چكيده
اثر افزودن جزئي عناصر نقره و مس بر قابليت شيشه‌اي شدن (GFA) و رفتار مكانيكي شيشه¬هاي فلزي حجمي Zr56Co28-xAgxAl16(x= 0, 2, 3, 4, 5, 6) و Zr56Co28-xCuxAl16(x= 0, 2, 4, 5, 6, 7) توليدشده به روش ريخته¬گري مكشي مورد تحقيق قرار گرفت. به¬منظور بررسي¬هاي ساختاري، فازي و حرارتي از آزمون¬هاي پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، نانو سختي سنجي، آناليز حرارتي تفاضلي (DTA) و آناليز گرماسنجي تفاضلي روبشي (DSC) استفاده شد. علاوه¬براين، از آزمون فشار در دماي محيط و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) جهت بررسي تغييرات پلاستيسيته استفاده شد. بيشترين قابليت شيشه‌اي شدن در بين آلياژهاي آمورف حاوي نقره و مس به ترتيب براي آلياژهاي آمورف Zr56Co24Ag4Al16 با قطر بحراني mm 3 و Zr56Co22Cu6Al16 با قطر بحراني mm 2 حاصل شد. علاوه¬براين، كرنش پلاستيك نمونه¬ي آلياژ آمورف پايه با مقدار 2/3% تا مقادير 4/4% و 7/5% به ترتيب براي نمونه¬هاي آلياژ آمورف حاوي نقره و مس بهينه افزايش يافت.
سينتيك تبلور غيرهمدما و ضريب حساسيت ساختار آلياژ¬هاي آمورف Zr56Co28Al16، Zr56Co24Ag4Al16 و Zr56Co22Cu6Al16 به¬وسيله آناليز گرماسنجي تفاضلي روبشي در نرخ¬هاي گرمايش K/min 10، 20، 30 و 40 بررسي شدند. انرژي فعال¬سازي دماهاي مشخصه با مدل كيسينجر و اوزاوا و همچنين وابستگي دماهاي مشخصه به تغييرات نرخ گرمايش به كمك قانون تجربي لاسوكا اندازه¬گيري شدند. نتايج نشان داد كه انرژي فعال¬سازي دماهاي انتقال شيشه، جوانه¬زني مرحله اول و دوم تبلور در آلياژ آمورف حاوي نقره به ترتيب با kJ/mol 402، 336 و 395 نسبت به آلياژهاي ديگر بيشتر و وابستگي دماهاي مشخصه به نرخ گرمايش كمتر است. افزايش پايداري حرارتي آلياژ حاوي نقره به دليل شكل¬گيري ساختار با چينش فشرده است كه حاصل خوشه¬هاي مستحكم با نظم كوتاه مرتبه بيست¬وجهي (ISRO) در داخل ساختار است. به‌منظور بررسي مكانيسم جوانه¬زني و رشد براي هر آلياژ، توان آورامي موضعي n توسط معادله جانسون-مهل-آورامي-كولموگورو (JMAK) به دست آمد. جوانه¬زني و رشد براي اين آلياژها توسط رشد سه¬بعدي، كنترل‌شده از طريق نفوذ و همچنين جوانه¬زني با نرخ افزايشي رخ مي¬دهد. علاوه¬براين، مقادير ضريب حساسيت ساختار با اعداد كمتر از 30، نشان داد كه هر سه آلياژ در گروه آلياژهاي آمورف مستحكم طبقه¬بندي مي¬شوند.
علاوه¬براين، تأثير تغيير جريان قوس الكتريك و فشار گاز ريخته¬گري بر ساختار و رفتار مكانيكي نمونه¬هاي آلياژ آمورف Zr56Co24Ag4Al16 و Zr56Co22Cu6Al16، به ترتيب در چهار جريان نسبي از بالا به پايين 100، 90،80 و 70 درصد و چهار فشار گاز ريخته¬گري 25/0، 5/0، 1 و 5/1 اتمسفر بررسي شدند. نتايج نشان داد كه نمونه¬هاي ريخته¬گري شده در جريان قوس الكتريك 80% و فشار گاز 5/0 اتمسفر بيشترين مقدار كرنش پلاستيك را با مقادير 12% براي نمونه¬ي آلياژ آمورف حاوي عنصر مس و 7/10% براي نمونه-ي آلياژ آمورف حاوي عنصر نقره دارند. افزايش كرنش پلاستيك براي اين نمونه¬ها به دليل افزايش حجم آزاد موجود در داخل ساختار است كه اين افزايش حجم آزاد از كاهش زمان سرد شدن مذاب حاصل شده است.
چكيده به لاتين
The effect of micro alloying of Ag and Cu on the glass forming ability (GFA) and plasticity of Zr56Co28-xAgxAl16 (x=0, 2, 3, 4, 5 and 6 at. %) and Zr56Co28-xCuxAl16 (x=0, 2, 4, 5, 6 and 7 at. %) bulk metallic glasses (BMGs) prepared via copper mold suction casting method were investigated. The X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), nano indentation, differential scanning calorimetry (DSC) and differential thermal analysis (DTA) were used to investigate the glassy alloys structure and thermal behaviour. In addition, compression test and sacaning electron microscopy (SEM) were utilized to discuss the possible mechanisms involved in the achievement of enhanced plasticity. It was found that the substitution of Co with Ag and Cu led to improving GFA of the base alloy. The highest GFA were found to be for the Zr56Co24Ag4Al16 with dc=3 mm and Zr56Co22Cu6Al16 with dc=2 mm glassy alloys. Furthermore, the plasticity of the base alloy increased slightly from value of 3.2 to 4.4% and 5.7% by the appropriate addition of Ag and Cu, respectively.
The non-isothermal crystallization kinetics and fragility of Zr56Co28Al16, Zr56Co24Ag4Al16 and Zr56Co22Cu6Al16 BMGs were studied by differential scanning calorimetry at the continuous heating rates of 10, 20, 30 and 40 K/min. The activation energies of characteristic temperatures were obtained by Kissinger and Ozawa methods. Also, the heating rate sensitivity of characteristic temperatures was determined by Lasoca method. The Ag-bearing Zr-based BMG presented higher activation energies and lower heating rate sensitivity in regard to characteristic temperatures, indicating a higher stabilization of the supercooled liquid, which can be correlated with the existence of strong icosahedral short range order (ISRO) clusters in the structure. In addition, the local Avrami exponents at various heating rates were calculated by the Johnson–Mehl–Avrami equation. The n value variations for each crystallization process pursued almost similar trends for both alloys with n>2.5, revealing that the transformation kinetics is dominated by a diffusion-controlled three-dimensional growth, as well as an increase in the nucleation rate. Moreover, all BMGs were classified into “strong glasses”, depending on the fragility index calculated values.
In addition, the influence of casting temperature and casting cooling rate on the compressive plasticity of Zr56Co24Ag4Al16 and Zr56Co22Cu6Al16 BMGs were studied through the varying electric discharge current including (100%, 90%, 80% and 70%) and casting gas pressure including (0.25, 0.5, 1 and 1.5 atm), respectively. The results demonstrated that the samples subjected to the 80% casting current and 0.5 atm gas pressure exhibit the highest compressive plasticity with absoloute value of 10.7% and 12% for Ag-containing and Cu-containing glassy alloy samples, respectively. The effect of casting temperature and casting cooling rate on the mechanical properties was explored by focusing mainly upon the effects of structure evolution such as those of free-volume content variations.
