavior. Qualitative phase analysis from the X-ray data of examined alloys annealed at 473 K enabled the identification of Mg, Mg₂Cu, Cu₂Mg and CaCu crystalline phases. The changes of compressive strength as a function of annealing temperature for studied rods were stated. The best mechanical properties including microhardness and compressive strength were obtained for the alloy with the addition of Y in as-cast state.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i wybranych własności masywnych szkieł metalicznych na osnowie magnezu. Badania przeprowadzono na próbkach w stanie wyjściowym oraz po procesie wygrzewania. Do badań wybrano dwa trójskładnikowe stopy magnezu z dodatkiem itru lub wapnia o następującym składzie chemicznym:Mg₆₀Cu₃₀Y₁₀ oraz Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇. Badania rentgenowskie potwierdziły, że analizowane próbki w postaci płytek i prętów posiadają strukturę amorficzną. Obserwacje mikroskopowe wybranych obszarów powierzchni przełomów płytek i prętów pozwoliły na wyodrębnienie stref o morfologii przełomów „gładkich” i „łuskowych”. Analiza procesu krystalizacji wykazała występowanie pojedynczego etapu krystalizacji dla szkła metalicznego Mg₆₀Cu₃₀Y₁₀ związanego z wydzielaniem się fazy Mg₂Cu oraz dwuetapowego procesu krystalizacji dla stopu Mg₃₇Cu₃₆Ca₂₇, w którym zidentyfikowano fazę Cu₂Mg i CaCu. Największą wytrzymałość na ściskanie oraz mikrotwardość uzyskano dla próbek szkła metalicznego z dodatkiem itru w stanie bezpośrednio po odlaniu.

Słowa kluczowe

EN

Mg-based alloys; bulk metallic glasses; thermal analysis; fracture analysis; mechanical properties

PL

masywne szkła metaliczne; związki magnezu; analiza termiczna; analiza pękania; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 4
• Strony: 2645--2650
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Babilas R.

• Silesian University of Technology, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Cesarz-Andraczke K.

• Silesian University of Technology, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Nowosielski R.

• Silesian University of Technology, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] J. Shian-Ching, Ch. Tseng, L. Chang, J. Chih-Ching Huang, Y. Yeh, J. Jou, Thermoplastic forming properties and microreplication ability of magnesium-based bulk metallic glass, Adv. Eng. Mater. 10, 1048-1052 (2008).
• [2] H. Ma, Q. Zhang, J. Xu, Y. Li, E. Ma, Doubling the critical size for bulk metallic glass formation in the Mg-Cu-Y ternary system, J. Mater. Research 20, 2252-2255 (2005).
• [3] A. Inoue, T. Masumoto, Mg-based amorphous alloys, Mater. Sci. Eng. A. 173, 1-8 (1993).
• [4] Y. Cheng, T. Hung, J. Huang, J. Jang, Y. Chi, P. Tsao, Y. Lee, Effects of partial replacement of Cu and Y by B in Mg-Cu-Y amorphous alloys, Intermetallics 14, 866-870 (2006).
• [5] E. S. Park, D.H. Kim, Formation of Mg-Cu-Ni-Ag-Zn-Y-Gd bulk glassy alloy by casting into cone-shaped copper mold in air atmosphere, J. Mater. Research 20, 1465-1469 (2005).
• [6] K. Laws, K. Shamlaye, J. Cao, J. Scicluna, M. Ferry, Locating new Mg-based bulk metallic glasses free of rare earth elements, J. All. Comp. 542, 105-110 (2012).
• [7] Q. Zheng, H. Ma, E. Ma, J. Xu, Mg-Cu-(Y,Nd) pseudo-ternary bulk metallic glasses: The effects of Nd on glass-forming ability and plasticity, Scripta Mater. 55, 541-544 (2006).
• [8] K. Laws, K. Shamlaye, K. Wong, B. Gun, M. Ferry, Prediction of glass-forming compositions in metallic systems: copperbased bulk metallic glasses in the Cu-Mg-Ca system, Metall. Mater. Transact. 41A, 1699-1705 (2010).
• [9] F. Guo, S. Poon, G. Shiflet, Enhanced bulk metallic glass formability by combining chemical compatibility and atomic size effects, J. Appl. Phys. 97, 013512 (2005).
• [10] F. Guo, S. Poon, X. Gu, G. Shiflet, Low-density Mg-rich metallic glasses with bending ductility, Scripta Mater. 56, 689-692 (2007).
• [11] R. Nowosielski, R. Babilas, A. Guwer, A. Gawlas-Mucha, A. Borowski, Fabrication of Mg65Cu25Y10 bulk metallic glasses, Arch. Mater. Sci. Eng. 53/2, 77-84 (2012).
• [12] R. Babilas, R. Nowosielski, W. Pilarczyk, G. Dercz, Structural, magnetic and crystallization study of Fe-based bulk metallic glasses, Diff. and Def. Data Pt.B: Solid St. Phenom. 203-204, 88-291 (2013).
• [13] R. Babilas, K. Cesarz-Andraczke, R. Nowosielski, A. Burian, Structure, properties and crystallization of Mg-Cu-Y-Zn bulk metallic glasses, J. Mater. Eng. Perform. 23/6, 2241-2246 (2014).
• [14] S. Lesz, R. Babilas, R. Nowosielski, Influence of copper addition on glass forming ability, thermal stability, structure and magnetic properties of Fe-Co-based BMGs, Diff. and Def. Data Pt.B: Solid St. Phenom. 203-204, 296-301 (2013).
• [15] R. Nowosielski, R. Babilas, S. Griner, Z. Stokłosa, Structure and soft magnetic properties of Fe72B20Si4Nb4 bulk metallic glasses, Arch. Mater. Sci. Eng. 35/1, 13-20 (2009).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.