预制剪切带对块体非晶合金力学性能及锯齿流变行为的影响

发布时间：2020-06-14 23:37

【摘要】：由于具有优异的力学性能比如高强度高硬度,块体非晶合金受到人们的广泛关注。但是由于其塑性变形集中在局域化的剪切带中,导致脆性断裂很容易出现,因此如何诱发多重剪切带和抑制主剪切带的迅速扩展成为提高其室温塑性重要手段。本课题通过超声波焊接和冷压等手段对块体非晶合金进行表面处理,可以有效的生成预制多重剪切带,从而提高其室温塑性。同时,针对其塑性变形机理进行分析并解析了应力-应变曲线中的锯齿流变行为。首先,通过真空电弧吸铸设备制备出Zr65Cu15Ni10Al10完全非晶合金板材,然后通过超声波焊接机器对非晶板材进行表面处理,从而在非晶合金板材表面引入均匀分布的表面缺陷,而表面缺陷附近可以产生预制剪切带区域,最终导致Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金板材的室温压缩塑性由6%提高至8%～10%。主要原因分析如下:(1)预制剪切带区域的存在使样品压缩变形时更容易生成多重剪切带,多重剪切带的相互作用也会使主剪切带的扩展变的稳定;(2)表面缺陷的产生还改善了样品表面的应力分布状态,使样品室温压缩变形时剪切带更容易稳定传播而不是迅速扩展成裂纹。其次,通过真空电弧吸铸设备制备出Zr56Co28A116和Zr65Cu15Nil0Al10非晶合金棒材,然后对其进行冷压处理促使其局部发生不均匀塑性变形,使得样品的非晶基体内产生预制剪切带区域。冷压后样品在塑性变形过程中预制剪切带更容易抑制主剪切带的快速扩展,同时诱发新的多重剪切带的生成扩展最终导致冷压后的样品比铸态样品的室温压缩塑性显著提高,Zr56Co28A116的室温压缩塑性由6%提高到12%;Zr65Cu15Ni10Al10样品的室温压缩塑性由11%提高至30%。通过锯齿流变行为分析冷压态与铸态样品的塑性变形过程,发现冷压态的样品剪切带演变过程表现出更稳定的锯齿流变行为,这是由于冷压后的非晶合金塑性变形过程中预制多重剪切带和新生成多重剪切带之间强烈的相互作用引起的,导致冷压后的非晶合金在变形过程中具有更稳定的剪切带扩展过程,因此表现出更好的室温压缩塑性,在室温压缩应力-应变曲线上表现为更加稳定的锯齿流变行为。最后,针对具有不同泊松比非晶合金(如Zr56Co28Al16、Zr65Cu15Ni10Al10、Cu46Zr46A18、Fe48Cr15Mo14Y2C15B6)进行冷压处理,找到冷压处理非晶合金的应用范围。发现具有大泊松比的Zr56Co28Al16、Zr65Cu15Ni10Al10和Cu46Zr46A18非晶合金棒材,在经过冷压处理后,均获得了预制剪切带,得到了较好的室温塑性,但是具有低泊松比的非晶合金难以诱发预制剪切带的生成,反而诱发大量裂纹,使得非晶合金在冷压处理过程中就发生了断裂。同时,针对具有相同且大泊松比的非晶合金来讲,其冷压后的室温塑性提高的程度不同主要归因于其剪切模量的不同。在冷压预处理过程中,具有低剪切模量的非晶合金更加容易诱发预制剪切带的生成,从而使得冷压后的样品具有更高的室温塑性。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.8
【图文】：

密堆积,团簇,结构模型,非晶合金

山东大学硕士学位论文逡逑金的结构特点和经验原则设计出了邋Ｃａ－，Ｚｒ－，Ｍｇ－，Ｆｅ－，Ｃｕ－等众多体系的非晶逡逑合金。图１－１为不同体系的块体非晶合金和它们被制备出来的时间。逡逑ＢＱ１邋邋逦逦逦逦逦逦逦ｎ逡逑，逦Ｓ逦Ｐ．逡逑百■逦＾邋ｍ逡逑｜邋７０？逦＇公逦晶一及！：尹：逡逑尽，逦２２逦＜逦0逦Ｉ邋－Ｉ逡逑0邋６０－逦0逦Ｕ逦２逦？逦巧卜逡逑Ｓ邋５０－逦ａ－逦ｉ邋４逦１邋Ｘ逦■；逡逑ｓ邋，逦＜逦？－逦＞．逦＝逦＊ｆ‘逦Ｕ逦＾逦ｗ逦＾逦：■逦■＝逡逑彐．ｐ逦夕逦＾逦ｊ逦ｉ逦Ｊ逦ｊ逦＆逦ｐ逦；逡逑｜邋３０－七逦一逦２逦Ｑ逦哼逦Ｕ逦产逦Ｚ：逦：■邋＇逡逑．三？邋＾邋ｉｍ邋－逦＾逦＾逦－６邋＾逦＇逡逑ｌ：＿ｌ逦Ｊ＿Ｈ逡逑１９９７邋２００３邋２００４邋２００４邋２００４邋２００５邋２００６邋２００？邋２００７邋２００９邋２０１１邋２０１２逡逑图ｌ－ｉ不同基体的金属块体非晶合金和它们被制备出来的年份ｍ逡逑１．２非晶合金的原子结构逡逑金属非晶合金的结构与传统金属材料不同，研究非晶合金的原子结构能够提逡逑供一些制备新成分的块体非晶合金的理论基础。１９５９年，英国的Ｂｅｍａｌ？提出了逡逑无规则且密堆积的硬球结构模型来揭示非晶合金的原子结构，这种无规则的密堆逡逑积模型把非晶合金视为一种十分混乱的无序原子球密堆积在一起的结构，他ｉ人为－逡逑非晶合金的原子间的排列由五种不同的多面体组成

模型图,多面体结构,模型,非晶合金

使原子的空间排布非常紧密，具有很高的结构稳定性。随后，马恩［１在Ｍｉｒａｃｌｅ结构模型的基础上提出了准等同团簇密堆积结构模型；董闯［１４起提出了原子团簇连接原子的模型，他们把非晶合金的结构视为链接原团簇两个部分。逡逑前为止，人们已经提出了很多种结构模型来解释非晶合金的结构特点，非晶合金短程有序长程无序结构的复杂性，还没有一种非常完善的结构准确的揭示出非晶合金的具体原子结构特征。目前的研究进展揭示出块晶合金具有以下的结构特点：（１）块体金属非金合金的原子呈长程无序积；（２）由于非晶合金组元间的相互作用导致大量原子形成团簇结构。合金内部存在着原子团簇致密堆积的“硬区”和类似于液体的“软区”，⑷逦（ｂ）逡逑

【参考文献】