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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 1/2019

08.11.2018

Enhanced Plasticity of Cu-Zr-Ti Bulk Metallic Glass and Its Correlation with Fragility

verfasst von: Soumen Mandal, Ansu J Kailath

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 1/2019

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Abstract

Inadequate room-temperature plasticity limits the application of bulk metallic glasses (BMGs). This study focuses on enhancing the plasticity of BMGs for widening their applications. Composition modification of Cu60Zr25Ti15 through the minor addition of Ni is the approach adopted in this study. A systematic increase in mechanical properties is observed with increasing Ni content (up to 5 at. pct), followed by a decrease thereafter. Values of yield stress (2425 MPa), fracture stress (2513 MPa), maximum stress (2725 MPa), and plastic strain (16 pct) exhibited by (Cu60Zr25Ti15)95Ni5 BMGs are higher than those reported in the literature for Cu-BMGs (high Cu content). Analysis of the glass transition region indicated that the enthalpy values of the exothermic heat flow prior to glass transition (ΔHbg) and the fragility parameter (m) are well correlated with the plasticity of the alloys. The increasing fragility parameter and exothermic enthalpy correspond to higher free volume. Therefore, high plasticity values can be attributed to the free volume modification (creation and distribution) caused by Ni addition. This free volume modification initiates shear bands and promotes their branching; consequent interactions among them increase the resistance to shear band propagation and, thereby, delay the fracture.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat J.W. Qiao, H.L. Jia, C.P. Chuang, E.W. Huang, G.Y. Wang, P.K. Liaw, Y. Ren, and Y. Zhang: Scripta Mater., 2010, vol. 63, pp. 871–74.CrossRef J.W. Qiao, H.L. Jia, C.P. Chuang, E.W. Huang, G.Y. Wang, P.K. Liaw, Y. Ren, and Y. Zhang: Scripta Mater., 2010, vol. 63, pp. 871–74.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat C.L. Qin, W. Zhang, K. Asami, H. Kimura, X.M. Wang, and A. Inoue: Acta Mater., 2006, vol. 54, pp. 3713–19.CrossRef C.L. Qin, W. Zhang, K. Asami, H. Kimura, X.M. Wang, and A. Inoue: Acta Mater., 2006, vol. 54, pp. 3713–19.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat P. Jinhong, Y. Pan, J. Wu, and H. Xiancong: Rare Met. Mater. Eng., 2014, vol. 43, pp. 32–35.CrossRef P. Jinhong, Y. Pan, J. Wu, and H. Xiancong: Rare Met. Mater. Eng., 2014, vol. 43, pp. 32–35.CrossRef
4.
Zurück zum Zitat M.L. Lee, Y. Li, and C.A. Schuh: Acta Mater., 2004, vol. 52, pp. 4121–31.CrossRef M.L. Lee, Y. Li, and C.A. Schuh: Acta Mater., 2004, vol. 52, pp. 4121–31.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat K.B. Kim, J. Das, F. Baier, M.B. Tang, W.H. Wang, and J. Eckert: Appl. Phys. Lett., 2006, vol. 88, pp. 051911–051913.CrossRef K.B. Kim, J. Das, F. Baier, M.B. Tang, W.H. Wang, and J. Eckert: Appl. Phys. Lett., 2006, vol. 88, pp. 051911–051913.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat S.W. Lee, M.Y. Huh, E. Fleury, and J.C. Lee: Acta Mater., 2006, vol. 54, pp. 349–55.CrossRef S.W. Lee, M.Y. Huh, E. Fleury, and J.C. Lee: Acta Mater., 2006, vol. 54, pp. 349–55.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat J. Pan, K.C. Chan, Q. Chen, N. Li, S.F. Guo, and L. Liu: J. Alloys Compd., 2010, vol. 504, pp. S74–S77.CrossRef J. Pan, K.C. Chan, Q. Chen, N. Li, S.F. Guo, and L. Liu: J. Alloys Compd., 2010, vol. 504, pp. S74–S77.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat J. Gu, M. Song, S. Ni, S. Guo, and Y. He: Mater. Des., 2013, vol. 47, pp. 706–10.CrossRef J. Gu, M. Song, S. Ni, S. Guo, and Y. He: Mater. Des., 2013, vol. 47, pp. 706–10.CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Y. Zhao, S. Kou, H. Suo, R. Wang, and Y. Ding: Mater. Des., 2010, vol. 31, pp. 1029–32.CrossRef Y. Zhao, S. Kou, H. Suo, R. Wang, and Y. Ding: Mater. Des., 2010, vol. 31, pp. 1029–32.CrossRef
10.
