MATERIALS AND EXPERIMENTAL METHODST

MATERIALS AND EXPERIMENTAL METHODS
The metallic glass investigated was a Ni78Si10BI2 alloy (subscripts refer to atomic per cent) supplied by Vacuumschmeize in the form of continuous melt-spun ribbons, 20 mm wide and 57 µm thick. The amorphous state of the as-received alloy was confirmed by X-ray and electron diffraction. The mechanical properties of the glass were as follows: Tensile strength = 2100 MPa; Young’s modulus = 125 GPa; and Fracture toughness (Kc) = 67 MPa m. The type 316 stainless steel had a composition (in weight per cent) 0.08% C, 0.03% N (max), 18% Cr, 12% Ni, 2% Mo, 1.5% Mn (max). The alloy was in the form of annealed ribbons (grain size 15 µm), 20 mm wide and 52µm thick and had the following mechanical properties: 0.2% Proof stress: 241 MPa; Tensile strength = 541 MPa; and Young’s modulus = 195 GPa. Rectangular specimens, 40 mm long and 20 mm wide were cut longitudinally from the ribbons. Single edge-notched tensile (SENT) specimens were prepared by putting a starting notch of about 1 mm depth in the middle of one edge of the specimens using a pair of scissors. Both ends of the specimens were clamped between soft aluminium plates which were then tightened between steel grips. Lubricated pins were used to attach these grips to the loading frame of the testing machine. This arrangement ensured self alignment of the specimens and uniformity of load distribution during the tests.
Fatigue crack propagation tests were performed on an Instron servo-hydraulic machine fitted with a load cell of 500 N capacity which could measure loads as low as 1.0 N with an accuracy of ±2%. Specimens were fatigued under positive R-ratios using a sinusoidal wave form at a frequency of 20 Hz. Crack lengths were measured optically using a travelling microscope. All tests were performed at room temperature (21°C) and in laboratory air (~55% humidity).
Crack growth rates were determined under loading conditions of constant alternating stress intensity. The value of ΔK was calculated using the following expression [30]:

where ΔP is the applied load amplitude, w and t are the width and thickness of the specimen and a is the crack length. Cracks were grown under constant AK conditions by calculating and applying the new load amplitude after each increment of crack growth was measured. At each ΔK level about 10 measurements of crack length were made at intervals of 0.05-0.1mm and the corresponding numbers of cycles were recorded. The crack growth rate per cycle (da/dN) was then obtained using at least mean-squares fit. Stress intensity thresholds ΔKTH were approached by reductions of ΔK in steps of typically 10-15%. After each step the crack was allowed to propagate a distance of at least 10 times the size of the plastic zone produced by the previous stress intensity. Similar precautions were taken when R-ratios were decreased at a constant ΔK level. The order of application of R-ratios was occasionally reversed and it was found that the order did not affect the change in crack velocity. The results of crack propagation tests are presented as graphs of log da/dN vs ΔK and da/dN vs R-ratio, where each point represents averaged data from at least two, but generally four, specimens.
A series of experiments were carried out to determine crack tip opening displacements (CTOD) at different ΔK levels and R-ratios in the metallic glass. After growing the fatigue crack at a selected ΔK level the cyclic loading was stopped at Kmin and the crack tip was replicated using cellulose
acetate tapes. The loading/replication sequence was conducted in increments of m 20% of so that replicas corresponding to five or six levels of a full loading cycle were obtained. The cellulose acetate tapes were then sputtered with gold and copper-plated. The metallized replicas, containing positive images of the crack tips, were examined by SEM. CTODs were determined by measuring the length of segments (parallel to the loading axis) between two faces of the crack at 1 µm intervals from the crack tip. These measurements were then averaged over a distance of 15µm from the tip and the average CTODs were plotted as a function of the applied load.

