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After the interim evaluation, appropriate glass-forming systems were searched from
the points of glass-forming ability and mechanical properties. Consequently, it was
found that a Ti-Cu-Ni-Hf-Zr-Si alloy could be formed into glassy rod with a diameter of
5 mm. In addition it was also confirmed that the Ti 42.5 Zr 2.5 Cu 42.5 Ni 7.5 Hf 5 Si 1 glassy
alloy exhibits tensile and compressive strength of 2040 and 2080 MPa, respectively. In
order to obtain large plate enough to prepare parts for aircraft, a twin-roller melt
spinning equipment for preparing the large-scaled plate was designed and constructed
from the point of mass-production. As a result, metallic glass plate with a width of 200
mm, a length of 600 mm and a thickness of 1 mm for the Zr-based alloy and with a
width of 100 mm, a length of 200 mm and a thickness of 1 mm for the Ti-based alloy
was successfully prepared. From the point of energy-saving and low production cost,
process reduction from 6 stages to 2 stages was achieved.
For viscous flow forming, fundamental tests were carried out using newly developed
Τ-2
Ti-Cu-Ni-Hf-Zr-Si
metallic
glass
plates.
Based
on
the
obtained
knowledge,
hemispherical bulge forming tests were examined using Zr-based metallic glass plate
prepared by a copper mold casting and the twin-roller melt spinning techniques. As a
result, complete shaped viscous flow forming process without any degradation in
properties of metallic glass could be established. A slat-track-cover for small aircraft
selected as an applicable product of metallic glass was continuously prepared. In the
forming technique, an entire process including heating, forming and cooling completed
within 20 min was established.
Evaluation of the slat-track-cover was examined by pressure-resistant test for
mechanical and sealing properties and salt-spray test for corrosion property. As a
result, neither leakage of fuel simulated liquid nor corrosion product was detected.
These results suggest that the trial product has no matter for actual use.
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㧔㧞㧕Abstract
After the interim evaluation, appropriate glass-forming systems were searched from
the points of glass-forming ability and mechanical properties. Consequently, it was
found that a Ti-Cu-Ni-Hf-Zr-Si alloy could be formed into glassy rod with a diameter of
5 mm. In addition it was also confirmed that the Ti 42.5 Zr 2.5 Cu 42.5 Ni 7.5 Hf 5 Si 1 glassy
alloy exhibits tensile and compressive strength of 2040 and 2080 MPa, respectively.
Besides, a Ti-based nanocrystalline alloy (Ti-Nb-Zr alloy) was also examined to achieve
strength target. As a result, it was found that the nanocrystalline alloy wire with a
diameter of 4 mm exhibit tensile strength of 1310 MPa and Young’s modulus of 81.6
GPa by the combination of drawing and annealing treatments. Using these alloys,
production condition of metallic glass wires were optimized by a groove quenching
equipment. A rapid heating coiling method was newly developed using HF induction
heating, leading to succeed in preparation of Zr-based metallic glass spring (wire
diameter of 1.9 mm) with a spring diameter of 10 mm and a spring length of 30 mm.
For the first time, coiling for Ti-based metallic glass wires with a spring diameter of 45
mm was prepared. Further refinement in production condition, Ti-based spring with a
spring diameter of 14 mm was prepared using Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Si metallic glass wire
(diameter of 0.9 mm). Furthermore, automatic coiling equipment, which was
considered for mass-production, was designed and constructed. Consequently, coiling
process for metallic glass wire, which can produce springs with various dimensions,
was established. Moreover, preparation of springs with a spring diameter of about 20
mm and a length of 36 mm using Ti-based nanocrystalline alloy described above was
also succeeded. The nanocrystalline springs are achieved an half in weight and 13 %
reduction in height as compared to commercial springs made of steel.
The properties of trial springs (Zr-based metallic glass, a wire diameter of 1.9 mm an
inner diameter of 6.3 mm and a spring length of 25 mm) were examined. Spring
constant was evaluated to be 18.6 N/mm that is consistent with expected value by
simulation. Fatigue tests for Zr-based metallic glass spring were carried out to
evaluate durability. Fatigue limit of the Zr-based metallic glass spring was ranging
fron 250 to 300 MPa that is much lower than expected value of 900 MPa (60 % of its
tensile strength). Consequently, it is necessary to understand the fatigue properties of
metallic glass wires and springs for actual use. Spring design was investigated by
utilizing of Ti-based nanocrystalline alloy. Durability tests were also examined for
Ti-based nanocrystalline alloy spring. As a result, it was found that the fatigue limit of
Τ-4
the Ti-based nanocrystalline alloy was evaluated to be 600 MPa. Consequently, the
spring exhibits enough mechanical properties that can applicable to actual use.
