En schematisk illustration av metalliskt glas med olika relaxationstillstånd beroende på kylningshastigheten. Kredit:Tohoku University
Ett team vid Tohoku University har fulländat en ny värmebehandlingsteknik med snabb uppvärmning och asymmetriska kylningsprocesser i metalliskt glas. Denna teknik gjorde det möjligt för teamet att inducera en gradient av lokal glasartad struktur, medför ett uppenbart arbetshärdande beteende.
Arbetshärdning är den process genom vilken ett material stärks genom plastisk deformation och observeras vanligtvis inte i metallglas på grund av deras inneboende slumpmässiga struktur.
Även om bulkmetallglas (BMG) har väckt stor uppmärksamhet på grund av sin höga hållfasthet, bred elastisk gräns och utmärkt termoplasticitet, en stor nackdel i termer av deras mekaniska egenskaper har varit bristen på duktilitet på grund av en inneboende arbetsmjukning vid rumstemperatur.
Dr Wookha Ryu, Biträdande professor Rui Yamada och professor Junji Saida vid Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences (FRIS) har nu framgångsrikt producerat unika Zr 60 Cu 30 Al 10 bulk metalliskt glas med ett 2D-gradientföryngringstillstånd, vilket leder till en utmärkt duktilitet och skräddarsydd härdning av en monolitisk BMG vid rumstemperatur.
"Vi har utvecklat en ny strukturkontrollteknik med asymmetrisk kryogen värmebehandling och producerat en unik glasartad struktur med 2-D-gradientföryngringstillståndet. BMG uppvisar ett skräddarsytt härdningsbeteende under hela det totala plastiska deformationsstadiet samt en utmärkt duktilitet i rummet temperatur, sa professor Saida.
En schematisk illustration av den asymmetriska snabbkylningsmetoden. Kredit:Tohoku University
Den lokala fria volymkoncentrationen relaterad till föryngringstillståndet styr skjuvbandsvinkeln och den maximala effektiva skjuvspänningen. Därav, skjuvbandsutbredning är förbjuden och bildandet av ett fullständigt skjuvplan som korsar hela provet blockeras. Genereringen av plastpåkänning åtföljs av en ökning av den kritiska skjuvspänningen, vilket resulterar i en hållbar skenbar härdning.
Teamet undersökte en skräddarsydd härdningsmekanism och etablerade en experimentell koppling mellan gradienten av föryngringstillståndet och mekaniska egenskaper i Zr-baserat metalliskt glas.
