Investigation of elastic deformation mechanism in as-cast and annealed eutectic and hypoeutectic Zr-Cu-Al metallic glasses by multiscale strain analysis

マルチひずみ解析による共晶および亜共晶Zr-Cu-Al金属ガラスの弾性変形挙動

鈴木 裕士  ; 山田 類*; 椿 真貴*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*; 綿貫 徹; 町田 晃彦; 才田 淳治*

Suzuki, Hiroshi; Yamada, Rui*; Tsubaki, Shinki*; Imafuku, Muneyuki*; Sato, Shigeo*; Watanuki, Tetsu; Machida, Akihiko; Saida, Junji*

X線散乱法やひずみゲージによるマルチスケールひずみ解析により、熱処理前後の共晶および亜共晶Zr-Cu-Al三元系金属ガラスの弾性変形挙動を評価した。ダイレクトスペース法やQスペース法により求めたミクロひずみと、ひずみゲージにより測定したマクロひずみとを比較し、それらの相関から共晶および亜共晶金属ガラスの変形機構の違いを明らかにした。共晶ZrCuAl金属ガラスは、熱処理による自由体積の減少によるミクロ組織の均質化により変形抵抗は向上するものの、流動性の高いWBR(Weakly-Bonded Region)の減少にともなって延性を失うことがわかった。一方、亜共晶ZrCuAl金属ガラスでは、もともと均質なミクロ組織を有しているものの、熱処理によるナノクラスター形成により、ミクロ組織の均質性および弾性均質性が失われることが分かった。このような熱処理に伴う組織変化は、構造緩和しても、延性や靭性が減少しないという亜共晶金属ガラスのユニークな機械的特性を生み出す要因と考えられる。

Elastic deformation behaviors of as-cast and annealed eutectic and hypoeutectic Zr-Cu-Al bulk metallic glasses (BMGs) were investigated on a basis of different strain-scales determined by X-ray scattering and the strain gauge. The microscopic strains determined by Direct-space method (DSM) and Q-space method (QSM) were compared with the macroscopic strain measured by the strain gauge, and the difference in the deformation mechanism between eutectic and hypoeutectic Zr-Cu-Al BMGs was investigated by their correlation. The eutectic ZrCuAl BMG obtains more homogeneous microstructure by free-volume annihilation after annealing, improving a resistance to deformation but degrading ductility because of a decrease in the volume fraction of WBRs (Weakly-Bonded Regions) with relatively high mobility. On the other hand, the as-cast hypoeutectic ZrCuAl BMG originally has homogeneous microstructure, but loses its structural and elastic homogeneities because of nanocluster formation after annealing. Such structural changes after annealing might develop unique mechanical properties showing no degradations of ductility and toughness for the structural-relaxed hypoeutectic BMGs.