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Yield point of metallic glass

金属ガラスの普遍的降伏点

清水 大志 ; 尾方 成信*; Li, J.*

Shimizu, Futoshi; Ogata, Shigenobu*; Li, J.*

ほとんどの金属ガラス(BMG)においては、約2%の単軸歪$$epsilon_{rm y}$$によりせん断帯が形成される。本論文では、この現象の臨界条件が萌芽的せん断帯(ESB)の進展に依存し、生成にはよらないという理論を提案する。ESBが進展するためには、各原子が疎外化された糊状領域が摩擦加熱によってガラス転移温度$$T_{rm g}$$に達するまで、遠方のせん断応力$$tau_inftyapprox Eepsilon_{rm y}/2$$が準定常状態の摩擦力$$tau_{rm glue}$$を越えていなければならない。その時点で、ESBはせん断き裂的なものにまで成熟する。この成熟に必要な長さのスケール$$l_{rm inc}$$はZrベースのBMGについて$$sim$$10$$^{2}$$nmと見積もることができるが、これ以下のサイズではせん断変形の局所化は起こらない。疎外化領域におけるせん断変形局所化への抵抗は極めて高速な(すなわち原子振動と同程度のタイムスケールを持つような)散逸プロセスによることから、分子動力学(MD)シミュレーションによって追跡することが可能である。われわれは2元素のレナードジョーンズモデル系や埋め込み原子法(EAM)ポテンシャル,5元素のEAMポテンシャルによるMDシミュレーションを実施し、$$epsilon_{rm y}$$の予測として2.1$$sim$$2.9%という範囲の値を得た。

Shear bands form in most bulk metallic glasses (BMGs) within a narrowrange of uniaxial strain $$epsilon_{rm y} simeq 2%$$. We proposethis critical condition corresponds to embryonic shear band (ESB)propagation, not its nucleation. To propagate an embryonic shearband, the far-field shear stress $$tau_inftyapprox Eepsilon_{rm y}/2$$must exceed the quasi steady-state glue traction $$tau_{rm glue}$$of shear-alienated glass until the glass-transition temperature $$T_{rm g}$$ is approached internally due to frictional heating, atwhich point ESB matures as a runaway shear crack. The incubationlengthscale $$l_{rm inc}$$ necessary for this maturation is estimatedto be $$sim 10^2$$ nm for Zr-based BMGs, below which size sample-scaleshear localization does not happen. In shear-alienated glass, the lastresistance against localized shearing comes from extremely fastdownhill dissipative dynamics (DDD) of timescale comparable to atomicvibrations, allowing molecular dynamics (MD) simulations to capturethis recovery process which governs $$tau_{rm glue}$$. We model4 metallic glasses: a binary Lennard-Jones system, two binaryembedded-atom (EAM) potential systems, and a quinternary EAMsystem. Despite vast differences in the structure and interatomicinteractions, the four MD calculations give $$epsilon_{rm y}$$predictions of $$2.4%, 2.1%, 2.6%$$ and $$2.9%,$$ respectively.

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パーセンタイル:99.09

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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