金属ガラスにおけるき裂先端近傍での降伏と塑性変形挙動

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本研究では、引張もしくは曲げ破断した金属ガラス中のき裂進展に伴うき裂先端部での塑性歪みを観察し、き裂先端での歪み場、応力場解析を行うことによって金属ガラスの降伏応力を見積もる一方、透過型電子顕微鏡やX線回折法によってき裂先端での構造変化、変形によって導入された欠陥やナノ結晶の調査を行い、金属ガラス中のき裂伝播ならびに塑性変形機構を検討することを目的としている。平成17年度では、近年、室温で巨大な圧縮変形能を示すことが見出されたZr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Pd_<17.5>金属ガラスと、比較材としてZr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Cu_<17.5>金属ガラスの室温での引張変形挙動を調査し、破断面および破断部周辺の試料表面の形態を走査型電子顕微鏡、共焦点顕微鏡によって観察した。その結果、引張変形挙動ならびに破断挙動は両者ともほぼ同じであったが、Zr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Pd_<17.5>金属ガラスの方がわずかに塑性伸びを示した。平成16年度の研究で見出された、破断部の試料表面に発生するViscous Flow Depression (VFD) Zonesについては、走査型電子顕微鏡による観察でもZr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Pd_<17.5>金属ガラスでは明瞭に観察することができたが、Zr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Cu_<17.5>金属ガラスではその発生が確認されなかった。このことが、Zr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Pd_<17.5>金属ガラスのわずかな塑性伸びに影響を及ぼしているものと考察された。共焦点顕微鏡によるVFD Zones周辺ならびにShear Bandsの表面凹凸の観察では、Shear Bands部ではViscous Flowの発生は確認されなかった。したがって、Shear Bands発生による試料表面での表面張力ではなく、き裂が試料表面で発生する際のき裂面に対する垂直応力がVFDを誘起するメカニズムであると考察された。このき裂面に対する垂直応力の効果は、これまで金属ガラスの破断で頻繁に観察されている、き裂面が最大せん断応力面からある角度分だけずれる挙動の破壊メカニズムと考えられている。そこで、本研究の成果も考慮すると、金属ガラスの破断挙動には、き裂面に作用する垂直応力が重要な役割を果たしているものと考察された。