مورفولوژی سطح شکست و ارتباط آن با چقرمگی/انعطاف پذیری در شیشه فلز حجمی آلیاژ zr46(cu4.5/5.5ag1/5.5)46al8

هدف از این پژوهش بررسی رفتار شکست و پدیده‌ی تبدیل نرمی به تردی در یک شیشه‌فلز حجمی آلیاژ پایه‌ی زیرکونیم است. همچنین بهطور خاص ارتباط بین مورفولوژی‌های سطح شکست و چقرمگی و انعطاف‌پذیری بررسی شده است. به همین منظور با استفاده از فرآیند ذوب قوسی و ریخته‌گری مکشی در خلا، آلیاژ آمورف تولید و در نرخ mm/min 0.2 و دماهای 77 و 298 کلوین تحت آزمون خمش سهنقطه‌ای قرار گرفت. سطوح شکست به کمک sem مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفتند و با استفاده از مدل ناپایداری انحنای جریان، ضمن تعیین چقرمگی آلیاژ مورد مطالعه از طریق محاسبه‌ی اندازه‌ی مورفولوژی سطح شکست، ساز و کار شکست ترد و نرم بررسی شد. در ادامه، شرایط و دلایل تشکیل مورفولوژی‌های مختلف در این دو حالت به‌صورت کمّی تعیین گردید. نتایج نشان می‌دهد که آلیاژ پایه‌ی زیرکونیم علی‌رغم نرم بودن در دمای اتاق، در دماهای بسیار پایین (77 کلوین) به‌شدت ترد و بیان‌گر رفتار تبدیل نرمی به تردی است. تحت این شرایط میزان متوسط چقرمگی شکست از حدود mpa.m2.1 16 در دمای اتاق به حدود mpa.m2.1 3.5 در دمای 77 کلوین کاهش یافت. همچنین با کمک مدل ناپایداری انحنای جریان و اطلاعات سطح شکست، طول موج اعوجاج بحرانی (λc) برای این آلیاژ nm 127 محاسبه شد. درصورتی که طول موج اعوجاج اولیه (λi) کمتر از این مقدار بحرانی باشد، مشخصه‌ی سطح شکست به صورت نانو شیارهای موازی و متناوب خواهد بود. در صورتی که λi بزرگتر از مقدار بحرانی باشد شرایط برای تشکیل طرح دیمپل و طرح رگه‌ای فراهم خواهد شد.

The correlation between fracture surface morphology and toughness/ductility in Zr46(Cu4.5/5.5Ag1/5.5)46Al8 bulk metallic glass

In this research, the fracture behavior and ductile to brittle transition (DBT) phenomenon, as well as the correlation between fracture surface morphologies and ductility/toughness in a Zrbased bulk metallic glass (BMG) is investigated. The amorphous alloy was produced by arc melting pure elements and suction casting into a watercooled copper mold. Then, the three point bending test was used at two temperatures of 77 and 298 K and displacement rate of 0.2 mm/min. Fracture surfaces were observed through scanning electron microscopy after bending tests. The fracture toughness of samples is determined by measuring the size of fracture surface morphologies, and the brittle and ductile fracture mechanisms were theoretically studied by using the fluid meniscus instability model. Although the Zrbased BMG is nearly ductile at room temperature, at very low temperature (77 K) it becomes more brittle. Results show that the mean fracture toughness changes from ~16 MPa.m1/2 at 298 K to ~3.5 MPa.m1/2 at 77 K. Furthermore, the critical wavelength of meniscus instability (λc) is calculated to be 127 nm for the present alloy. According to the results, if the initial wavelength of meniscus instability (λI) is smaller than the λc, periodic nanocorrugation morphologies can be observed on the fracture surface. On the contrary, if λI is larger than λc, the dimples or veinlike patterns are more likely to be form on the fracture surface.