鋯基非晶合金的力學(xué)行為與組織結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、同時(shí)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和大塑性是材料科學(xué)領(lǐng)域不斷追求的目標(biāo)。塊體金屬玻璃的強(qiáng)度非常高，已經(jīng)接近理論極限。但它們的室溫宏觀塑性卻很低，拉伸情況下塑性應(yīng)變幾乎為零，壓縮時(shí)塑性應(yīng)變也僅有2％左右，而具有一定的塑性變形能力是材料安全使用的必要條件。本文結(jié)合前期的工作，研究了塊體金屬玻璃的力學(xué)行為和微觀組織結(jié)構(gòu)，深入分析了其塑性變形機(jī)制，證實(shí)通過引入微觀尺度結(jié)構(gòu)的不均勻性可以顯著改善與提高合金的塑性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于共晶理論與合金相

2、圖,以二元非晶合金為基礎(chǔ)，通過合理的成分設(shè)計(jì)，利用元素的添加與替換，探索具有優(yōu)異非晶形成能力的鋯銅系非晶合金。制備出了具有室溫大塑性的(Zr0.72Cu0.165Ni0.115)88Al12非晶合金，并通過電子顯微學(xué)分析、塑性變形過程中剪切帶行為的分析，指出該合金大塑性的原因。⑵對(duì)(Zr0.72Cu0.165Ni0.115)88Al12非晶合金3,4和6 mm試樣的力學(xué)行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)合金不同尺寸的試樣在微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、壓縮斷口形

3、貌方面表現(xiàn)出典型的尺寸效應(yīng)。結(jié)合差示掃描量熱法，由于合金凝固過程中的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件的差異，導(dǎo)致不同尺寸試樣冷卻速率的不同，不同的冷卻速率可以得到不同狀態(tài)的非晶結(jié)構(gòu)。通過電子顯微學(xué)分析，證實(shí)了不同尺寸樣品的組織結(jié)構(gòu)方面存在很大的差異，合金的力學(xué)性能與其在電子顯微學(xué)形貌下的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相關(guān)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的尺寸與分布，影響著合金的力學(xué)性能，進(jìn)而很好的解釋了其力學(xué)性能存在尺寸效應(yīng)的原因，初步建立了非晶合金力學(xué)性能與微觀組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系。⑶通過大量的實(shí)

4、驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)非晶合金的力學(xué)行為再現(xiàn)性與重復(fù)性較差，相同的制備工藝，塊體金屬玻璃室溫壓縮力學(xué)性能存在著巨大的差異，而且表現(xiàn)出了典型的拉壓不對(duì)稱性。據(jù)此提出非晶合金的力學(xué)行為是幾個(gè)因素共同綜合作用的結(jié)果，其中包括缺陷因素、微觀結(jié)構(gòu)因素、尺度因素，其關(guān)鍵因素是微觀組織結(jié)構(gòu)因素。⑷非晶合金在壓縮曲線上出現(xiàn)典型的鋸齒流變行為，分析了鋸齒流變的動(dòng)力學(xué)特征，系統(tǒng)研究了八種具有不同塑性的塊體金屬玻璃的鋸齒流變行為，通過鋸齒應(yīng)力跌幅S與處在其范圍內(nèi)的

5、數(shù)目N，統(tǒng)計(jì)鋸齒流變行為的動(dòng)力學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)脆性金屬玻璃的鋸齒流變動(dòng)力學(xué)行為處于混沌狀態(tài)，表現(xiàn)為具有一定的相關(guān)作用維數(shù)和正的李亞普諾夫數(shù)；而韌性金屬玻璃鋸齒流變動(dòng)力學(xué)行為則可以演化到自組織臨界狀態(tài)，表現(xiàn)為鋸齒應(yīng)力事件在大小和持續(xù)時(shí)間上的冪律分布。研究發(fā)現(xiàn)金屬玻璃的鋸齒流變動(dòng)力學(xué)行為和其宏觀塑性緊密關(guān)聯(lián)。這種內(nèi)在關(guān)聯(lián)通過金屬玻璃剪切帶的行為進(jìn)行體現(xiàn)。脆性金屬玻璃塑性變形主要以主剪切帶進(jìn)行，而韌性金屬玻璃的塑性變形則通過形成多重剪切帶來承擔(dān)，