钛基内生非晶复合材料的室温变形行为及机理

发布时间：2017-05-02 21:02

  本文关键词：钛基内生非晶复合材料的室温变形行为及机理，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：非晶合金在加载过程中因为局域化剪切带的形成,导致非晶合金室温下没有宏观塑性。为了提高室温塑性,内生树枝晶增韧的非晶基复合材料被相继开发出来。该类合金具有塑性大、强度高和制备工艺简单等特点。但是,室温拉伸变形屈服后,非晶复合材料主要表现为应变软化,导致该类复合材料在服役过程中过早失效。为了解决这一问题,典型的内生树枝晶非晶复合材料(Ti48Zr18V12Cu5Be17,原子比,%)被开发出来。应用纳米压痕技术结合有限元模拟的方法反演出了树枝晶的拉伸应力-应变曲线。另外,根据内生树枝晶/非晶复合材料的拉伸行为,拉伸变形曲线可分为四个阶段:(1)弹性-弹性,(2)弹性-塑性,(3)塑性-塑性(加工硬化)和(4)塑性-塑性(应变软化)阶段。每个阶段的本构方程均被构建出来,理论计算结果和实验结果相一致。因此,该拉伸模型能够用来解释和预测非晶复合材料的拉伸变形行为。根据拉伸变形模型,发现在变形过程中,两相的弹性模量对非晶复合材料的力学行为有重要影响。通过冷轧实验,研究了树枝晶/非晶复合材料在变形过程中模量和硬度演变规律。研究表明,树枝晶/非晶复合材料中非晶相的杨氏模量和硬度随着冷轧变形量增加而减小。然而,树枝晶相的杨氏模量保持不变,硬度先增加,随后保持不变。因为在塑性变形过程中非晶基体有自由体积的产生,所以非晶相的杨氏模量降低。树枝晶在变形前后原子间间距不会发生改变,导致杨氏模量基本保持不变。通过拉伸变形模型的理论预测,发现当非晶相和树枝晶相的杨氏模量相匹配时,非晶复合材料的塑性达到最大。为验证理论的正确性,设计了拉伸预变形实验。该实验能够保证两相模量趋于相近。研究表明预变形能够显著地增加非晶复合材料的塑性,并且,强度也略微增加。预变形后导致非晶相中的自由体积增加,而自由体积的增加将进一步引发非晶相的杨氏模量降低,从而使非晶相和树枝晶相间的应力集中增加,最终,激发多重剪切带。剪切带的密度与非晶复合材料的塑性大小成正相关。所以,多重剪切带使得非晶复合材料塑性增加。杨氏模量的匹配为设计两相非晶复合材料提供了一个新的思路。利用该方法,我们能够设计出室温塑性优异,加工硬化能力强的内生非晶复合材料。
【关键词】：非晶合金 非晶复合材料 力学行为 变形机理 剪切带
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 非晶合金的定义9-10
• 1.2 非晶合金的发展概况10-12
• 1.3 非晶复合材料的发展概况12-20
• 1.3.1 内生非晶复合材料12-17
• 1.3.2 外添加非晶复合材料17-20
• 1.4 非晶合金和非晶复合材料的制备20-22
• 1.5 课题研究意义及内容22-25
• 第二章 实验过程及实验设备25-29
• 2.1 样品制备与处理25-26
• 2.2 力学实验测试26-27
• 2.2.1 拉伸实验26
• 2.2.2 压缩实验26-27
• 2.2.3 轧制实验27
• 2.2.4 纳米压痕实验27
• 2.3 材料表征27-29
• 2.3.1 X-射线衍射28
• 2.3.2 扫描电镜及能谱分析28
• 2.3.3 透射电镜28-29
• 第三章 内生树枝晶增韧的非晶复合材料的优化拉伸变形模型29-41
• 引言29
• 3.1 微观组织结构29-30
• 3.2 纳米压痕和有限元模拟分析30-33
• 3.3 力学性能及变形后形貌观察33-35
• 3.4 拉伸变形模型的建立35-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 内生树枝晶增韧的非晶基复合材料在冷轧过程中硬度和弹性模量的演变41-47
• 4.1 引言41
• 4.2 微观组织结构41-42
• 4.3 载荷与压痕深度拟合42-44
• 4.4 冷轧过程中模量的演变44-45
• 4.5 冷轧过程中硬度的演变45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 预变形对树枝晶/非晶复合材料塑性的影响47-57
• 5.1 引言47-48
• 5.2 微观组织结构48-49
• 5.3 力学行为49-50
• 5.3.1 拉伸行为49
• 5.3.2 压缩行为49-50
• 5.4 塑性增韧机理50-55
• 5.5 本章小结55-57
• 第六章 结论57-59
• 参考文献59-71
• 致谢71-73
• 攻读硕士期间发表的学术论文73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈森灿;何利东;伍战平;周枚青;王谦和;韩兆隆;;核电筒体件树枝晶结构的模拟实验结果分析[J];锻压技术;1993年05期

2 李新成,孙国雄,王有明;初生树枝晶和共晶团对灰铸铁拉伸断裂的影响[J];江苏工学院学报;1993年01期

3 ;附:榦示j9枝晶}D~T研究掽液凝固的方法[J];东北工学院学报;1974年01期

4 邵焕平;论曲轴用钢的锻比和树枝晶残余[J];柴油机设计与制造;1997年04期

5 张勇;;树枝晶-非晶复合材料进展[J];航空制造技术;2010年06期

6 ;用榦示树枝晶的方法对连擠坯Qg部岅量的调查研究[J];东北工学院学报;1974年01期

7 曹刘琴;冷春丽;李园园;赵彦保;李宾杰;;铜树枝晶的水热合成以及结构表征和抗菌性能评价(英文)[J];化学研究;2014年03期

8 邓崇海;胡寒梅;丁明;韩成良;;前驱体水热分解制备PbS树枝晶[J];硅酸盐通报;2007年03期

9 方鹏飞;高远鹏;;等级状CdS树枝晶的形貌控制及生长机理[J];武汉大学学报(理学版);2008年03期

10 陈体军,郝远,马颖,李庆林;树枝晶SiC_p/ZA27复合材料部分重熔过程中的组织演变[J];铸造;2002年12期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 周海鑫;蒋士冬;孙晓丽;闫寿科;;溶剂诱导聚3-己基噻吩树枝晶的形貌与结构研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 孙宪虎;钛基内生非晶复合材料的室温变形行为及机理[D];太原理工大学;2016年

  本文关键词：钛基内生非晶复合材料的室温变形行为及机理，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：341654