EXPERIMENTAL RESULTS
Near threshold fatigue crack growth rates in amorphous Ni78Sil0B12 are strongly affected by R-ratio. Results obtained from crack growth tests where this effect is prominent (i.e. da/dN < 10-5 mm/cycle) are shown in Fig. 1 for R = 0.1 and 0.5. It is seen that the threshold stress intensity value ΔKTH below which no crack growth was detected increased from 0.5 MPa m for R = 0.1 to 1.0 MPa m for R = 0.5. Near ΔKTH, crack growth rates for R = 0.5 are considerably slower than those for R = 0.1 (for example, at ΔK = 1.5 MPa m by a factor of 10). Differences between the growth rates for these two R-ratios lessen with increasing AK. Above AK = 6 MPa m, crack growth rates in the range 10 "5-10~3 mm/cycle were found to follow a power law relation of the form da/dN = CAK2.2 for both R-ratios[29].
In order to investigate this R -ratio effect further, da/dN vs R-ratio plots for 0.1 < R < 0.8 were determined at constant AK levels (Fig. 2). At AK = 2.5 and 3.5 MPa m, crack growth rates are approximately independent of R at low R -ratios (0.1 ≤R ≤0.2) but a sharp decrease occurs at R = 0.3. At large values of R (≥0.5) growth rates are then almost independent of R-ratio. It can be seen that the growth rates corresponding to R =0.1 and R =0.5 shown in Fig. 1, lie on the high and low growth rate sides of these curves, respectively. The difference in growth rate between these two R-ratios diminishes with increasing AK, from a factor of about 6 at AK = 2.5 MPa m to a factor of about 2 at AK = 3.5 MPa m. At K = 5 MPa m there is almost no decrease of crack growth rate with increasing R-ratio.
At the K levels investigated fracture surfaces are macroscopically perpendicular to the loading axis and have faceted appearances[29]. Figure 3 shows that the fracture surface of the alloy at AK — 5 MPa y/m and R =0.1 exhibits large periodic cavities which were produced by the decohesion of localized shear bands initiated at the tip of the advancing crack. The SEM micrograph of a metallized replica in Fig. 4 shows a fatigue crack grown at AK — 5 MPa m and R = 0.1 and the configuration of shear bands at the crack tip. The size of the shear facets correlates

with the value of AK and R-ratio. At constant R-ratio a decrease in applied AK leads to the formation of smaller facets. This can be seen by comparing the facet sizes at AK = 3 MPa m and R = 0.1 (Fig. 5) with those at AK = 5 MPa m (Fig. 3). Facet sizes become progressively smaller with decreasing AK until below AK = 1.5 MPa m they tend to disappear and fracture surfaces become virtually flat.

Kết quả (Việt) 1:

Vật liệu và phương pháp thử nghiệm
thủy tinh kim loại điều tra là một hợp kim Ni78Si10BI2 (chỉ đề cập đến nguyên tử phần trăm) được cung cấp bởi Vacuumschmeize trong các hình thức liên tục tách tan băng, 20 mm rộng và 57 μm dày. Nhà nước vô định hình như nhận được hợp kim được xác nhận bởi nhiễu xạ tia x và điện tử. Các tính chất cơ học của kính là như sau: Sức mạnh = 2100 MPa; Mô đun Young = 125 điểm trung bình; và gãy xương toughness (Kc) = 67 MPa m. Thép không gỉ loại 316 có một thành phần (trọng lượng trăm) 0,08% C, 0,03% N (tối đa), 18% Cr, 12% Ni, 2% Mo, 1,5% Mn (tối đa). Hợp kim là ở dạng băng annealed (hạt kích thước 15 μm), 20 mm rộng và 52µm dày và có tính chất cơ học sau đây: 0,2% bằng chứng căng thẳng: 241 MPa; Sức mạnh = 541 MPa; và mô đun Young = 195 GPa. Mẫu hình chữ nhật, 40 mm dài và 20 mm rộng đã được cắt theo chiều dọc từ các băng. Đơn notched cạnh độ bền kéo (đã gửi) mẫu đã được chuẩn bị bằng cách đặt một notch bắt đầu khoảng 1 mm chiều sâu ở giữa một cạnh của mẫu vật bằng cách sử dụng một cây kéo. Cả hai đầu của các mẫu vật được kẹp giữa mềm Nhôm tấm dày mà sau đó được thắt chặt giữa thép hiểu thấu. Trơn mã pin được sử dụng để đính kèm hiểu thấu những khung tải của máy thử. Sự sắp xếp này đảm bảo các liên kết tự của các mẫu vật và tính đồng nhất của tải phân phối trong các cuộc thử nghiệm.
Mệt mỏi crack tuyên truyền xét nghiệm đã được thực hiện trên một Instron máy thủy lực điện được trang bị với một tế bào tải của 500 công suất N mà có thể đo lường tải nhỏ nhất là 1,0 N với độ chính xác của ±2%. Mẫu vật được mệt mỏi dưới bằng cách sử dụng một hình thức Sin sóng ở một tần số 20 Hz. Crack độ dài được đo quang học bằng cách sử dụng một kính hiển vi du lịch R-tỷ lệ tích cực. Tất cả các xét nghiệm đã được thực hiện ở nhiệt độ phòng (21° C) và trong phòng thí nghiệm máy (~ 55% độ ẩm).
Crack tăng trưởng tỷ giá đã được xác định theo tải các điều kiện của cường độ căng thẳng liên tục xen kẽ. Giá trị của ΔK đã được tính toán bằng cách sử dụng các biểu hiện sau [30]:

