Zirconium purity influence on the critical diameter and thermal indicators of the Zr48Cu36Al9Ag7 alloy

Błyskun, P.; Maj, P.; Kozieł, Tomasz; Pajor, Krzysztof; Kulik, T.

doi:10.1016/j.jnoncrysol.2019.01.026

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“…But this solution is seriously limited for BMGs because of the low capacity of metallic alloys to transform into the glassy state. Indeed, despite the recent progresses in metallurgy of amorphous alloys [83,84], their GFA remains low compared to conventional glasses. As a consequence, the critical dimension of the as-cast parts is still between a few millimeters and a few centimeters for the best compositions, see reference [85] for example.…”

Section: Validity Of the Fracture Toughness Value And Relevance Of Th...mentioning

confidence: 99%

Crystalline defects in bulk metallic glasses: consequences on fracture toughness determination and ductility

Bernard¹,

Kéryvin²

2020

J. Phys.: Condens. Matter

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Dating back to the late 1980s, bulk metallic glasses (BMGs) are relatively new materials that exhibit exceptional mechanical properties (strength, hardness, fracture toughness, stored elastic energy …), compared to those of most crystalline metallic alloys. Their apparent brittleness under uniaxial loading, however, is still a major obstacle to their industrialization. Moreover, BMGs often contain crystalline defects developed, intentionally or not, during their complex and delicate elaboration. These flaws are known to affect their fracture toughness and their plastic behavior. This paper reviews twenty years of works about this subject on Zr-based BMGs that may contain a low volume fraction of crystalline defects of different natures, e.g. dendrites or spherulites, depending on the synthesis method. Dedicated experimental set-ups, mainly bending tests on notched beams, were developed to create in the specimen a proper pre-crack by fatigue and then load it monotonically up to fracture. The measured fracture toughness and the fractographic observations allow to conclude that these crystalline defects facilitate pre-cracking, but result in an embrittlement that is more or less significant depending on their type. The loading mode of the crack — mode I, II or mixed — as well as the temperature were shown to play a key role in crack initiation and propagation, whether steadily or catastrophically, in the BMG. By means of finite element computations analyses, explanations on how the crystalline flaws presence can affect fracture toughness and perturbate crack growth, under mode I and mode II, were proposed. Finally, the relevance of these experimental techniques as well as the link between crystalline defects, fracture toughness and their consequences on the ductility of a structural component are discussed.

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Section: Validity Of the Fracture Toughness Value And Relevance Of Th...mentioning

confidence: 99%

Crystalline defects in bulk metallic glasses: consequences on fracture toughness determination and ductility

Bernard¹,

Kéryvin²

2020

J. Phys.: Condens. Matter

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“…The Achilles' heel of BMGs is the strict processing conditions that require high purity of both the protective atmosphere and constituent elements. These conditions demand low oxygen levels, as oxygen is the detrimental factor in many systems, as it lowers GFA [9,10]. Oxygen forms oxides with highly reactive elements, which are perfect sites for heterogeneous nucleation during solidification, decreasing the incubation time for crystallization by orders of magnitude [11].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

The Scavenging Effect of Different Rare-Earth Elements in the Low-Purity Zr50Cu40Al10 Alloy

Pajor

Rutkowski

Gondek

et al. 2022

Metall Mater Trans A

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Glass forming alloys are very sensitive to oxygen contaminations. Here, the oxygen scavenging effect of five rare-earth elements (RREs) was studied when added to the Zr50Cu40Al10 alloy, synthesized from commercially available zirconium. The effects of precise REEs additions (Y, Sc, Lu, Gd, Nd) with respect to the measured oxygen content, based on the stoichiometric relationship in the M2O3 oxide are reported. Additionally, the influence of double and triple RRE-to-oxygen ratios on the critical diameter (Dc) and other glass forming ability (GFA) indicators were investigated. To evaluate the GFA and phase transformations during heating, differential thermal analysis was performed along with neutron diffraction. The combination of these two techniques allowed to identify crystallization products and distinguish the differences in phase transformations of low and high oxygen-content alloys. Microstructural analysis was carried out by means of electron microscopy (SEM, STEM), supported by X-ray diffraction. The best oxygen scavengers were found to be rare-earths that form cubic sesquioxides, i.e. Y, Sc and Lu, allowing to increase Dc in the high oxygen Zr50Cu40Al10 alloy from 2.5 mm up to 8 mm (double stoichiometric concentration of Y-to-oxygen). Our results indicate that low purity alloys can be easily vitrified, highlighting their potential for wide commercialization.