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Τ-23
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Τ-26
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Τ-98
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Τ-108
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Τ-109
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Τ-124
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Υ-2
᧪Ყ 52.9 ୚ߣ⷗Ⓧ߽ࠄࠇࠆ‫ޕ‬
㧝㧚㧝㧚㧞 Abstract
R&D during the FY14, we focused on Ti-based metallic glass with a lightweight, a
high strength and a good corrosion resistance. Alloy development and compositional
optimization was carried out for a vibration pipe of Coriolis flowmeter. Glass-forming
ability (GFA) for Ti-Cu-Ni-Zr-Sn 2) system reported in the previous paper and
Ti-Cu-Ni-Al-Si-B 1) system developed newly was investigated. Consequently, it was
found that both the alloys could be formed into cylindrical glassy rods with a diameter
of 2 mm. In addition, it was also revealed that tensile strength and Young’s modulus
for the Ti-Cu-Ni-Zr-Sn and Ti-Cu-Ni-Al-Si-B metallic glasses (MGs) are 1900 MPa and
114 GPa, and 2250 MPa and 112 GPa, respectively. Using these alloys, glassy pipes
with an outer and inner diameter of 4.6 and 2 mm were prepared by a suction casting
technique. Unfortunately, the issue that the prepared pipes were partially crystallized
is still remained and should be solved. It is therefore R&D for forming technology was
initially started using Zr-based alloy with high GFA. As a result, MG pipe with an
outer and an inner diameter of 8 and 6 mm was successfully prepared.
In the FY15, preparation conditions in of suction casting were optimized using both
the two kinds of Ti-based alloys. As a result, Ti-based MG pipes with an outer and an
inner diameter of 6 and 5 mm, followed by 4.6 and 2 mm were successfully prepared.
However, the prepared pipes contained small volume fraction of crystalline phase. By
supposing to load the MG pipe with an outer and an inner diameter of 6 and 5 mm,
tri-tuning forks type Coriolis flowmeter was newly designed. Furthermore, prototype
of flowmeter was constructed using a partially crystallized MG pipe grinded and
polished of its outer and inner surface. Besides, an adhesive was temporary employed
for MG pipe connection. As a result, it was revealed that the sensitivity of the
prototype flowmeter using a MG pipe exhibited 6 times higher than that of commercial
one using SUS316L pipe.
In the FY16, alloy development and compositional optimization was continuously
carried out to enhance GFA and improve mechanical properties. Consequently,
Ti-Hf-Zr-Cu-Ni-Si alloy was newly developed. In addition, it was found that the alloy
could be formed into cylindrical glassy rods with a diameter of 5 mm. It was also
revealed that tensile strength and Young’s modulus for the Ti-Hf-Zr-Cu-Ni-Si 3) MGs is
2080 MPa and 103 GPa, respectively. Besides, design of the tri-tuning forks type
Coriolis flowmeter was modified optimized for the MG pipe with an outer and inner
diameter of 2.0 and 1.7 mm that will satisfy requirements of high sensitivity and
micro-flow measurement. According to the design modification, Ti- and Zr-based MG
pipes with a thinner thickness were successfully prepared. It was revealed that the
prototype flowmeter using the MG pipe exhibited 28.5 times higher than that of
commercial one using SUS316L pipe. However, roughness of outer and inner surface
Υ-3
should be smoothened and mass-productivity should be also improved.
To improve mass-productivity, continuous casting equipment for preparation of
thinner MG pipe was newly designed and constructed in the FY16. Using the
equipment, it was achieved that 0 times of higher mass-productivity and 1/0 of
production cost. Form the point of quality guarantee, thickness tester for pipes using
ultrasonic was also newly designed and constructed. The equipment enables us to
measure the outer diameter, thickness and bend of the MG pipes. Furthermore, we
have found the realization possibility of a wave-motional Coriolis flowmeter as the
design optimized for the properties of metallic glasses and have newly designed.
Besides, connection method of MG pipe required to construct the prototype flowmeter,
swagelok® that have simplicity and widely used was employed.
To achieve further high sensitivity, super-thin Ti-based and Zr-based MG pips with
an outer diameter and a thickness of 2 mm and 0.075 mm were prepared in the FY16.
The sensitivity of the flowmeter using the super-thin MG pipe is evaluated to be 52.9
times higher than that of commercial one.