nơi ΔP là biên độ ứng dụng tải, w và t là chiều rộng và độ dày của mẫu vật và một là chiều dài crack. Vết nứt đã được phát triển liên tục AK điều kiện bằng cách tính toán và áp dụng biên độ tải mới sau khi mỗi gia số crack tăng trưởng đã được đo. Tại mỗi ΔK cấp khoảng 10 số đo chiều dài crack được thực hiện tại khoảng 0,05-0,1 mm và những con số tương ứng của chu kỳ được ghi nhận. Tốc độ tăng trưởng crack cho mỗi chu kỳ (da/dN) sau đó thu được bằng cách sử dụng ít có nghĩa là hình vuông phù hợp với. Căng thẳng cường độ ngưỡng ΔKTH đã được tiếp cận bởi cắt giảm ΔK trong bước thường 10-15%. Sau khi mỗi bước vết nứt đã được cho phép để tuyên truyền một khoảng cách ít nhất là 10 lần kích thước của khu vực nhựa được sản xuất bởi cường độ căng thẳng trước đó. Tương tự như các biện pháp phòng ngừa đã được thực hiện khi R-tỷ lệ đã được giảm ở mức độ liên tục ΔK. Thứ tự của các ứng dụng của R-tỷ lệ đã được thỉnh thoảng đảo ngược và nó đã được tìm thấy rằng thứ tự đã không ảnh hưởng đến sự thay đổi trong vận tốc crack. Kết quả của bài kiểm tra công cụ crack tuyên truyền được trình bày như các đồ thị của Nhật ký da/dN vs ΔK và da/dN vs R-tỷ lệ, nơi đại diện cho mỗi điểm trung bình các dữ liệu từ ít nhất hai, nhưng nói chung bốn, mẫu vật.
Một loạt các thí nghiệm được tiến hành để xác định vết nứt Mẹo mở displacements (CTOD) ở cấp độ khác nhau ΔK và R-tỷ lệ trong thủy tinh kim loại. Sau khi phát triển mệt mỏi vết nứt ở một mức độ đã chọn ΔK nạp cyclic dừng lại ở Kmin và đầu crack được sao chép bằng cách sử dụng cellulose
axetat băng. Dãy tải/sao chép được tiến hành từng bước của m 20% do đó bản sao tương ứng với năm hoặc sáu cấp độ của một chu kỳ đầy đủ tải đã thu được. Băng cellulose axetat sau đó đã được sputtered với vàng và đồng mạ. Bản sao metallized, có chứa các hình ảnh tích cực của những lời khuyên crack, đã được kiểm tra bởi SEM CTODs đã được xác định bằng cách đo chiều dài của phân đoạn (song song với tải trục) giữa hai khuôn mặt của vết nứt 1 μm khoảng từ đầu crack. Các phép đo đã được sau đó trung bình trong một khoảng cách của 15µm từ đầu và CTODs trung bình đã được vẽ như là một chức năng của các ứng dụng tải.

