Plastic deformation in metallic glasses

Abstract

A theory is presented for the plastic deformation of metallic glasses below their glass transition temperature. The theory is based on two modes of thermally activated shear transformations initiated around free volume regions under an applied shear stress. The regions are typically conceived to be about 5 atom diameters across. At high temperatures (0.6 Tg ≲ T ≲ Tg) the transformation is a diffuse rearrangement producing a relatively small local shear strain in a roughly spherical region. At low temperatures (0 < T ≲ 0.6 Tg) the transformation is in a narrow disk shaped region and resembles closely the nucleation of a dislocation loop. The theory is in good accord with experimental observations. Based on the theory, possible levels of flow dilatation have been computed from which rates of shear localization can be obtained. At low temperatures, very rapid shear localization is predicted which is in good accord with the observations reported in the literature and with recent cinematographic observations. On présente une théorie de la déformation plastique des verres métalliques en-dessous de leur température de transition vitreuse. Cette théorie repose sur deux modes de transformation par cisaillement thermiquement activés, qui débutent autour de régions de volume libre, sous l'action d'une contrainte appliquée. On considère que ces régions doivent avoir un diamètre d'environ cinq atomes. Aux températures élevées (0.6 Tg ≲ T ≲ Tg), la transformation consiste en un réarrangement diffus produisant une cission locale relativement faible dans une région grossièrement sphérique. Aux basses températures (0 < T ≲ 0.6 Tg), la transformation se produit dans une région étroite qui a la forme d'un disque, et elle ressemble étroitement à la germination d'une boucle de dislocation. La théorie est en bon accord avec les observations expérimentales. On a calculé, en utilisant cette théorie, les niveaux possibles de la dilatation d'écoulement, à partir desquels on peut obtenir les vitesses de localisation du cisaillement. Aux basses températures, on prévoit une très rapide localisation du cisaillement, ce qui est en bon accord avec les observations publiées dans la littérature et avec des observations cinématographiques récentes. Es wird eine Theorie zur Beschreibung der plastischen Verformung metallischer Gläser unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg vorgelegt. Diese Theorie baut auf zwei Moden thermisch aktivierter Schertransformationen auf, die unter einer angelegten Scherspannung im Bereich freier Volumina entstehen. Diese Bereiche mögen etwa 5 Atomdurchmesser groβ sein. Bei hohen Temperaturen (0.6 Tg ≲ T ≲ Tg) besteht die Transformation in einer diffusen Umlagerung, welche zu einer relativ kleinen lokalen Scherverzerrung in einem näherungsweise sphärischen Bereich führt. Bei niedrigen Temperaturen (0 < T ≲ 0.6 Tg) läuft die Transformation in einem schmalen scheibenförmigen Bereich ab und gleicht nahezu der Erzeugung eines Versetzungsringes. Die Theorie stimmt gut mit experimentellen Beobachtungen überein. Mit Hilf der Theorie wurden mögliche Niveaus der Dehnung berechnet, aus denen die Geschwindigkeiten der Scherlokalisierung erhalten werden können. Für niedrige Temperaturen wird eine sehr rasche Scherlokalisierung vorausgesagt, welches mit den in der Literatur berichteten Beobachtungen und mit neueren kinematografischen Beobachtungen gut übereinstimmt.