鋯基非晶合金的力學行為與組織結構研究.pdf

1、同時實現(xiàn)高強度和大塑性是材料科學領域不斷追求的目標。塊體金屬玻璃的強度非常高，已經(jīng)接近理論極限。但它們的室溫宏觀塑性卻很低，拉伸情況下塑性應變幾乎為零，壓縮時塑性應變也僅有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。本文結合前期的工作，研究了塊體金屬玻璃的力學行為和微觀組織結構，深入分析了其塑性變形機制，證實通過引入微觀尺度結構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，通過合理的成分設計，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(Zr0.72Cu0.165Ni0.115)88Al12非晶合金3,4和6 mm試樣的力學行為進行研究，發(fā)現(xiàn)合金不同尺寸的試樣在微觀結構、力學性能、壓縮斷口形

3、貌方面表現(xiàn)出典型的尺寸效應。結合差示掃描量熱法，由于合金凝固過程中的熱力學與動力學條件的差異，導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)的非晶結構。通過電子顯微學分析，證實了不同尺寸樣品的組織結構方面存在很大的差異，合金的力學性能與其在電子顯微學形貌下的網(wǎng)狀結構相關，網(wǎng)狀結構的尺寸與分布，影響著合金的力學性能，進而很好的解釋了其力學性能存在尺寸效應的原因，初步建立了非晶合金力學性能與微觀組織結構的關系。⑶通過大量的實

4、驗數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)非晶合金的力學行為再現(xiàn)性與重復性較差，相同的制備工藝，塊體金屬玻璃室溫壓縮力學性能存在著巨大的差異，而且表現(xiàn)出了典型的拉壓不對稱性。據(jù)此提出非晶合金的力學行為是幾個因素共同綜合作用的結果，其中包括缺陷因素、微觀結構因素、尺度因素，其關鍵因素是微觀組織結構因素。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力學特征，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，通過鋸齒應力跌幅S與處在其范圍內的

5、數(shù)目N，統(tǒng)計鋸齒流變行為的動力學特征，發(fā)現(xiàn)脆性金屬玻璃的鋸齒流變動力學行為處于混沌狀態(tài)，表現(xiàn)為具有一定的相關作用維數(shù)和正的李亞普諾夫數(shù)；而韌性金屬玻璃鋸齒流變動力學行為則可以演化到自組織臨界狀態(tài)，表現(xiàn)為鋸齒應力事件在大小和持續(xù)時間上的冪律分布。研究發(fā)現(xiàn)金屬玻璃的鋸齒流變動力學行為和其宏觀塑性緊密關聯(lián)。這種內在關聯(lián)通過金屬玻璃剪切帶的行為進行體現(xiàn)。脆性金屬玻璃塑性變形主要以主剪切帶進行，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，