應(yīng)力集中與結(jié)構(gòu)弛豫對Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金彎曲斷裂行為的影響.pdf

1、塊體非晶合金（BMGs）的原子排布具有短程有序，長程無序的獨特特點，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中既不存在晶界與位錯等微觀缺陷，宏觀上又不存在成分偏析、夾雜和第二相，這使得非晶合金表現(xiàn)出十分優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，自其面世以來就被視作潛在的工程材料，吸引著材料研究人員的目光。然而，非晶合金的災(zāi)難性斷裂給它的應(yīng)用前景蒙上了一層陰影。目前，塊體非晶合金的變形和斷裂的本質(zhì)還沒有被完全認知，尚未形成一種可完全解釋斷裂機理的成熟理論。Zr55Cu30Ni5

2、Al10非晶合金的非晶形成能力強，且不含有貴金屬及有毒元素，具有潛在的工程應(yīng)用價值。因此本論文選用此非晶合金為研究目標，結(jié)合工程實際應(yīng)用所需，以單邊切口梁法測算三點彎曲試樣斷裂韌性為媒介，通過改變切口半徑改變應(yīng)力集中狀態(tài)，利用等溫真空退火改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)，借助SEM觀察斷口形貌的演變，從而追溯整個斷裂過程，進而研究應(yīng)力集中與結(jié)構(gòu)弛豫對Zr基非晶合金彎曲斷裂行為的影響。
　　Zr55Cu30Ni5Al10非晶試樣的載荷-位移曲線近似

3、呈現(xiàn)出線性特征，說明其斷裂過程為線彈性變形。宏觀上表現(xiàn)出較小的塑性，未曾出現(xiàn)屈服平臺便已斷裂。應(yīng)力集中會給Zr基非晶合金的斷裂行為帶來影響，具體表現(xiàn)在彎曲位移、臨界載荷、斷裂韌性均隨應(yīng)力集中程度降低而逐漸增大。斷口形貌沿裂紋擴展方向可分為裂紋擴展區(qū)與快速斷裂區(qū)。裂紋擴展區(qū)內(nèi)存在一光滑區(qū)，為單一剪切帶穩(wěn)定錯動而尚未產(chǎn)生明顯溫升的距離，此區(qū)域?qū)挾韧瑪嗔秧g性變化趨勢相同；快速斷裂區(qū)充斥著方向指向裂紋擴展方向的半月形韌窩狀花樣，且直徑隨切口半徑

4、增大而增大。三維形貌結(jié)果顯示，斷口形貌隨切口半徑增大逐漸變得粗糙。對斷裂過程分析后可將韌窩狀花樣的高度視作裂紋張開距離的1/2，可用于估計試樣斷裂韌性。
　　Tg-50 ℃下的等溫結(jié)構(gòu)弛豫不會使非晶合金發(fā)生晶化，但會使得試樣內(nèi)部自由體積發(fā)生湮滅，發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變。結(jié)構(gòu)弛豫時間愈長，有序化程度愈大。結(jié)構(gòu)弛豫會使得非晶合金的力學(xué)性能發(fā)生改變，其中硬度升高，斷裂韌性下降。硬度升高是由于自由體積減少，原子間鍵長變小，鍵合力增加；斷裂韌性下降