Titanium-based Bulk Metallic Glasses : Glass Forming Ability and Mechanical Behavior

Two Ti-based bulk metallic glasses, with the nominal composition of Ti40Zr25Ni8Cu9Be18 and Ti41.5Cu37.5Ni7.5Zr2.5Hf5Sn5Si1, who exhibit different structural nature (quenched-in nuclei/amorphous structure and phase separation-like structure, respectively), were investigated. Our studies focus on thermally induced structural transformations (structural relaxation and crystallization) behavior and their effects on thermodynamics and kinetics of the subsequent glass transition and crystallization as well as room-temperature mechanical response in addition to homogeneous deformation in the supercooled liquid region and low-temperature physical properties. As a result, their enthalpy relaxation both follows the general characteristics although their unique structure nature. The latter shows better thermal stability however lower glass forming ability than the former. Phase transformation upon heating was investigated by Neutron diffraction, and JMA as well as Starink model was introduced to study their crystallization kinetics. They both exhibit high value of compressive strength, however with significantly different plastic strain at room temperature. Their unique deformation and fracture behavior whose fracture angles change from<45 to 90° can be interpreted by ellipse criterion. Structural relaxation and crystallization lead to a drastic degradation of plasticity, although the structural relaxation may produce a slight increase in hardness as well as fracture strength. The latter exhibits a good superplasticity and workability, and a beneficial domain for optimum hot workability of this alloy has been located by constructing the power dissipation efficiency map.Deux verres métalliques massifs à base de titane, avec les compositions nominales Ti40Zr25Ni8Cu9Be18 et Ti41.5Cu37.5Ni7.5Zr2.5Hf5Sn5Si1, qui montrent des variétés structurales différentes (germes/phase amorphe et séparation de phases, respectivement), ont été étudiés. Nos études se concentrent sur les transformations structurales thermiquement induites (relaxation et cristallisation structurales) et leurs effets sur la thermodynamique et la cinétique de la transition vitreuse et la cristallisation, la réponse mécanique à la température ambiante, la déformation homogène dans la région du liquide surfondu et les propriétés physiques à basse température. En conséquence, leur enthalpie de relaxation suit les caractéristiques générales admises malgré la nature unique de leurs structures. Le deuxième verre présenté montre une meilleure stabilité thermique bien qu'il présente une plus faible capacité à former la structure vitreuse. Les transformations de phases lors du chauffage ont aussi été étudiées par diffraction de neutrons ainsi que par les modèles JMA et de Starink. Ce dernier a été introduit pour étudier leur cinétique de cristallisation. Les deux verres montrent de hautes valeurs de résistance à la compression, toutefois avec des contraintes plastiques sensiblement différentes à température ambiante. Leur déformation et comportement uniques à la rupture, dont les changements d'angles de rupture< de 45 à 90° peuvent être interprétés par le critère dit d'ellipse. La relaxation et la cristallisation structurales mènent à une importante dégradation de la plasticité, bien que la relaxation structurale puisse produire une légère augmentation de dureté aussi bien que de la force de rupture. Les verres présentés ont une bonne superplasticité et capacité de mise en forme. Un domaine optimum pour la mise en forme à chaud de cet alliage a été proposé par la construction de carte d'efficacité de dissipation de puissance