TiZrNiCuBe塊體非晶合金的力學(xué)行為.pdf

1、本文采用單軸拉伸和壓縮以及納米壓痕技術(shù)，系統(tǒng)研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be20塊體非晶合金寬溫度范圍內(nèi)(123K～658K)的力學(xué)行為。
　　鑄態(tài)非晶樣品的尺寸對非晶合金的塑性變形能力產(chǎn)生顯著影響。相比較大尺寸非晶試樣而言，具有相同化學(xué)成分的小尺寸非晶試樣體現(xiàn)更大的壓縮塑性和較低的壓縮強度，這表明非晶合金具有“愈小亦愈軟”的趨勢。在凝固過程中，小尺寸的試樣經(jīng)歷更大的冷卻速度，使得其擁有更多的自由體積，促進剪切帶的形核并導(dǎo)

2、致玻璃態(tài)合金在變形時產(chǎn)生更多剪切帶，使得小尺寸試樣在單軸壓縮過程中體現(xiàn)更大的塑性變形能力。
　　Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金在低溫環(huán)境下塑性和強度均顯著增強。其塑性的提高可歸因于密集的剪切帶的形成及剪切帶的扭轉(zhuǎn)。低溫環(huán)境大大降低原子的活動能力，使得原子擴散困難，進而抑制了剪切帶的擴展，使得合金在遠低于室溫時體現(xiàn)塑性與強度的同時提高。低溫壓縮變形中，非晶合金產(chǎn)生“變形誘發(fā)納米晶轉(zhuǎn)變”現(xiàn)象，同時，低溫變形試樣的晶化程

3、度較室溫變形試樣大大減輕。
　　Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金在過冷液相區(qū)體現(xiàn)優(yōu)異的超塑性變形能力，高溫壓縮應(yīng)變可高達0.83。非晶合金的超塑性流變行為強烈取決于測試溫度和應(yīng)變速率。在低溫和高應(yīng)變速率時，測量的粘度值隨著應(yīng)變速率的增加而不斷降低，即，材料體現(xiàn)非牛頓型流變，且在應(yīng)力應(yīng)變曲線上可觀察到峰值應(yīng)力現(xiàn)象。而在低應(yīng)變速率和高測試溫度條件下，材料體現(xiàn)牛頓型流變。非晶合金在寬溫度范圍內(nèi)測試溫度與其強度之間符合下列關(guān)

4、系：aEbTTσ=(?/g)。對于本文研究的Ti基非晶合金而言，當測試溫度在0～0.9Tg時，Eσ/=.0/0066TTg+.00206；而當測試溫度在0.9～1.1Tg時，Eσ/=.0/1163TTg+.01278。
　　研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金在不同測試溫度下的單軸壓縮斷裂行為以及斷口形貌特征。在高溫變形時，壓縮斷口較室溫斷口更為粗糙不平。隨著測試溫度的升高，一個與脈狀花樣不同的特征，即大面積粘性介

5、質(zhì)層，出現(xiàn)在斷口上，外加熱場以及塑性流變導(dǎo)致的絕熱升溫被認為是導(dǎo)致粘性介質(zhì)層的兩個重要原因。升高測試溫度，導(dǎo)致試樣的剪切斷裂角亦隨之逐漸增加。非晶合金在不同測試溫度下的斷裂行為均遵循與正應(yīng)力相關(guān)的Mohr-Coulumb準則。
　　預(yù)塑性變形對Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金的力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。預(yù)塑性變形前后合金試樣在均體現(xiàn)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征的同時，塑性變形能力體現(xiàn)較大差別。隨著預(yù)應(yīng)變量的增加，試樣在發(fā)生斷裂破壞前的

6、壓縮塑性應(yīng)變出現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在預(yù)應(yīng)變?yōu)?0％時，試樣體現(xiàn)最大的壓縮塑性。同時，隨著預(yù)應(yīng)變量的增加，預(yù)應(yīng)變試樣在破壞后試樣表面的剪切帶數(shù)量及宏觀斷口的脈狀紋絡(luò)的密度亦體現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而預(yù)變形試樣的硬度體現(xiàn)先減小后增加的趨勢。熱分析結(jié)果表明，在預(yù)應(yīng)變?yōu)?0%時，試樣體現(xiàn)最多的自由體積。基于Spaepen提出的自由體積理論，對于預(yù)變形過程中，非晶體內(nèi)自由體積出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象進行了合理解釋。
　　研究了Ti40Zr25Ni3

7、Cu12Be20塊體及薄帶非晶合金在寬最大載荷范圍內(nèi)(5～100mN)室溫納米蠕變特性。應(yīng)力指數(shù)n由載荷-位移曲線推算出來并作為一個衡量材料抗蠕變特性的重要指標。隨著納米壓痕尺寸增加，所測得的應(yīng)力指數(shù)急劇增加，體現(xiàn)明顯的尺寸效應(yīng)。相比薄帶材料而言，這種尺寸效應(yīng)在塊體中體現(xiàn)得更為顯著。納米壓痕蠕變行為的變形機理可以由基于“剪切轉(zhuǎn)變區(qū)”的非晶合金變形理論來合理解釋。
　　采用循環(huán)加載納米壓痕測試研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be