11.
Zurück zum Zitat A. Inoue, W. Zhang, T. Zhang, and K. Kurosaka: Acta Mater., 2001, vol. 49, pp. 2645–52.CrossRef A. Inoue, W. Zhang, T. Zhang, and K. Kurosaka: Acta Mater., 2001, vol. 49, pp. 2645–52.CrossRef
12.
13.
14.
Zurück zum Zitat Y. Pan, Y. Zeng, L. Jing, L. Zhang, and J. Pi: Mater. Des., 2014, vol. 55, pp. 773–77.CrossRef Y. Pan, Y. Zeng, L. Jing, L. Zhang, and J. Pi: Mater. Des., 2014, vol. 55, pp. 773–77.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat A. Caron, R. Wunderlich, D.V. Louzguine-Luzgin, G. Xie, A. Inoue, and H.-J. Fecht: Acta Mater., 2010, vol. 58, pp. 2004–13.CrossRef A. Caron, R. Wunderlich, D.V. Louzguine-Luzgin, G. Xie, A. Inoue, and H.-J. Fecht: Acta Mater., 2010, vol. 58, pp. 2004–13.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat N. Zheng, R.T. Qu, S. Pauly, M. Calin, T. Gemming, Z.F. Zhang, and J. Eckert: Appl. Phys. Lett., 2012, vol. 100, pp. 1419011–1419014. N. Zheng, R.T. Qu, S. Pauly, M. Calin, T. Gemming, Z.F. Zhang, and J. Eckert: Appl. Phys. Lett., 2012, vol. 100, pp. 1419011–1419014.
17.
Zurück zum Zitat L.Y. Chen, Z.D. Fu, G.Q. Zhang, X.P. Hao, Q.K. Jiang, X.D. Wang, Q.P. Cao, H. Franz, Y.G. Liu, H.S. Xie, and S.L. Zhang: Phys. Rev. Lett., 2008, vol. 100, pp. 0755011–0755014. L.Y. Chen, Z.D. Fu, G.Q. Zhang, X.P. Hao, Q.K. Jiang, X.D. Wang, Q.P. Cao, H. Franz, Y.G. Liu, H.S. Xie, and S.L. Zhang: Phys. Rev. Lett., 2008, vol. 100, pp. 0755011–0755014.
18.
Zurück zum Zitat Z. Liu, R. Li, G. Liu, W. Su, H. Wang, Y. Li, M. Shi, X. Luo, G. Wu, and T. Zhang: Acta Mater., 2012, vol. 60, pp. 3128–39.CrossRef Z. Liu, R. Li, G. Liu, W. Su, H. Wang, Y. Li, M. Shi, X. Luo, G. Wu, and T. Zhang: Acta Mater., 2012, vol. 60, pp. 3128–39.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Z.Y. Suo, K.Q. Qiu, Q.F. Li, Y.L. Ren, and Z.Q. Hu: Mater. Sci. Eng. A, 2010, vol. 527, pp. 2486–91.CrossRef Z.Y. Suo, K.Q. Qiu, Q.F. Li, Y.L. Ren, and Z.Q. Hu: Mater. Sci. Eng. A, 2010, vol. 527, pp. 2486–91.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat J. Wu, Y. Pan, X. Li, and X. Wang: Mater. Des., 2014, vol. 57, pp. 175–79.CrossRef J. Wu, Y. Pan, X. Li, and X. Wang: Mater. Des., 2014, vol. 57, pp. 175–79.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat J. Wu, Y. Pan, X. Li, and X. Wang: Mater. Sci. Eng. A, 2014, vol. 608, pp. 16–20.CrossRef J. Wu, Y. Pan, X. Li, and X. Wang: Mater. Sci. Eng. A, 2014, vol. 608, pp. 16–20.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat G.Z. Ma, B.A. Sun, S. Pauly, K.K. Song, U. Kühn, D. Chen, and J. Eckert: Mater. Sci. Eng. A, 2013, vol. 563, pp. 112–16.CrossRef G.Z. Ma, B.A. Sun, S. Pauly, K.K. Song, U. Kühn, D. Chen, and J. Eckert: Mater. Sci. Eng. A, 2013, vol. 563, pp. 112–16.