Fabrication of Fe-Co-B-Si-Nb bulk metallic glass via gas atomization and hot extrusion

Metallic glasses alloys are a relatively new class of materials characterized by the absence of structural long-range order. During heating, these alloys exhibit a glass transition at a temperature (Tg) before reaching the crystallization temperature (Tx). Within this temperature interval (ΔTx = Tx - Tg), they behave as a supercooled-liquid and their viscosity decrease around 6 orders of magnitude compared to the value observed at room temperature. This feature opens up possibilities for consolidation of atomized powders with amorphous structure when it is carried out within ΔTx. In this sense, the present work aimed to study the fabrication of bulk parts of Fe43.2Co28.8B19.2Si4.8Nb4 metallic glass by a combination of gas atomization and hot extrusion. Two gas atomizations were carried out by means of a modified spray forming equipment. Due to the availability of an ingot of the Fe43.2Co28.8B19.2Si4.8Nb4 alloy produced from elements of commercial purity, this material was used for the first atomization. Subsequently, an ingot was produced using high purity elements in a vacuum induction furnace and it was used as feedstock for the second atomization. The atomizations were not able to produce powders with 100% amorphous structure, but produced powders with proper particle size and morphology to be used for consolidation experiments. The powders were deformed within their supercooled liquid interval, producing samples with a diameter of 7.5 mm. The particles were highly deformed, suggesting that they underwent a homogeneous deformation. However, cracks were observed in the samples. The crystalline fraction in the extruded bodies was similar to that observed in the powders.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)As ligas metálicas vítreas são uma classe relativamente nova de materiais caracterizadas pela ausência de ordem estrutural de longo alcance e que, quando aquecidas, apresentam uma temperatura de transição vítrea (Tg) antes que a temperatura de início de cristalização (Tx) seja atingida. Dentro desse intervalo de temperaturas (ΔTx = Tx - Tg), essas ligas se comportam como líquido super-resfriado e sua viscosidade decresce cerca de 6 ordens de grandeza em comparação com aquele valor observado à temperatura ambiente. Essa característica abre possibilidades de consolidação de pós atomizados com estrutura amorfa em peças maciças quando o processamento é realizado dentro de ΔTx. Nesse sentido, a presente dissertação de mestrado objetivou o estudo da fabricação de amostras maciças da liga Fe43,2Co28,8B19,2Si4,8Nb4 por processo de extrusão a quente de pós com estrutura amorfa. Duas atomizações a gás foram realizadas num equipamento de conformação por spray adaptado. Devido à disponibilidade de um lingote da liga Fe43,2Co28,8B19,2Si4,8Nb4 produzido a partir de elementos de pureza comercial, esse material foi utilizado como carga para a primeira atomização. Posteriormente, foi produzido um lingote a partir de elementos de alta pureza num forno de indução a vácuo e utilizado como matéria prima para a segunda atomização. As atomizações não foram capazes de produzir pós com estrutura 100% amorfa, mas geraram uma massa de partículas com granulometria e morfologia adequadas para os experimentos de consolidação. Os pós foram posteriormente extrudados dentro do intervalo de líquido super-resfriado, produzindo amostras com 7,5 mm de diâmetro. As partículas foram altamente deformadas, indicando tratar-se de deformação homogênea. Entretanto, trincas foram observadas nas amostras. A fração cristalina estimada nos corpos extrudados foi similar àquela observada nos pós.FAPESP: 2015/26705-