块体非晶合金的室温压入力学行为

发布时间：2017-07-17 10:00

  本文关键词：块体非晶合金的室温压入力学行为

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【摘要】：当熔融的合金以很大的速率冷却时，原子来不及有序排列形成晶体，液态下的无规则结构被保留下来，形成非晶合金。其原子排列呈长程无序、短程有序状态而且不存在晶粒与晶界。其塑性变形局限在狭长的剪切带内。了解剪切带的微观机制对于研究非晶合金的塑性变形有重要的科学意义。 本文主要研究了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5（Vit105）非晶合金的室温纳米压痕行为，试图对经典的锯齿现象给出一个合理的物理解释。设定的压痕实验应变率分别为0.002s-1，0.02s-1，0.2s-1，发现锯齿的产生具有应变率依赖性，随着应变率的降低而越来越明显。我们把锯齿特征归因于材料的剪切带行为，剪切带优先形核于自由体积富集的区域，随着应力的施加，自由体积增大，剪切带得以扩展、增殖。在实验中观察到有两种锯齿特征，一种是平直的锯齿，主要由单条剪切带产生；另外一种是斜向上的锯齿，主要由多条剪切带的形核、扩展及交割形成。在高应变率下，由于多重剪切带的扩展，斜向上的锯齿特征仍然存在，只是它不足以被肉眼观察到。 通过对3种直径为2mm，3mm，6mm的柱状Vit105试样从中心到边界分别进行纳米压痕实验，发现大尺寸试样的弹性模量和硬度比小尺寸试样的高，每个试样横截面中心位置的弹性模量和硬度比边界位置的高，说明在微观结构上具有径向梯度性，且弹性模量和硬度低的位置锯齿特征比较明显，暗示此位置由于冷却速率大而导致自由体积含量比较高。经过计算得出，剪切带内温度升高0.06K，小到可以忽略不计，揭示非晶材料在低应变率下的剪切变形是自由体积软化决定的变形机制。 使用ABAQUS有限元软件对非晶合金所遵循的屈服准则进行了分析，，得出Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则中的非关联流动准则可以较合理地描述非晶的力学行为，而关联流动准则会使材料发生过度的剪胀。用Mises准则定义非晶的本构会出现很大的误差。
【关键词】：非晶合金 纳米压痕 自由体积 径向梯度材料 有限元模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 主要符号表10-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 非晶合金的发展简史13-14
• 1.2 非晶合金的制备方法14-15
• 1.3 非晶合金的性能及其应用15-17
• 1.4 非晶合金的断裂特征与变形机制17-26
• 1.4.1 非晶合金的变形行为与断裂特征17-20
• 1.4.2 非晶合金塑性变形机制的理论模型20-26
• 1.5 纳米压痕技术及其在非晶合金中的应用26-29
• 1.5.1 纳米压痕实验原理26-28
• 1.5.2 纳米压痕实验在非晶合金中的应用28-29
• 1.6 本文的主要内容及意义29-31
• 第二章 Zr 基非晶合金的纳米压痕变形行为31-43
• 2.1 引言31
• 2.2 原材料的选用与试样的制备31-32
• 2.3 实验方法32-33
• 2.4 实验结果与讨论33-40
• 2.4.1 应变率加载实验结果分析33-39
• 2.4.2 载荷率加载实验结果分析39-40
• 2.5 剪切带中的温升分析40-41
• 2.6 本章小结41-43
• 第三章 冷却速率导致的非晶微观结构不均匀性43-51
• 3.1 引言43
• 3.2 实验过程43-44
• 3.3 实验结果与传热模型分析44-50
• 3.3.1 柱状非晶径向压痕实验结果44-45
• 3.3.2 基于非晶冷却过程的传热模型分析45-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 Zr 基非晶合金的本构有限元模拟51-65
• 4.1 引言51-53
• 4.2 块体非晶合金纳米压痕实验的有限元模拟53-63
• 4.2.1 屈服准则简介54-56
• 4.2.2 纳米压痕有限元模型的建立56-59
• 4.2.3 纳米压痕有限元结果与分析59-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士期间的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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2 蒋敏强;;块体金属玻璃的剪切带行为[J];固体力学学报;2012年02期

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4 张哲峰;伍复发;范吉堂;张辉;;非晶合金材料的变形与断裂[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2008年04期

5 张黎楠;谌祺;柳林;;Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)块体非晶合金在过冷液态区的流变行为及本构关系[J];金属学报;2009年04期

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本文编号：553017