Improving the mechanical properties of metallic glasses through structure and stress engineering: A molecular dynamics simulations study

Titel in Übersetzung: Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von metallische Gläser durch Struktur und Stress Engineering: Eine Molekulardynamik Simulationen studieren

Xudong Yuan

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die atomaren Verformungsmechanismen von metallischen Gläsern unter verschiedenen Bedingungen mit Hilfe von Molekulardynamik Simulationen erforscht. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen der Rekristallisierung und Erholungsmechanismen auf die mechanischen Eigenschaften metallischer Gläser untersucht. Schlussendlich wurde ein Leitfaden zur Entwicklung von Hochleistungs-Metallgläsern durch die Kombination von Kaltverfestitung und Zugduktilität erstellt. Die Auswirkungen der Abkühlungsrate, der Temperatur und der Dehnungsrate auf das Verformungsverhalten von Cu 64 Zr 36 metallischen Gläsern wurden untersucht. Bei der Herstellung der Proben führt eine Erhöhung der Abschreckrate, der Temperatur oder der angewandten Dehnungsrate dazu, dass das Verformungsverhalten versprödet. Hohe Abschreckraten führen zu niedrigeren Energiebarrieren für die Aktivierung lokaler atomarer Umlagerungen im Vergleich zu metallischen Gläsern mit niedrigen Abschreckraten. Die kinetische Energie der Atome nimmt mit der Erhöhung der Belastungstemperatur drastisch zu, was eine homogene Aktivierung von Scherereignissen ermöglicht. Was die Dehnungsgeschwindigkeit betrifft, so kann eine schnellere Belastung eine große Menge an elastischer Energie in der glasartigen Matrix speichern und eine hohe Dichte an Scherereignissen hervorrufen, was zu einer geringen Wahrscheinlichkeit für die Lokalisierung der Dehnung und die Bildung kritischer Scherbänder führt. Die strukturelle Verjüngung ist ein Anregungsprozess, der metallische Gläser in einen höheren Energiezustand versetzen und in der Regel ihre Plastizität verbessern kann. In dieser Arbeit wurde mit Hilfe eines Verdünnungsverfahrens, bei dem nach dem Zufallsprinzip Atome aus der Glasmatrix entfernt wurden, der Grad der Verjüngung systematisch kontrolliert und die maximale Verjüngungsschwelle von Cu64Zr36 Metallgläsern ermittelt. Die strukturelle Relaxation wird während des Verjüngungsprozesses aktiviert und das dynamische Gleichgewicht zwischen der Schaffung von freiem Volumen und der Vernichtung definiert die Verjüngungsfähigkeit von metallischen Gläsern. Darüber hinaus zeigen Belastungs-/Entlastungszugversuche, dass die spannungsinduzierte Relaxation der stark verjüngten metallischen Gläser zwar zu einer Kaltverfestigung führt, aber niemals die Festigkeit des ursprünglichen Gusszustandes übersteigen kann. Um die Sprödigkeit von metallischen Gläsern zu überwinden, werden in der Regel ihre Struktur und Chemie verändert. Außerdem konnten wir nachweisen, dass die mechanischen Eigenschaften von MG durch das Einbringen von Eigenspannungen gesteuert werden können. Während der Belastung zeigen die entworfenen spannungsmodulierten Heterostrukturen aus metallischen Gläsern eine erhöhte Duktilität bei gleichzeitiger Kaltverfestigung. Die Spannungsheterogenität führt zu einer Scherbandvervielfachung, die folglich die makroskopische Duktilität der metallischen Gläser erhöht. Darüber hinaus erhöht die Druckeigenspannung die Festigkeit des Glases erheblich und ist für die beobachtete Kaltverfestigung bei Zugverformung verantwortlich.
Titel in ÜbersetzungVerbesserung der mechanischen Eigenschaften von metallische Gläser durch Struktur und Stress Engineering: Eine Molekulardynamik Simulationen studieren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Holec, David, Mitbetreuer (intern)
  • Eckert, Jürgen, Betreuer (intern)
  • Lekka, Christina, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Romaner, Lorenz, Beurteiler A (intern)
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • metallischen Gläsern
  • Scherbänder
  • molekulardynamische Simulationen
  • Entspannung
  • Verjüngung
  • verbleibender Stress

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