kết quả thử nghiệm
Gần ngưỡng mệt mỏi crack mức tăng trưởng vô định hình Ni78Sil0B12 bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi R-tỷ lệ. Kết quả thu được từ crack phát triển thử nghiệm nơi này có hiệu lực là nổi bật (tức là da/dN < 10-5 mm/chu kỳ) được hiển thị trong hình 1 r = 0,1 và 0,5. Nó được nhìn thấy rằng ngưỡng căng thẳng cường độ giá trị ΔKTH dưới đây mà không có crack phát hiện tốc độ tăng trưởng tăng lên từ 0.5 MPa m r = 0,1-1.0 MPa m r = 0,5. Gần ΔKTH, crack tốc độ tăng trưởng cho R = 0,5 là chậm hơn đáng kể hơn so với R = 0,1 (ví dụ, tại ΔK = 1.5 MPa m bởi một nhân tố của 10). Sự khác biệt giữa các mức tăng trưởng cho các R hai, tỷ lệ giảm bớt với tăng AK. Trên AK = 6phút MPa, crack tăng trưởng tỷ giá trong phạm vi 10 "5-10 ~ 3 mm/chu kỳ đã được tìm thấy để làm theo một mối quan hệ luật sức mạnh của mẫu da/dN = CAK2.2 cho cả hai R-tỷ lệ [29].
để điều tra này R-tỷ lệ có hiệu lực hơn nữa, da/dN vs R-tỷ lệ lô cho 0.1 < R < 0.8 đã được xác định ở các cấp độ AK liên tục (hình 2). Ở AK = 2.5 và 3,5 m MPa, tốc độ tăng trưởng crack là khoảng độc lập của R tại thấp R-tỷ lệ (cách 0.1 ≤R ≤0.2) nhưng giảm sắc nét xảy ra tại R = 0.3. Tại các giá trị lớn của R (≥0.5) tốc độ tăng trưởng sau đó là gần như độc lập của R-tỷ lệ. Nó có thể nhìn thấy rằng các mức tăng trưởng tương ứng với R = 0,1 và R = 0,5 Hiển thị trong hình 1, nằm ở hai bên tỷ lệ tăng trưởng cao và thấp của những đường cong, tương ứng. Sự khác biệt trong tốc độ tăng trưởng giữa những hai R-tỷ lệ làm giảm với tăng AK, từ một yếu tố của khoảng 6 tại AK = 2.5 m MPa để một yếu tố trong khoảng 2 tại AK = 3,5 MPa m. Ở K = 5 MPa m có là hầu như không có giảm tốc độ tăng trưởng crack với tăng R-tỷ lệ.
tại the K cấp điều tra gãy xương bề mặt là vĩ mô vuông góc với trục tải và có mặt trận [29]. Hình 3 cho thấy rằng bề mặt gãy xương của hợp kim tại AK-5 MPa y/m và R = 0.1 cuộc triển lãm sâu răng định kỳ lớn mà đã được sản xuất bởi decohesion bản địa hóa cắt ban nhạc bắt đầu ở mũi của vết nứt tiến. Micrograph SEM của một bản sao metallized trong hình 4 cho thấy một vết nứt mệt mỏi phát triển tại AK-5 MPa m và R = 0,1 và cấu hình của cắt ban nhạc lúc đầu crack. Kích thước của cắt khía cạnh correlates

với giá trị của AK và R-tỷ lệ. Ở liên tục R-tỷ lệ giảm áp dụng AK dẫn đến sự hình thành của các khía cạnh nhỏ hơn. Điều này có thể được nhìn thấy bằng cách so sánh các kích thước khía cạnh tại AK = 3 MPa m và R = 0,1 (hình 5) với những người AK = 5 MPa m (hình 3). Khía cạnh kích thước trở nên nhỏ hơn dần dần với giảm AK cho đến khi dưới đây AK = 1.5 m MPa họ có xu hướng biến mất và gãy xương bề mặt trở thành hầu như bằng phẳng.