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Υ-12
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Υ-13
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-130
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1.85
320
0.56
⣣㘩ㅦᐲ
(Pm/year)
2.76
20
3285
6.4
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Zr 55 Cu 30 Ni 5 Al 10 ㊄ዻࠟ࡜ࠬߢᲧセ᧚ᢱߣߥࠆ SUS316L ߩ 1/100 એਅߢ޽ࠅ‫ߩࠇߕ޿ޔ‬㊄
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Υ-14
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㧦⊕㊄㔚ᭂ
㧦10 ಽᶐẃψࠞ࠰࡯࠼ಽᭂ᷹ቯψ30 ಽᶐẃψࠕࡁ࡯࠼ಽᭂ᷹ቯ
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࿑Υ-10 Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Si ㊄ዻࠟ࡜ࠬߩ
ಽᭂᦛ✢㧔5 㧑-HCl ᳓ṁᶧ㧕
⴫Υ-7 ว㊄‫⹜ޔ‬㛎᧦ઙᲤߩ⠴㘩ᕈ⹜㛎⚿ᨐ
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3 %-HCl
(pH ѳ0.2)
5 %-HCl
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ቶ᷷㧔18.2㧕
50
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ቶ᷷㧔22.4㧕
50
75
⥄ὼ㔚૏
(mV vs. SCE)
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22
-28
-24
-50
-72
-133
-28
-110
Υ-15
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(PA/cm 2 )
0.006
0.018
0.35
0006
0.065
1.5
4.5
0.35
22
⣣㘩ㅦᐲ
(Pm/year)
0.07
0.21
4.03
0.07
0.75
17.3
51.8
4.03
25.3
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ߪ‫ߦ⥸৻ޔ‬⠴㘩ᕈߦఝࠇߡ޿ࠆߣߐࠇࠆ⣣㘩ㅦᐲ㧔10 Pm/year㧕એ਄␜ߒߚ⹜㛎᧦ઙߪ‫ޔ‬
5 㧑-HCl㧔ቶ᷷㧕‫ޔ‬5 㧑-HCl㧔75 ͠㧕߅ࠃ߮‫ޔ‬3㧑-HCl㧔75 ͠㧕ߢ޽ࠆ㧔CP-Ti ߪ 3㧑-HCl
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ࠃࠅ CP-Ti ࠃࠅ߽⠴㘩ᕈߦఝࠇߡ޿ࠆߣ್ᢿߢ߈ࠆ‫ޕ‬
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Ti 41.5 Zr 2.5 Hf 5 Cu 42.5 Ni 7.5 Si 1 ㊄ዻࠟ࡜ࠬߪ‫ࠬ࡜ࠟޔ‬ᒻᚑ⢻‫ޔ‬ᯏ᪾⊛․ᕈ‫ޔ‬⠴㘩ᕈ╬ߩ᧚ᢱ⋡
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Υ-24
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Υ-25
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Υ-26
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␜ಽ⸃⢻㧦0.0001 mm㧕
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6‫ ޔ‬᷹ቯᚲⷐᤨ㑆㧦⚂ 30 ⑽/1 ᢿ㕙
7‫ ޔ‬ធ⸅⸅ᇦ㧦᳓㧔ࡐࡦࡊߦࠃࠆᓴⅣᣇᑼ㧕
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Υ-27
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Υ-28
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Υ-46
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Υ-56
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1) C. L. Ma, S. Ishihara, H. Soejima, N. Nishiyama and A. Inoue: Mater. Trans., 45
(2004) 1802-1806.
2) L.Q. Ma, L. Wang, X. Guo, T. Zhang and A. Inoue: J. Mater. Sci. Lett., 21 (2002)
1435-1437.
3) C. L. Ma, H. Soejima, S. Ishihara, K. Amiya, N. Nishiyama and A. Inoue: Mater.
Trans., 45 (2004) 3223-3227.
4) A. Inoue, T. Zhang: Mater. Trans., 36 (1995) 1184-1187.
5) M. Ishimaru, Y. Hirotsu, S. Hata, C. L. Ma, N. Nishiyama, K. Amiya and A. Inoue:
Phil. Mag. Lett., 85(2005) 125.
6) K. Fujita, C. L. Ma, K. Amiya, N. Nishiyama and A. Inoue: unpublished research.
7) ‫ޟ‬㊄ዻଢⷩ‫ޔޠ‬ᣣᧄ㊄ዻቇળ✬‫ޔ‬ᐔᚑ 15 ᐕ 3 ᦬‫ޔ‬pp.991-992.
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