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat W. Zhou, L.T. Kong, J.F. Li, and Y.H. Zhou: J. Mater. Sci., 2012, vol. 47, pp. 4996–5001.CrossRef W. Zhou, L.T. Kong, J.F. Li, and Y.H. Zhou: J. Mater. Sci., 2012, vol. 47, pp. 4996–5001.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Y.H. Liu, G. Wang, R.J. Wang, M.X. Pan, and W.H. Wang: Science, 2007, vol. 315, pp. 1385–88.CrossRef Y.H. Liu, G. Wang, R.J. Wang, M.X. Pan, and W.H. Wang: Science, 2007, vol. 315, pp. 1385–88.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat A. Takeuchi and A. Inoue: Mater. Trans., 2005, vol. 46, pp. 2817–29.CrossRef A. Takeuchi and A. Inoue: Mater. Trans., 2005, vol. 46, pp. 2817–29.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th ed., D.R. Lide, ed., CRC Press, Boca Raton, FL, 2003; Section 6, Fluid Properties, Enthalpy of Fusion. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th ed., D.R. Lide, ed., CRC Press, Boca Raton, FL, 2003; Section 6, Fluid Properties, Enthalpy of Fusion.
27.
Zurück zum Zitat A.J. Kailath and S. Mandal: Ind. Pat. Off. J., 2016, 2851DEL2014. A.J. Kailath and S. Mandal: Ind. Pat. Off. J., 2016, 2851DEL2014.
28.
Zurück zum Zitat J. Hu, B.A. Sun, Y. Yang, C.T. Liu, S. Pauly, Y.X. Weng, and J. Eckert: Intermetallics, 2015, vol. 66, pp. 31–39.CrossRef J. Hu, B.A. Sun, Y. Yang, C.T. Liu, S. Pauly, Y.X. Weng, and J. Eckert: Intermetallics, 2015, vol. 66, pp. 31–39.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat C.N. Kuo, H.M. Chen, X.H. Du, and J.C. Huang: Intermetallics, 2010, vol. 18, pp. 1648–52.CrossRef C.N. Kuo, H.M. Chen, X.H. Du, and J.C. Huang: Intermetallics, 2010, vol. 18, pp. 1648–52.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat S.Y. Jiang, M.Q. Jiang, L.H. Dai, and Y.G. Yao: Nano. Res. Lett., 2008, vol. 3, pp. 524–29.CrossRef S.Y. Jiang, M.Q. Jiang, L.H. Dai, and Y.G. Yao: Nano. Res. Lett., 2008, vol. 3, pp. 524–29.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat D. Klaumünzer, R. Maaß, and J.F. Löffler: J. Mater. Res., 2011, vol. 26, pp. 1453–63.CrossRef D. Klaumünzer, R. Maaß, and J.F. Löffler: J. Mater. Res., 2011, vol. 26, pp. 1453–63.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat S.X. Song, H. Bei, J. Wadsworth, and T.G. Nieh: Intermetallics, 2008, vol. 16, pp. 813–18.CrossRef S.X. Song, H. Bei, J. Wadsworth, and T.G. Nieh: Intermetallics, 2008, vol. 16, pp. 813–18.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat B.A. Sun, H.B. Yu, W. Jiao, H.Y. Bai, D.Q. Zhao, and W.H. Wang: Phys. Rev. Lett., 2010, vol. 105, pp. 0355011–03550114. B.A. Sun, H.B. Yu, W. Jiao, H.Y. Bai, D.Q. Zhao, and W.H. Wang: Phys. Rev. Lett., 2010, vol. 105, pp. 0355011–03550114.
