Mechanical behavior of bulk metallic glasses - Partial crystallization effect

Comportement mécanique des verres métalliques massifs - Effet d'une cristallisation partielle

Sébastien Gravier (1)

1 GPM2 - Génie physique et mécanique des matériaux

Interest in the mechanical behavior of metallic glasses, materials with no long range order, has picked up recently due to the development of alloys that are « amorphisable » at low quenching rates. These new alloys are now able to be prepared as bulk specimens of cm size. The deformation of a Zr based bulk metallic glass was study in a large range of temperature and loading routes. At room temperature the mechanical behaviour is macroscopically brittle while, at temperature above the glass transition, a large deformation ability is observed. Original characterization techniques using both compression tests and nanoindentation tests (at room temperature) or compression tests and Dynamic Mechanical Analysis (above the glass transition temperature) were used and validated. These materials allow as well, thanks to a partial crystallization of the samples, the fabrication of nanocomposites amorphous / crystal. The crystallization process was carefully studied and original methods of meausurement of the crystalline volume fraction were developped. The mechanical behavior of those materials was studied at both room temperature and high temperature ranges using the methods validated on amorphous samples. The presence of nanocrystallites induces limited changes at room temperature while important modifications are measured at high temperatures.

L'étude du comportement mécanique des verres métalliques, matériaux dépourvus d'ordre à longue distance, est un sujet actif. L'intérêt pour ces matériaux a été renouvelé par la mise au point d'alliages amorphisables à faible vitesse critique de trempe permettant d'obtenir des échantillons massifs et donc d'envisager des applications structurales. Les mécanismes de déformation d'un verre métallique base Zr ont été étudiés que ce soit à température ambiante, où le comportement semble fragile macroscopiquement, ou à des températures supérieures à la transition vitreuse, où une grande capacité de déformation est atteinte. Des techniques de caractérisation originales alliant des essais de compression à des essais de nanoindentation (à température ambiante) ou à des essais de spectromécanique (à haute température) ont été utilisées et validées. Un modèle de déformation multiatomique a ainsi pu être proposé pour rendre compte du comportement à haute température. Ces matériaux permettent également de fabriquer, au travers d'une cristallisation partielle, des nanocomposites amorphe / cristal. La cristallisation a été finement caractérisée et deux nouvelles méthodes de mesure de la fraction volumique de nanocristaux ont été validées. L'influence de ces nanocristaux a été étudiée dans les deux gammes de températures caractéristiques et pour les différents modes de sollicitation mécanique révélant une influence relative sur le comportement à température ambiante et une influence marqué sur les mécanissmes visqueux.

Mots clés: Bulk metallic glasses; glass transition; amorphous; crystallization; plasticity; viscosity; viscoelasticity; viscoplasticity; dynamic mechanical analysis; nanometric effect; mechanical model; volume fraction; microscopy; X-ray diffraction

Mots clés: verres métalliques massifs; transition vitreuse; amorphe; cristallisation; plasticité; viscosité; viscoélasticité; viscoplasticité; compression; frottement intérieur; nanométrique; modélisation mécanique; fraction volumique; microscopie; diffraction des rayons X

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Sébastien Gravier. Comportement mécanique des verres métalliques massifs - Effet d'une cristallisation partielle. Mécanique [physics.med-ph]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00124650⟩