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“…Esse contaminante pode ser introduzido ao VMM não só durante sua produção, exigindo uma atmosfera controlada e inerte, mas também como uma impureza nos elementos brutos que o compõe (BŁYSKUN et al, 2019). O oxigênio, por ser um elemento muito reativo, é comumente encontrado nos metais como por exemplo o zircônio.…”

Section: Influência Do Oxigênio Em Vidros Metálicos à Base De Zircôniounclassified

“…Além de mostrar que indicadores térmicos da TFV assim como o diâmetro crítico (DC) foram afetados negativamente pela contaminação de oxigênio, outro ponto relevante foi discutido: a pureza nominal dos elementos. Ficou evidente que mais relevante do que indicar a pureza do Zr utilizado (que tradicionalmente é usado na literatura), é declarar o teor de oxigênio presente no mesmo (critério que também deve ser aplicado para VMMs em geral), pois, o VMM que apresentou a segunda maior TFV foi preparado com Zr que possuía a menor pureza nominal, entre os 5 avaliados (BŁYSKUN et al, 2019). Não reportar o teor de oxigênio presente nas amostras pode resultar em valores de DC ou indicadores térmicos não comparáveis apesar de se estudar a mesma liga (BŁYSKUN et al, 2019).…”

Section: Influência Do Oxigênio Em Vidros Metálicos à Base De Zircôniounclassified

“…Dentre os diversos vidros metálicos maciços (VMMs) já reportados, os baseados em zircônio se destacam por apresentarem uma elevada tendência à formação vítrea, alta estabilidade térmica e excelentes propriedades mecânicas (ZHANG;TAKEUCHI, 2011;MA, 2014). Contundo, a presença de impurezas pode fragilizá-los, sendo a contaminação por oxigênio, elemento muito reativo e comumente encontrado em metais puros, uma das mais prejudiciais para formação do VMMs à base de zircônio (KRUZIC, 2016;BŁYSKUN et al, 2019). Já foi reportado que a contaminação por oxigênio, a depender do teor, pode afetar a tendência à formação de vidro (TFV), induzindo a formação de cristais e alterando a estabilidade térmica, e, além disso, quando em solução na matriz, reduzir a ductilidade, suprimindo a nucleação de bandas de cisalhamento que são o mecanismo característico de deformação plástica para os VMMs (KÖSTER et al, 1996;GEBERT;SCHULTZ, 1998;MAIRE;JOHNSON, 2006;KERYVIN et al, 2006;LU et al, 2008;HAN et al, 2009).…”

Section: Introductionunclassified

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Microestrutura e resistência à flexão da liga Vitreloy® 106A com diferentes teores de oxigênio e microadição de ítrio

Teixeira¹

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Aos meus pais, João e Gina, e aos meus irmãos, Lucas e Caio, por todo apoio e amor durante essa trajetória. AGRADECIMENTOSA Deus por tudo.À toda a minha família, especialmente aos meus pais, João e Gina, e aos meus irmãos, Caio e Lucas, pelo apoio incondicional em todos os momentos.Ao Prof. Dr. Marcelo Falcão de Oliveira por todo suporte, orientação, discussões e paciência, tudo foi fundamental para desenvolvimento desta dissertação de mestrado.Aos amigos do Laboratório de Solidificação por toda colaboração, discussões e contribuições durante o mestrado. Em especial, aos alunos de mestrado e doutorado, Carolina Soares, Luiz Martins, Felipe Santa Maria e Renan Rocha, pelas contribuições e por sempre estarem dispostos a ensinar e ajudar quando foi preciso. E, aos alunos de iniciação científica,Lucas Pereira e Rafael da Silva, pela dedicação e pela contribuição nas análises, na preparação de amostras e na realização de experimentos.Aos meus queridos amigos de São Carlos, Salvador e do Canadá, pela amizade e pelo apoio em todos os momentos. Ao Prof. Dr. Pedro Cunha de Lima, ex-orientador e grande amigo, por todo incentivo e apoio desde a época de iniciação científica e, principalmente, quando optei pela carreira acadêmica.

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Zirconium purity influence on the critical diameter and thermal indicators of the Zr48Cu36Al9Ag7 alloy

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Crystalline defects in bulk metallic glasses: consequences on fracture toughness determination and ductility

Crystalline defects in bulk metallic glasses: consequences on fracture toughness determination and ductility

The Scavenging Effect of Different Rare-Earth Elements in the Low-Purity Zr50Cu40Al10 Alloy

Microestrutura e resistência à flexão da liga Vitreloy® 106A com diferentes teores de oxigênio e microadição de ítrio

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