34.
Zurück zum Zitat E.S. Park, H.J. Chang, D.H. Kim, T. Ohkubo, and K. Hono: Scripta Mater., 2006, vol. 54, pp. 1569–73.CrossRef E.S. Park, H.J. Chang, D.H. Kim, T. Ohkubo, and K. Hono: Scripta Mater., 2006, vol. 54, pp. 1569–73.CrossRef
35.
Zurück zum Zitat Y.C. Kim, J.C. Lee, D.H. Kim, and E. Fleury: U.S. Patent US7591916 B2, 2009. Y.C. Kim, J.C. Lee, D.H. Kim, and E. Fleury: U.S. Patent US7591916 B2, 2009.
36.
Zurück zum Zitat C.L. Dai, J.W. Deng, Z.X. Zhang, and J. Xu: J. Mater. Res., 2008, vol. 23, pp. 1249–57.CrossRef C.L. Dai, J.W. Deng, Z.X. Zhang, and J. Xu: J. Mater. Res., 2008, vol. 23, pp. 1249–57.CrossRef
37.
Zurück zum Zitat Z.F. Zhang, G. He, J. Eckert, and L. Schultz: Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 91, pp. 0455051–0455054. Z.F. Zhang, G. He, J. Eckert, and L. Schultz: Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 91, pp. 0455051–0455054.
38.
Zurück zum Zitat G. He, Z.F. Zhang, W. Löser, J. Eckert, and L. Schultz: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 2383–95.CrossRef G. He, Z.F. Zhang, W. Löser, J. Eckert, and L. Schultz: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 2383–95.CrossRef
39.
Zurück zum Zitat Y.F. Sun, S.K. Guan, B.C. Wei, Y.R. Wang, and C.H. Shek: Mater. Sci. Eng. A, 2005, vol. 406, pp. 57–62.CrossRef Y.F. Sun, S.K. Guan, B.C. Wei, Y.R. Wang, and C.H. Shek: Mater. Sci. Eng. A, 2005, vol. 406, pp. 57–62.CrossRef
40.
Zurück zum Zitat M. Kusy, U. Kühn, A. Concustell, A. Gebert, J. Das, J. Eckert, L. Schultz, and M.D. Baro: Intermetallics, 2006, vol. 14, pp. 982–86.CrossRef M. Kusy, U. Kühn, A. Concustell, A. Gebert, J. Das, J. Eckert, L. Schultz, and M.D. Baro: Intermetallics, 2006, vol. 14, pp. 982–86.CrossRef
41.
Zurück zum Zitat Z.F. Zhang, J. Eckert, and L. Schultz: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 1167–79.CrossRef Z.F. Zhang, J. Eckert, and L. Schultz: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 1167–79.CrossRef
42.
43.
Zurück zum Zitat G. Subhash, R.J. Dowding, and L.J. Kecskes: Mater. Sci. Eng. A, 2002, vol. 334, pp. 33–40.CrossRef G. Subhash, R.J. Dowding, and L.J. Kecskes: Mater. Sci. Eng. A, 2002, vol. 334, pp. 33–40.CrossRef
44.
Zurück zum Zitat H.A. Bruck, A.J. Rosakis, and W.L. Johnson: J. Mater. Res., 1996, vol. 11, pp. 503–11.CrossRef H.A. Bruck, A.J. Rosakis, and W.L. Johnson: J. Mater. Res., 1996, vol. 11, pp. 503–11.CrossRef
45.
Zurück zum Zitat C.T. Liu, L. Heatherly, J.A. Horton, D.S. Easton, C.A. Carmichael, J.L. Wright, M.H. Yoo, J.A. Horton, and A. Inoue: Metall. Mater. Trans. A, 1998, vol. 29A, pp. 1811–20.CrossRef C.T. Liu, L. Heatherly, J.A. Horton, D.S. Easton, C.A. Carmichael, J.L. Wright, M.H. Yoo, J.A. Horton, and A. Inoue: Metall. Mater. Trans. A, 1998, vol. 29A, pp. 1811–20.CrossRef
46.
Zurück zum Zitat H.J. Leamy, T.T. Wang, and H.S. Chen: Metall. Trans., 1972, vol. 3, pp. 699–708.CrossRef H.J. Leamy, T.T. Wang, and H.S. Chen: Metall. Trans., 1972, vol. 3, pp. 699–708.CrossRef
47.
Zurück zum Zitat R.D. Conner, H. Choi-Yim, and W.L. Johnson: J. Mater. Res., 1999, vol. 14, pp. 3292–97.CrossRef R.D. Conner, H. Choi-Yim, and W.L. Johnson: J. Mater. Res., 1999, vol. 14, pp. 3292–97.CrossRef
48.
Zurück zum Zitat M. Chen, A. Inoue, W. Zhang, and T. Sakurai: Phys. Rev. Lett., 2006, vol. 96, pp. 2455021–2455024. M. Chen, A. Inoue, W. Zhang, and T. Sakurai: Phys. Rev. Lett., 2006, vol. 96, pp. 2455021–2455024.
49.
Zurück zum Zitat T.C. Hufnagel, C. Fan, R.T. Ott, J. Li, and S. Brennan: Intermetallics, 2002, vol. 10, pp. 1163–66.CrossRef T.C. Hufnagel, C. Fan, R.T. Ott, J. Li, and S. Brennan: Intermetallics, 2002, vol. 10, pp. 1163–66.CrossRef
50.
Zurück zum Zitat M. Sun, L. Liu, J. Wang, and B. Liu: Acta Metall. Sinica (China), 2005, vol. 41, pp. 534–38. M. Sun, L. Liu, J. Wang, and B. Liu: Acta Metall. Sinica (China), 2005, vol. 41, pp. 534–38.
51.
Zurück zum Zitat D. Turnbull and M.H. Cohen: J. Chem. Phys., 1970, vol. 52, pp. 3038–41.CrossRef D. Turnbull and M.H. Cohen: J. Chem. Phys., 1970, vol. 52, pp. 3038–41.CrossRef
53.
Zurück zum Zitat P.S. Steif, F. Spaepen, and J.W. Hutchinson: Acta Metall., 1982, vol. 30, pp. 447–55.CrossRef P.S. Steif, F. Spaepen, and J.W. Hutchinson: Acta Metall., 1982, vol. 30, pp. 447–55.CrossRef
54.
Zurück zum Zitat A. Slipenyuk and J. Eckert: Scripta Mater., 2004, vol. 50, pp. 39–44.CrossRef A. Slipenyuk and J. Eckert: Scripta Mater., 2004, vol. 50, pp. 39–44.CrossRef
56.
Zurück zum Zitat C.A. Angell: Strong and Fragile Liquids, 1985, vol. 3, pp. 3–11. C.A. Angell: Strong and Fragile Liquids, 1985, vol. 3, pp. 3–11.
58.
Zurück zum Zitat W.K. An, A.H. Cai, X. Xiong, Y. Liu, G.J. Zhou, Y. Luo, T.L. Li, and X.S. Li: Mater. Sci. Eng. A, 2013, vol. 564, pp. 442–49.CrossRef W.K. An, A.H. Cai, X. Xiong, Y. Liu, G.J. Zhou, Y. Luo, T.L. Li, and X.S. Li: Mater. Sci. Eng. A, 2013, vol. 564, pp. 442–49.CrossRef
59.
Zurück zum Zitat M.M. Trexler and N.N. Thadhani: Progr. Mater. Sci., 2010, vol. 55, pp. 759–839.CrossRef M.M. Trexler and N.N. Thadhani: Progr. Mater. Sci., 2010, vol. 55, pp. 759–839.CrossRef
Metadaten
Titel
Enhanced Plasticity of Cu-Zr-Ti Bulk Metallic Glass and Its Correlation with Fragility
verfasst von
Soumen Mandal
Ansu J Kailath
Publikationsdatum
08.11.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 1/2019
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-018-4980-x

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